CN102297818B - 无水无氧条件下粉末样品真密度测定系统及测量方法 - Google Patents

Abstract

无水无氧条件下粉末样品真密度测定系统及测量方法，涉及粉末样品密度测定技术领域，包括：通过管路分别与气瓶、真空泵、压力计、温度计和样品瓶连接的密闭容器，气瓶和密闭容器间的管路上设有一开关阀，真空泵和密闭容器间的管路上设有一限制阀，样品瓶上设有一密封塞，样品瓶和密闭容器间的管路上设有一可控阀门开关。本发明所述无水无氧条件下粉末样品真密度测定系统及测量方法，根据装样前后系统体积的变化可计算得到粉末样品的真体积，结合粉末样品的质量计算得到真密度，适用于测定粉末样品的真密度，特别是测量不能暴露在空气中的粉末样品的真密度，而且可选择在非室温条件下测定粉末样品真密度，整个测试过程样品不接触空气和水，实用性强、操作方便。

Description

无水无氧条件下粉末样品真密度测定系统及测量方法

技术领域

本发明涉及粉末样品密度测定技术领域，具体的说是无水无氧条件下粉末样品真密度测定系统及测量方法。

背景技术

真密度是粉体的基本特征之一，它是指粉体重量与真体积之比，其真体积不包括存在于粉体颗粒内部的封闭空间。

目前测定粉末样品密度的方法主要是液体浸渍法和气体容积法，液体浸渍法是将粉末样品浸入到易润湿粉末颗粒表面的浸液中，真空脱气以完全排除气泡，然后测定粉末样品所排除液体的体积，此法对易溶的或含有易溶成分的粉末样品不适用。气体容积法是以气体取代液体测定粉末样品所排出的体积，此法排除了液体浸液法对粉末样品溶解的可能性，具有不损坏粉末样品的优点，但测定时由于气体密度和固体密度相差3个数量级，测量精度不高，并且测定时易受温度的影响，还需注意漏气问题。

近来，为了提高测量精度，人们对真密度的测量方法及测定系统进行了改进，如授权公告号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，通过运行程序将压强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，虽然通过电脑编程的帮助，也不能保证测量精度。再如公开号CN101625234A的发明专利公开了《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》，该测量系统采用氦气或氮气作为测量介质，将被测物放入测量系统的样品池，先将测量介质填充整个测量系统，然后利用接入标准附加体积前后系统压强的差异通过计算公式计算被测物真体积，该方法具有简便的优点，但是整个测量系统在测量时并没有完全始终处于密封状态，且作为被测物的粉末在高压气流下易被吹走，从而影响测量精度。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供无水无氧条件下粉末样品真密度测定系统及测量方法，克服了粉末样品在制样和测试时易受溶剂、气体等杂质污染变质，且受温度影响的缺点，适用于测定粉末样品的真密度，尤其是测量不能暴露在空气中的粉末样品的真密度，而且可选择在非室温条件下测定粉末样品真密度。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

无水无氧条件下粉末样品真密度测定系统，其特征在于，包括：通过管路分别与气瓶1、真空泵3、压力计5、温度计6和样品瓶10连接的密闭容器7，

气瓶1和密闭容器7间的管路上设有一开关阀2，

真空泵3和密闭容器7间的管路上设有一限制阀4，

样品瓶10上设有一密封塞11，样品瓶10和密闭容器7间的管路上设有一可控阀门开关9，

可控阀门开关9和密闭容器7间的管路上设有一可拆卸的连接口8。

在上述技术方案的基础上，样品瓶10外设有一温度控制器12，且所述密封塞11为隔热密封塞。

基于上述无水无氧条件下粉末样品真密度测定系统的无水无氧条件下粉末样品真密度测量方法，其特征在于：在室温下，采用氦气作为测量介质，

先将粉末样品放入测定系统的样品瓶10中，再通过真空泵3对密闭容器7和样品瓶10抽真空，然后关闭可控阀门开关9和限制阀4，打开开关阀2，通过气瓶1向密闭容器7中通入一定量氦气，压力稳定后通过压力计5测定其压力值P₁，此后，打开可控阀门开关9，压力稳定后通过压力计5测定其压力值P₂，通过公式（Ⅰ）计算出粉末样品的真密度：

${\mathrm{\ρ}}_s=\frac{m_2-m_b}{V_b-\frac{P_1{V}_d-P_2{V}_d}{P_2}}---\left(I\right)$

公式（Ⅰ）中，ρ_s为粉末样品的真密度，m_b为空样品瓶10、密封塞11和可控阀门开关9及其之间管路的质量，m₂为装完粉末样品后样品瓶10、密封塞11和可控阀门开关9及其之间管路的质量，V_b为样品瓶10和从样品瓶到可拆卸的连接口8的管路的体积，V_d为密闭容器7和全部管路的体积，P₁为加压压力，即向密闭容器7中通入一定量氦气，压力稳定后的压力值，P₂为打开样品瓶上可控阀门开关9，压力稳定后的压力值。

