固体和液体密度统一基准的研究

    0　引言

    目前,我国用于液体密度测量和量值传递的“基准密度计组”是借助于液体静力称量法,用水密度作为基值建立起来的,而水的密度则是通过在实验条件下的温度测量、查表和计算得到。因为水密度的扩展不确定度在5×10^-6g/cm³(k=2)内,所以水密度作为基准而建立起来的“基准密度计组”的扩展不确定度在2×10^-5g/cm³(k=2)之内。要想提高其准确度这种依赖于参考(水)密度的相对测量方法所建立起来的“液体基准密度计组”几乎是不可能的,必须建立(固体)密度基准,才能达到提高密度计量准确度的目的。

    早在70年代末期,美国国家标准技术研究院(NIST)(原美国国家标准局(NBS))对密度计量进行了深入的研究,改进了密度的测量方法,用绝对测量法建立了“固体、液体密度的统一基准”,大大提高了密度测量的准确度,使其扩展不确定度达到了1×10^-6(k=2)。继美国(NIST)之后,德国(PTB)、意大利(IMGC)、澳大利亚(NML)、日本(NRLM)等国家,近年来皆采用绝对测量法建立了固体、液体密度的测量标准。而我国在这方面至今还没有开展研究工作,这已大大落后于这些先进国家了。所以建立(固体)密度基准势在必行。

    1　测量原理

    通过绝对测量法,建立一套高准确度的国家密度基准——固体、液体密度的统一基准,其扩展不确定度预期达到1×10^-6(k=3)。

    所谓密度的绝对测量法,就是把基本量——质量和长度的基准直接地连接在一起而得到物质密度的一种高准确度的测量方法。它不是建立在水密度的基础上,避免了把水密度作为基值所带来的不确定性,从而提高了测量的准确度,此方法是目前世界上先进、准确的密度测量方法之一;其次就水密度本身而言,它也是用绝对法测定的,要进一步提高它的准确度,也必须研究和改进绝对测量法的装置和技术。

    用绝对法从事基准密度测量,需要一个具有一定完整几何形状的物体——基准浮子,通过线性测量和静力称量等一系列程序得到基准浮子的体积和质量,然后计算得到其密度值。

实现体积传递的实验设备是静力称重装置,它由天平、吊架、液体和自动加载装置等部分组成。

    (1)吊架,它起到把被测物体从浸入的结构传递给天平,其上的吊丝将通过气液两相的交界面。

    (2)液体,体积传递是通过称量作用在浸入于液体中的物体上的浮力而完成,液体密度愈大,作用于物体上的浮力愈大,得到的被测物体的体积之精度愈高。本实验将选用氟碳化合物(Fluo Car-bon)作为体积传递液体。

    (3)自动加载装置,它起到将被称物体自动地加载到天平上或从天平上取下,并能更换被测物体的作用。