关于空气密度的快速测定

　　1　前言

　　空气是一种弥漫于地球周围的混合气体。它的主要成分为氮和氧,以体积计,氮约占4/5,氧约占1/5。实际上,除了氮和氧之外,其中还含有水汽、二氧化碳、氩、氖等十多种微量气体。由于人们每时每刻都离不开氧气,也就每时每刻离不开空气。因此,人们对空气并不陌生。

　　如上所述,空气是由各种气体所组成的。在常温下,它是一种随时流动的无固定密度的气体。在标准状态下,接近地面的干空气密度为1·29305mg/cm3。空气密度不仅要受温度、湿度和大气压力的影响,而且还与海拔高度有关,海拔愈高,空气愈稀薄。为什么内地人到西藏有时感觉呼吸困难,就是由于那里海拔高空气稀薄的原因。

　　空气除了与人们的生命密不可分外,有时对人们的工作(比如质量计量)也要产生一些不利的影响。为了消除其影响或者使影响尽可能地减小,最好的办法就是对所处环境的空气密度加以实测,然后进行空气浮力修正。

　　空气密度的测定,由于测定者不同,可能采用不同的测定方法,最常用的是公式计算法。该公式是根据理想气体状态方程推出的,由于只有干空气接近理想气体,通常要测定的空气并不是干空气,故使用该公式时要考虑修正项。当把有关常数代入并引入修正项时,便得到了我国砝码检定规程中所推荐使用的公式,即:

　　式中:

　　ρk———空气密度(mg/cm3);

　　p———大气压力(m bar);

　　h———绝对湿度(m bar)

　　t———空气温度(℃)。

　　由式(1)不难看出,若要测定空气密度,那就必须要测定所在环境的温度、湿度和大气压力,故有人把此法称为“温、湿、压”法。

　　此外,还有用“定容”法,亦称标准瓶法测定空气密度的。其原理非常简单,就是研制一只能够密封的专用瓶子,并准确测定其内部容积(V),测定时首先将瓶内抽成真空,接着把它置于待测环境的相应准确度的天平上称空瓶质量(m0),紧接着打开密封盖,让瓶内充满空气后再称其总质量(m),则根据密度的定义便知空气密度ρk;

　　事实上,采用如上所述二种测定方法,对空气密度进行测定,显然费时较多比较麻烦,前者不仅测定的物理量较多,而且要对气压进行温度和纬度修正;对绝对湿度要进行查表换算,否则将要引入测定误差。后者看起来简单,但使用时抽真空比较麻烦,若是异地测定,那还要考虑环境的影响。因此,笔者认为采用“二体表观质量差”法测定空气密度,可以避开上述繁琐和实现快速测定,这将在下面加以介绍。

　　2　测量原理与“二体”的制作技巧

　　“二体表观质量差”法,是基于两个特制的物体,在空气中平衡时,其表观质量值之差将随空气密度的变化而变化的原理对空气密度进行测定的。