在上述技术方案的基础上，其具体步骤如下：

a、制样：首先称量空样品瓶10、密封塞11和可控阀门开关9及其之间管路的质量m_b，将样品瓶10放入手套箱中装入粉末样品，塞上密封塞11并将可控阀门开关9关闭，从手套箱中取出样品瓶，称量装完粉末样品后样品瓶10、密封塞11和可控阀门开关9及其之间管路的质量m₂，将样品瓶通过可拆卸的连接口8与密闭容器7连接；

b、净化系统：确认开关阀2和可控阀门开关9处于关闭状态，打开真空泵3和限制阀4，至密闭容器7的压力小于50μmHg，保持30min；

c、净化样品：关闭限制阀4，打开气瓶1和开关阀2，通入氦气，至密闭容器7压力达到高于环境压力，然后关闭开关阀2、打开可控阀门开关9，之后调节限制阀4，以10mmHg/s降低的速度对密闭容器7抽真空，至密闭容器7的压力小于50μmHg，保持30min；

d、测量加压压力：关闭限制阀4和可控阀门开关9，打开开关阀2，通入氦气，至密闭容器7压力达到800～900mmHg，压力稳定后记录密闭容器7的压力值P₁；

e、测量接入样品瓶后压力：打开可控阀门开关9，压力稳定后记录系统的压力值P₂；

f、计算被测物的真密度：将测得数据应用公式（Ⅰ）计算出粉末样品的真密度。

在上述技术方案的基础上，采用氦气作为测量介质，

先将粉末样品放入测定系统的样品瓶10中，再通过真空泵3对密闭容器7和样品瓶10抽真空，然后关闭可控阀门开关9和限制阀4，打开开关阀2，通过气瓶1向密闭容器7中通入一定量氦气，压力稳定后通过压力计5测定其压力值P₁，此后，记录室温温度T_r，通过温度控制器12将样品瓶10的温度调整为T₂，打开可控阀门开关9，压力稳定后通过压力计5测定其压力值P₂，通过公式（Ⅱ）计算出粉末样品的真密度：

${\mathrm{\ρ}}_s=\frac{m_2-m_b}{V_c-\frac{P_1{V}_d-P_2{V}_d-P_2{V}_w}{P_2}\×\frac{T_2}{T_r}}---\left(\mathrm{II}\right)$

公式（Ⅱ）中，ρ_s为粉末样品的真密度，m_b为空样品瓶10、密封塞11和可控阀门开关9及其之间管路的质量，m₂为装完粉末样品后样品瓶10、密封塞11和可控阀门开关9及其之间管路的质量，V_c为样品瓶10的体积，V_d为密闭容器7和全部管路的体积，V_w为从样品瓶到可拆卸的连接口8的管路的体积，P₁为加压压力，即向密闭容器7中通入一定量氦气，压力稳定后的压力值，P₂为打开样品瓶上可控阀门开关9，压力稳定后的压力值，T_r为室温温度，T₂为通过温度控制器12将样品瓶10调整到的温度。

在上述技术方案的基础上，其具体步骤如下：

a、制样：首先称量空样品瓶10、密封塞11和可控阀门开关9及其之间管路的质量m_b，将样品瓶10放入手套箱中装入粉末样品，塞上密封塞11并将可控阀门开关9关闭，从手套箱中取出样品瓶，称量装完粉末样品后样品瓶10、密封塞11和可控阀门开关9及其之间管路的质量m₂，将样品瓶通过可拆卸的连接口8与密闭容器7连接；

b、净化系统：确认开关阀2和可控阀门开关9处于关闭状态，打开真空泵3和限制阀4，至密闭容器7的压力小于50μmHg，保持30min；

c、净化样品：关闭限制阀4，打开气瓶1和开关阀2，通入氦气，至密闭容器7压力达到高于环境压力，然后关闭开关阀2、打开可控阀门开关9，之后调节限制阀4，以10mmHg/s降低的速度对密闭容器7抽真空，至密闭容器7的压力小于50μmHg，保持30min；

d、测量加压压力：关闭限制阀4和可控阀门开关9，打开开关阀2，通入氦气，至密闭容器7压力达到800～900mmHg，压力稳定后记录密闭容器7的压力值P₁；

e、测量接入样品瓶后压力：记录室温温度T_r，设置温度控制器12的温度为T₂，通过温度控制器12将样品瓶10的温度调整为T₂，待样品瓶10的温度稳定后，打开可控阀门开关9，压力稳定后记录系统的压力值P₂；

f、计算被测物的真密度：将测得数据应用公式（Ⅱ）计算出粉末样品在温度为T₂时的真密度。

本发明所述的无水无氧条件下粉末样品真密度测定系统及测量方法，根据装样前后系统体积的变化可计算得到粉末样品的真体积，结合粉末样品的质量计算得到真密度，适用于测定粉末样品的真密度，特别是测量不能暴露在空气中的粉末样品的真密度，而且可选择在非室温条件下测定粉末样品真密度，整个测试过程样品不接触空气和水，实用性强、操作方便。

