專利名稱：雙天平互通容器密度測量方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及測試固體、液體材料密度的方法和裝置，特別涉及一種雙天平互通容器密度測量方法及其裝置，用作固體、液體材料密度的測定，也可用于測量固體、液體材料的體積、質量。
現有技術中，有關固體或液體材料體積、質量、密度的測量，常用的方法如懸浮法、梯度法、比重瓶法、靜力平衡法等都存在較多的缺陷，例如操作復雜、效率低、操作過程引入誤差大、計算復雜、測量精度低等，并使從事該項工作的人員感到極不方便。
本發明之目的旨在克服現有技術中的不足，提供一種通過測定重量即可獲得材料密度值的雙天平互通容器密度測量方法及裝置。
本發明的內容是一種雙天平互通容器密度測量方法，其特征之處是包括下列步驟(1)將側壁用軟導管(5)連通的兩個容器(a)和(b)分別置于一個天平稱量臺(A)和(B)上;
(2)把液體注入容器(B)中至液體淹沒連接軟導管(5)且液體深度可以淹沒固體(4)為止;
(3)當液體平衡后，稱量并記錄天平讀數為Wa、Wb;
(4)將固體(4)放進容器(B)中，待液體平衡后，稱量并記錄天平讀數為Wa′、Wb′;
(5)計算如果測量固體(4)的密度D，且已知液體密度為d，容器內徑為Da、Db，根據位移/載荷函數求得對應的位移量為Ha、Hb、Ha′、Hb′，則固體的質量M＝(Wb′-Wb)+(Wa′-Wa)總的位移差量H是，H＝(Hb′-Hb)-(Ha′-Ha)位移引起的體積差量為Vc＝π×H×Db×Db/4(π＝3.14159)容器的液體分配關系為容器aKa＝Da×Da/(Da×Da+Db×Db)容器bKb＝Db×Db/(Da×Da+Db×Db)固體的體積V＝ (Wa′-Wa)/(Kb) +Vc固體密度D＝M/V如果測量液體的密度d，且已知固體的體積Vg等(其它已知條件同上)，則容器a的質量增量M＝Wa′-Wa容器a的體積增量V＝(Vg-Vc)×Ka液體密度d＝ (M)/(V) ＝ (Wa′-Wa)/((Vg-Vc)×Ka)本發明的內容還包括一種雙天平互通容器密度測量裝置，由稱量部份和容器部份組成，其特征之處是所述的稱量部份是有兩個稱量臺(A)和(B)并且可以分別對稱量臺(A)和(B)上載物進行稱量的電子分析天平或電子秤;
所述的容器部份由側壁用軟導管(5)連通的兩個容器(a)和(b)組成，容器(a)和(b)可以分別置于稱量部份的稱量臺(A)和(B)上。
本
發明內容
中所述軟導管(5)的內徑為不小于4毫米，據容器大小等而定。
本
發明內容
中所述的稱量部份還可以包括有一只溫度傳感器，一套A/D轉換器接口，一套計算機，完成測量數據處理、誤差分析、誤差修正、人機對話、數據輸入/數據輸出的管理軟件，以及兩只位移傳感器。
本
發明內容
中所述的一套計算機包括鍵盤，顯示器，指示燈，輸入輸出接口，電源。
本發明測量方法所述計算中如果測量固體(4)的密度，且已知液體密度為d，容器(a)和(b)內徑相等，忽略位移/載荷影響，則固體的質量M＝(Wb′-Wb)+(Wa′-Wa)固體的體積 V＝ (2(Wa′-Wa))/(d)固體密度 D＝ (M)/(V) ＝ (d)/2 〔 (Wb′-Wb)/(Wa′-Wa) +1〕如果測量液體密度，且已知固體(4)的體積為V，容器(a)和(b)內徑相等，忽略位移/載荷影響，則液體密度 d＝ (2(Wa′-Wa))/(V)本發明方法利用液體平衡原理及平衡條件，即在兩個連通的容器內加入一定液體，當液體平衡時，兩容器的液體表面在同一水平面上，當放入一固體在某一容器內，當液體平衡時，兩容器中的液體表面處于同一水平面上，顯然，用電子分析天平等稱出放固體前、后兩容器的質量，就可算出固體的質量、體積和密度或液體的密度，因為兩次測量的質量差值之和是被測物的質量，沒放固體的容器的質量差與液體密度之比，是固體體積的二分之一(在此的條件是兩容器的內徑相等)，固體的密度等于固體的質量除固體的體積;如果已知固體的體積，則沒有裝固體的容器的質量差除固體體積的二分之一，是液體的密度。
