使用流体静力学法进行分析

流体静力学法是密度测量中最基本的、最经典的方法，此法以阿基米德原理为基础，通过测量物体浸于液体中所受的浮力来确定物体的体积，进而求出其密度。流体静力学法适用范围很广，固体和液体均可。测定固体密度时，对试样几何形状的要求不严格，形状不规则者亦可。测定粉末材料的真实密度时，应对试验材料进行适当的处理。

1.固体材料密度的测定

将已知密度的液体（一般用纯水）作为产生浮力的液体，将待测密度的固体试样在空气中称量，设其质量读数为m，再将试样完全浸没在液体中称量，设其质量读数为m′，根据阿基米德原理知：

（m-m′）g=Vρ_wg

式中 m——空气中固体物质的质量，单位为g；

m′——液体中固体物质的质量，单位为g；

g——重力加速度，单位为cm/s²；

V——试样的体积，即浸没于液体时排开液体的体积，单位为cm³；

ρ_w——水的密度，单位为g/cm³。

可以得出

固体材料的密度ρ可按式（2-9）计算：

在高精度测量时要考虑到空气的浮力，此时密度由式（2-10）确定：

式中 ρ₀——空气的密度，单位为g/cm³，常用干燥空气的密度如表2-7所示。

表2-7 干燥空气的密度 （单位：μg/cm³）

（续）

注：1mmHg=133.3Pa。

2.粉末材料密度的测定

采用流体静力学法测量粉末材料的真实密度时，要对试样采取必要的措施，通常采用压块法或介质填充法进行处理。

（1）压块法 将粉末压制成一定孔隙度的压块（如20%～30%的孔隙度），体积0.3～0.5cm³。然后按如下程序操作：

1）在空气中称量，设质量读数为m。

2）在真空中减压抽出孔隙中的气体。把密度为ρ₁的液体注入并浸透压块。当压块充分浸透后，升至大气压，取出压块，擦去表面液体，称量试样，设此时质量读数为m₁。则浸入其中液体的体积为（m₁-m）/ρ₁。

3）测出压块在液体中的质量读数m₁′，则粉末材料的真实密度ρ为

式中 ρ——粉末试样的真实密度，单位为g/cm³；

m——试样在空气中的质量，单位为g；(www.xing528.com)

ρ₁——充入压块中液体的密度，单位为g/cm³；

m₁——压块浸透密度为ρ₁的液体时在空气中的质量，单位为g；

m₁′——压块浸透密度为ρ₁的液体时在水中的质量，单位为g；

ρ_w——水的密度，单位为g/cm³。

这种方法需要两种密度已知的液体，互不反应，也不溶解粉末。该方法只适合于能压制成块的粉末材料。

（2）介质填充法　常以石蜡为填充介质，按如下程序操作：

1）在室温下将固体石蜡装入容器中并加热至熔化，冷却后除去气泡，置于工作液体中称量，设质量读数为m″。

2）称量好质量为m的粉末，将其加入到擦干后的上述容器中，再次熔化石蜡。冷却后除去气泡，置于工作液体中称量，设质量读数为m′，则粉末密度ρ为

式中 ρ——粉末试样的真实密度，单位为g/cm³；

m——粉末试样的质量，单位为g；

ρ_w——水的密度，单位为g/cm³；

m′——容器中填充石蜡并充入粉末试样后在水中的质量，单位为g；

m″——容器中填充石蜡在水中的质量，单位为g。

3.多孔材料密度的测定

采用流体静力学法测定多孔材料的体积密度时，可采用浸泡介质法。此法按如下程序操作：

1）用天平称量试样的质量。

2）将试样浸没在工作液体中，使液体浸入试样的开孔。

3）将浸入液体的试样放入称量装置中称量，或用细丝吊挂，先在空气中称量，后在水中称量，如图2-4所示。

图2-4 液体中称量试样的装置

1—天平盘 2—试样 3—盛液容器 4—托架 5—工作液体

4）试样密度ρ由式（2-13）计算：

式中 ρ——试样的真实密度，单位为g/cm³；

m——试样在空气中的质量，单位为g；

ρ_w——水的密度，单位为g/cm³；

m₁——已浸入液体的试样在空气中的质量，单位为g；

m₂——已浸入液体的试样在水中的质量，单位为g。