基于理想气体状态方程的刚性物体体积测量仪器及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉理想气体状态方程，应用于任何体积工件，尤其对接触介质有要求的物体体积以及密度进行测量的一种方法，以及实现这种测量方法的仪器。
[0002]背景介绍
[0003]物体体积密度测量技术可广泛应用于各领域。测量不规则材料的密度，特别是矿石、粉尘等不规则物体的密度测量一直是一种难题，这种密度测量特别对于一些珍贵的珠宝玉石、红木等材料的真伪判断具有非常重要的作用。例如国内使用的岩芯体积测量方法是用一测量介质装排单元，取适量测量介质装满该单元，然后将测量介质倒出，把要测量其体积的岩芯放入其中，再将倒出的测量介质装回，装满单元后必然要剩下一部分测量介质，用电子天平称量剩下该部分测量介质的质量，如果称得的质量为M，测量介质的松装密度为Q，则被测岩芯的体积为:Q = M/V?
[0004]式中:M的单位是g，Q的单位是g/cm3，V的单位是cm3。
[0005]而国际上先进测量岩芯体积方法是在其表面上贴上一层薄的可溶性高分子膜，把岩芯放在容器中，运用国内类似的方法测量岩芯的体积。在之后国内也有改进后的测量技术:使用金属粉末作为测量介质但还是通过类似的原理来进行测量。
[0006]以上方法存在明显缺点为:
[0007]1.对工作人员身体健康产生不良影响。
[0008]2.水银渗透入岩石内部，使得测量岩芯体积偏小，由于空隙中渗透入水银，从某种程度上来说液污染了被测物体，影响后续的实验。
[0009]3.国外方法虽然一定程度上弥补了 2的缺陷，但贴膜要求高，贴膜所带来的一系列成本升高，贴膜完成后还需要抽真空等一系列繁杂的步骤，这无疑增加了其测量的复杂程度。
[0010]4.测量结果只是间接结果，还需要通过密度转换计算出来岩芯的体积量。
[0011]5.无论是金属粉末还是各种液体的测量过程中，必定存在粘附从而导致测量结果不精确，此外这些测量介质存放以及运输都增加了该仪器的笨重性。
【发明内容】
[0012]本发明的目的是针对现有技术的不足，提供了一种基于理想气体状态方程的刚性物体体积测量仪器及方法。本发明的仪器及方法跳出了测量体积需要运用排除物体质量换算体积的原理框架，运用理想气体状态方程中的波义耳-马略特定律，以全新的思维角度去测量不规则物体的体积。
[0013]本发明的目的是通过以下技术方案实现的:一种基于理想气体状态方程的刚性物体体积测量仪器，所述仪器包括:可密闭测量容器、动力驱动步进电机、增压容器、单片机、显示终端、数据处理单元、压强传感器、密封件；增压容器安装在可密闭测量容器上方；密封件与动力驱动步进电机相连，密封件安装在增压容器内，将增压容器分为有效部分和无效部分，有效部分与可密闭测量容器相通；压强传感器安装在可密闭测量容器内；单片机、显示终端、数据处理单元均安装在可密闭测量容器上；单片机与动力驱动步进电机相连，单片机驱动动力驱动步进电机上下运动；压强传感器和显示终端分别与数据处理单元相连；压强传感器采集可密闭测量容器内的压强P1，数据处理单元将压强P1转换为体积V，V =V0-P1V1/ (P1-P0)，其中，Vtl为可密闭测量容器的体积、V i为有效部分的体积、P C1为初始状态下可密闭测量容器内的压强。
[0014]进一步地，所述仪器还包括秤盘载物台，秤盘载物台与数据处理单元相连，秤盘载物台采集待测物体的质量，数据处理单元根据质量与体积，计算待测物体的密度。
[0015]一种基于理想气体状态方程的刚性物体体积测量方法，该方法在上述的仪器上实现，该方法包括以下步骤:
[0016](I)通过单片机通过动力驱动步进电机控制密封件移动至初始位置，即有效部分的体积\为O时的位置；
[0017](2)压强传感器采集初始状态下，可密闭测量容器内的压强Ptl;
[0018](3)将待测物体放入到可密闭测量容器内，并密闭可密闭测量容器；
[0019](4)通过单片机通过动力驱动步进电机控制密封件向上任意距离h，此时，有效部分的体积％= Sh，其中S为增压容器的底面面积；同时，压强传感器采集此时可密闭测量容器内的压强P1;
[0020](5)数据处理单元计算待测物体的体积V，V = V0-P1V1/ (P1-P0)。
[0021]本发明的有益效果在于:本发明所设计的测量仪器以气体作为测量介质，若待测物件对接触环境敏感，可以选用特定测量气体进行测量，因此其兼容度极高。不仅对实验人员没有伤害，测量过程中对物件无污染；操作简单，仪器轻便易携，对于各类物质材料都可以进行安全，无污染，方便快捷测量。
【附图说明】
[0022]图1本发明测量仪器的结构示意图；
[0023]图中，可密闭测量容器1、动力驱动步进电机2、增压容器3、单片机4、显示终端5、数据处理单元6、压强传感器7、秤盘载物台8、密封件9。
【具体实施方式】
[0024]根据理想气体状态方程中的波义耳-马略特定律:在定量定温下，理想气体的体积与压强成反比，公式表达为PV = C，其中P代表压强，V代表体积，C代表一个常数，当然该常数与温度相关，由于我们测量与环境温度联通，因此我们认为温度影响很小，若测量精度较高，可以考虑加温控系统，下文原理叙述部分考虑是恒温系统内。
[0025]基于以上原理，本发明一种基于理想气体状态方程的刚性物体体积测量仪器，包括:可密闭测量容器1、动力驱动步进电机2、增压容器3、单片机4、显示终端5、数据处理单元6、压强传感器7、密封件9 ;增压容器3安装在可密闭测量容器I上方；密封件9与动力驱动步进电机2相连，密封件9安装在增压容器3内，将增压容器3分为有效部分和无效部分，有效部分与可密闭测量容器I相通；压强传感器7安装在可密闭测量容器I内；单片机4、显示终端5、数据处理单元6均安装在可密闭测量容器I上；单片机4与动力驱动步进电机2相连，单片机4驱动动力驱动步进电机2上下运动；压强传感器7和显示终端5分别与数据处理单元6相连；