2 骨架密度分析儀校準(zhǔn)規(guī)范-編制說明

《骨架密度分析儀校準(zhǔn)規(guī)范》編制說明背景概述固態(tài)材料的真密度定義為質(zhì)量與該質(zhì)量所占據(jù)體積的比值。因此，在計(jì)算真密度時(shí)，應(yīng)去除由顆粒內(nèi)部孔隙以及顆粒間空隙所占據(jù)的相應(yīng)體積。顆粒內(nèi)部孔隙包含開孔和閉孔，而閉孔由于不與其他氣孔互通，任何流體均無法進(jìn)入，故通過測量固體排開氣體體積的方法測得的真密度，通常稱為材料的骨架密度，等同于不含閉孔的固態(tài)材料真密度。骨架密度概念的提出并再次引起重視，是源于高新材料與高科技制造工藝的推陳出新與發(fā)展,因?yàn)樵缙诘拿芏葴y量技術(shù)已無法表征并區(qū)分諸如多層復(fù)合結(jié)構(gòu)材料、微納米多孔或泡沫結(jié)構(gòu)材料、載藥微球等高技術(shù)產(chǎn)品。基于阿基米德原理-氣體體積置換法的骨架密度分析儀，利用小分子惰性氣體如氦氣、氮?dú)獾纫讛U(kuò)散、滲透性好、穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，能迅速填充材料中極小的孔隙和表面的不規(guī)則孔隙，可以快速測定各種粉末狀、顆粒狀、塊狀、片狀、泡沫狀、漿狀物等固態(tài)材料的真密度，具有準(zhǔn)確度高、測試速度快、不損壞樣品等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于高分子材料、煤炭、水泥、陶瓷、石油化工等行業(yè)領(lǐng)域。目前，盡管國內(nèi)外已頒布多項(xiàng)材料真密度測量方法標(biāo)準(zhǔn)，如GB/T23561.2-2009《煤和巖石物理力學(xué)性質(zhì)測定方法第2部分：煤和巖石真密度測定方法》、GB/T5071-2013《耐火材料真密度試驗(yàn)方法》、GB/T40401-2021《骨架密度的測量氣體體積置換法》，但這些標(biāo)準(zhǔn)均未涉及骨架密度分析儀的校準(zhǔn)。也就是說，國內(nèi)外迄今為止均尚未發(fā)布骨架密度分析儀的技術(shù)規(guī)范。中國計(jì)量科學(xué)研究院已研制出系列骨架密度標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，可以利用這些標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)對骨架密度分析儀的計(jì)量特性進(jìn)行評(píng)價(jià)。因此，本項(xiàng)目提出制定《骨架密度分析儀校準(zhǔn)規(guī)范》，為此類儀器的計(jì)量校準(zhǔn)提供技術(shù)依據(jù)，保證其測量結(jié)果的準(zhǔn)確可靠。任務(wù)來源及規(guī)范起草概況根據(jù)國家市場監(jiān)督管理總局下達(dá)的國家計(jì)量技術(shù)規(guī)范制修訂計(jì)劃（市監(jiān)計(jì)量發(fā)[2022]70號(hào)），受全國新材料與納米計(jì)量技術(shù)委員會(huì)的委托，由深圳市計(jì)量質(zhì)量檢測研究院、中國計(jì)量科學(xué)研究院、上海市計(jì)量測試技術(shù)研究院、北京國儀精測技術(shù)有限公司負(fù)責(zé)制定《骨架密度分析儀校準(zhǔn)規(guī)范》技術(shù)規(guī)范的工作。2022年7月，本規(guī)范第一起草單位深圳市計(jì)量質(zhì)量檢測研究院組建了本規(guī)范起草工作組，起草工作組討論并形成了制定本規(guī)范的工作計(jì)劃及任務(wù)分工。2022年8月至2022年10月，起草工作組調(diào)研了市場上骨架密度分析儀的主流儀器制造廠，對儀器的校準(zhǔn)方法和標(biāo)準(zhǔn)器選用進(jìn)行了分析討論。2022年11月至2023年6月，起草工作組形成了《骨架密度分析儀校準(zhǔn)規(guī)范》的初稿，中國計(jì)量科學(xué)研究院初步完成了骨架密度分析儀校準(zhǔn)用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的研制工作。2023年7月至2024年4月，采用研制的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)來校準(zhǔn)骨架密度分析儀，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了規(guī)范技術(shù)內(nèi)容的可行性，并對《骨架密度分析儀校準(zhǔn)規(guī)范》的初稿進(jìn)行了修改完善，于2024年4月底，形成了《骨架密度分析儀校準(zhǔn)規(guī)范》草案。制定規(guī)范主要參考的文件和依據(jù)JJF1071-2010《國家計(jì)量校準(zhǔn)規(guī)范編寫規(guī)則》、JJF1001-2011《通用計(jì)量術(shù)語及定義》、JJF1059.1-2012《測量不確定度評(píng)定與表示》共同構(gòu)成支撐校準(zhǔn)規(guī)范制定工作的基礎(chǔ)性系列規(guī)范。本規(guī)范參考了GB/T40401-2021《骨架密度的測量氣體體積置換法》的相關(guān)內(nèi)容。校準(zhǔn)規(guī)范的主要內(nèi)容及計(jì)量特性規(guī)范的主要內(nèi)容：（1）按照J(rèn)JF1071-2010《國家計(jì)量校準(zhǔn)規(guī)范編寫規(guī)則》的要求制定《骨架密度分析儀校準(zhǔn)規(guī)范》，在內(nèi)容和格式上與JJF1071-2010保持一致。