CN101625234A - 一种处于集合状态下有间隙物质的真体积测量系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种处于集合状态下有间隙物质的真体积测量系统及方法，该系统包括气体输入部分、带进、排气开关阀的封闭测量部分和排气部分，安装有气体压强测量部件的带进、排气开关阀的封闭测量部分的输入气流开关阀与气体输入部分相连通、其排气开关阀与排气部分相连通；其方法是采用氦气或氮气作为测量介质，将被测物质放入测量系统的样品池，先将气体测量介质填充整个测量系统，然后关闭测量系统的排气开关阀、标准体积接入阀，并向封闭测量部分填充气体测量介质，直至其压强高于环境压强1.195kg/cm²时测量其加压压强P₂后，接入标准附加体积、再测量封闭测量部分压强P₃，通过计算公式计算被测物质真体积；该测量系统和方法具有测量精度高、使用简便的优点。

Description

一种处于集合状态下有间隙物质的真体积测量系统及方法

技术领域：

本发明涉及一种测量装置及其方法，特别涉及一种采用气体作为测量介质测量其处于集合状态下有间隙物质的真体积测量系统及方法。

背景技术：

目前，对金属或者化合物粉末有效密度的测量大都是以液体渗透粉末体为前提，采用比重瓶和吊斗为工具来进行测量，采用上述方法的操作过程中金属或者化合物粉末必然要与液体接触，对于易溶的或含有易溶成分或会与液体发生化学反应的金属或者化合物粉末物质，则导致测量结果精度大为降低，甚至不可信。为了提高测量的精度，人们对该测量方法及装置进行了各种改进，如：授权公告号为CN2735332Y的实用新型专利公开了一种不借助于液体、对不规则形状的固体、胶体的密度、体积进行测量的《无液密度、体积测量仪》，该测量仪只需将被测物质放在密闭的容器中，对容器中的气体进行压缩、利用气体状态方程中的等温过程或绝热过程等原理，通过运行所编制的计算机程序将压强自动转换成体积或密度值，该装置及方法虽然避免了被测物与液体接触，但在实际操作中较难达到初始的密封状态，且气体压缩后外力做功也会造成温度上升而导致非等温过程，因此也不能保证其测量的精确度，需要多次采样以及电脑编程的帮助以提高精度；此外，对于一些内部有与外表面相连通的微孔的物质或是其集合状态下、有间隙的物质，其真实的体积以及密度的测量也是一个难题。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种处于集合状态下有间隙物质的真体积测量系统，它既可以对金属或者化合物粉末真体积进行高精度的测量，而且还适用于内部有与外表面相连通的微孔的物质或是其集合状态下、有间隙的物质之真体积测量，本发明还提供了运用该系统测量处于集合状态下有间隙物质的真体积的测量方法。

解决上述技术问题的技术方案是：一种处于集合状态下有间隙物质的真体积测量系统，包括气体输入部分、带进、排气开关阀的封闭测量部分和排气部分，所述带进、排气开关阀的封闭测量部分由顺序相连的输入气流开关阀、待测样品池、标准体积接入阀、标准体积室和排气开关阀组成，带进、排气开关阀的封闭测量部分的输入气流开关阀与气体输入部分相连通、其排气开关阀与排气部分相连通；在带进、排气开关阀的封闭测量部分中安装有气体压强测量部件。

其进一步技术方案是：所述带进、排气开关阀的封闭测量部分的待测样品池与标准体积接入阀之间安装有滤网。

本发明的又一技术方案是：一种处于集合状态下有间隙物质的真体积的测量方法，它是采用氦气或氮气作为测量介质，将被测处于集合状态下有间隙物质样品放入测量系统的样品池中，先将气体测量介质填充整个测量系统，然后关闭带进、排气开关阀的封闭测量部分的排气开关阀、标准体积接入阀，并向带进、排气开关阀的封闭测量部分填充气体测量介质，直至带进、排气开关阀的封闭测量部分的压强值高于环境压强1.195kg/cm²时、测定其加压压强值P₂，此后，接入标准附加体积、待其稳定后再测量带进、排气开关阀的封闭测量部分的压强P₃，通过下述计算公式计算出被测定处于集合状态下有间隙物质的真体积：