附图说明

图1是无水无氧条件下粉末样品真密度测定系统的结构示意图。

附图标记：

1—气瓶，2—开关阀，3—真空泵，4—限制阀，5—压力计，6—温度计，7—密闭容器，8—可拆卸的连接口，9—可控阀门开关，10—样品瓶，11—密封塞，12—温度控制器。

具体实施方式

本发明公开了无水无氧条件下粉末样品真密度测定系统，及基于该测定系统的无水无氧条件下粉末样品真密度测量方法，该测定系统可以用于在室温条件下测定粉末样品的真密度，还可以用于非室温条件下测定粉末样品的真密度，该测定系统还适用于测定块状或颗粒等固体物质的真密度，且测量方法和步骤与测定粉末样品是完全一样的，为便于描述，以下如无特殊说明，均以粉末样品为被测样品。本发明所述无水无氧条件下粉末样品真密度测定系统，包括：通过管路分别与气瓶1、真空泵3、压力计5、温度计6和样品瓶10连接的密闭容器7，

气瓶1和密闭容器7间的管路上设有一开关阀2，

真空泵3和密闭容器7间的管路上设有一限制阀4，

样品瓶10上设有一密封塞11，样品瓶10和密闭容器7间的管路上设有一可控阀门开关9，

可控阀门开关9和密闭容器7间的管路上设有一可拆卸的连接口8。

在上述技术方案的基础上，样品瓶10外设有一温度控制器12，且所述密封塞11为隔热密封塞。

基于上述无水无氧条件下粉末样品真密度测定系统的无水无氧条件下粉末样品真密度测量方法，其特征在于：在室温下，采用氦气作为测量介质，

先将粉末样品放入测定系统的样品瓶10中，再通过真空泵3对密闭容器7和样品瓶10抽真空，然后关闭可控阀门开关9和限制阀4，打开开关阀2，通过气瓶1向密闭容器7中通入一定量氦气，压力稳定后通过压力计5测定其压力值P₁，此后，打开可控阀门开关9，压力稳定后通过压力计5测定其压力值P₂，通过公式（Ⅰ）计算出粉末样品的真密度：

${\mathrm{\ρ}}_s=\frac{m_2-m_b}{V_b-\frac{P_1{V}_d-P_2{V}_d}{P_2}}---\left(I\right)$

公式（Ⅰ）中，ρ_s为粉末样品的真密度，m_b为空样品瓶10、密封塞11和可控阀门开关9及其之间管路的质量，m₂为装完粉末样品后样品瓶10、密封塞11和可控阀门开关9及其之间管路的质量，V_b为样品瓶10和从样品瓶到可拆卸的连接口8的管路的体积，V_d为密闭容器7和全部管路的体积，P₁为加压压力，即向密闭容器7中通入一定量氦气，压力稳定后的压力值，P₂为打开样品瓶上可控阀门开关9，压力稳定后的压力值。

在上述技术方案的基础上，其具体步骤如下：

a、制样：首先称量空样品瓶10、密封塞11和可控阀门开关9及其之间管路的质量m_b，将样品瓶10放入手套箱中装入粉末样品，塞上密封塞11并将可控阀门开关9关闭，从手套箱中取出样品瓶，称量装完粉末样品后样品瓶10、密封塞11和可控阀门开关9及其之间管路的质量m₂，将样品瓶通过可拆卸的连接口8与密闭容器7连接；

b、净化系统：确认开关阀2和可控阀门开关9处于关闭状态，打开真空泵3和限制阀4，至密闭容器7的压力小于50μmHg，保持30min；

c、净化样品：关闭限制阀4，打开气瓶1和开关阀2，通入氦气，至密闭容器7压力达到高于环境压力，然后关闭开关阀2、打开可控阀门开关9，之后调节限制阀4，以10mmHg/s降低的速度对密闭容器7抽真空，至密闭容器7的压力小于50μmHg，保持30min；

d、测量加压压力：关闭限制阀4和可控阀门开关9，打开开关阀2，通入氦气，至密闭容器7压力达到800～900mmHg，压力稳定后记录密闭容器7的压力值P₁；

e、测量接入样品瓶后压力：打开可控阀门开关9，压力稳定后记录系统的压力值P₂；

f、计算被测物的真密度：将测得数据应用公式（Ⅰ）计算出粉末样品的真密度。

在上述技术方案的基础上，采用氦气作为测量介质，

先将粉末样品放入测定系统的样品瓶10中，再通过真空泵3对密闭容器7和样品瓶10抽真空，然后关闭可控阀门开关9和限制阀4，打开开关阀2，通过气瓶1向密闭容器7中通入一定量氦气，压力稳定后通过压力计5测定其压力值P₁，此后，记录室温温度T_r，通过温度控制器12将样品瓶10的温度调整为T₂，打开可控阀门开关9，压力稳定后通过压力计5测定其压力值P₂，通过公式（Ⅱ）计算出粉末样品的真密度：

${\mathrm{\ρ}}_s=\frac{m_2-m_b}{V_c-\frac{P_1{V}_d-P_2{V}_d-P_2{V}_w}{P_2}\×\frac{T_2}{T_r}}---\left(\mathrm{II}\right)$

