不规则形状的体积测定及陶瓷显气孔率计算

立方体、圆柱体、球体等规则物体体积的计算都有几何公式可以利用，对于形态不规则且含气孔的陶瓷坯又该如何进行体积测定呢？

首先，对于不规则物体想要直接用尺子量出精确尺寸是非常困难的，费时费力且误差大。

有些朋友可能会想到阿基米德洗澡的故事，通过将物体沉入装满水的浴缸，称量溢出的水量，来间接测定不规则体的体积。思路是可以的，对于大如人体，或者如国王的金冠那样较重且不吸水的物体尚可一试，但对于小件物体，或者有一定气孔率的陶瓷坯体来说，误差太大。

工艺教材一般都讲天平悬挂称重法测量体积，但是同样有缺陷：
1. 老式天平操作复杂，且没有去皮功能，工厂的实验一般不配备；
2. 计算公式繁琐。

下面介绍一种简单实用的悬浮称重法，至少有以下优点：
1. 不需要引进新设备，节约成本；
2. 操作简单，只有两个步骤；
3. 数字显示，非常直观。

■ 实验设备

1. 电子称，精确至0.01g；
2. 烧杯（其他类似容器亦可，不需要刻度）；
3. 细绳索（细铁丝等，以不吸水为佳）。

■ 测定步骤

准备：将盛有半杯水的容器置于电子称上。

测定步骤：
1. 将悬挂好的套索部分浸入水中，在液面处做标记，按电子称“去皮”键，使读数为0.00；
2. 将待测物体挂在套索上，再次沉入水中，等电子称读数稳定，直接读取数字，即为待测物的体积，单位：g/cm[sup]3[/sup]。

注意：步骤2的套索浸入深度与步骤1相同（液面在步骤1的标记处），待测物要完全没入水中，且与容器底、壁均不接触。

■ 测定原理

上述步骤的理论依据仍然是阿基米德原理。

根据受力图示，设定待测物本身质量为m，步骤2中待测物浸没后电子称稳定读数为M显。

以待测物为分析对象，受到套索拉力F，水的浮力F[sub]浮[/sub]，重力mg，则有：

以容器、水、待测物整体为分析对象，受到套索拉力F，电子称盘的支持力M[sub]显[/sub]g，由于水和容器自重已在步骤1“去皮”操作中处理，则有：

以上三式合并得

水的比重取1g/cm[sup]3[/sup]，得

即，步骤2中电子称读数即为待测物体积。

误差：
1. 虽然套索自身重量已经通过步骤1的“去皮”操作抵消，但还是要尽可能细小轻便；
2. 水的比重取为1g/cm[sup]3[/sup]，在室温下误差小于0.3%但必须是纯水，如果当地水质硬度较大，最好使用蒸馏水；
3. 待测物本身不吸水。

■ 有气孔陶瓷坯体体积测定

上述方法的核心是阿基米德公式中的排水体积，有气孔率的陶瓷坯体有一定的吸水率，实际排水体积会偏小。这种情况的处理方法也非常简单。

对于有气孔的陶瓷坯体，先进行吸水率测试，用上一篇中的沸煮法或者真空法，让坯体先饱和吸水，然后再用本篇中的步骤1、步骤2进行测定，读数即为体积。

■ 陶瓷坯体显气孔率计算

陶瓷坯体中与外界大气连通的气孔称为开口气孔，对应的气孔率称为显气孔率，全封闭的为闭合气孔。瓷体、开口气孔、闭合气孔的体积总合为表观体积。
明显了以上概念，结合上述实验就可以计算气孔率。

1. 表观体积V

M显------饱和吸水坯体在体积测定步骤2中，电子称的读数。

2. 开口气孔体积V[sub]0[/sub][sub][/sub]

m1----干燥坯体质量；
m2----饱和吸水后坯体质量。

3. 显气孔率P

■ 其他应用

以上不规则体的体积测定方法同样可用于石材、球石、金属物件的体积测定，有了相对精确的体积，就可以很方便的计算出试样的比重，对于性能测试和材料验收都是一种方便快捷的方法。

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