$V_P=V_c+\frac{V_A}{1-P_2/P_3},$

式中，V_P：集合状态有间隙物质样品的真体积，

      V_C：样品池的容积，

      V_A：附加的标准体积，

      P₂：加压压强——即：当充填气体测量介质后，带进、排气开关阀的封闭测量部分压强值高于环境压强1.195kg/cm²时的压强，

      P₃：附加标准体积后带进、排气开关阀的封闭测量部分的压强。

本发明之一种处于集合状态下有间隙物质的真体积测量系统及用于测量处于集合状态下有间隙物质的真体积方法具有以下有益效果：

一、充分利用了阿基米德流体置换原理和气体膨胀技术，具有坚实的理论基础，可实施性强：

本发明之一种处于集合状态下有间隙物质的真体积测量系统及用于测量处于集合状态下有间隙物质的真体积方法的体积测量公式是充分利用了阿基米德流体置换原理和气体膨胀技术推导而出的：

首先将处于集合状态下有间隙物质样品放入样品池，将氦气输入整个测量系统，同时打开带进、排气开关阀的封闭测量部分的排气开关阀，使得系统的压强与周围环境的压强P_a一致，此时系统状态为：

P_a(V_c-V_p)＝n₁RT_a

式中，V_c为样品池的容积，V_p为样品的体积，

      n₁为在P_a下占据V_c-V_p的He气体的摩尔数，

      R是气体常数，

      T_a是开氏温标下的环境温度；

接着关闭带进、排气开关阀的封闭测量部分的排气开关阀和标准体积接入阀，并向带进、排气开关阀的封闭测量部分填充气体测量介质，直至当带进、排气开关阀的封闭测量部分压强值高于环境压强1.195kg/cm²时、测量此时的带进、排气开关阀的封闭测量部分的加压压强P₂，此时系统状态为：

P₂(V_c-V_p)＝n₂RT_a

式中：

P₂表示带进、排气开关阀的封闭测量部分加压后高于环境的压强，

n₂表示样品池中所有气体的摩尔数；

完成上述测量后，打开样品池与附加标准体积V_A之间的标准体积接入阀，接入附加标准体积V_A，此时系统的压强将下降，稳定后，测量此时的压强值P₃，则有：

P₃(V_c-V_p+V_A)＝n₂RT_a+n_aRT_a；

由于P_aV_A＝n_aRT_a，则可得到：

P₃(V_c-V_p+V_A＝n₂RT_a+P_aV_A；

同理，可得到：

P₃(V_c-V_p+V_A)＝P₂(V_c-V_p)+P_aV_A；

经过移项，化简，可得到：

$V_p=V_c+\frac{N_A}{1-\frac{P_2-P_a}{P_3-P_a}}$

在预先将P_a置零的条件下，可得到体积的测定公式：

$V_P=V_c+\frac{V_A}{1-P_2/P_3}$

公式： $V_P=V_C+\frac{V_A}{1-P_2/P_3}$ 则是使用氦气或氮气作为测量介质的测量处于集合状态下有间隙物质的真体积的体积测量公式，兼具了精度高和使用简便的优点。

二、测量精度高：

本发明之一种处于集合状态下有间隙物质的真体积方法采用性质稳定的氦气或氮气作为测量介质，完全避免了被测样品与液体测量介质相接触，从而避免了被测样品中的可溶成分溶解于液体测量介质中或与液体测量介质发生化学反应而导致的测量精度不高甚至不可信的情况。

