Parmi les appareils permettant de mesurer la masse volumique d’un fluide, le densimètre à tube vibrant figure parmi ceux offrant la meilleure précision. Dans ce type de densimètre, le fluide s’écoule dans un tube vibrant en « U » activé par un dispositif électro-magnétique. La fréquence de vibration imposée correspond à la fréquence de résonance du tube sous vide, et ce, quelque soit le contenu du tube. La période de vibration résultante du tube rempli est mesurée et enregistrée par l’appareil. Cette période de vibration (τ) est reliée à la masse volumique (ρ) du liquide par l’équation :
Les grandeurs A et K sont des constantes de l’appareil qui varient avec la température et la pression de mesure. Ces constantes sont déterminées expérimentalement à partir de fluides de masses volumiques connues et proches des densités à mesurer. L’eau et le chlorure de sodium en solution aqueuse sont utilisées comme solutions de référence, notamment pour l’étude d’autres solutions aqueuses. La constante K est exprimée en fonction des périodes de vibration et des densités de deux systèmes étalons par l’équation :
La détermination de la constante A n’est pas systématiquement nécessaire si la masse volumique de la solution à étudier est déterminée par comparaison à un fluide de référence comme l’eau. La masse volumique du fluide mesuré est ainsi exprimé par :
Les mesures sont effectuées à température constante et à pression constante. La régulation thermique est généralement assurée par un thermostat liquide avec une précision de 0,01°C. La précision de mesure proposée par ce type d’appareil permet le calcul de volumes molaires et de volumes d’excès. Ces grandeurs sont communément utilisées dans les modèles thermodynamiques.
Conditions thermodynamiques
En fonction du type d’appareil utilisé, les mesures peuvent être effectuées à pression atmosphérique, ou sous pression jusqu’à 700 bar. La gamme de température accessible est -10 à 200 °C. C
es larges gammes de température et de pression permettent d’accéder aux masses volumiques de phases fluides de nombreux composés mais aussi de réaliser des mesures sur des solutions chargées en gaz, impossibles à réaliser avec d’autres densimètres.
Avantages :
- Méthode ultra-précise: jusqu’à 10-6 g/cm3
- La quantité d’échantillon utilisée peut-être réduite jusqu’à 2 mL
- Large domaine de température
- Possibilité d’analyser des fluides corrosifs et/ou toxiques
- Possibilité d’analyser des solutions chargées en gaz
Inconvénients :
- Mise en œuvre complexe dans des conditions thermodynamiques extrêmes
- Stabilisation lente de la fréquence de vibration du tube
- Impossibilité de mesurer une masse volumique de solutions hétérogènes
Applications :
- Contrôle qualité
- Recherche et développement
- REACH
Voir aussi l’article: Mesures de masse volumique et de densité