精密測量對本發明裝置的要求1、電子天平的位移/載荷變化，電子天平滿載時的位移量是0.03mm左右，采用非接觸式長度測量儀和精密計差砝碼，測量出天平的位移/載荷變化曲線或變化函數(曲線擬合法)，或直接采用電容式位移傳感器測量天平的位移量;
2、兩只容器的內徑加工，測量精度要求高，選用溫度系數小的材料制造，兩只容器的內徑(導管連接頭以上)加工不圓度為0.002mm，光潔度高于Ra0.04，容器的平均內徑測量精度高于0.001mm，3、環境溫度測量精度為±0.2℃。
誤差分析1、電子分析天平的分辯率為0.0001g，2、天平的位移/載荷函數分辨率為0.0002mm，3、容器的內徑測量誤差為0.001mm，內徑為40mm，誤差為0.0005g以下，4、溫度補償誤差為0.0001，由2引起的位移誤差修正，修正后誤差為0.0002。
本發明具有下列特點(1)測量過程與稱量一樣，操作、計算簡單，測量效率高;
(2)操作過程中不引入誤差，從誤差分析知，測量精度優于千分之一;
(3)既可測量固體的質量、體積、密度，也可測量液體的密度，而且測量裝置也可作為兩個稱量天平使用;測量裝置配上計算機及相應的外設，可以實現自動測量、自動分析、自動補償及數據輸出;也可預先輸入一些材料的組成成份比例，則可以根據測量數據對材料進行輔助分析，例如商行、銀行對黃金、白銀的成色分析，因而本發明可以廣范應用于醫療衛生、化工、冶金、商業等各個領域。
附圖
是本發明裝置的一個結構原理圖;
圖中1-電子分析天平的稱量臺A、B，2-容器a、b，3-外罩，4-待測密度固體或已知體積的固體，5-軟導管，6-液體，7-功能選擇開關、狀態指示燈，8-鍵盤，9-顯示器，10-輸入輸出接口。
下面是
具體實施例方式實施例1已知液體密度d＝1，容器a和b內徑相等，忽略位移/載荷影響，求固體密度D。
測量步驟如下(1)將側壁用軟導管5連通的兩個容器a和b分別置于測量裝置的一個稱量臺A和B上，且使它們處于相對的自由狀態;
(2)把液體注入容器B中至液體淹沒軟導管5且液體深度可以淹沒固體4為止;
(3)當液體平衡后，稱量并記錄天平讀數為Wa、Wb;
(4)將固體4放進容器B中，待液體平衡后，稱量并記錄天平讀數為Wa′、Wb′;
(5)計算若Wb＝12.5005gWb′＝19.3203g，Wa＝12。1007gWa′＝15.3310g，則固體質量M＝(Wb′-Wb)+(Wa′-Wa)＝(19.3203-12.5005)+(15.3310-12.1007)＝10.0501(g)固體體積V＝2(Wa′-Wa)/d＝2(15.3310-12.1007)/1＝6.4606(cm3)固體密度D＝M/V＝10.0501/6.4606＝1.5556(g/cm3)實施例2已知固體體積V＝2，容器a和b內徑相等，忽略位移/載荷影響，求液體密度d。
測量步驟同實施例1，略;
若兩次稱量值也同實施例1，則液體密度d＝2(Wa′-Wa)/V＝2(15.3310-12.1007)/2＝3.2303(g/cm3)實施例3已知液體密度d＝1.0000，容器的內徑Da＝4cm，Db＝6cm，不計溫度影響，求固體密度D。
測量步驟同實施例1，測得兩次稱量為Wb＝35.0000g，Wa＝34.0000g，Wb′＝50.0000g，Wa′＝37.3333g。
根據測量數據求得位移量為Hb＝0.00121cm，Ha＝0.00119cm
