專利名稱：無液密度、體積測(cè)量?jī)x的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新涉及一種物體的密度或體積的測(cè)量裝置，特別是不借助于液體，對(duì)不規(guī)則形狀的固體、膠體的密度或體積的測(cè)量裝置。
背景技術(shù)：
物體的密度和體積傳統(tǒng)的測(cè)量方法由來已久。比如對(duì)于無規(guī)則形狀的固體，測(cè)量時(shí)都不外乎要浸于液體中，以排出液體的多少來求體積。雖然近年來有過一些改進(jìn)，并有過一些相關(guān)的專利產(chǎn)品，但總的來說未見有大的改觀。這一方法不僅費(fèi)時(shí)，而且對(duì)于不宜浸入液體中的物體，如會(huì)與或其他液體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或易溶解的物質(zhì)，要進(jìn)行測(cè)量更是麻煩。這種方法精度也難以提高，因?yàn)闇y(cè)體積時(shí)，所用水或其他液體倒入量筒或量杯中后，表面一般呈凹形(或凸形)，難以準(zhǔn)確讀出刻度。再者，被測(cè)物體如表面過于粗糙或有凹凸不平的槽孔時(shí)，還可能有氣泡附著。這些都可能影響測(cè)量的精度。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是為了克服物體的密度和體積傳統(tǒng)的測(cè)量方法的困難和缺點(diǎn)，提供一種測(cè)量時(shí)只需將被測(cè)物體放入本實(shí)用新型的容器中加壓，即刻就可得出物體的體積，進(jìn)而得出密度的無液密度、體積測(cè)量?jī)x。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案是一種密度、體積測(cè)量?jī)x，其特點(diǎn)是，它包括氣體壓縮或擴(kuò)容部件、放置被測(cè)物，并置有開啟、關(guān)閉機(jī)構(gòu)的容器和氣體壓強(qiáng)測(cè)量部件，三者相聯(lián)通，并與外界大氣隔絕。
所述的氣體壓縮或擴(kuò)容部件可為帶活塞的氣缸。而所述的氣體壓強(qiáng)測(cè)量部件為一測(cè)量壓縮前后壓強(qiáng)值的數(shù)字式氣體壓強(qiáng)計(jì)，壓強(qiáng)輸出通過CPU轉(zhuǎn)換成密度和體積顯示。
測(cè)量時(shí)，將被測(cè)物體放在密閉的容器中。對(duì)容器中的氣體進(jìn)行壓縮，對(duì)壓縮后的壓強(qiáng)值進(jìn)行測(cè)量，利用氣體狀態(tài)方程中的等溫過程或絕熱過程等物理原理，通過運(yùn)行所編制的計(jì)算機(jī)程序?qū)簭?qiáng)值自動(dòng)轉(zhuǎn)換成體積值，進(jìn)而得出密度值。本無液密度、體積測(cè)量?jī)x測(cè)試中不會(huì)對(duì)物體有任何的破壞或沾染。它的特點(diǎn)是使用方便，并且在理論上可達(dá)到比傳統(tǒng)方法更高的精度。


圖1為無液密度、體積測(cè)量?jī)x結(jié)構(gòu)原理圖，圖2為被測(cè)物體的體積與氣體被壓縮后的正壓值之間的關(guān)系圖象。
具體實(shí)施方式