公式（Ⅱ）中，ρ_s为粉末样品的真密度，m_b为空样品瓶10、密封塞11和可控阀门开关9及其之间管路的质量，m₂为装完粉末样品后样品瓶10、密封塞11和可控阀门开关9及其之间管路的质量，V_c为样品瓶10的体积，V_d为密闭容器7和全部管路的体积，V_w为从样品瓶到可拆卸的连接口8的管路的体积，P₁为加压压力，即向密闭容器7中通入一定量氦气，压力稳定后的压力值，P₂为打开样品瓶上可控阀门开关9，压力稳定后的压力值，T_r为室温温度，T₂为通过温度控制器12将样品瓶10调整到的温度。

在上述技术方案的基础上，其具体步骤如下：

a、制样：首先称量空样品瓶10、密封塞11和可控阀门开关9及其之间管路的质量m_b，将样品瓶10放入手套箱中装入粉末样品，塞上密封塞11并将可控阀门开关9关闭，从手套箱中取出样品瓶，称量装完粉末样品后样品瓶10、密封塞11和可控阀门开关9及其之间管路的质量m₂，将样品瓶通过可拆卸的连接口8与密闭容器7连接；

b、净化系统：确认开关阀2和可控阀门开关9处于关闭状态，打开真空泵3和限制阀4，至密闭容器7的压力小于50μmHg，保持30min；

c、净化样品：关闭限制阀4，打开气瓶1和开关阀2，通入氦气，至密闭容器7压力达到高于环境压力，然后关闭开关阀2、打开可控阀门开关9，之后调节限制阀4，以10mmHg/s降低的速度对密闭容器7抽真空，至密闭容器7的压力小于50μmHg，保持30min；

d、测量加压压力：关闭限制阀4和可控阀门开关9，打开开关阀2，通入氦气，至密闭容器7压力达到800～900mmHg，压力稳定后记录密闭容器7的压力值P₁；

e、测量接入样品瓶后压力：记录室温温度T_r，设置温度控制器12的温度为T₂，通过温度控制器12将样品瓶10的温度调整为T₂，待样品瓶10的温度稳定后，打开可控阀门开关9，压力稳定后记录系统的压力值P₂；

f、计算被测物的真密度：将测得数据应用公式（Ⅱ）计算出粉末样品在温度为T₂时的真密度。

本发明给出的无水无氧条件下粉末样品真密度测定系统及用于无水无氧条件下粉末样品真密度测量方法的真密度测量公式（Ⅰ）、（Ⅱ），是充分利用了理想气体状态方程和密闭系统中气体摩尔数不变的原理推导而出的，具有坚实的理论基础，可实施性强：

1、室温条件下粉末样品真密度的测定，首先称量装样品前后样品瓶和密封塞及可控阀门开关及其之间管路的质量分别为m_b、m₂，将样品瓶连接到系统中，先对密闭容器和样品瓶抽真空，然后关闭样品瓶上可控阀门开关和限制阀，向密闭容器中通入一定量氦气，稳定后测定其压力值P₁，此时系统状态为：

$n=\frac{P_1{V}_d}{{\mathrm{RT}}_r}---\left(\mathrm{III}\right)$

公式（Ⅲ）中，n：氦气的摩尔数，

P₁：加压压力，即向密闭容器中通入一定量氦气，稳定后的压力值，

V_d：密闭容器的体积（包括管路），

R：气体常数，

T_r：室温温度，

接着，打开样品瓶上可控阀门开关，稳定后测定其压力值P₂，此时系统状态为：

$n=\frac{P_2{V}_d}{{\mathrm{RT}}_r}+\frac{P_2(V_b-V_s)}{{\mathrm{RT}}_r}---\left(\mathrm{IV}\right)$

公式（Ⅳ）中，n：氦气的摩尔数，

P₂：打开样品瓶上可控阀门开关，稳定后的压力值，

V_d：密闭容器的体积（包括管路），

R：气体常数，

T_r：室温温度，

V_b：样品瓶和连接到可拆卸连接口的体积，

V_s：粉末样品的真体积，

根据公式（Ⅲ）和式（Ⅳ），得到：

P₁V_d＝P₂V_d+P₂(V_b-V_s)                （Ⅴ）

根据公式（Ⅴ），求得：

$V_s=V_b-\frac{P_1{V}_d-P_2{V}_d}{P_2}---\left(\mathrm{VI}\right)$

根据密度定义可以得到真密度的测量公式（Ⅰ）：

${\mathrm{\ρ}}_s=\frac{m_2-m_b}{V_b-\frac{P_1{V}_d-P_2{V}_d}{P_2}}---\left(I\right)$

公式（Ⅰ）则是室温条件下粉末样品真密度的测定公式，兼具了精度高和使用简便的优点。

2、对通过样品瓶温度控制器设定的非室温温度下粉末样品真密度的测定，首先称量装样品前后样品瓶和密封塞及可控阀门开关及其之间管路的质量分别为m_b、m₂，将样品瓶连接到系统中，先对密闭容器和样品瓶抽真空，然后关闭样品瓶上可控阀门开关和限制阀，向密闭容器中通入一定量氦气，稳定后测定其压力值P₁，此时系统状态为：

