گروه صنعتی پی خاک سنگ

بررسی نحوه کایبراسیون آزمایش هیدرومتری

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 برحسب گرم دانست. جرم محاسبه شده در حقیقت جرم حباب به اضافه جرم ساقه تا خط نشانه 1.000 روی هیدرومتر می‌باشد در عمل، خطای ناشی از درنظر گرفتن حجم این بخش از ساقه، قابل صرف‌نظر کردن است.

۲. کالیبراسیون مقیاس هیدرومتر

۱-۲. فاصله L (بر حسب میلی‌متر) را از خط نشانه 100ml استوانه رسوب گذاری تا خط نشانه 1000ml استوانه رسوب گذاری با دقت یک میلی‌متر اندازه‌گیری کنید. برای استوانه‌ای 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 پائین‌ترین خط نشانه کالیبراسیون ساقه هیدرومتر، اندازه‌گیری نموده و یادداشت کنید.

۳.۲. فاصله N را از از محل اتصال ساقه به حباب (neck of bulb ) تا نزدیک‌ترین خط نشانه کالیبراسیون اندازه‌گیری و یادداشت کنید. فاصله H، متناظر با قرائت ، برابر مجموع فواصل اندازه‌گیری در 2-2، 3-2 می‌باشد و غیره، شکل 1 ملاحظه می‌شود.

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

۵.۲. عمق موثر (بر حسب میلی‌متر ) 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 درجه‌بندی (بر حسب میلی‌متر) می‌باشد.

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

حجم حباب، هیدرومتر (بر حسب میلی‌متر).

L فاصله بین خط نشانه 100 ml و 1000 ml استوانه رسوب‌گذاری بر حسب میلی‌متر می‌باشد.

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

که   فاصله  محل تقاطع با محور متناظر با و  شیب خط که همیشه منفی باشد. مطابق شکل یک از ضریب قسمت اعشاری قرائت هیدرومتر در عدد 1000 به‌دست می‌آید.

به‌عنوان 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- می‌باشد شماره مشخصه هیدرومتر را روی قرائت های کالیبراسیون و نمودارآن یادداشت کنید.

آزمایش هیدرومتری

۳. تصحیح منسیک (meniscus correction)

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

۲.۳. خط دید چشم را کمی پائین‌تر 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 جایی که حد بالای هلال سطح آب با قیاس روی هیدرومتر برخورد می‌کند، تعیین کنید.

۴.۳. تفاوت بین دو قرائت 3-2 و 3-3 بالا به عنوان تصحیح منیسک می‌باشد که باید یادداشت گردد.

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

۱. تعیین سطح مقطع استوانه رسوب‌گذاری

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 اندازه‌گیری، روش مناسب و عملی را می‌توان پیشنهاد نمود:

۱. تعیین حجم حباب هیدرومتر: شاید یکی از روش‌های نسبتاً منطقی ریختن آب با حجم مشخص داخل استوانه رسوب‌گذاری و بعد قرار
دادن هیدرومتر داخل آن می‌باشد. از اختلاف حجم می‌توان حجم حباب را به‌دست آورد. مورد بعدی را که می‌توان بررسی نمود توزین هر یک از هیدرومترها و مقایسه حجم معادل وزن هیدرومتر با موارد به‌دست آمده از حالت اول می‌باشد.

۲. تعیین مقادیر با اندازه‌گیری 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 رسوب‌گذاری و هیدرومتر

۱. استوانه رسوب‌گذاری

طبق مشخصات ASTM- D422  در آزمایش هیدرومتری از استوانه رسوب‌گذاری شیشه‌ای که خط نشانه مربوط به 1000 میلی‌لیتر روی آن مشخص شده است، می‌توان استفاده نمود. در این استاندارد قطر داخلی استوانه باید به اندازه‌ای باشد که خط نشانه حجمی 1000 میلی‌متر در ارتفاع 2±36 سانتی‌متری کف داخلی استوانه رسوب‌گذاری قرار گیرد. با توجه به این مورد محدوده مساحت و قطر داخلی استوانه رسوب‌گذاری محاسبه و در جدول یک ارائه شده است.

