بررسی نحوه کایبراسیون آزمایش هیدرومتری

استاندارد  bs-1377-part-2 

۱. کالیبراسیو ن حجم هیدرومتر

حجم حباب هیدرومتر ( ) را به روش زیر تعیین کنید:

هیدرومتر را با دقت 0.1 گرم وزن کنید. حجم آن را برحسب میلیمتر میتوان معادل جرم آن بر حسب گرم دانست. جرم محاسبه شده در حقیقت جرم حباب به اضافه جرم ساقه تا خط نشانه 1.000 روی هیدرومتر می باشد در عمل، خطای ناشی از درنظر گرفتن حجم این بخش از ساقه، قابل صرف نظر کردن است.

۲. کالیبراسیون مقیاس هیدرومتر

۱-۲. فاصله L (بر حسب میلی متر) را از خط نشانه 100ml استوانه رسوب گذاری تا خط نشانه 1000ml استوانه رسوب گذاری با دقت یک میلی متر اندازه گیری کنید. برای استوانه ای که فقط خط نشانه 1000ml دارد، تراز 100ml را با اضافه نمودن 100ml آب (یا 100 گرم) تعیین کنید.

۲.۲. فاصله هر خط نشانه اصلی روی هیدرومتر ( ) را تا پائین ترین خط نشانه کالیبراسیون  ساقه هیدرومتر، اندازه گیری نموده و یادداشت کنید.

۳.۲. فاصله N  را از از محل اتصال ساقه به حباب (neck of bulb ) تا نزدیک ترین خط نشانه کالیبراسیون اندازه گیری و یادداشت کنید. فاصله H، متناظر با قرائت ، برابر مجموع فواصل اندازه گیری در 2-2، 3-2 می باشد  و غیره، شکل 1 ملاحظه می شود.

۴.۲. ارتفاع حباب هیدرومتر (h) از انتهای آن تا محل اتصال آن به ساقه اندازه گیری و یادداشت نمائید.

۵.۲. عمق موثر   (بر حسب میلی متر ) را متناظر با هر خط  نشانه اصلی، ، از رابطه زیر محاسبه کنید.

در این رابطه H  فاصله از محل اتصال ساقه به حباب تا محل درجه بندی (بر حسب میلی متر) می باشد.

h طول حباب، با 2 برابر طول از محل اتصال حباب به ساقه تا مرکز حجمی ( بر حسب میلی متر).

حجم حباب، هیدرومتر (بر حسب میلی متر).

L فاصله بین خط نشانه 100 ml و 1000 ml استوانه رسوب گذاری بر حسب میلی متر می باشد.

۶.۲. رابطه بین  و  را به صورت یک منحنی یکنواخت رسم کنید. در صورتیکه منحنی کالیبراسیون به صورت خطی باشد میتوان ارتباط را بصورت معادله زیر بیان نمود : 

که   فاصله  محل تقاطع با محور متناظر با و  شیب خط که همیشه منفی باشد. مطابق شکل 1 از ضریب قسمت اعشاری قرائت هیدرومتر در عدد 1000 بدست می آید.

به عنوان مثال اگر وزن مخصوص ذرات معلق در آب برابر 1.015 گرم بر سانتیمتر مکعب باشد مقدار برابر 15 خواهد  بود. مقدار معادل  برابر 5- می باشد شماره مشخصه هیدرومتر را روی قرائت های کالیبراسیون و نمودارآن یادداشت کنید.

۳. تصحیح منسیک (meniscus correction)

۱.۳. هیدرومتر را در استوانه رسوب گذاری یک لیتری که حدود 800 ml آب دارد، قرار دهید.

۲.۳. خط دید چشم را کمی پائین تر از سطح آب قرار داده و سپس بتدریج بالا بیاورید تا اینکه بیضی مشاهده شده به یک خط مستقیم تبدیل شود، محل بر خورد این خط مستقیم با قیاس ساقه هیدرومتر را تعیین کنید .(برای افزایش دقت ساقه هیدرومتر تا حد امکان باید تمیز باشد)

۳.۳. خط دید چشم راکمی بالاتر از سطح آب قرار داده و جائیکه حد بالای هلال سطح آب با قیاس روی هیدرومتر برخورد می کند، تعیین کنید.

۴.۳. تفاوت بین دو قرائت 3-2 و 3-3 بالا به عنوان تصحیح منیسک (<!– [if gte msEquation 12]>Cm<![endif]–>  ) می باشد که باید یادداشت گردد.