$n=\frac{P_1{V}_d}{{\mathrm{RT}}_r}---\left(\mathrm{VII}\right)$

公式（Ⅶ）中，n：氦气的摩尔数，

P₁：加压压力，即向密闭容器中通入一定量氦气，稳定后的压力值，

V_d：密闭容器的体积（包括管路），

R：气体常数，

T_r：室温温度，

接着，设定样品瓶温度控制器保持某一恒定温度T₂，打开样品瓶上可控阀门开关，稳定后测定其压力值P₂，此时系统状态为：

$n=\frac{P_2{V}_d}{{\mathrm{RT}}_r}+\frac{P_2{V}_w}{{\mathrm{RT}}_r}+\frac{P_2(V_c-V_s)}{{\mathrm{RT}}_2}---\left(\mathrm{VIII}\right)$

公式（Ⅷ）中，n：氦气的摩尔数，

P₂：打开样品瓶上可控阀门开关，稳定后的压力值，

V_d：密闭容器的体积（包括管路），

R：气体常数，

T_r：室温温度，

V_w：从样品瓶到可拆卸的连接口8的管路的体积，

V_c：样品瓶的体积，

V_s：粉末样品的真体积，

T₂：温度控制器设定的温度，

根据公式（Ⅶ）和式（Ⅷ），得到：

$\frac{P_1{V}_d}{T_r}=\frac{P_2{V}_d}{T_r}+\frac{P_2{V}_w}{T_r}+\frac{P_2(V_c-V_s)}{T_2}---\left(\mathrm{IX}\right)$

根据公式（Ⅸ），求得：

$V_s=V_c-\frac{P_1{V}_d-P_2{V}_d-P_2{V}_w}{P_2}\×\frac{T_2}{T_r}---\left(X\right)$

根据密度定义可以得到真密度的测量公式（Ⅱ）：

${\mathrm{\ρ}}_s=\frac{m_2-m_b}{V_c-\frac{P_1{V}_d-P_2{V}_d-P_2{V}_w}{P_2}\×\frac{T_2}{T_r}}---\left(\mathrm{II}\right)$

公式（Ⅱ）则是通过样品瓶温度控制器设定的非室温温度（T₂）下粉末样品真密度的测定公式，可以在不同温度下测定样品的真密度，适用于某些不适宜在室温下测定真密度的样品，测定兼具了精度高和使用简便的优点。

3、针对公式中（Ⅰ）、（Ⅱ）中常数V_d、V_b、V_w和V_c的测定，V_d、V_b、V_w和V_c对于本发明所述系统来说是一个常数，也就是一个确定值，是系统自身的性质，而这个系统的目的是为了测定样品的真密度，在系统进行真密度测试前，V_d、V_b、V_w和V_c就应该已经知道了或者测量出来了。因为现有技术中有多种测量方法，故对V_d、V_b、V_w和V_c的测定可以采用现有技术实现，本发明不再详细说明。在本发明实施例中给出了一种测定V_d、V_w和V_c的方法。

本发明的有益效果为：

一、适用于无水无氧条件下粉末样品真密度测定

本发明之一种无水无氧条件下粉末样品真密度的测定系统在测量时是一个全密闭系统，样品的制备可在手套箱中进行，样品瓶从手套箱取出后由于可控阀门开关处于关闭状态，因此样品不会接触水和空气，将样品瓶连接到系统后现对系统抽真空，然后填充氦气，整个测试过程中样品也不会接触到水和空气，因此完全适用于无水无氧条件下粉末样品真密度测定。

二、可选择在非室温条件下测定粉末样品真密度

本发明之一种无水无氧条件下粉末样品真密度的测定系统可选择在样品瓶底部安装一温度控制器，可以调节样品测试时的温度。它有以下的好处：

1、可以测定样品在不同温度下的真密度，能得到更多的信息。例如样品在高温或低温下会发生一些变化，而样品的使用是在高温或低温条件下，如果想知道样品在使用时的真密度，就可以通过在样品瓶底部安装温度控制器得到实现。

2、可以在恶劣的环境下进行测定，例如室温环境在高温下或严寒下，环境的温度过高或过低可能会对样品的测定产生影响，可以将温度控制器调节测试时粉末样品处于温和的温度。

三、测量精度高、方法简便、装置简单实用

本发明之一种无水无氧条件下粉末样品真密度的测量方法采用氦气作为测量介质，在整个测量过程中样品仅仅会接触氦气，而由于氦气是惰性气体，不会与样品发生反应，因此避免了被测物或被测物中某一组分发生变质而导致的测量精度不高甚至不可信的情况。本系统在测量时只需先将样品放入样品瓶中，然后对密闭容器和样品瓶抽真空，然后关闭样品瓶上可控阀门开关和限制阀，向密闭容器中通入一定量氦气，测定稳定后其压力值P₁，此后，打开样品瓶上可控阀门开关，测定稳定后其压力值P₂，则可根据计算公式计算出粉末样品的真密度，操作简单，节省了时间，提高了效率。

