比重计（Hydrometer）是一种用于测量液体密度（或相对密度，即液体密度与水密度的比值）的物理仪器，广泛应用于化工、食品、医药、环保、石油等领域，通过密度变化间接判断液体纯度、浓度或成分。以下从工作原理、类型、关键参数、使用方法、典型应用五个维度展开详细介绍：
一、工作原理
比重计基于阿基米德原理（浮力原理）设计：当比重计竖直漂浮在液体中时，其所受浮力等于自身重力。由于重力恒定，浮力也恒定，因此液体密度越大，比重计浸入液体的深度越浅；反之，液体密度越小，浸入深度越深。通过刻度直接读取液体的密度或相对密度值。
关键公式：（为浮力，为液体密度，为排开液体体积，g为重力加速度，为比重计重力）。
二、主流类型及特点
根据测量场景（、液体类型、自动化程度），比重计可分为传统机械式和现代电子式两大类，具体差异如下：
| 类型 | 细分类别 | 工作方式 | 优点 | 缺点 | 适用场景 |
|---|---|---|---|---|---|
| 传统机械式 | 玻璃浮子式 | 玻璃管内充入配重（如铅粒），漂浮时读取刻度 | 成本低、结构简单、无需供电 | 低（±0.001~±0.005 g/cm3）、易受温度影响、需人工读数 | 粗测液体浓度（如盐水、酒精）、教学实验 |
| 金属浮子式 | 金属外壳 + 内置配重，刻度刻于金属杆上 | 耐冲击、适合工业恶劣环境 | 更低（±0.005~±0.01 g/cm3） | 工业现场粗略监测（如润滑油密度） | |
| 现代电子式 | 振荡管密度计 | 液体注入振荡管，通过振荡频率计算密度 | 极高（±0.00001~±0.0001 g/cm3）、响应快 | 成本高、需校准、样品量固定 | 实验室精密测量（如药品纯度、化工原料成分） |
| 浮力式电子比重计 | 内置电子传感器检测浮子浸入深度，自动换算 | 自动化程度高、可温度补偿、数据可存储 | 中等（±0.0001~±0.001 g/cm3）、需定期维护 | 生产线上批量检测（如饮料浓度、电解液密度） | |
| 超声波比重计 | 超声波在液体中的传播速度与密度关联，间接计算 | 非接触测量、无样品污染风险 | 较低（±0.001~±0.005 g/cm3）、受杂质影响大 | 高粘度 / 腐蚀性液体（如糖浆、强酸强碱） |
三、关键技术参数（选型依据）
选择比重计时需重点关注以下参数，确保匹配实际测量需求：
测量范围：即能检测的液体密度区间，常见范围为 0.001~2.000 g/cm3（常规液体）或 2.000~3.000 g/cm3（高密度液体，如重金属溶液），需覆盖目标液体的密度范围。
等级：
实验室精密测量：需选择≥±0.0001 g/cm3（如振荡管密度计）；
生产质检： ±0.0001~±0.001 g/cm3 即可（如电子浮力式）；
粗测场景： ±0.001~±0.01 g/cm3（如玻璃浮子式）。
温度补偿功能：液体密度随温度变化显著（如水在 4℃时密度，温度升高密度降低），具备自动温度补偿（通常补偿范围 0~50℃）的比重计可消除温度误差，尤其适合环境温度波动大的场景。
样品要求：
样品量：振荡管比重计需固定样品量（如 1~5mL），而浮力式可适应不同样品量；
液体特性：高粘度液体（如油脂）需选择 “防挂壁” 设计的比重计，腐蚀性液体需选择耐腐材质（如 PTFE、哈氏合金）。
数据输出：电子式比重计需关注是否支持 USB、RS485 等接口，是否可连接电脑或打印机，方便数据存储与追溯（适用于批量检测场景）。
四、标准使用方法（以玻璃浮子式为例）
样品准备：
将待测液体倒入干净的量筒（直径需大于比重计直径，避免浮子碰壁），液面高度需足够使比重计漂浮（一般至少淹没刻度起始线）；
若液体有气泡，需静置片刻或用吸管去除（气泡会增大浮力，导致读数偏低）。
仪器校准：
首次使用或更换液体类型前，需用纯水校准（20℃时纯水密度为 1.000 g/cm3）；
将比重计缓慢放入纯水中，待稳定后观察刻度是否为 1.000，若偏差超过允许范围，需调整配重或更换仪器。
测量操作：
手持比重计顶端，缓慢垂直放入待测液体中，避免快速放入导致液体飞溅或浮子倾斜；
待浮子静止（无晃动、无旋转）后，读取液面与刻度对齐处的数值（注意：视线需与液面平齐，避免视差误差）。
数据修正：
若测量温度非标准温度（如 20℃），需根据液体的 “温度 - 密度曲线” 修正读数（例如：酒精温度每升高 1℃，密度约降低 0.0007 g/cm3）；
若液体含少量杂质（如悬浮颗粒），需过滤后再测量，避免杂质附着在浮子上影响浮力。
五、典型应用场景
食品饮料行业：
测量糖水、果汁的浓度（浓度越高，密度越大），确保甜度一致；
检测啤酒、葡萄酒的酒（酒精密度小于水，酒越高，混合液密度越低）。
化工行业：
监测电解液（如铅酸电池电解液）的密度，判断电池充放电状态（充电时电解液密度升高，放电时降低）；
控制涂料、油墨的固含量（固含量越高，密度越大），保证产品质量稳定。
医药行业：
检测药液的浓度（如生理盐水密度需严格控制在 1.005~1.010 g/cm3），确保用药剂量准确；
验证注射剂的纯度（杂质会导致密度偏离标准值）。
环保行业：
测量废水的密度，间接判断污染物浓度（如含重金属的废水密度高于纯水）；
监测油水混合物的分层情况（油密度小于水，可通过密度差判断分层效果）。
石油行业：
检测原油、柴油的密度，计算油品的质量（如油罐车装载量）；
判断润滑油的劣化程度（润滑油老化后会混入杂质，密度升高）。
六、使用注意事项
避免损坏：玻璃浮子式比重计易碎，操作时需轻拿轻放，避免碰撞量筒或桌面；金属浮子式需避免接触强腐蚀性液体，防止外壳腐蚀。
清洁维护：每次测量后需用纯水冲洗比重计，擦干后存放（尤其测量粘性液体后，需用酒精擦拭残留，避免刻度模糊）。
环境控制：测量时需保持环境温度稳定（尤其高测量），避免阳光直射或通风口直吹，防止液体温度快速变化。
定期校准：电子式比重计建议每 3~6 个月校准（使用标准密度液，如已知浓度的氯化钾溶液），确保符合要求。
通过合理选择类型、严格遵循操作规范，比重计可高效、准确地为液体特性分析提供数据支持，是工业生产和科学研究中不可或缺的基础仪器。