簡介：

本文章將帶你深入了解密度測量的基礎(chǔ)知識，你將了解到：密度的物理性質(zhì)，其常用單位，以及什么是標準密度，什么是比密度。此外還介紹了密度的常用測量方法和這些常用測量方法的比較，必須注意的是，當查找氣體的密度時，壓強是氣體密度的主要決定因素，而液體的密度主要取決于溫度。

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什么是密度？

密度是對特定體積內(nèi)的質(zhì)量的度量[1]，是一種與溫度和壓力相關(guān)的物理性質(zhì)。密度等于物體的質(zhì)量除以體積，常用符號ρ表示。國際單位制中的密度單位為：kg/m3（千克/米3），美國的密度單位常以lb/ft3（磅/英尺3）表示，此外，在許多行業(yè)也有特定的密度單位，如Oechsle（+Oe奧斯勒，測量果汁糖份重量（含糖量）就可以推斷葡萄的成熟程度。一度奧斯勒表示一升葡萄汁比一升水重一克）或Brix度（白利度，飲料內(nèi)可溶性固體物質(zhì)質(zhì)量的百分含量，單位°Bx或%，通常飲料的主要可溶性固體物為白砂糖，故又稱糖度。）? ? ? ?由于物質(zhì)的熱膨脹和可壓縮性，物質(zhì)的密度會受到當前溫度和壓力的影響。這些變量對密度的影響或大或小，具體取決于物質(zhì)是固體還是流體。溫度和壓力對流體的影響程度遠高于固體。為了獲得精確的密度指示，必須知道相關(guān)的溫度和壓力，尤其是對于流體。 物體的體積和密度會隨溫度和/或壓力的變化而變化，液體的密度主要影響因素是溫度，氣體的主要影響因素是壓強。

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標準密度與相對密度

標準密度（也稱為“參考密度”）表示某種溫度或壓力下一種物質(zhì)或多種物質(zhì)的混合物的密度。這樣可以更好地比較不同密度值。下列標準溫度tn和壓力pn條件在所列行業(yè)中經(jīng)常使用：物質(zhì)或物質(zhì)混合物的標準密度可以從所謂的密度表中獲取。密度表的示例可以下列舉例或者其他來源找到：?

酒精：

1973年發(fā)布的標準OIML R 22“國際酒精濃度表”（http://www.oiml.org/en）

糖：

標準ICUMSA“密度測定法和表：蔗糖-官方；葡萄糖，果糖和轉(zhuǎn)化糖– ICUMSA官方方法

SPS—4，日期為1998年（http://www.icumsa.org）

水：

PTB公布的Wagenbreth, H. Blanke,W.1968撰寫的“國際單位制中的水密度和國際實用溫度度”；以及Bettin H. Blanke W.：“引入1990年國際溫度標度后，水的密度隨溫度的變化而變化“

氣體：

NIST數(shù)據(jù)庫“ NIST參考流體熱力學(xué)和傳輸特性數(shù)據(jù)庫”（http://www.nist.gov）

相對密度是指物質(zhì)的密度與參考物質(zhì)的密度在各自規(guī)定的條件下之比。符號為d，量綱為“1”，一般參考物質(zhì)為空氣或水

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物質(zhì)密度信息的用途：

1	密度是表征物質(zhì)和物質(zhì)混合物單位體積內(nèi)質(zhì)量的標準值，經(jīng)常用于物質(zhì)的分析和合成。密度值可以導(dǎo)出各種參數(shù)，通過計算可以得出混合物或化合物組成的成分
2	密度還可用于確定水溶液中成份物質(zhì)的濃度?；旌衔镏谐煞菸镔|(zhì)物質(zhì)的含量可以用體積百分比，質(zhì)量分數(shù)或物質(zhì)濃度來表示。
3	混合物或化合物的質(zhì)量通常由平均摩爾質(zhì)量確定。平均摩爾質(zhì)量也可以借助密度來確定，例如用平均摩爾質(zhì)量來描述天然氣。

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精確測量物質(zhì)密度的方法：

確定物質(zhì)密度的設(shè)備和測量方法有許多種。目前相對先進的測量方法是使用MEMS芯片，利用諧振器測量物質(zhì)的密度。與此同時，許多較舊的測量方法，例如氣量計（Areometers），比重瓶（Pycnometers）和浮力法（buoyancy）等也仍在使用。

（1）氣量計（Areometers）：

如圖為氣量計的模型，氣量計常用于液體密度的測量，將這些玻璃浮標放置在液體中并沉入水中，直到測試液體的浮力與氣量計的重量達到平衡為止。根據(jù)阿基米德原理，可以從浮子的浸入深度得出液體的密度。

圖1：氣量計“1.讀數(shù)刻度尺 2.浮子 3.沉子”[2]

（2）比重瓶（Pycnometers）：

比重瓶可以用來測量固體粉末、液體和微粒的密度， 它通過簡單的稱重可測得液體的密度和容積所定義的體積。測量步驟和原理如下：

1.測量比重瓶空杯時的質(zhì)量m1。

2. 測量比重瓶盛滿水時的質(zhì)量m2。

3. 測量比重瓶盛滿待測液體時的質(zhì)量m3

根據(jù)測得的質(zhì)量m1、m2、m3，得待測液體密度為：

圖2：比重瓶“1. 帶毛細血管的塞子, 2. 經(jīng)過磨削處理的活塞, 3. 樣品液“[3]

（3）浮力法（buoyancy）：

借助浮力的原理，也可以通過測量浮力的大小來測量密度。將沉沒體浸入待測液體中，并使用天平測量其浮力。通過將浮力與沉沒的體積可以計算出液體的密度。

圖3：浮力法測量裝置“1.校準器，2.提升裝置，3.溫度測量儀，4.裝有液體的容器，5.提升裝置，6.浮力，7.平衡，8.底座“

（4）微機電處理芯片(MEMS Chip)

Ω芯片是一個諧振密度計。在這種方法中，諧振器與各種接觸液體同時保持一致的動作，由于振動頻率取決于液體的密度。通過測量諧振器的振動頻率，可以得到待測液體的密度。

圖4：MEMS 芯片“1.薄膜溫度傳感器，2.狹縫，3.測量通道，4.真空，5.電極接口“虹科公司的DLO-M1液體密度傳感器，就是應(yīng)用了這一技術(shù)。從而實現(xiàn)了高精度在線測量的功能。

圖5：HK-Truedyne DLO-M1 液體密度傳感器

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上述密度測量方法比較

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