煤真密度仪

煤真密度仪

技术背景知识

煤真密度仪-相关概念

在物理学中，密度是指某种物质的质量与该物质体积的比值，其公式为：

ρ = m / V

ρ—物质的密度，kg/m3；

m—物质的质量，kg；

V—物质的体积，m3。

密度是物质的物理特性之一，不同物质的密度一般不同，反映了不同物质的不同性质，因此，可以根据密度来鉴别物质。密度不随物质形状和空间地理位置的变化而变化，但因物质的状态、温度、压强的改变而改变。例如，水的三种状态冰、水、水蒸汽密度不同；蒸汽锅炉中，同样是水蒸汽，因压强不同，蒸汽密度也不同。

密度在使用过程中，由于应用领域不同，物质形态差异，对其体积的定义有较大的区别，例如，对于块状金属，其体积为排开水的容积；对于玉米、小米等粮食，更关心其堆体积；而对于多孔材料，需要了解其骨架体积。为此，需要对体积进行严格的定义。根据应用需求，体积可分为密实体积、自然体积和堆体积三类。

(1) 密实体积

密实体积是指密实状态下的体积，即指构成材料的固体物质本身的体积。例如：翡翠、钢板、玛瑙、橡胶等。

(2) 自然体积

自然体积是指自然状态下的体积，即指固体物质的体积与全部孔隙体积之和。例如：面包，表面有象蜂窝一样的开孔，内部则是如同气泡一样的封闭孔。类似材料很多，木头、透气砖、分子筛、活性炭、泡沫等。

(3) 堆积体积

堆积体积是指自然状态下的体积与颗粒之间的空隙之和。日常生活中最常见，例如：粮食、水泥、土壤等。

密度的相关概念，如体积密度、表观密度、真密度等均与上述三个体积密切相关。以多孔材料为例，其体积包括开口孔隙、闭口孔隙和固体三部分，如下图所示。深入材料内部，构成封闭状，不与外界相通的孔为闭孔，所有的闭孔体积之和为闭口孔隙。一端在材料表面开口，另一端深入材料内部，称为盲孔；一端在材料表面开口，穿过材料到另一端表面也存在开孔，称为贯通孔；一端在材料表面开孔，深入材料内部后，又产生若干相通的分支，这些分支均通过主孔与材料表面相通，称为交联孔。盲孔、贯通孔和交联孔都具有一个共性，即有一端与外界相通，所以这类孔统称为开孔，由这些孔构成的开孔体积之和即为开口孔隙。

1—固体  2—闭口孔隙  3—开口孔隙（盲孔）　4—开口孔隙（交联孔）  5—开口孔隙（贯通孔）

图1 1多孔材料自然状态下体积示意图

有了上述的定义和基本知识，对一些概念的诠释便容易理解。设多孔材料中的固体骨架部分的质量为m，由于开孔孔隙与闭口孔隙内填充的为气体，其质量可忽略不计，即多孔材料总质量与固体骨架质量相等，也为m，固体物质构成的体积为V固，闭口孔隙体积为V闭，开口孔隙体积为V开。

真实密度

真实密度简称真密度（true density），是指物质在密实状态下单位体积的质量，其表达公式为：

ρt = m / V固

ρt—多孔材料的真实密度，kg/m3；

m—多孔材料固体的质量，kg；

V固—多孔材料中固体骨架部分所占的体积，m3。

由公式可以看出，对于多孔材料单个颗粒而言，真密度是扣除开口孔隙和闭口孔隙体积后由物质骨架部分所占体积的质量，即材料在无孔状态下的密度。对催化剂又称骨架密度，它是单位体积催化剂骨架或固体部分(不包括颗粒之间间隙及颗粒内微孔体积)的质量。

由于苯、异丙醇等可以进入多孔材料除骨架以外的开孔中，因此可以用苯替代汞，采及排液置换法测定材料的真密度。但严格地讲，苯不能进入多孔材料闭口孔隙和极微细的微孔中，所以苯测出的密度接近于真密度，如果需要精密地测定，需要将材料磨成粉末，破坏闭口孔隙，采用氦气、氖气或氩气等不被材料吸附的惰性气体以排气置换法进行测定，通常采用真空容量法吸附装置。