 با توجه به مطالب مذکور (استاندارد Bs-1377:part2:1990) پیشنهاد ادامه کار به صورت زیر ارائه می گردد:

۱. تعیین سطح مقطع استوانه رسوب گذاری

الف- تعیین قطر داخلی استوانه و محاسبه سطح مقطع

ب- تعیین فاصله بین دو حجم روی استوانه رسوبگذاری و استفاده از رابطه زیر:

 با انجام چندین اندازه گیری، روش مناسب و عملی را میتوان پیشنهاد نمود:

۱.  تعیین حجم حباب هیدرومتر: شاید یکی از روش های نسبتا منطقی ریختن آب با حجم مشخص داخل استوانه رسوب گذاری و بعد قرار
دادن هیدرومتر داخل آن می باشد. از اختلاف حجم می توان حجم حباب را بدست آورد. مورد بعدی را که میتوان بررسی نمود توزین هر یک از هیدرومترها و مقایسه حجم معادل وزن هیدرومتر با موارد بدست آمده از حالت اول می باشد.

۲. تعیین مقادیر با اندازه گیری مستقیم و تعیین عمق ()

۳.  رسم منحنی  برحسب  و بدست آوردن مقادیر  و  .

      ۴. تعیین تصحیح منیسک برای دماهای مختلف و مقایسه آنها با هم.

مشخصات استاندارد استوانه رسوب گذاری و هیدرومتر

۱.  استوانه رسوب گذاری

طبق مشخصات ASTM- D422  در آزمایش هیدرومتری از استوانه رسوب گذاری شیشه ای که خط نشانه مربوط به 1000 میلی لیتر روی آن مشخص شده است، میتوان استفاده نمود. در این استاندارد قطر داخلی استوانه باید به اندازه ای باشد که خط نشانه حجمی 1000 میلی متر در ارتفاع 2±36 سانتی متری کف داخلی استوانه رسوب گذاری قرار گیرد. با توجه به این مورد محدوده مساحت و قطر داخلی استوانه رسوب گذاری محاسبه و در جدول 1 ارائه شده است.

 جدول 1- محدوده تغییرات مساحت و قطر داخلی استوانه رسوب گذاری طبق مشخصات ASMTM- D 422

فاصله خط نشانه 1000 میلی لیتر از کف استوانه رسوب گذاری (CM)	38	37.5	37	36.5	36	5/35	35	34.5	34
مساحت	26.32	26.67	27.03	27.40	28.78	28.17	28.57	28.57	29.41
قطر داخلی (mm) D	57.9	58.3	58.7	59.1	59.5	59.9	60.3	67.7	61.2

 با توجه به مقادیر بدست آمده برای مساحت و قطر، ملاحظه می شود که طبق این استاندارد قطر داخلی استوانه رسوب گذاری میتواند از حدود 58 تا 61

سانتی متر تغییر کند. همچنین محدوده تغییرات مساحت داخلی از 26.4 تا 29.4 سانتی متر مربع می باشد. لازم به یادآوری است که در این استاندارد، برای محاسبه عمق موثر، خط نشانه مربوط به حجم 1000 میلی متر تا کف داخلی استوانه برابر 36 سانتی متر و سطح مقطع آن 27.8 سانتی متر مربع در نظر گرفته شده است.

طبق مشخصات  BS -1377 : part 2: 1990  قطر داخلی استوانه رسوب گذاری شیشه ای حدود 60 میلی متر و ارتفاع خط نشانه مربوط به 1000 میلی لیتر تا کف داخلی استوانه برابر 34 س.م. و سطح مقطع آن 27.8 س.م. مربع درنظر گرفته شده است.

با توجه به موارد فوق بهتر است که بعد از کنترل فاصله خط نشانه مربوط به 1000 میلی متر از کف داخلی استوانه رسوب گذاری مقادیر قطر و سطح
مقطع داخلی آن از طریق اندازه گیری بدست آید.

 2. هیدرومتر     

هیدرومتر معمولا از جنس شیشه ساخته شده و شامل دو قسمت ساقه و حباب است. طبق مشخصات ASTM میتوان برای انجام آزمایش هیدرومتری از دو نوع هیدرومتر 151H و 152H استفاده نمود. این هیدرومترها، بر حسب دو مقیاس درجه بندی گردیده اند. هیدرومتر 151H برحسب وزن مخصوص ذرات معلق در آب و هیدرومتر 152H از 5- تا 60 بر حسب گرم در لیتر درجه بندی شده است.