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

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

طبق مشخصات  BS -1377 : part 2: 1990  قطر داخلی استوانه رسوب‌گذاری شیشه‌ای حدود 60 میلی‌متر و ارتفاع خط نشانه مربوط به 1000 میلی‌لیتر 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 میلی‌متر از کف داخلی استوانه رسوب‌گذاری مقادیر قطر و سطح
مقطع داخلی آن از طریق اندازه‌گیری به‌دست آید.

 2. هیدرومتر     

هیدرومتر معمولاً 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، برحسب دو مقیاس درجه‌بندی گردیده‌اند. هیدرومتر 151H برحسب وزن مخصوص ذرات معلق در آب و هیدرومتر 152H از 5- تا 60 بر حسب گرم در لیتر درجه‌بندی شده است.

درجه‌بندی هیدرومتر نوع  151H برای قرائت چگالی از 0.995 تا 1.038 می‌باشد و به گونه‌ای مدرج گردیده که چگالی آب مقطر در دمای 20 درجه سانتی‌گرد برابر 1.000 می‌شود. درجه‌بندی هیدرومترنوع 152H از 5- تا 60 گرم در لیتر است .

مطابق مشخصات ASTM -E100 ابعاد هر دو هیدرومتر یکسان بوده و تنها تفاوت در نحوه درجه‌بندی 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

قطر ساقه هیدرومتر ممکن است برای تطبیق دادن با طول درجه‌بندی موردنظر تغییر داده شود. به‌عبارتی قطر ساقه بسته به نوع هیدرومتر مختلف بوده و متناسب با قیاس می‌باشد. 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 درجه‌بندی هیدرومتر مورد استفاده آزمایش هیدرومتری طبق مشخصات BS-1377:prt 2 :1990  دانسیته مایع (جرم در واحد حجم ) بر حسب گرم بر میلی‌لیتر (سانتی‌متر مکعب) می‌باشد. عدد مبنا برای درجه‌بندی آن، دانیسته نظیر 000/1 در دمای 20 درجه سانتی‌گراد است. در شکل 2 مشخصات هندسی هیدرومتر مورد استفاده برای دانه‌بندی خاک‌های ریزدانه نشان داده شده است.

کلیه ابعاد نشان داده شده در شکل بر حسب میلی‌متر می‌باشد. همان‌گونه که ملاحظه می‌گردد قطر ساقه حدود 5 میلی‌متر است طبق مشخصات این استاندارد، باید مقطع هیدرومتر در ساقه و حباب به صورت دایره‌ای 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 رسوب‌گذاری 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 رسوب‌گذاری و حجم حباب هیدرومتر

۱.  تعیین سطح مقطع استوانه رسوب گذاری A

دو روش برای تعیین سطح مقطع استوانه رسوب‌گذاری پیشنهاد می‌شود:

۱.۱. اندازه‌گیری قطر داخلی استوانه  

  

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

۱.۲. سطح مقطع
استوانه رسوب‌گذاری را می‌توان به روش دیگری نیز بدست آورد. برای این منظور حجم آبی که بین دو خط نشانه استوانه قرار می‌گیرد، اندازه‌گیری 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

با توجه به جدول 1، برای استوانه رسوب‌گذاری اول مساحت 30.53 سانتی‌متر مربع از اندازه‌گیری قطر و 30.66 با تعیین میانگین حاصل از اندازه‌گیری حجم به‌دست آمده است. برای استوانه دوم، مساحت حاصله از اندازه‌گیری قطر 28.75 و میانگین حاصل از چهار اندازه‌گیری حجم 28.63 سانتی‌مترمربع اندازه محاسبه شده است. با مقایسه نتایج مشاهده می‌شود که اختلاف چندانی بین دو روش وجود ندارد، لذا باید مساحت را از هردو روش به‌دست آورد و مقدار مطلوب آن‌را با توجه به نتایج حاصله، به‌عنوان سطح مقطع استوانه رسوب‌گذاری انتخاب نمود.