三、方法简便、装置简单实用：

使用本发明系统及方法测量处于集合状态下有间隙物质的真体积时，只需先将被测处于集合状态下有间隙物质样品放入样品池，然后将气体测量介质填充整个测量系统，再关闭测量系统之带进、排气开关阀的封闭测量部分的排气开关阀，标准体积接入阀，并向带进、排气开关阀的封闭测量部分填充气体测量介质，直至带进、排气开关阀的封闭测量部分的压强值高于环境压强1.195kg/cm²时测量其加压压强P₂，接入标准附加体积后再测量带进、排气开关阀的封闭测量部分的压强P₃，则可根据公式得到被测样品的真体积，操作简单、且不需多次实验，大大节约了实验时间，提高工作效率。

四、适用范围广：

本发明系统及方法不仅仅适用于测量金属或者化合物粉末的真体积，进而得到粉末物质的真密度；而且适用于内部有与外表面相连通的微孔的物质或是其集合状态下、有间隙的物质之真体积测量。

下面，结合附图和实施例对本发明之一种处于集合状态下有间隙物质的真体积测量系统及方法的技术特征作进一步的说明。

附图说明：

图1：本发明之一种处于集合状态下有间隙物质的真体积测量系统的结构示意图，

(即：一种处于集合状态下有间隙物质的真体积测量方法的系统流程图)。图中：

I-气体输入部分，II-带进、排气开关阀的封闭测量部分，III-排气部分；

1-气瓶上的气压计，2-气瓶，3-气体输入端，4-过压保护阀，5-输入气流控制阀，6-输入气流开关阀，7-待测样品池，8-滤网，9-标准体积接入阀，10-标准体积室，11-压力传感器，12-排气开关阀，13-排气气流控制阀，14-排气接口。

具体实施方式：

实施例一：

一种处于集合状态下有间隙物质的真体积测量系统，包括由顺序连接的气瓶2、气体输入端3、过压保护阀4、输入气流控制阀5组成的气体输入部分I，由顺序连接的输入气流开关阀6、待测样品池7、滤网8、标准体积接入阀9、标准体积室10和排气开关阀12组成的带进、排气开关阀的封闭测量部分II，由排气气流控制阀13和排气接口14组成的排气部分III，在标准体积接入阀9与排气开关阀12之间还安装有一个压力传感器11；

气体输入部分I的输入气流控制阀5与封闭的测量系统II的输入气流开关阀6相连通，用于控制向封闭的测量系统II的气体输入；

排气部分III的排气气流控制阀13与封闭的测量系统II的排气开关阀12相连通，用于控制封闭的测量系统的气体排放；

待测样品池7用于放置待测金属或者化合物粉末样品；与待测样品池7连接的滤网8用于阻止测量过程中金属或者化合物粉末分散离开待测样品池7；

本实施例中，标准体积室10是采用一个内容积为标准体积的气缸，作为本实施的一种变换，标准体积室10也可以是采用内容积为标准体积的其他密闭压力容器。

压力传感器11作为压强测量部件，用于测量带进、排气开关阀的封闭测量部分II的压强值，作为本实施例的一种变换，它可以安装在带进、排气开关阀的封闭测量部分II的输入气流开关阀6与排气开关阀12之间的任意位置(但标准体积接入阀9以内的标准体积室10除外)，压强测量部件除采用压力传感器11外，也可以是压力计或其他的气体压强测量部件。

本实施例之一种处于集合状态下有间隙物质的真体积测量系统不仅仅适用于被测物质是金属或者化合物粉末物质，也可以用于测量其他的内部有与外表面相连通的微孔的物质或是其集合状态下、有间隙的物质的真体积，此种情况下，在待测样品池7与标准体积接入阀9之间可以安装有滤网8、也可以不安装滤网8。

实施例二：

一种处于集合状态下有间隙物质的真体积测量方法，该方法是运用本发明实施例一所述测量系统、采用氦气或氮气作为测量介质，将被测处于集合状态下有间隙物质样品放入测量系统的样品池，先将气体测量介质填充整个测量系统，然后关闭带进、排气开关阀的封闭测量部分的排气开关阀、标准体积接入阀，并向带进、排气开关阀的封闭测量部分填充气体测量介质，直至带进、排气开关阀的封闭测量部分的压强值高于环境压强1.195kg/cm²时、测定其加压压强值P₂，此后，接入标准附加体积、待其稳定后再测量带进、排气开关阀的封闭测量部分的压强P₃，通过下述计算公式计算出被测定处于集合状态下有间隙物质的真体积：