四、适用范围广

本发明系统及方法不仅适用于无水无氧条件下粉末样品真密度的测定，对任意形状的固体样品也能进行测定。

以下为本发明的若干具体实施例：

实施例一：

一种用于室温下无水无氧条件下粉末样品真密度测定系统，包括密闭容器7以及与密闭容器相连的气瓶1、真空泵3、压力计5、温度计6和样品瓶10。

密闭容器7可以是不锈钢容器或石英、玻璃容器，要求密封性良好并能耐真空，用于提供标准体积，

气瓶1和密闭容器7通过管路连接，在其管路中安装一开关阀2，用于控制向密闭容器通入气体。

真空泵3和密闭容器7通过管路连接，在其管路中安装一限制阀4，用于控制密闭系统压力下降的速率。

压力计5和温度计6分别直接连接在密闭容器7上，分别用于测定系统的压力和温度，其中压力计的测量范围为10μmHg～1000mmHg，温度计的测量范围为0℃～50℃。

样品瓶10要求密封性良好并能耐真空。

样品瓶10上有一密封塞11，密封塞11通过管路与一可控阀门开关9连接，用于制样后保护样品不接触水和空气并且测量时样品瓶与密闭容器连通。

可控阀门开关9和密闭容器7通过管路连接，在其管路中有一可拆卸的连接口8，用于拆卸和连接样品瓶和密闭容器，并保证连接时整个系统的密闭性。

实施例二：

一种用于非室温下无水无氧条件下粉末样品真密度测定系统，包括密闭容器7以及与密闭容器相连的气瓶1、真空泵3、压力计5、温度计6、样品瓶10和温度控制器12。

密闭容器7可以是不锈钢容器或石英、玻璃容器，要求密封性良好并能耐真空，用于提供标准体积，

气瓶1和密闭容器7通过管路连接，在其管路中安装一开关阀2，用于控制向密闭容器通入气体。

真空泵3和密闭容器7通过管路连接，在其管路中安装一限制阀4，用于控制密闭系统压力下降的速率。

压力计5和温度计6分别直接连接在密闭容器7上，分别用于测定系统的压力和温度，其中压力计的测量范围为10μmHg～1000mmHg，温度计的测量范围为0℃～50℃。

样品瓶10为石英样品瓶，要求密封性良好并能耐真空。

样品瓶10上有一密封塞11，密封塞11必须为隔热密封塞。

密封塞11通过管路与一可控阀门开关9连接，用于制样后保护样品不接触水和空气并且测量时样品瓶与密闭容器连通。

可控阀门开关9和密闭容器7通过管路连接，在其管路中有一可拆卸的连接口8，用于拆卸和连接样品瓶和密闭容器，并保证连接时整个系统的密闭性。

在整个样品瓶10外安装一温度控制器12，温度控制器12的控温范围为-80℃～800℃，用于控制和测定样品的温度。

实施例三：

一种用于室温下无水无氧条件下Ziegler-Natta催化剂真密度的测量方法，该方法是运用本发明实施例一所述的测定系统。

首先称量空样品瓶、密封塞和可控阀门开关及其之间管路的质量m_b，将样品瓶放入手套箱中装入Ziegler-Natta催化剂，塞上密封塞并关闭可控阀门开关，从手套箱中取出，称量装完催化剂后样品瓶、密封塞和可控阀门开关及其之间管路的质量m₂，将样品瓶与密闭系统连接；确认开关阀2和可控阀门开关9处于关闭状态，打开真空泵3和限制阀4，至密闭容器7的压力小于50μmHg，保持30min；关闭限制阀4，打开气瓶1和开关阀2，通入氦气，至密闭容器7压力达到高于环境压力，然后关闭开关阀2、打开可控阀门开关9，之后调节限制阀4，以10mmHg/s降低的速度对系统抽真空，至系统的压力小于50μmHg，保持30mi n；关闭限制阀4和可控阀门开关9，打开开关阀2，通入氦气，至密闭容器7压力达到800mmHg，稳定后记录密闭容器7的压力值P₁；打开可控阀门开关9，压力稳定后记录系统的压力值P₂；将测得数据应用公式（Ⅰ）计算出Ziegler-Natta催化剂室温下的真密度。

实施例四：

一种用于实际反应温度80℃下无水无氧条件下Ziegler-Natta催化剂真密度的测量方法，该方法是运用本发明实施例二所述的测定系统。

首先称量空样品瓶、密封塞和可控阀门开关及其之间管路的质量m_b，将样品瓶放入手套箱中装入Ziegler-Natta催化剂，塞上密封塞并关闭可控阀门开关，从手套箱中取出，称量装完催化剂后样品瓶、密封塞和可控阀门开关及其之间管路的质量m₂，将样品瓶与密闭系统连接；确认开关阀2和可控阀门开关9处于关闭状态，打开真空泵3和限制阀4，至密闭容器7的压力小于50μmHg，保持30min；关闭限制阀4，打开气瓶1和开关阀2，通入氦气，至密闭容器7压力达到高于环境压力，然后关闭开关阀2、打开可控阀门开关9，之后调节限制阀4，以10mmHg/s降低的速度对系统抽真空，至系统的压力小于50μmHg，保持30mi n；关闭限制阀4和可控阀门开关9，打开开关阀2，通入氦气，至密闭容器7压力达到800mmHg，稳定后记录密闭容器7的压力值P₁；记录环境温度T_r，设置温度控制器12的温度为80℃，温度稳定后，记录温度控制器的温度T₂，打开可控阀门开关9，压力稳定后记录系统的压力值P₂；将测得数据应用公式（Ⅱ）计算出Ziegler-Natta催化剂在实际反应温度80℃的真密度。