لازم به ذکر است که در استاندارد ASTM- D 422 مقدار A برابر با 27.8 سانتی‌متر مربع برای محاسبه عمیق مؤثر درنظر گرفته شده است و ملاحظه می‌شود که مقادیر ابعاد و مشخصات هندسی حتماً از طریق اندازه‌گیری به‌دست 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 میلی‌لیتر معادل جرم آن بر حسب گرم در نظر گرفته شده است. در جدول 2، وزن تعدادی از هیدرومترهای H 151 و H152 ارائه شده است.

۲.۲. در یک استوانه رسوب‌گذاری یک لیتری مقداری آب مقطر ریخته 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

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

از طرفی حجم حباب هیدرومتر در استاندارد ASTM:D442  برابر با 67 سانتی‌مترمکعب برای محاسبه عمق مؤثر فرض گردیده که در بیشتر موارد اندازه‌گیری شده، تفاوت‌هایی مشاهده می‌گردد. لذا توصیه می‌شود حجم حباب هیدرومتر را با قراردادن آن در داخل آب استوانه رسوب‌گذاری و تعیین اختلاف سطح تراز آب، به‌دست آورده و برای کارهای عملی و تعیین عمق مؤثر مورد استفاده قرارداد.

 تعیین عمق مؤثر (L)

عمق مؤثر فاصله سطح آب تا مرکز حجم حباب هیدرومتر است که می‌توان آنرا با استفاده از قرائت هیدرومتر به‌دست 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).

اندازه‌گیری‌ها معمولاً 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 =    

فاصله محل اتصال ساقه به حباب

تا پائین ترین خط نشانه هیدرومتر :  N = cm

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

 تعیین ضرایب تصحیح قرائت و نحوه استفاده آن‌ها در محاسبات

برای دانه‌بندی خاک‌های ریزدانه از روش هیدرومتری استفاده می‌شود. اگر مجموعه‌ای از دانه‌های ریز با اندازه‌های متفاوت در مایع ساکنی معلق باشند، دانه‌ها به آرامی و به‌طور منظم در آن سیال سقوط کرده و بتدریج در انتهای ظرف ته‌نشین می‌شوند. سرعت سقوط دانه‌ها باهم متفاوت است، به‌طوری‌که دانه‌های بزرگتر سریع‌تر و دانه‌های ریزتر در زمان بیشتری به انتهای ظرف می‌رسند.

آزمایش هیدرومتری براساس قانون استوکس، یعنی سقوط ذرات کروی در مایعات بنا شده است. بر مبنای این قانون، بین اندازه ذره‌ها، سرعت در سیال، وزن مخصوص دانه‌ها و ویسکوزیته (کندروانی) سیال رابطه‌ای وجود دارد. در واقع قطر دانه‌های خاک، معادل با قطر کره به‌دست آمده از قانون استوکس فرض می‌شود. گرچه این قانون کاملاً صادق نیست زیرا دانه‌های خاک هم کروی نیست و در حقیقت بیشتر آن‌ها پهن یا دراز می‌باشند ولی به علت سهولت نسبی کاربرد و سادگی دستگاه آزمایش آن، می‌توان از روش هیدرومتری برای تعیین توزیع اندازه‌های 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 می‌توان به‌وسیله آزمایش هیدرومتری به‌دست آورد. در این آزمایش از وسیله‌ای به‌نام هیدرومتر استفاده می‌شود. هیدرومتر وسیله‌ای است که اساساً برای سنجش چگالی مایعات ساخته شده است. در مورد مخلوط آب و خاک، از آنجا که عمل ته‌نشینی صورت می‌گیرد، 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 می‌دهد. برای تعیین قطر ذرات معلق خاک (D) و درصد ذرات معلق خاک (P) در آزمایش هیدرومتری، معمولاً بالای هلال در مخلوط آب و خاک قرائت می‌شود. قرائت‌های انجام شده بایستی اصلاح شوند، این اصلاحات شامل تصحیح منیسک ، حرارتی و غلظت ماده جدا کننده () می‌باشد. در ادامه نحوه تعیین ضرایب تصحیح، بیان شده و چگونگی استفاده از آن‌ها در محاسبات مورد بحث قرار می‌گیرد.