校準(zhǔn)規(guī)范的具體內(nèi)容包括范圍、引用文件、概述、計(jì)量特性、校準(zhǔn)條件、校準(zhǔn)項(xiàng)目和校準(zhǔn)方法、校準(zhǔn)結(jié)果表達(dá)、復(fù)校時(shí)間間隔等。（2）根據(jù)國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及調(diào)研得到的校準(zhǔn)實(shí)際需求，確定了骨架密度分析儀的計(jì)量特性，即骨架密度示值誤差、骨架密度測量重復(fù)性，并對校準(zhǔn)環(huán)境作了統(tǒng)一要求，明確了校準(zhǔn)項(xiàng)目的具體操作。（3）選擇市場上具有代表性的骨架密度分析儀，對規(guī)范中的技術(shù)指標(biāo)和校準(zhǔn)方法均進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證；依據(jù)JJF1059.1-2012《測量不確定度評(píng)定與表示》，對骨架密度測量示值誤差測量結(jié)果的不確定度進(jìn)行分析，進(jìn)一步驗(yàn)證了所采用校準(zhǔn)方法的合理性、可行性。規(guī)范的計(jì)量特性及校準(zhǔn)方法：（1）骨架密度示值誤差選擇低、中、高三種不同標(biāo)準(zhǔn)值的骨架密度標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，準(zhǔn)確稱取標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的質(zhì)量，裝入到經(jīng)校準(zhǔn)后的樣品池中，裝填體積至少達(dá)到樣品池體積的三分之二以上，裝樣時(shí)輕輕振動(dòng)樣品池，使試樣裝填緊密，再按照儀器操作說明書設(shè)置試驗(yàn)參數(shù)并進(jìn)行測量。每種標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)重復(fù)裝樣測量3次，取3次測量值的算術(shù)平均值為測量結(jié)果。按照公式（1）計(jì)算骨架密度示值誤差：（1）式中：—儀器骨架密度測量的示值誤差，%；—儀器3次測量結(jié)果平均值，g/cm3；—標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的認(rèn)定值，g/cm3。（2）骨架密度測量重復(fù)性在相同測量條件下，選用標(biāo)準(zhǔn)值為中間值的骨架密度標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，重復(fù)裝樣測量6次，按照公式（2）計(jì)算骨架密度測量重復(fù)性：（2）式中：sr—儀器骨架密度測量重復(fù)性，%；—儀器n次測量結(jié)果平均值，g/cm3；—第i次測量的儀器示值，g/cm3；n—測量次數(shù)，n=6。有關(guān)說明（1）關(guān)于規(guī)范的名稱本規(guī)范的名稱參考了國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T40401-2021《骨架密度的測量氣體體積置換法》，該標(biāo)準(zhǔn)使用翻譯法等同采用ISO12154:2014Determinationofdensitybyvolumetricdisplacement—Skeletondensitybygaspycnometry。但在其他的一些國家標(biāo)準(zhǔn)中，也叫真密度分析儀，如GB/T23561.2-2009《煤和巖石物理力學(xué)性質(zhì)測定方法第2部分：煤和巖石真密度測定方法》、GB/T5071-2013《耐火材料真密度試驗(yàn)方法》。（2）關(guān)于概述本規(guī)范的概述部分給出了骨架密度分析儀的測量原理和儀器結(jié)構(gòu)，這里對儀器測量原理與計(jì)算過程詳細(xì)描述如下：在已知體積（Vcell）的樣品室內(nèi)加入試樣（Vs），用氦氣作介質(zhì)，在樣品室逐漸加壓到一個(gè)規(guī)定值，用壓力傳感器測出樣品室內(nèi)的平衡壓力P1；然后氦氣膨脹進(jìn)入已知體積（Vref）的參比室內(nèi)，再用壓力傳感器測出兩個(gè)連通氣室內(nèi)的平衡壓力P2，根據(jù)玻爾定律，則在測量過程中，溫度保持恒定，則稱量加入樣品室內(nèi)試樣的質(zhì)量ms，即可計(jì)算出試樣的骨架密度：（3）關(guān)于氣源應(yīng)使用足夠純凈、惰性且不會(huì)吸附在固態(tài)樣品上的理想氣體。在大多數(shù)情況下，優(yōu)先選擇使用氦氣，其次是氮?dú)狻１容^而言，氦氣原子直徑更小，可穿透極小的孔隙或裂縫。（4）關(guān)于校準(zhǔn)前準(zhǔn)備骨架密度分析儀校準(zhǔn)前的準(zhǔn)備工作比較重要，可能會(huì)影響測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，尤其是校準(zhǔn)前準(zhǔn)備的第6.1.4條：標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)、被校儀器在環(huán)境中的溫度平衡時(shí)間不少于0.5h。校準(zhǔn)用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)和被校儀器的溫度平衡時(shí)間越長越好，盡量接近于環(huán)境溫度。若標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)、被校儀器之間有溫差，可以裝樣放入儀器后，恒溫一段時(shí)間再進(jìn)行測量。（5）關(guān)于校準(zhǔn)步驟本規(guī)范在校準(zhǔn)步驟中要求：裝填體積至少達(dá)到樣品池體積的三分之二以上，裝樣時(shí)輕輕振動(dòng)樣品池，使試樣裝填緊密。需要說明的是，骨