实施例五：

一种用于非室温下无水无氧条件下粉末样品真密度测定系统中，样品瓶10的体积V_c、包括管路的密闭容器7的体积V_d和从样品瓶到可拆卸的连接口8的管路的体积V_w的测定。

称量空样品瓶和密封塞的质量m_c,向空样品瓶中加入满水，盖上密封塞，称量加满水后样品瓶和密封塞的质量m_d，用普通温度计测量环境温度为T，测量则可求出样品瓶10的体积：

$V_c=\frac{m_d-m_c}{{\mathrm{\ρ}}_T}$

式中，ρ_T为温度T下水的密度

称量空样品瓶、密封塞和可控阀门开关及其之间管路的质量m_b，打开可控阀门开关，从可控阀门开关处向样品瓶中加入满水，关闭可控阀门开关，称量加满水后样品瓶、密封塞和可控阀门开关及其之间管路的质量m_e，用普通温度计测量环境温度为T，测量则可求出样品瓶和连接到可拆卸连接口的体积：

$V_b=\frac{m_e-m_b}{{\mathrm{\ρ}}_T}$

得出样品瓶到可拆卸的连接口的管路的体积：

V_w＝V_b-V_c

将样品瓶与密闭系统连接；确认开关阀2和可控阀门开关9处于关闭状态，打开真空泵3和限制阀4，至密闭容器7的压力小于50μmHg，保持30min；关闭限制阀4，打开气瓶1和开关阀2，通入氦气，至密闭容器7压力达到高于环境压力，然后关闭开关阀2、打开可控阀门开关9，之后调节限制阀4，以10mmHg/s降低的速度对系统抽真空，至系统的压力小于50μmHg，保持30min；关闭限制阀4和可控阀门开关9，打开开关阀2，通入氦气，至密闭容器7压力达到800mmHg，稳定后记录密闭容器7的压力值P_a；打开可控阀门开关9，压力稳定后记录系统的压力值P_b；根据理想气体状态方程，得到包括管路的密闭容器7的体积：

$V_d=\frac{P_b{V}_b}{P_a-P_b}$

Claims (6)

1.无水无氧条件下粉末样品真密度测定系统，其特征在于，包括：通过管路分别与气瓶(1)、真空泵(3)、压力计(5)、温度计(6)和样品瓶(10)连接的密闭容器(7)，

气瓶(1)和密闭容器(7)间的管路上设有一开关阀(2)，

真空泵(3)和密闭容器(7)间的管路上设有一限制阀(4)，

样品瓶(10)上设有一密封塞(11)，样品瓶(10)和密闭容器(7)间的管路上设有一可控阀门开关(9)，

可控阀门开关(9)和密闭容器(7)间的管路上设有一可拆卸的连接口(8)。

2.如权利要求1所述的无水无氧条件下粉末样品真密度测定系统，其特征在于：样品瓶(10)外设有一温度控制器(12)，且所述密封塞(11)为隔热密封塞。

3.基于权利要求1所述测定系统的无水无氧条件下粉末样品真密度测量方法，其特征在于：在室温下，采用氦气作为测量介质，

先将粉末样品放入测定系统的样品瓶(10)中，再通过真空泵(3)对密闭容器(7)和样品瓶(10)抽真空，然后关闭可控阀门开关(9)和限制阀(4)，打开开关阀(2)，通过气瓶(1)向密闭容器(7)中通入一定量氦气，压力稳定后通过压力计(5)测定其压力值P₁，此后，打开可控阀门开关(9)，压力稳定后通过压力计(5)测定其压力值P₂，通过公式(I)计算出粉末样品的真密度：

${\mathrm{\ρ}}_s=\frac{m_2-m_b}{V_b-\frac{P_1{V}_d-P_2{V}_d}{P_2}}---\left(I\right)$

公式(I)中，ρ_s为粉末样品的真密度，m_b为空样品瓶(10)、密封塞(11)和可控阀门开关(9)及其之间管路的质量，m₂为装完粉末样品后样品瓶(10)、密封塞(11)和可控阀门开关(9)及其之间管路的质量，V_b为样品瓶(10)和从样品瓶到可拆卸的连接口(8)的管路的体积，V_d为密闭容器(7)和全部管路的体积，P₁为加压压力，即向密闭容器(7)中通入一定量氦气，压力稳定后的压力值，P₂为打开样品瓶上可控阀门开关(9)，压力稳定后的压力值。

