密度作为计量领域导出物理量,是国际贸易计量、民生计量中必不可少的计量物理量。单晶硅晶体是设立固体密度计量基准的最佳材料,同时也是阿伏伽德罗常数NA计算的首选材料。因此本课题基于压力悬浮法设计了单晶硅球密度差值精密计量系统。单晶硅球密度差值计量系统能够精确测量单晶硅球间密度差异,实现密度值的等精度量值传递,同时为NA计算的单晶硅材料选择提供依据。本课题研究的主要内容如下:1.回顾了国内外单晶硅密度计量现状,分析了“静力称重法”、“磁力悬浮法”、“压力悬浮法”三种密度差值测量方法的优缺点,采用压力悬浮法(PFM)测量单晶硅密度差值,为单晶硅密度差值的精密测量提供理论依据。2.分析了系统的测量原理,并设计了一种单晶硅球密度差值测量装置,包括:密度比较容器、温度控制系统、压力控制系统、电荷耦合元件(CCD)图像采集模块等。针对测量装置高精密测量要求,研究了温度、压力和CCD图像识别模块的计量精度特性。3.单晶硅球放置于含有三溴丙烷和二溴乙烷的混合工作液体(WL-2329)中,利用振动管式密度计测量、计算工作液体热胀系数;设计了一种工作液体的压缩系数计算方法,并且分析了工作液体压缩热效应的影响。4.对单晶硅球间密度差值测量试验,分析测量结果和系统的不确定度分量,对测量不确定度进行评定,其相对标准不确定度为1.51×10-7,表明压力悬浮法具有高密度分辨率。