気体置換法による密度測定の解説と測定例

1.概 要

密度とは、試料の単位体積に含まれる質量(単位例:kg/m³)をいいます。固体や粒子の密度は、「真密度」「見掛け密度」「かさ密度」など、定義の異なる複数の密度が存在します。気体置換法で得られる密度は、外部とつながっていない粒子内部の空間(閉細孔)が存在しない試料では「真密度」、閉細孔が存在する試料では「見かけ密度」となります。密度測定手法や試料の大きさ、形状、用途、業界、分野等によってさまざまな密度の定義がある中で、気体置換法(ガスピクノメーター)を用いた粒子密度測定は、一般的な液浸法に比べ、液体接触を嫌う材料や内部細孔を有する材料など、より精度良く、試料の状態を変化させることなく密度を求めることが可能です。

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2.気体置換法の原理

一定体積(V_CELL)の試料室中に体積(V_SAMP)の試料を装填し、定圧力P₁(ゲージ圧)にした後、バルブを開け、別の一定圧力(V_EXP)の膨張室と試験室を繋ぐことで系の中の気体は膨張し、圧力はP₂になります。
圧力と体積と温度の関係はボイル・シャルルの法則に従うため、試料室の体積(V_CELL)と膨張室の体積(V_EXP)が予め分かっていれば、膨張前後の気体圧力P₁とP₂の測定から、試料の体積を算出することができます。

3.乾式自動密度計の仕様

4.試料情報

• ・対象試料:粉体・固体試料、液体試料の測定も可能　　　　　　★ガスが発生する試料や揮発性試料は測定不可です。
• ・試料形状:試料セル寸法 18.5×39.5mm[10cm³]に入る大きさ　※粉砕又は切断が必要な場合は、ご相談下さい。
• ・必要試料量目安:粉体、固体、液体 共に8cm³/測定　　　　　    ※少量試料の測定をご希望の場合は、ご相談下さい。

5.気体置換法による密度測定事例

5.1　固体試料の測定事例;球状の鋼

・測定試料

球状の鋼　大きさ:質量;94.9562 g、体積;6.3713 cm³

・測定条件

使用ガス:ヘリウム　温度:23°C　真空処理:無　パージ回数:5回　パージ充填圧力:134.45 kPaG　測定サイクル:10回　サイクル充填圧力:134.45 kPaG　平衡率:0.034 kPaG

・測定結果

◎気体置換法による密度測定結果　　　　14.9 g/cm³(10回連続測定の平均値)
◎幾何学的測定法による密度算出結果　　14.9 g/cm³

◆幾何学的測定法と、近似した測定結果が得られました。

5.2　粉体試料の測定事例;セメント

・測定試料

セメント　管理値:3.10～3.20 g/cm³

・測定条件

使用ガス:ヘリウム　温度:23°C　真空処理:無　パージ回数:3回　パージ充填圧力:134.45 kPaG　測定サイクル:15回　サイクル充填圧力:134.45 kPaG　平衡率:0.034 kPaG

・測定結果

◎気体置換法による密度測定結果　　   3.14 g/cm³(15回連続測定の平均値)

◆管理値の範囲内に収まる結果が得られました。液浸法と比較すると、精度の良い測定結果が得られました。

	液浸法	気体置換法
N数	11	11
平均値(g/cm3)	3.14	3.14
標準偏差(g/cm3)	0.019	0.001
RSD(%)	0.61	0.03