页(泥)岩密度计量值溯源性探讨

    测量原理

    页(泥)岩密度计主要由有机玻璃圆筒、带有镜面的刻度尺和带有浮桶样品托盘的不锈钢丝三部分组成。其测量原理是利用阿基米德定律,利用高度和直径一定的有机玻璃圆筒作为基础部分,在圆筒内加蒸馏水跟筒顶约1cm~2cm处,然后将带有塑料浮子和样品盘的不锈钢丝(直径约2mm)放入圆筒内,根据浮子和浸入水中钢丝所排开水的体积所产生的浮力与钢丝、浮子和样品盘所产生的重力平衡,并保持浮子浸入水下1cm左右而不使钢丝完全沉入水中。向水中滴入几滴肥皂水或洗洁精以减少水与钢丝表面的张力。应用液体浮力与重力平衡的方法,分别衡量样品在空气和水中的质量与钢丝排开一定体积的水所产生的浮力平衡,计算出被测样品的密度值。计算过程如下:

    假设,质量为m的样品放在水面上带有浮桶的样品盘上(在空气中)进行衡量时,由于质量为m的样品产生一定的重力,则必然使钢丝在水中下降一部分,样品产生的重力与钢丝浸入水中排开水的体积产生的浮力相等时,使两者达到平衡状态。设钢丝浸入水中的长度为L₁,则有

    m = SL₁ρ₀          (1)

式中　S———钢丝的横截面积;

    ρ₀———水的密度,为1g/cm3。

    当将样品放入水中进行衡量时,由于样品具有一定的体积,因此,水必然对其产生一定的浮力,样品重力减去水对其产生的浮力后与钢丝浸入水中的长度为L₂时所产生的浮力相等时,两者达到另一平衡状态,则有

    m-ρ₀m/ρ= SL₂ρ₀          (2)

式中　ρ———为样品的密度。

    (1)式减去(2)式,整理后则有

    m =ρS(L₁-L₂)           (3)

    将(3)式代入(1)式,整理后得ρ= L₁/(L₁-L₂)ρ₀,通过计算得出待测样品的密度值。其主要测量参数为:测量范围1g/cm3~3g/cm3;允许误差±2%。

    由于用钢丝衡量样品质量时,忽略了样品会受到空气的浮力以及钢丝受到水的表面张力作用的影响,另外有时空气温度和水的温度还不一致,所以实际的公式要远比上式复杂的多。

    量值溯源性分析

    页(泥)岩密度计在进行量值溯源时,应充分考虑页(泥)岩密度计的测量原理。可以利用已知的、不同密度值的、不溶于水且无渗透性的固体物质做为标准物质,通过整体检定的方法,实现其量值的溯源。由于等间距地选取满足上述条件的标准物质的难度非常大,因此,通过整体检定的方法来实现其量值的溯源,难度较大。根据物质的密度与物质的质量和物质体积有关,可以采用分体检定或校准的方法来实现其量值的溯源。其中,物质的质量可以通过不同精度等级的测量仪器,实现其量值溯源到国家基准;而物质的体积可以通过衡量法、容量比较法、几何测量法实现其量值溯源到国家基准,从而整体实现其量值溯源的目的。