Hb′＝0.00145cm，Ha′＝0.00135cm，總的位移差量H＝(Hb′-Hb)-(Ha′-Ha)＝(0.00145-0.00121)-(0.00135-0.00119)＝0.00008(cm)容器a的液體分配比Ka＝Da×Da/(Da×Da+Db×Db)＝4×4/(4×4+6×6)＝0.30769位移引起的體積差量Vc＝H×π×Db×Db/4＝0.00008×3.14159×6×6/4＝0.00226(cm3)(π＝3.14159)固體質量M＝(Wb′-Wb)+(Wa′-Wa)＝(50.0000-35.0000)+(37.3333-34.0000)＝18.3333(g)固體體積V＝(Wa′-Wa)×(1+Db×Db/Da×Da)+Vc＝3.3333×3.25+0.00226＝10.83549(cm3)固體密度D＝M/V＝18.3333/10.83549＝1.6920(g/cm3)實施例4已知固體體積Vg＝10.83549cm3，容器內徑Da＝4cm，Db＝6cm，不計溫度影響，求液體密度d，測量步驟同實施例1，略，若稱量和其它數據均同實施例3，則容器a的質量增量M＝Wa′-Wa＝3.3333(g)
容器a的體積增量V＝(Vg-Vc)×Ka＝(10.83549-0.00226)×0.30769＝3.3333(cm3)液體密度d＝M/V＝3.3333/3.3333＝1.0000(g/cm3)本發明內容所述電子分析天平，例如可以是兩臺上海天平儀器廠生產的FA1604S上皿電子分析天平合為一體或合并后改進而成。
權利要求
1.一種雙天平互通容器密度測量方法，其特征是包括下列步驟(1)將側壁用軟導管(5)連通的兩個容器(a)和(b)分別置于一個天平稱量臺(A)和(B)上；(2)把液體注入容器(B)中至液體淹沒連接軟導管(5)且液體深度可以淹沒固體(4)為止；(3)當液體平衡后，稱量并記錄天平讀數為Wa、Wb；(4)將固體(4)放進容器(B)中，待液體平衡后，稱量并記錄天平讀數為Wa1、Wb1；(5)計算如果測量固體(4)的密度D且已知液體密度為d，容器內徑為Da、Db，根據位移/載荷函數求得對應的位移量為Ha、Hb、Ha1、Hb1，則固體的質量M=(Wb1-Wb)+(Wa1-Wa)總的位移差量H是H=(Hb1-Hb)-(Ha1-Ha)位移引起的體積差量為Vc=π×H×Db×Db/4(π=3.14159)容器的液體分配關系為容器aKa=Da×Da/(Da×Da+Db×Db)容器bKb=Db×Db/(Da×Da+Db×Db)固體的體積V = (Wa ′- Wa)/(Kb) + VC固體密度D=M/V如果測量液體的密度d且已知固體的體積Vg等，則容器a的質量增量M=Wa1-Wa容器a的體積增量V=(Vg-Vc)×Ka液體密度d = (M)/(V) = (Wa ′- Wa)/((Vg - Vc) × K a)
2.一種雙天平互通容器密度測量裝置，由稱量部份和容器部份組成，其特征是所述的稱量部份是有兩個稱量臺(A)和(B)并且可以分別對稱量臺(A)和(B)上載物進行稱量的電子分析天平或電子秤;所述的容器部份由側壁用軟導管(5)連通的兩個容器(a)和(b)組成，容器(a)和(b)可以分別置于稱量部份的稱量臺(A)和(B)上。
3.按權利要求2所述的雙天平互通容器密度測量裝置，其特征是軟導管(5)的內徑為不小于4毫米。
4.按權利要求2或3所述的雙天平互通容器密度測量裝置，其特征是所述的稱量部份還可以包括有一只溫度傳感器，一套A/D轉換器接口，一套計算機，完成測量數據處理、誤差分析、誤差修正、人機對話、數據輸入/數據輸出的管理軟件和兩只位移傳感器。
全文摘要
一種雙天平互通容器密度測量方法及裝置，其特征是測量裝置由側壁用軟導管連通的兩個容器和有兩個稱量臺并可以分別稱量的電子分析天平、電子秤等組成，測量過程象稱量一樣簡便，可準確測量固體、液體材料的密度，也可進行體積等測量或作為兩個稱量天平使用。
文檔編號G01N9/08GK1095160SQ9311181
公開日1994年11月16日 申請日期1993年5月13日 優先權日1993年5月13日
發明者陳全明 申請人:陳全明