4.如权利要求3所述的无水无氧条件下粉末样品真密度测量方法，其特征在于，其具体步骤如下：

a、制样：首先称量空样品瓶(10)、密封塞(11)和可控阀门开关(9)及其之间管路的质量m_b，将样品瓶(10)放入手套箱中装入粉末样品，塞上密封塞(11)并将可控阀门开关(9)关闭，从手套箱中取出样品瓶，称量装完粉末样品后样品瓶(10)、密封塞(11)和可控阀门开关(9)及其之间管路的质量m₂，将样品瓶通过可拆卸的连接口(8)与密闭容器(7)连接；

b、净化系统：确认开关阀(2)和可控阀门开关(9)处于关闭状态，打开真空泵(3)和限制阀(4)，至密闭容器(7)的压力小于50μmHg，保持30min；

c、净化样品：关闭限制阀(4)，打开气瓶(1)和开关阀(2)，通入氦气，至密闭容器(7)压力达到高于环境压力，然后关闭开关阀(2)、打开可控阀门开关(9)，之后调节限制阀(4)，以10mmHg/s降低的速度对密闭容器(7)抽真空，至密闭容器(7)的压力小于50μmHg，保持30min；

d、测量加压压力：关闭限制阀(4)和可控阀门开关(9)，打开开关阀(2)，通入氦气，至密闭容器(7)的压力达到800～900mmHg，压力稳定后记录密闭容器(7)的压力值P₁；

e、测量接入样品瓶后压力：打开可控阀门开关(9)，压力稳定后记录系统的压力值P₂；

f、计算被测物的真密度：将测得数据应用公式(I)计算出粉末样品的真密度。

5.基于权利要求2所述测定系统的无水无氧条件下粉末样品真密度测量方法，其特征在于：采用氦气作为测量介质，

先将粉末样品放入测定系统的样品瓶(10)中，再通过真空泵(3)对密闭容器(7)和样品瓶(10)抽真空，然后关闭可控阀门开关(9)和限制阀(4)，打开开关阀(2)，通过气瓶(1)向密闭容器(7)中通入一定量氦气，压力稳定后通过压力计(5)测定其压力值P₁，此后，记录室温温度T_r，通过温度控制器(12)将样品瓶(10)温度调整为T₂，打开可控阀门开关(9)，压力稳定后通过压力计(5)测定其压力值P₂，通过公式(II)计算出粉末样品的真密度：

${\mathrm{\ρ}}_s=\frac{m_2-m_b}{V_c-\frac{P_1{V}_d-{P_2{V}_d-P}_2{V}_w}{P_2}\×\frac{T_2}{T_r}}---\left(\mathrm{II}\right)$

公式(II)中，ρ_s为粉末样品的真密度，m_b为空样品瓶(10)、密封塞(11)和可控阀门开关(9)及其之间管路的质量，m₂为装完粉末样品后样品瓶(10)、密封塞(11)和可控阀门开关(9)及其之间管路的质量，V_c为样品瓶(10)的体积，V_d为密闭容器(7)和全部管路的体积，V_w为从样品瓶到可拆卸的连接口(8)的管路的体积，P₁为加压压力，即向密闭容器(7)中通入一定量氦气，压力稳定后的压力值，P₂为打开样品瓶上可控阀门开关(9)，压力稳定后的压力值，T_r为室温温度，T₂为通过温度控制器(12)将样品瓶(10)调整到的温度。

6.如权利要求5所述的无水无氧条件下粉末样品真密度测量方法，其特征在于，其具体步骤如下：

a、制样：首先称量空样品瓶(10)、密封塞(11)和可控阀门开关(9)及其之间管路的质量m_b，将样品瓶(10)放入手套箱中装入粉末样品，塞上密封塞(11)并将可控阀门开关(9)关闭，从手套箱中取出样品瓶，称量装完粉末样品后样品瓶(10)、密封塞(11)和可控阀门开关(9)及其之间管路的质量m₂，将样品瓶通过可拆卸的连接口(8)与密闭容器(7)连接；

b、净化系统：确认开关阀(2)和可控阀门开关(9)处于关闭状态，打开真空泵(3)和限制阀(4)，至密闭容器(7)的压力小于50μmHg，保持30min；

c、净化样品：关闭限制阀(4)，打开气瓶(1)和开关阀(2)，通入氦气，至密闭容器(7)压力达到高于环境压力，然后关闭开关阀(2)、打开可控阀门开关(9)，之后调节限制阀(4)，以10mmHg/s降低的速度对密闭容器(7)抽真空，至密闭容器(7)的压力小于50μmHg，保持30min；

d、测量加压压力：关闭限制阀(4)和可控阀门开关(9)，打开开关阀(2)，通入氦气，至密闭容器(7)的压力达到800～900mmHg，压力稳定后记录密闭容器(7)的压力值P₁；

e、测量接入样品瓶后压力：记录室温温度T_r，设置温度控制器(12)的温度为T₂，通过温度控制器(12)将样品瓶(10)温度调整为T₂，待样品瓶(10)温度稳定后，打开可控阀门开关(9)，压力稳定后记录系统的压力值P₂；

f、计算被测物的真密度：将测得数据应用公式(II)计算出粉末样品在温度为T₂时的真密度。