表观密度

表观密度（apparent density）又称视密度，是指多孔材料固体的质量与表观体积之比，表观体积是材料固体骨架部分所占体积加闭口孔隙所占体积，此体积即材料排开水的体积，其表达公式为：

ρa = m / (V固+V闭)

ρa—多孔材料的真密度，kg/m3；

m—多孔材料固体的质量，kg；

V固—多孔材料中固体骨架部分所占的体积，m3，

V闭—多孔材料中闭口孔隙所占的体积，m3。

体积密度

体积密度（particle density）是指多孔材料在自然状态下单位体积的质量，对单个颗粒而言，又称为颗粒密度，表示单个颗粒包括颗粒内部开口孔隙和闭口孔隙体积在内的密度。其表达公式为：

ρp = m / (V固+V开+V闭)

ρp—多孔材料的体积密度，kg/m3；

m—多孔材料固体的质量，kg；

V固—多孔材料中固体骨架部分所占的体积，m3，

V开—多孔材料中开口孔隙所占的体积，m3，

V闭—多孔材料中闭口孔隙所占的体积，m3。

堆积密度

堆积密度又称填充密度（bulk density），是散粒材料在规定装填条件下单位体积的质量，因装填条件不同又分为松装密度和振实密度。图1 2为实心颗粒和多孔颗粒在装填状态下的体积示意图，其表达公式为：

ρ b = m / (V固+V开+V闭+V空)

ρb—实心颗粒或多孔颗粒的堆积密度，kg/m3；

m—实心颗粒的质量或多孔颗粒固体的质量，kg；

V固—实心颗粒所占的体积或多孔颗粒固体骨架部分所占的体积，m3，

V开—多孔颗粒开口孔隙所占的体积，m3，

V闭—多孔颗粒闭口孔隙所占的体积，m3。

V空— 实心颗粒或多孔颗粒之间空隙所占的体积，m3。

1—固体  2—闭口孔隙  3—开口孔隙  4—粒间空隙

图1 2实心颗粒与多孔颗粒填充状态下体积示意图

对于同种物质，颗粒大小相同情况下，实心颗粒的堆积密度大于多孔颗粒的堆积密度，因为两者占用的空间体积相同，但是质量不同，如同一个体积相同的铁球和空心铁球一样。多孔颗粒内部由于具有开口孔隙和闭口孔隙，导致其不“密实"。堆积密度经常用于玉米、小麦、大米、大豆、油菜籽等粮食作物的计量，此时又称为容重，即单位体积的质量，主要强调某种物质占用的空间体积。堆积密度与真实密度、表观密度、体积密度不同之处是加入了颗粒间的间隙，该间隙与颗粒的形状、大小等有关。

为了更清晰地对各密度加以区分，对它们对应的体积进行了详细的对比，如图1 3所示。

图1 3各种密度对应体积对比图

全自动真密度仪产品优点

(1) 集成式模块：电磁阀、传感器、样品池采用一体化设计，减少死体积，结构紧凑，密封性好；

(2) 温场均匀技术：采用无管路模块化设计，环境温度与模块温度保持平衡，气体温场均匀；

(3) 智能算法：压力智能探测，流量控制稳定，最大限度减小外界气瓶压力波动的影响；

(4) 脚本设计：高级用户可根据测试需求更改脚本，自行设计操作流程；

(5) 打印功能：（TMS版）设计了测试结果输出功能，方便用户结果存档与数据备份，包括电子数据与文档数据；

(6) 流程指示：采用C语言开发的嵌入式软件，操作流程清晰，数据实时详尽；

(7) 24位采集精度：底层数据采集采用24位AD模块；

(8) 标样分析：可提供PVC、铝、铜材质进行密度标定；

(9) 科技外观：外观结构简洁流畅，造型新颖时尚，极富科技感。

应用领域

研究和质量控制：陶瓷、催化剂、滤材、核燃料、石油化工、土壤、肥料、炭黑、焦炭、纤维、矿物、制药、化妆品、水泥、粉末食品、干燥剂、粉末金属、离子交换树酯、硅胶、氧化铝、二氧化钛、固体泡沫等。