基于理想氣體狀態方程的剛性物體體積測量儀器及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉理想氣體狀態方程，應用于任何體積工件，尤其對接觸介質有要求的物體體積以及密度進行測量的一種方法，以及實現這種測量方法的儀器。
[0002]背景介紹
[0003]物體體積密度測量技術可廣泛應用于各領域。測量不規則材料的密度，特別是礦石、粉塵等不規則物體的密度測量一直是一種難題，這種密度測量特別對于一些珍貴的珠寶玉石、紅木等材料的真偽判斷具有非常重要的作用。例如國內使用的巖芯體積測量方法是用一測量介質裝排單元，取適量測量介質裝滿該單元，然后將測量介質倒出，把要測量其體積的巖芯放入其中，再將倒出的測量介質裝回，裝滿單元后必然要剩下一部分測量介質，用電子天平稱量剩下該部分測量介質的質量，如果稱得的質量為M，測量介質的松裝密度為Q，則被測巖芯的體積為:Q = M/V?
[0004]式中:M的單位是g，Q的單位是g/cm3，V的單位是cm3。
[0005]而國際上先進測量巖芯體積方法是在其表面上貼上一層薄的可溶性高分子膜，把巖芯放在容器中，運用國內類似的方法測量巖芯的體積。在之后國內也有改進后的測量技術:使用金屬粉末作為測量介質但還是通過類似的原理來進行測量。
[0006]以上方法存在明顯缺點為:
[0007]1.對工作人員身體健康產生不良影響。
[0008]2.水銀滲透入巖石內部，使得測量巖芯體積偏小，由于空隙中滲透入水銀，從某種程度上來說液污染了被測物體，影響后續的實驗。
[0009]3.國外方法雖然一定程度上彌補了 2的缺陷，但貼膜要求高，貼膜所帶來的一系列成本升高，貼膜完成后還需要抽真空等一系列繁雜的步驟，這無疑增加了其測量的復雜程度。
[0010]4.測量結果只是間接結果，還需要通過密度轉換計算出來巖芯的體積量。
[0011]5.無論是金屬粉末還是各種液體的測量過程中，必定存在粘附從而導致測量結果不精確，此外這些測量介質存放以及運輸都增加了該儀器的笨重性。
【發明內容】
[0012]本發明的目的是針對現有技術的不足，提供了一種基于理想氣體狀態方程的剛性物體體積測量儀器及方法。本發明的儀器及方法跳出了測量體積需要運用排除物體質量換算體積的原理框架，運用理想氣體狀態方程中的波義耳-馬略特定律，以全新的思維角度去測量不規則物體的體積。
[0013]本發明的目的是通過以下技術方案實現的:一種基于理想氣體狀態方程的剛性物體體積測量儀器，所述儀器包括:可密閉測量容器、動力驅動步進電機、增壓容器、單片機、顯示終端、數據處理單元、壓強傳感器、密封件；增壓容器安裝在可密閉測量容器上方；密封件與動力驅動步進電機相連，密封件安裝在增壓容器內，將增壓容器分為有效部分和無效部分，有效部分與可密閉測量容器相通；壓強傳感器安裝在可密閉測量容器內；單片機、顯示終端、數據處理單元均安裝在可密閉測量容器上；單片機與動力驅動步進電機相連，單片機驅動動力驅動步進電機上下運動；壓強傳感器和顯示終端分別與數據處理單元相連；壓強傳感器采集可密閉測量容器內的壓強P1，數據處理單元將壓強P1轉換為體積V，V =V0-P1V1/ (P1-P0)，其中，Vtl為可密閉測量容器的體積、V i為有效部分的體積、P C1為初始狀態下可密閉測量容器內的壓強。
[0014]進一步地，所述儀器還包括秤盤載物臺，秤盤載物臺與數據處理單元相連，秤盤載物臺采集待測物體的質量，數據處理單元根據質量與體積，計算待測物體的密度。
[0015]一種基于理想氣體狀態方程的剛性物體體積測量方法，該方法在上述的儀器上實現，該方法包括以下步驟:
[0016](I)通過單片機通過動力驅動步進電機控制密封件移動至初始位置，即有效部分的體積\為O時的位置；
[0017](2)壓強傳感器采集初始狀態下，可密閉測量容器內的壓強Ptl;
[0018](3)將待測物體放入到可密閉測量容器內，并密閉可密閉測量容器；
[0019](4)通過單片機通過動力驅動步進電機控制密封件向上任意距離h，此時，有效部分的體積％= Sh，其中S為增壓容器的底面面積；同時，壓強傳感器采集此時可密閉測量容器內的壓強P1;
[0020](5)數據處理單元計算待測物體的體積V，V = V0-P1V1/ (P1-P0)。
[0021]本發明的有益效果在于:本發明所設計的測量儀器以氣體作為測量介質，若待測物件對接觸環境敏感，可以選用特定測量氣體進行測量，因此其兼容度極高。不僅對實驗人員沒有傷害，測量過程中對物件無污染；操作簡單，儀器輕便易攜，對于各類物質材料都可以進行安全，無污染，方便快捷測量。
【附圖說明】
[0022]圖1本發明測量儀器的結構示意圖；
[0023]圖中，可密閉測量容器1、動力驅動步進電機2、增壓容器3、單片機4、顯示終端5、數據處理單元6、壓強傳感器7、秤盤載物臺8、密封件9。
【具體實施方式】
[0024]根據理想氣體狀態方程中的波義耳-馬略特定律:在定量定溫下，理想氣體的體積與壓強成反比，公式表達為PV = C，其中P代表壓強，V代表體積，C代表一個常數，當然該常數與溫度相關，由于我們測量與環境溫度聯通，因此我們認為溫度影響很小，若測量精度較高，可以考慮加溫控系統，下文原理敘述部分考慮是恒溫系統內。
[0025]基于以上原理，本發明一種基于理想氣體狀態方程的剛性物體體積測量儀器，包括:可密閉測量容器1、動力驅動步進電機2、增壓容器3、單片機4、顯示終端5、數據處理單元6、壓強傳感器7、密封件9 ;增壓容器3安裝在可密閉測量容器I上方；密封件9與動力驅動步進電機2相連，密封件9安裝在增壓容器3內，將增壓容器3分為有效部分和無效部分，有效部分與可密閉測量容器I相通；壓強傳感器7安裝在可密閉測量容器I內；單片機4、顯示終端5、數據處理單元6均安裝在可密閉測量容器I上；單片機4與動力驅動步進電機2相連，單片機4驅動動力驅動步進電機2上下運動；壓強傳感器7和顯示終端5分別與數據處理單元6相連；