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应用阿基米德原理—气体膨胀置换法，利用小分子直径的惰性气体（He）在一定条件下的玻义尔-马略特定律（PV=nRT），通过测定由于样品测试腔放入样品所引起的样品测试腔气体容量的减少来测定样品的真实体积，从而得到其真密度，真密度=质量/真实体积。
气体膨胀置换法是以气体取代液体测定样品所排出的体积。此法排除了浸液法对样品溶解的可能性，具有不损坏样品的优点。因为气体能深入样品中极小的孔隙和表面的不规则空陷，因此测出的样品体积更接近样品的真实体积，从而可以用来计算样品的密度，测试值也更接近样品的真实密度。
仪器的测试系统由样品测试腔和基准腔构成。测定样品真密度时，仪器自动采集基准腔的压力P1及体积V1并记录；将一定未知体积的样品V样品放入已知体积V2的样品测试腔，向样品测试腔注入一定量的气体并记录稳定后的压力P2；将样品测试腔与基准腔连通并记录稳定后的压力P3，根据平衡稳定后的压力值和相关已知的体积V1、V2即可计算出待测的样品体积V样品，再由样品的质量和体积计算出样品的真密度。
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