درجه بندی هیدرومتر نوع  151Hبرای قرائت چگالی از 0.995 تا 1.038 می باشد و به گونه ای مدرج گردیده که چگالی آب مقطر در دمای 20 درجه سانتیگرد برابر 1.000 می شود. درجه بندی هیدرومترنوع 152H  از 5- تا 60 گرم در لیتراست .

مطابق مشخصات ASTM -E100  ،ابعاد هر دو هیدرومتر یکسان بوده و تنها تفاوت در نحوه درجه بندی آنهاست. مشخصات دو نوع هیدرومتر مورد استفاده برای آزمایش هیدرومتری در جدول 2 ارائه شده است.

 جدول 2- مشخصات استاندارد هیدرومترهای خاک طبق ASTM- E 100

نوع هیدرومتر	152H	151H
محدود قیاس واقعی	g/l-5-60	0/995-1/038 sp.gr.
درجه حرارت استاندارد (C)	20	20
تقسیم بندی ها	1 g/l	0/001 sp.gr.
خطوط میانی در	5/l	0/005 sp.gr.
خطوط اصلی ( شماره دار) در	10 g/l	0/010 sp.gr.
حداکثر خطای مقیاس در هر نقطه	1 g/l	0/001 sp.gr.
محدود مقیاس اسمی	0-50 g/l	1/000-1/031 sp.gr.
طول محدوده مقیاس اسمی (mm)	82-82	82-84
حداکثر قطر حباب (mm)	30/5-32	30/5-32
فاصله انتهای حباب تا نقطه حداکثر قطر(mm)	67-71	67-71
طول حباب (mm)	136-142	136-142
فاصله نتهای حباب تاsp.gr.og.l 1.000	245±1	245±1
طول کل (mm)	278-280	278-280

 قطر ساقه هیدرومتر ممکن است برای تطبیق دادن با طول درجه بندی مورد نظر تغییر داده شود. به عبارتی قطر ساقه بسته به نوع هیدرومتر مختلف بوده و متناسب با قیاس می باشد. در هر صورت ساقه هیدرومتر در طول، قطری یکسان دارد. در شکل 1 مشخصات هندسی هیدرومترهای مورد استفاده برای خاکهای ریزدانه نشان داده شده است.

اساس درجه بندی هیدرومتر مورد استفاده آزمایش هیدرومتری طبق مشخصات BS- 1377 : prt 2 :1990  دانسیته مایع (جرم در واحد حجم ) بر حسب گرم بر میلی لیتر (سانتی متر مکعب) می باشد. عدد مبنا برای درجه بندی آن، دانیسته نظیر 000/1 در دمای 20 درجه سانتیگرد است. در شکل 2 مشخصات هندسی هیدرومتر مورد استفاده برای دانه بندی خاکهای ریزدانه نشان داده شده است.

کلیه ابعاد نشان داده شده در شکل بر حسب میلی متر می باشد. همانگونه که ملاحظه می گردد قطر ساقه حدود 5 میلی متر است طبق مشخصات این استاندارد، باید مقطع هیدرومتر در ساقه و حباب به صورت دایره ای بوده و نسبت به محور اصلی متقارن باشد.

الف- اساس مقیاس (دانسیته یا گرم در لیتر)

ب- نام و مشخصات سازنده

ج- شماره مشخصه

د- شماره استاندارد

با توجه به موارد فوق، استاندارد قبل از استفاده از هر نوع استوانه رسوب گذاری و هیدرومتر، بهتر است مشخصات هندسی و سایر موارد آن با مشخصات
استاندارد مقایسه شده و پس از حصول اطمینان برای انجام آزمایشها مورد استفاده قرارگیرد.

تعیین سطح مقطع استوانه رسوب گذاری و حجم حباب هیدرومتر

۱.  تعیین سطح مقطع استوانه رسوب گذاری A

دو روش برای تعیین سطح مقطع استوانه رسوب گذاری پیشنهاد می شود:

 ۱.۱. اندازه گیری قطر داخلی استوانه  

  

 D قطر داخلی رسوب گذاری است که باید اندازه گیری شود لذا برای چندین استوانه رسوب گذاری این اندازه گیری انجام گرفت و نتیجه مربوز به دو استوانه در جدول یک ارائه شد.