$V_P=V_c+\frac{V_A}{1-P_2/P_3},$

式中，V_P：处于集合状态下有间隙物质的真体积，

      V_C：样品池的容积，

V_A：附加的标准体积，

P₂：加压压强——即：当充填气体测量介质后，带进、排气开关阀的封闭测量部分压强值高于环境压强1.195kg/cm²时的压强，

P₃：附加标准体积后带进、排气开关阀的封闭测量部分的压强。

其具体步骤如下：

a、净化测量系统：将被测物质样品放入测量装置系统的样品池，将氦气或氮气输入整个测量装置系统，同时打开排气开关阀和标准体积接入阀，至整个测量装置系统的压强与周围环境的压强P_a一致；

b、测量加压压强：关闭带进、排气开关阀的封闭测量部分的排气开关阀和标准体积接入阀，并向带进、排气开关阀的封闭测量部分填充气体测量介质，直至当带进、排气开关阀的封闭测量部分压强值高于环境压强1.195kg/cm²时、测量带进、排气开关阀的封闭测量部分加压后的加压压强P₂；

c、测量附加标准体积V_A后的压强：打开标准体积接入阀，接入标准体积V_A，稳定后，测量此时带进、排气开关阀的封闭测量部分的压强值P₃；

d、计算被测物质样品的真体积：将测得数据应用上述公式计算出其被测物质样品的真体积。

作为本发明实施例二的一种变换，也可以不用氦气而使用氮气作为测量介质，在常温常压下，二者的测量值差别不大，由于氦气比氮气更加接近理想气体，因而，使用氮气的测量精度略低于氦气。

本发明方法所述处于集合状态下有间隙物质包括：金属或者化合物粉末或是内部有与外表面相连通的微孔的物质或是其集合状态下、有间隙的物质。

下面，以测量金属或者化合物粉末真体积为例，说明其测量过程：

将金属或者化合物粉末样品放入样品池7，将氦气或氮气输入整个测量系统，同时打开排气开关阀12和标准体积接入阀9，至测量系统的压强与周围环境的压强P_a一致；

然后，关闭带进、排气开关阀的封闭测量部分的排气开关阀12和标准体积接入阀9，并向带进、排气开关阀的封闭测量部分填充气体测量介质，直至当带进、排气开关阀的封闭测量部分压强值高于环境压强1.195kg/cm²时、测量带进、排气开关阀的封闭测量部分加压后的加压压强P₂后，再打开标准体积接入阀，接入标准体积V_A，稳定后，测量此时带进、排气开关阀的封闭测量部分的压强值P₃，根据测量得到的P₂、P₃，利用真体积测量公式计算得到金属或者化合物粉末样品的体积，进而可以得到其密度值。

Claims (9)

1.一种处于集合状态下有间隙物质的真体积测量系统，其特征在于：该系统包括气体输入部分(I)、带进、排气开关阀的封闭测量部分(II)和排气部分(III)，所述带进、排气开关阀的封闭测量部分(II)由顺次相连的输入气流开关阀(6)、待测样品池(7)、标准体积接入阀(9)、标准体积室(10)和排气开关阀(12)组成，带进、排气开关阀的封闭测量部分(II)的输入气流开关阀(6)与气体输入部分(I)相连通、其排气开关阀(12)与排气部分(III)相连通；在带进、排气开关阀的封闭测量部分(II)中安装有气体压强测量部件。

2.如权利要求1所述的一种处于集合状态下有间隙物质的真体积测量系统，其特征在于：所述的气体输入部分(I)包括顺次连接的气瓶(2)、气体输入端(3)、过压保护阀(4)、输入气流控制阀(5)，气体输入部分(I)的输入气流控制阀(5)与带进、排气开关阀的封闭测量部分(II)的输入气流开关阀(6)相连通。

