三、壓力的標定和校準
壓力的標定和校準主要是對輔助壓力計而言。如前所述,工業和實驗室一般是用輔助壓力計來測量壓力。輔助壓力計所顯示的量值實際上並不是壓力,而是與壓力成比例的一些物理性質,如彈力、電阻、密度等因此輔助壓力計在製成後需經標定才能用來測量壓力一般商品壓力計在出廠時都經過了標定,因此可無需自己標定而直接用來測量壓力,但為準確起見,在使用一段時間後,最好定期校準。
輔助壓力計的標定方法有二―是以基準壓力計來標定輔助壓力計,這個方法就是將基準壓力計(一般用自重活塞壓力計)和輔助壓力計(如彈簧管壓力表)一起聯接到一個壓力體係中,在輔助壓力計的全部壓力量程範圍內,將二個壓力計的壓力值進行對比,以基準壓力計顯示的壓力數來刻度輔助壓力計的壓力數值,並確定後者的精度。彈簧管壓力表一般用這個方法來標定,壓力可標定。然而隻有極少數計量單位和實驗室具有自重活塞壓力計,而耳自重活塞壓力計一般隻能使用到10%,因此,這一壓力標定方法不能普遍使用。
在實驗礦物岩石學實驗室裏,有時也用一種比較精確的輔助壓力計去標定或校準另一種輔助壓力計。比如,以壓力表去標定或校準一般商品彈簧管壓力表這種方法標定的壓力表雖然精度不會太高,但設備和方法都比較簡便易行,也能滿足一般的高溫高壓實驗研究工作的要求。
壓力標定的第二個方法是壓力定點標定法這個方法頗似熱電偶的溫度定點標定法。壓力定點標定法就是選擇一係列高純度物質相變點(在一定壓力作用下發生的相轉變點)作為壓力標準,以它們來標定輔助壓力訐的壓力數值。比如標定錳銅壓力計、常用的壓力定點物質及相變點有汞的液-固相變點(固化壓力),二氧化碳的液-固相變點,可以用不同溫度下汞的固化壓力值作壓力標定點來標定輔助壓力計汞的固化壓力的測定法為:將壓力升到接近預定值後調節溫度,使體係恒溫;再一步步升壓,作壓力與流程(或壓力與體積)的曲線,曲線轉折處即表示汞在某溫度下的固化壓力。一些溫度下汞的固化壓力已精確測出。
四、超離壓的壓力測量
超高壓壓力測量方法與一般測壓方法不盡相同,且困難得多。超高壓通常由壓機或衝擊波產生。物質在這樣的超高壓下都變成了固體,因此上述流體介質的壓力計均無法使用。所以說,超高壓一般不能用壓力表直接測量壓力,而是用間接的方法測量壓力。所謂間接的方法就是利用壓機施加的負載和樣品所受壓力之間的比例關係,或者利用物質的一些物理性質(相變、電阻、比重或波譜的變化)與所受壓力的關係來測量壓力。
現在,一些金屬在超高壓下的相變點(即相轉變的壓力)已被準確測定出來,這些相變點可以作為壓力標準用於測量壓力,也可以作為壓力標定點去建立某些輔助壓力計,例如以鉑、銦或鎮銅合金的電阻與壓力關係為原理的壓力計,以物質的關係為原理的壓力計等1968年,在由美國標準局召開的國際會議上通過了壓力標準。
①1968年在美國召開的國際會議通過。
是今天超高壓壓力測量和校準的基準。毛河光等人還用鑽石高壓盒建立了一種紅寶石壓標,利用紅寶石在變壓時的光譜紅移來測量壓力,這個方法可以測量到一兆巴的超高壓。
現在,工業和超高壓實驗中多以已建立的國際壓標定點為標準,采用內標法進行超高壓壓力測量。具體作法就是將鉍,鉈或銫等金屬摻到被研究的樣品中;根據高壓實驗中上述金屬壓標的相變來估算實驗壓力I錳銅壓力傳感器也用來測量超高壓,與樣品一起放人高壓腔中的錳銅合金絲受到高壓時其電阻發生變化,用導線把電阻信號輸出並經儀器放大測量,即可得出實驗的壓力。因國際壓標都是常溫下物質相變的壓力,所以在同時進行高溫又高壓的實驗時,最好使用礦物壓標,即利用礦物在高溫高壓時的相變點來測量高溫高壓實驗中的壓力I上述種種測壓方法,測量精度都不可能太高。
近來,有人試圖建立一種熱力學壓標,就是利用物質在一定溫度和壓力下的熱力學函數I如體積,溫度,熱容等來測貴物質所受的壓力。隻是當前高溫高壓下的熱力學函數寥寥無幾,致使這種熱力學壓標還無法實現。
據初步計算,在壓力不大時,用上式計算出的壓力,其精度比通常方法要低,但在550?擬上的超高壓情況下,精度明顯高於通常的方法,因此認為熱力學壓標更適用超高壓測量。看來,到建立像熱力學溫標那樣的熱力學壓標時,還需要很長的時間。
第三節高溫高壓實驗中氧逸度的控製
氧化還原反應是地球內部發生的主要地質過程之一。對地殼中的成岩成礦過程來說,作為氧化還原條件指標的氧逸度是與溫度壓力一樣重要的物理化學參數。這是因為地殼中的成岩成礦過程大都有揮發組分等參加,而有揮發組分參與的物理化學過程的進程和平衡不僅取決於溫度和壓力,而且也取決於揮發組分的逸度,特別是氣逸度氧逸度常常影響著岩漿過程中的結晶分異和熔離作用,影響著有用元素在晶體-熔體和流體中的分配。在熱液成礦過程中,氧逸度是金屬礦物溶解和沉澱的重要條件。變質和交代作用中的氧化還原反應主要受氧逸度的控製。因此氧逸度被認為是成岩成礦過程中的重要物理化學參數,這樣,高溫高壓實驗中控製氧逸度就成了實驗岩石學和實驗礦物學的重要實驗技術。