۱.۲. سطح مقطع
استوانه رسوب گذاری را میتوان به روش دیگری نیز بدست آورد. برای این منظور حجم آبی که بین دو خط نشانه استوانه قرار می گیرد، اندازه گیری و بر طول فاصله بین این دوخط نشانه تقسیم می شود:

۱.۲.جهت مقایسه، سطح
مقطع استوانه های رسوب گذاری مورد نظر، از این روش نیز محاسبه و در جدول 1 ارائه گردیده است.

 جدول 1 – مقایسه سطح مقطع استوانه های رسوب گذاری با استفاده از دو روش

اندازه گیری طول فاصله بین دو خط نشانه استوانه						اندازه گیری قطر داخلی استوانه رسوب گذاری
مساحت	فاصله بین دو خط نشانه (mm)	حجم آب بین دو خط نشانه	مساحت	فاصله بین دو خط نشانه (mm)	حجم بین دو خط نشانه	مساحت	قطر داخلی D(mm)
30/74	292/7	100-100	30/58	32/7	100-200	30/53	62/35
28/71	209/0	200-800	28/57	35/0	100-200	28-75	60/50
28/67	279/0	100-900	28/57	140/0	200-600

با توجه به جدول 1، برای استوانه رسوب گذاری اول مساحت 30.53 سانتی متر مربع از اندازه گیری قطر و30.66 با تعیین میانگین حاصل از اندازه گیری حجم بدست آمده است. برای استوانه دوم، مساحت حاصله از اندازه گیری قطر 28.75 و میانگین حاصل از جهار اندازه گیری حجم 28.63 سانتی مترمربع اندازه محاسبه شده ا ست. با مقایسه نتایج مشاهده می شود که اختلاف چندانی بین دو روش وجود ندارد، لذا باید مساحت را از هردو روش بدست آورد و مقدار مطلوب آنرا با توجه به نتایج حاصله، به عنوان سطح مقطع استوانه رسوب گذاری انتخاب نمود.

لازم به ذکر است که در استاندارد ASTM- D 422 مقدار A برابر با 27.8 سانتی متر مربع برای محاسبه عمیق موثر در نظر گرفته شده است و ملاحظه می شود که مقادیر ابعاد و مشخصات هندسی حتما از طریق اندازه گیری بدست آمده و در روابط موجود جایگزین گردد.

۲. تعیین حجم حباب هیدرومتر 

برای تعیین حجم حباب هیدرومتر دو روش به صورت زیر مورد بررسی قرار گرفته است:

۱.۲. طبق روش پیشنهادی در BS-1377:part:1990  هیدرومتر با دقت 0.1 گرم توزین شده و حجم آن بر حسب میلی لیتر معادل جرم آن بر حسب گرم در نظر گرفته شده است. در جدول 2، وزن تعدادی از هیدرومتر های H 151 و H152 ارائه شده است.

۲.۲. در یک استوانه رسوب گذاری یک لیتری مقداری آب مقطر ریخته و و سطح آن یادداشت گردید. آنگاه حباب هیدرومتر را به داخل آب وارد کرده و سطح آزاد آب یادداشت شد. حجم حباب هیدرومتر، برابر اختلاف بین دو تراز سطح آب در نطر گرفته شد. جهت مقایسه، مقدار حجم ساقه تا محل اتصال آن به حباب نیز اندازه گیری و در جدول 2 ارائه شده است.

جدول 2- مقایسه حجم حباب هیدرومتر با استفاه از دو روش

حجم حباب با ساقه	حجم حباب	وزن (gr)	نوع هیدرومتر
52	50/5	58/0	151H-1
61/6	59/8	64/3	151H-2
63/3	61/5	66/2	151H-3
72/3	68/8	69/8	151H-4
57/5	55/0	55/7	152H-5
60/5	58/0	57/8	152H-6
61/5	59/0	71/0	152H-7
80/0	67/5	62/5	152H-8
75/0	72/5	77/2	152H-9

 اگر طبق استاندارد BS-177:part2:1990  حجم حباب را معادل وزن آن در ستون دوم جدول 2 در نظر بگیریم، ملاحظه می شود که این مقدار تا حد زیادی با مقادیر حجم حباب و حجم حباب با ساقه که به روش حجمی اندازه گیری شده است، اختلاف دارد.

از طرفی حجم حباب هیدرومتر در استاندارد ASTM:D442 حجم حباب را معادل وزن آن در ستون دوم جدول 2 در نظر بگیریم، ملاحظه می شود که این مقدار تا حد زیادی با مقادیر حجم حباب با ساقه که به روش حجمی اندازه گیری شده است، اختللاف دارد.