تصحیح منیسک ()

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

مقدار این تصحیح برای یک هیدرومتر مشخص ثابت بوده و بر روی برگ آزمایش یادداشت می‌شود. مقدار مستقل از دما می‌باشد ولی بهتر است آن را در دمایی به‌دست 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 می‌یابد. با ازدیاد درجه حرارت آب نیز در نتایج آزمایش هیدرومتر عدد کمتری را نشان می‌دهد. به عبارتی می‌توان گفت که درجه حرارت آب نیز در نتایج آزمایش هیدرومتری مؤثر است. اگر هیدرومتری دقیقاً در دمای 20 درجه سانتی‌گراد کالیبره شده باشد، درصورتی‌که 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 می‌شود را به‌دست آورد.

نحوه تعیین ضریب تصحیح حرارتی بدین صورت است که در یک استوانه مدرج، آب مقطر خالص ریخته و دمای آن را با دماسنج اندازه‌گیری می‌کنیم. 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 می‌گیرد. برای به‌دست آوردن تصحیح حرارتی در هیدرومتر 151H قرائت پائین هلال از عدد یک کم شده و در نتیجه حاصل در 1000 ضرب می‌شود. مثلاً 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 0.9987 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 به‌دست می‌دهد. به‌عنوان 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 به‌دست آوردن دمایی که قرائت پایین هیدرومتر 151H برابر 1000 و در هیدرومتر 152H برابر صفر می‌شود، 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 به‌دست 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 می‌باشد.

با توجه به موارد بیان شده می‌توان منحنی و یا جدول مربوط به تعیین ضریب تصحیح حرارتی را در دماهای مختلف و برای هر نوع هیدرومتر به‌دست آورد. لذا قبل از استفاده هر هیدرومتر جدید، حتماً بایستی عملیات کالیبراسیون آن به‌طور 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 دانه‌ها از هم از نظر چسبندگی و یا خنثی کردن بارهای الکتریکی ذرات کوچک به‌کار می روند. لذا در شروع کار به مخلوط آب و خاک، یک ماده جدا کننده اضافه می‌کنند. واضح است که در اثر وجود این ماده، هیدرومتر بالاتر از محل واقعی قرار می‌گیرد و در نتیجه قرائت آن بیش از مقدار واقعی خواهد بود. بنابرین به اندازه تصحیح غلظت ماده جداکننده ()، 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 شده‌اند. به‌علت استفاده از ماده جداکننده، 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 می‌آید. در تعیین این ضریب، قرائت پایین منیسک، که همان قرائت واقعی است، ملاک محاسبات خواهد بود. بهتر است در دمایی به‌دست 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 به‌دست می‌دهد. در حالت کلی می‌توان از اختلاف قرائت پایین منیسک در محلول آب و ماده جداکننده، محلول آب مقطر خالص در یک دما را به‌دست آورد. مقدار این ضریب بستگی به نوع مقدار ماده جداکننده دارد.  مستقل از دما بوده و به صورت یک عدد ثابت برای هر هیدرومتر بر روی برگه آزمایش یادداشت می‌شود.

محاسبات

قطر ذرات معلق (D)

اگر قرائت هیدرومتر، در قسمت بالای هلال با  نشان داده شود، برای به‌دست 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 می‌باشد. با تعیین و استفاده از جدول میتوان عمق مؤثر را به‌دست آورد.

قطر معادل با درصد ذرات معلق داده شده به‌وسیله قرائت هیدرومتر، برحسب قانون استوکس محاسبه می‌شود. با استفاده از این قانون قطر ذره به هنگام ته‌نشین شدن و تعلیق در عمقی که هیدرومتر در مخلوط قرائت می‌شود، به‌صورت زیر محاسبه می‌گردد.

در این رابطه D، قطر ذره برحسب میلی‌متر L طول فرورفتگی هیدرومتر یا عمق مؤثر بر حسب سانتی‌متر، t فاصله زمانی از آغاز عمل ته‌نشینی تا لحظه قرائت هیدرومتر بر حسب دقیقه و K  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 می‌شود بایستی قرائت اولیه به‌طور 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 می‌باشد. با توجه به این موارد، درصد ذرات معلق خاک را می‌توان به‌صورت 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.

نظرات

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

به این مطلب امتیاز دهید
4.5/5
این مطلب را به اشتراک بگذارید

فهرست مطالب

13