비중계(比重計, hydrometer)는 액체나 고체의 비중(比重, specific gravity)을 측정하는 장치이다. 한자어 '비중계'는 '견줄 비(比)', '무거울 중(重)', '꾀할 계(計)'로 구성되어 있으며, 영어로는 하이드로미터(hydrometer)라고 한다. 표준국어대사전에 등재된 표준어로, 동의어로 '비중 저울'이 있다.
측정 원리
비중계는 아르키메데스의 부력 원리를 기반으로 작동한다. 일반적으로 유리관으로 만들어진 기둥 아래쪽에 추를 달아 무게를 준 형태로, 액체에 띄우면 액체의 밀도에 따라 비중계가 잠기는 깊이가 달라진다. 액체의 밀도가 클수록 비중계는 더 얕게 잠기고, 밀도가 작을수록 더 깊이 잠긴다. 기둥에 새겨진 눈금을 읽어 비중 값을 직접 확인할 수 있다. 눈금을 읽을 때는 액체 표면의 메니스커스(meniscus, 곡면)의 밑부분과 일치하는 지점을 기준으로 한다.
종류
재는 물질의 종류와 측정 방식에 따라 여러 형태로 나뉜다.
- 부칭(浮秤): 액체에 뜨는 원리를 이용한 전통적인 유리 비중계.
- 수칭(水秤): 물의 비중을 측정하는 데 특화된 장치.
- 비중병(比重甁): 일정 부피의 액체 무게를 측정하여 비중을 산출하는 방식.
- 비중 천칭(比重天秤): 모어 저울(Mohr's balance)이라고도 하며, 고체 물체를 공기 중과 물 속에서 각각 무게를 잰 후 부력을 계산하여 비중을 측정한다.
- 비중칭(比重秤): 대(臺)로 된 저울 형태로, 대의 한쪽 끝에 추를 달고 다른 쪽 끝에 지침이 있어 분동의 위치를 조절하여 액체의 비중을 측정한다.
- 디지털 비중계: 전자식 센서를 이용하여 비중을 디지털 수치로 표시하며, 자동 온도 보정 기능을 갖춘 경우가 많다.
- 소리굽쇠 비중계(tuning fork hydrometer): 진동하는 소리굽쇠의 주파수 변화를 측정하여 액체의 밀도를 정밀하게 산출하는 방식으로, 점성이 있는 액체에서도 정확한 측정이 가능하다.
용도 및 활용 분야
비중계는 다양한 산업과 연구 분야에서 사용된다.
- 석유 산업: 원유 및 석유 제품의 밀도, 상대 밀도, API 비중 측정. ASTM D1298, API MPMS CH 9.1 등의 국제 표준 시험 방법이 존재한다.
- 식품 및 음료: 양조, 와인 제조 과정에서 당도 및 발효 상태 확인. 브릭스(Brix) 비중계가 대표적이다.
- 의료: 요 비중계(urine hydrometer)를 사용하여 소변의 비중을 측정하며, 신장 기능 평가 등에 활용된다.
- 자동차: 납축 배터리의 전해액 비중을 측정하여 배터리 충전 상태를 확인한다.
- 화학 및 플라스틱 산업: 액체 수지 등의 비중 측정.
- 건설 및 토목: 골재의 비중 및 흡수율 측정.
국제 표준
비중계는 국제적으로 다양한 표준화 기구에서 규격이 제정되어 있다. ISO(국제표준화기구), ASTM(미국재료시험학회), KS(한국산업표준), JIS(일본공업규격), BS(영국표준) 등에서 비중계의 구성, 조정 원리, 교정 방법, 시험 방법에 관한 표준을 제공하고 있다.