از طرفی حجم حباب هیدرومتر در استانداردASTM:D442  برابر با 67 سانتی متر مکعب برای محاسبه عمق موثر فرض گردیده که در بیشتر موارد اندازه گیری شده، تفاوتهایی مشاهده می گردد. لذا توصیه می شود حجم حباب هیدرومتر را با قراردادن آن در داخل آب استوانه رسوب گذاری و تعیین اختلاف سطح تراز آب، بدست آورده و برای کارهای عملی و تعیین عمق موثر مورد استفاده قرارداد.

 تعیین عمق موثر (L)

عمق موثر فاصله سطح آب تا مرکز حجم حباب هیدرومتر است که میتوان آنرا با استفاده از قرائت هیدرومتر بدست آورد. مراحل تعیین عمق موثر به شرح زیر پیشنهاد می گردد:

      ۱. یادداشت مشخصات اصلی هیدرومتر شامل:

الف- نوع هیدرومتر        ب: نام و مشخصات سازنده     ج- شماره مشخصه             د- شماره استاندارد

      ۲.تعیین سطح مقطع استوانه رسوب گذاری (A)

     ۳. تعیین حجم حباب هیدرومتر

     ۴.   تعیین طول حباب هیدرومتر از انتهای آن تا محل اتصال به ساقه

     ۵. تعیین فاصله بین محل اتصال ساقه به حباب تا پائین ترین خط نشانه هیدرومتر (N)

     ۶.  تعیین فاصله هر خط نشانه اصلی تا پائین ترین خط نشانه کالیبراسیون روی ساقه هیدرومتر (d)

– خطوط نشانه اصلی هیدرومتر 151H: 1.035،  1.030، 1.025 ،1.020، 1.15، 1.01، 1.005، 1.000، 0.995

– خطوط نشانه اصلی هیدرومتر :152H 55، 50، 45، 04، 35، 30، 25، 20، 15، 10، 5، 0، 5-

۷. تعیین فاصله متناظر با قرائت هیدرومتر (R): این پارامتر مجموع فواصل اندازه گیری شده در مراحل 5 و 6 می باشد.

     ۸. تعیین عمق موثر (L) متناظر با هر خط نشانه اصلی هیدرومتر(R)

در این رابطه    فاصله محل اتصال ساقه به حباب تا محل درجه بندی R،  طول حباب هیدرومتر،  حجم حباب هیدرومتر و A سطح مقطع استوانه رسوب گذاری می باشد.

در نتیجه فرورفتن هیدرومتر داخل محلول، سطح آن به اندازه  بالا می آید، بنابراین مرکز حجم حباب هیدرومتر به اندازه  بالاتر قرار می گیرد.

      ۹. تهیه جدول و یا نمودار تغییرات عمق موثر (L) بر حسب قرائت هیدرومتر (R).

اندازه گیری ها معمولا برای خطوط اصلی هیدرومتر انجام گرفته و مقادیر عمق موثر بین خطوط نشانه اصلی را میتوان با درون یابی خطی بدست آورد.

 نام و مشخصات سازنده هیدرومتر :

شماره مشخصه :

شماره استاندارد:

سطح مقطع استوانه رسوب گذاری:     A=

حجم حباب هیدرومتر:       = 

طول حباب هیدرومتر هیدرومتر :     cm =    <!– [if gte msEquation 12]>L2<![endif]–><!– [if gte vml 1]>

<![endif]–>

فاصله محل اتصال ساقه به حباب

تا پائین ترین خط نشانه هیدرومتر : cm   N=

R	L	R	L
		1/017
		1/019
		1/020
		1/021
		1/022
		1/023
		1/024
		1/025
		1/026
		1/027
		1/028
		1/029
		1/030
		1/031
		1/032
		1/033
		1/034
		1/035
		1/036
		1/037
		1/038

L	<!– [if gte msEquation 12]>L1<![endif]–><!– [if gte vml 1]> <![endif]–>	d	R	شماره
			0.995	1
			1.000	2
			1.005	3
			1.010	4
			1.015	5
			1.020	6
			1.025	7
			1.030	8
			1.035	9
			1.038	10

نام و مشخصات سازنده هیدرومتر :

شماره مشخصه :

شماره استاندارد:

سطح مقطع استوانه رسوب گذاری:     A=

حجم حباب هیدرومتر:       = 

طول حباب هیدرومتر هیدرومتر :     cm =    

فاصله محل اتصال ساقه به حباب

تا پائین ترین خط نشانه هیدرومتر : cm   N=

R	L	R	L
17		39
18		40
19		41
20		42
21		43
22		44
23		45
24		46
25		47
26		48
27		49
28		50
29		51
30		52
31		53
32		54
33		55
34		56
35		57
36		58
37		59
38		60

L	<!– [if gte msEquation 12]>L1<![endif]–><!– [if gte vml 1]> <![endif]–>	d	R	شماره
			-5	1
			0	2
			5	3
			10	4
			15	5
			20	6
			25	7
			30	8
			35	9
			40	10
			45	11
			50	12
			55	13
			60	14

 تعیین ضرایب تصحیح قرائت و نحوه استفاده آنها در محاسبات

برای دانه بندی خاک های ریزدانه از روش هیدرومتری استفاده می شود. اگر مجموعه ای از دانه های ریز با اندازه های متفاوت در مایع ساکنی معلق باشند، دانه ها به آرامی و بطور منظم در آن سیال سقوط کرده و بتدریج در انتهای ظرف ته نشین میشوند. سرعت سقوط دانه ها با هم متفاوت است، بطوریکه دانه های بزرگتر سریع تر و دانه های ریزتر در زمان بیشتری به انتهای ظرف می رسند.

آزمایش هیدرومتری بر اساس قانون استوکس، یعنی سقوط ذرات کروی در مایعات بنا شده است. بر مبنای این قانون، بین اندازه ذره ها، سرعت در سیال، وزن مخصوص دانه ها و ویسکوزیته (کندروانی) سیال رابطه ای وجو دارد. در واقع قطر دانه های خاک، معادل با قطر کره بدست آمده از قانون استوکس فرض می شود. گرچه این قانون کاملا صادق نیست زیرا دانه های خاک هم کروی نیست و در حقیقت بیشتر آنها پهن یا دراز می باشند ولی به علت سهولت نسبی کاربرد و سادگی دستگاه آزمایش آن، می توان از روش هیدرومتری برای تعیین توزیع اندازه های ذرات خاک ریزدانه استفاده نمود. اندازه بزرگترین ذره موجود در یک عمق معین و همچنین درصد وزنی ذرات کوچکتر از بزرگترین ذره موجود آن در عمق را می توان بوسیله آزمایش هیدرومتری بدست آورد. در این آزمایش از وسیله ای بنام هیدرومتر استفاده می شود. هیدرومتر وسیله ای است که اساسا برای سنجش چگالی مایعات ساخته شده است. در مورد مخلوط آب و خاک، از آنجا که عمل ته نشینی صورت می گیرد، چگالی مخلوط در هر عمق نسبت به زمان تغییر می کند. هیدرومتر چگالی مخلوط را در عمقی که مرکز حجم حباب هیدرومتر قرار دارد، برای یک لحظه معین از زمان نشان می دهد. برای تعیین قطر ذرات معلق خاک D)) و درصد ذرات معلق خاک (P)  در آزمایش هیدرومتری، معمولا بالای هلال در مخلوط آب و خاک قرائت می شود. قرائت های انجام شده بایستی اصلاح شوند، این اصلاحات شامل تصحیح منیسک )(، حرارتی )( و غلظت ماده جدا کننده () می باشد. در ادامه نحوه تعیین ضرایب تصحیح، بیان شده و چگونگی استفاده از آنها در محاسبات مورد بحث قرار می گیرد.

تصحیح منیسک ()

در اثر چسبندگی آب به ساقه هیدرومتر، سطح آب در محل تماس با ساقه به صورت یک قوس است که به آن هلال یا منیسک می گویند. هیدرومتر برای قرائت پائین منیسک تنظیم شده، ولی از آنجائیکه در مخلوط کدر آب، خاک و ماده پراکنده ساز، قرائت پائین منیسک مشکل است، لذا هیدرومتر در بالاترین قسمت چسبندگی آب به ساقه قرائت می شود. عدد قرائت شده به اندازه تصحیح منسیک کمتر از قرائت واقعی می باشد. برای تعیین () هیدرومتر را در استوانه مدرج حاوی آب مقطر خالص قرار می دهند. از آنجایی که محلول شفاف است، میتوان دو قسمت بالا و پائین بدست آورد.

مقدار این تصحیح برای یک هیدرومتر مشخص ثابت بوده و بر روی برگ آزمایش یادداشت می شود. مقدار مستقل از دما می باشد ولی بهتر است آن را در دمایی بدست آورد که مقدار ضریب تصحیح حرارتی () در آن برابر صفر است. تصحیح منیسک باید به قرائت اولیه مخلوط اصافه شود.