3.如权利要求2所述的一种处于集合状态下有间隙物质的真体积测量系统，其特征在于：所述的排气部分(III)包括顺次连接的排气气流控制阀(13)和排气接口(14)，排气部分(III)的排气气流控制阀(13)与带进、排气开关阀的封闭测量部分(II)的排气开关阀(12)相连通。

4.如权利要求1、2或3所述的一种处于集合状态下有间隙物质的真体积测量系统，其特征在于：所述带进、排气开关阀的封闭测量部分(II)的待测样品池(7)与标准体积接入阀(9)之间安装有滤网(8)。

5.如权利要求1、2或3所述的一种处于集合状态下有间隙物质的真体积测量系统，其特征在于：所述的压强测量部件是压力传感器(11)或电子压强计，它安装在带进、排气开关阀的封闭测量部分(II)中输入气流开关阀(6)与排气开关阀(12)之间、除标准体积接入阀(9)及标准体积室(10)之外的任意位置。

6.如权利要求4所述的一种处于集合状态下有间隙物质的真体积测量系统，其特征在于：所述的压强测量部件是压力传感器(11)或电子压强计，它安装在带进、排气开关阀的封闭测量部分(II)中输入气流开关阀(6)与排气开关阀(12)之间、除标准体积接入阀(9)及标准体积室(10)之外的任意位置。

7.一种用权利要求1所述测量系统测量处于集合状态下有间隙物质的真体积的测量方法，其特征在于：该方法是采用氦气或氮气作为测量介质，将被测处于集合状态下有间隙物质样品放入测量系统的样品池，先将气体测量介质填充整个测量系统，然后关闭带进、排气开关阀的封闭测量部分的进气、排气开关阀、标准体积接入阀，并向带进、排气开关阀的封闭测量部分填充气体测量介质，直至带进、排气开关阀的封闭测量部分的压强值高于环境压强1.195kg/cm²时、测定其加压压强值P₂，此后，接入标准附加体积、待其稳定后再测量带进、排气开关阀的封闭测量部分的压强P₃，通过下述计算公式计算出被测处于集合状态下有间隙物质的真体积：

$V_P=V_c+\frac{V_A}{1-P_2/P_3},$

式中，V_P：集合状态有间隙物质样品的真体积，

V_C：样品池的容积，

V_A：附加的标准体积，

P₂：加压压强——即：当充填气体测量介质后，带进、排气开关阀的封闭测量部分压强值高于环境压强1.195kg/cm²时的压强，

P₃：附加标准体积后带进、排气开关阀的封闭测量部分的压强。

8.如权利要求7所述的一种处于集合状态下有间隙物质的真体积的测量方法，其特征在于：该方法的具体步骤是：

a、净化测量系统：将被测物质样品放入测量装置系统的样品池，将氦气或氮气输入整个测量系统，同时打开排气开关阀和标准体积接入阀，至整个测量系统的压强与周围环境的压强P_a一致；

b、测量加压压强：关闭带进、排气开关阀的封闭测量部分的排气开关阀和标准体积接入阀，并向带进、排气开关阀的封闭测量部分填充气体测量介质，直至当带进、排气开关阀的封闭测量部分压强值高于环境压强1.195kg/cm²时、测量带进、排气开关阀的封闭测量部分加压后的加压压强P₂；

c、测量附加标准体积V_A后的压强：打开标准体积接入阀，接入标准体积V_A，稳定后，测量此时带进、排气开关阀的封闭测量部分的压强值P₃；

d、计算被测物质样品的真体积：将测得数据应用上述公式计算出其被测物质样品的真体积。

9.如权利要求7或8所述的一种处于集合状态下有间隙物质的真体积的测量方法，其特征在于：所述处于集合状态下有间隙物质包括：金属或者化合物粉末或是内部有与外表面相连通的微孔的物质或是其集合状态下、有间隙的物质。

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