 ضریب تصحیح حرارتی()

ویسکوزیته و وزن مخصوص آب به درجه حرارت آن بستگی دارد. با افزایش درجه حرارت آب، این مقدار کاهش می یابد. با ازدیاد درجه حرارت آب نیز در نتایج آزمایش هیدرومتر عدد کمتری را نشان می دهد. به عبارتی میتوان گفت که درجه حرارت آب نیز در نتایج آزمایش هیدرومتری موثر است. اگر هیدرومتری دقیقا در دمای 20 درجه سانتیگراد کالیبره شده باشد، در صورتی که این هیدرومتر در آب خالص 20 درجه قرارداده شود، قرائت پائین منیسک در هیدرومتر 151H بایستی برابر 1.000 و برای هیدرومتر 152H برابر صفر باشد. در این صورت مقدار ضریب تصحیح حرارتی در دمای مذبور، صفر خواهد بود. البته ممکن است هیدرومتر در دمای دیگری غیر از 20 درجه سانتیگراد، ضریب تصحیح حرارتی صفر را نشان دهد. لذا بایستی در ابتدا با تغییر دمای آب مقطر خالص، دمایی که در آن ضریب تصحیح حرارتی برابر صفر می شود را بدست آورد.

نحوه تعیین ضریب تصحیح حرارتی بدین صورت است که در یک استوانه مدرج، آب مقطر خالص ریخته و دمای آن را با دماسنج اندازه گیری می کنیم. جهت کنترل دقیق، بهتر است استوانه مدرج داخل ظرف آبی مجهز به سیستم تنظیم دما قرار داده شود. بعد از ثابت شدن دمای آب در داخل استوانه مدرج، هیدرومتر داخل استوانه قرار داده می شود.

جهت تعیین ، قرائت پائین هلال، ملاک محاسبه قرار می گیرد. برای بدست آوردن تصحیح حرارتی در هیدرومتر 151H ، قرائت پائین هلال از عدد یک کم شده و در نتیجه حاصل در 1000 ضرب می شود. مثلا اگر برای یک هیدرومتر  قرائت پائین منیسک در دمای 15 درجه سانتیگراد 1.0011 باشد مقدار  در این دما به صورت زیر محاسبه می گردد:

یا اگر در دمای 25 درجه سانتیگراد، هیدرومتر عدد 9987/0 را نشان دهد، تصحیح حرارتی  برابر با مقدار زیر خواهد بود :

در هیدرومتر 152H، قرائت پائین منیسک با اعمال، علامت منفی، ضریب تصحیح حرارتی را بدست می دهد. به عنوان مثال اگر در آب با دمای 15 درجه سانتیگراد، عدد حاصل از قرائت پائین منیسک 1.10 باشد، تصحیح حرارتی در این دما برابر 1.10- خواهد بود. نکته قابل توجه اینکه بدست آوردن دمایی که قرائت پایین هیدرومتر 151H برابر 1000 و در هیدرومتر 152H برابر صفر می شود، چرا که در این دما، مقدار ضریب تصحیح  حرارتی برابر صفر خواهد بود . لذا برای هر هیدرومتر مورد استفاده، حتما بایستی مقادیر ضریب تصحیح حرارتی با انجام آزمایش بدست آید و نباید بدون تحقیق از جداول ارائه شده در بعضی کتب استفاده نمود. چرا که ضرایب تصحیح ارائه شده به عنوان نمونه بوده و ممکن است در شرایط آزمایشگاهی، مقدار ضریب حرارتی برابر صفر، در دمایی غیر از 20 درجه سانتیگراد حاصل گردد. بنابرین بایستی برای هر هیدرومتر تصحیح حرارتی بین 15 تا 30 درجه سانتیگراد می باشد.

با توجه به موارد بیان شده می توان منحنی و یا جدول مربوط به تعیین ضریب تصحیح حرارتی را در دماهای مختلف و برای هر نوع هیدرومتر بدست آورد. لذا قبل از استفاده هر هیدرومتر جدید، حتما بایستی عملیات کالیبراسیون آن به طور دقیق انجام شده و در صورت نیاز منحنی کالیبراسیون آن ترسیم و یا جدوال کالیبراسیون ارائه گردد.

تصحیح غلظت ماده جدا کننده ()

مواد جدا کننده جهت جدا کردن دانه ها از هم از نظر چسبندگی و یا خنثی کردن بارهای الکتریکی ذرات کوچک بکار می روند. لذا در شروع کار به مخلوط آب و خاک، یک ماده جدا کننده اضافه می کنند. واضح است که در اثر وجود این ماده، هیدرومتر بالاتر از محل واقعی قرار می گیرد و در نتیجه قرائت آن بیش از مقدار واقعی خواهد بود. بنابرین به اندازه تصحیح غلظت ماده جدا کننده ()، باید از قرائت هیدرومتر کم کرد تا قرائت آن تصحیح گردد.

روابط تعیین درصد خاک معلق با فرض استفاده از آب مقطر و یا آب عاری از مواد معدنی ارائه شده اند. به علت استفاده از ماده جدا کننده، چگالی مخلوط حاصل بزرگتر از آب مقطر شده و لازم است تصحیح مربوط به آن اعمال گردد. تصحیح غلظت ماده جداکننده، با استفاده از از یک استوانه مدرج، که حاوی آب و همان مقدار ماده جداکننده است که در مخلوط آب و حاک ریخته شده، بدست می آید. در تعیین این ضریب، قرائت پایین منیسک، که همان قرائت واقعی است، ملاک محاسبات خواهد بود. بهتر است در دمایی بدست آید که ضریب تصحیح حرارتی () در آن دما برابر صفر باشد. در این صورت، اختلاف قرائت از عدد یک در هیدرومتر 151H  و عدد صفر در هیدرومتر 152H، ضریب تصحیح غلظت جدا کننده را بدست می دهد. در حالت کلی می توان از اختلاف قرائت پایین منیسک در محلول آب و ماده جدا کننده، محلول آب مقطر خالص در یک دما  را بدست آورد. مقدار این ضریب بستگی به نوع مقدار ماده جدا کننده دارد.  مستقل از دما بوده و به صورت یک عدد ثابت برای هر هیدرومتر بر روی برگه آزمایش یادداشت می شود.

محاسبات

قطر ذرات معلق (D)

اگر قرائت هیدرومتر، در قسمت بالای هلال با  نشان داده شود، برای بدست آوردن عمق مؤثر ،قرائت هیدرومتر فقط بایستی برای منیسک تصحیح شود:

که در آن  قرائت  بالای منیسک در مخلوط آب، خاک و ماده جدا کننده ،  ضریب تصحیح منیسک  قرائت تصحیح شده منیسک می باشد. با تعیین  و استفاده از جدول میتوان عمق مؤثر را بدست آورد.

قطر معادل با درصد ذرات معلق داده شده بوسیله قرائت هیدرومتر،بر حسب قانون استوکس محاسبه می شود. با استفاده از این قانون قطر ذره به هنگام ته نشین شدن و تعلیق در عمقی که هیدرومتر در مخلوط قرائت می شود ، به صورت زیر محاسبه می گردد.

در این رابطه D، قطر ذره برحسب میلی متر L طول فرورفتگی هیدرومتر یا عمق مؤثر بر حسب سانتی متر، t فاصله زمانی از آغاز عمل ته نشینی تا لحظه قرائت هیدرومتر بر حسب دقیقه وK  ضریبی است که به درجه حرارت، چگالی ذرات جامد خاک، چگالی آب (ویسکوزیته) بستگی داشته و مقادیر مختلف آن بر حسب دمای مخلوط و چگالی ذرات جامد خاک در جدول (1) داده شده است.

درصد ذرات معلق (P)

برای محاسبه درصد ذرات معلق خاک (درصد ریزتر) در عمقی که هیدرومتر قرائت می شود بایستی قرائت اولیه  به طور کلی اصلاح شود:

در این رابطه  قرائت بالای منسیک در مخلوط ضریب تصحیح حرارتی منسیک، ضریب تصحیح حرارتی، ضریب تصحیح غلظت ماده جدا کننده و  قرائت تصحیح شده کلی هیدرومتر می باشد. با توجه به این موارد، درصد ذرات معلق خاک را میتوان به صورت زیر محاسبه کرد :

هیدرومتر 151H

                                                                                       

هیدرومتر 152H

                                                                                                       

که در آن P درصد ذرات معلق خاک، چگالی ذرات جامد خاک،  وزن خاک خشک معلق (وزن خشک خاکی که با آب مخلوط می شود) و a  ضریب اصلاح هیدرومتر 152H می باشد که مقادیر آن در جدول 2 داده شده است.