由圖1所示，密度、體積測(cè)量?jī)x，其特點(diǎn)是，它包括氣體壓縮或擴(kuò)容部件1、放置被測(cè)物，并置有開啟、關(guān)閉機(jī)構(gòu)的容器2和氣體壓強(qiáng)測(cè)量部件3，三者相聯(lián)通，并與外界大氣隔絕。氣體壓縮或擴(kuò)容部件1為帶活塞的氣缸。所述的氣體壓強(qiáng)測(cè)量部件3為一測(cè)量壓縮前后壓強(qiáng)值的數(shù)字式氣體壓強(qiáng)計(jì)，壓強(qiáng)輸出通過CPU轉(zhuǎn)換成密度和體積顯示。
我們?cè)O(shè)容器(包括管道等)的容積為V1，氣缸容積為V，被測(cè)物體的體積為Vx，外部大氣壓為P0，加壓后容器中氣壓為P，兩者之差為ΔP(即氣壓表所顯示的值)，由氣體狀態(tài)方程 當(dāng)T不變時(shí)，PV為常量P0Va＝PVb這里Va為壓縮前總體積，Va＝V1+V-Vx。Vb為壓縮后總體積，Vb＝V1-Vx。由此可得ΔP=P-P0=(VaVb-1)P0=(V1-Vx+V-V1+VxV1-Vx)P0=VV1-VxP0]]>或ΔPP0=VV1-Vx]]>即Vx=V1-VP0ΔP]]>由此，根據(jù)V1、V、P0、ΔP可求出Vx。
以上直接運(yùn)用玻意耳定律的方法，在我們目前的設(shè)備條件下的實(shí)際試制中尚存在著一些困難。首先，容器(包括管道等)的容積等的精確值難以求出。其次，氣體壓縮后由于外力作功而造成溫度上升。因此，在壓縮后的很短時(shí)間內(nèi)，這一過程并非是一個(gè)適合于玻意耳定律的等溫過程。由于技術(shù)和工藝等原因，設(shè)備在實(shí)驗(yàn)階段尚難以做到完全密閉，總存在一些輕微的漏氣現(xiàn)象。在這種情況下，壓縮后如要等待其溫度降至最初值，則可能因漏氣而影響壓強(qiáng)值的正確性。對(duì)此就應(yīng)在盡可能短的時(shí)間內(nèi)取得其壓強(qiáng)值。這樣的話就不能再將其看作一個(gè)等溫過程，而應(yīng)近似地看作一個(gè)所謂的絕熱過程。因此難以直接由以上公式得出準(zhǔn)確的Vx值。但不論絕熱過程也好，等溫過程也好。Vx與ΔP之間都應(yīng)存在一個(gè)函數(shù)關(guān)系Vx＝f(ΔP)由此，我們可以采用多次取樣的方法，即以不同的已知體積的樣品分別用此裝置求出其對(duì)應(yīng)的正壓值(與大氣壓的差)，當(dāng)然，采樣點(diǎn)越多越好。它們所呈現(xiàn)的為一根單調(diào)遞增的曲線，如圖二所示。
進(jìn)而我們將這一系列Vi、ΔPi作為數(shù)據(jù)存入電腦，并用高級(jí)語(yǔ)言編寫相關(guān)的程序。實(shí)際測(cè)試時(shí)，利用裝置得出被測(cè)物體對(duì)應(yīng)的壓強(qiáng)值，將其輸入電腦，利用所編程序?qū)⑵渑c各ΔPi進(jìn)行比較。如恰與某ΔPi值相同，則ΔPi所對(duì)應(yīng)的Vi就是被測(cè)物體的體積Vx。如ΔPx介于ΔPi與ΔPi+1之間，則我們可將這一小段間隔中Vx與ΔPx的關(guān)系當(dāng)作線性關(guān)系。這基于以下數(shù)學(xué)上的理由對(duì)于V-ΔP曲線上非常接近的兩點(diǎn)A(Vi，ΔPi)和B(Vi+1，ΔPi+1)可認(rèn)為曲線AB≈AB。只要我們將采樣點(diǎn)取得足夠多，線段與弧就會(huì)非常接近。由線性關(guān)系，我們有Vx=Vi+(Vi+1-Vi)ΔPx-ΔPiΔPi+1-ΔPi]]>當(dāng)然，今后作為改進(jìn)，我們也可以采用其他非線性的算法，使點(diǎn)(Vx，ΔPx)與曲線更為吻合，以提高精確度。
對(duì)于V-ΔP曲線，斜率tgθ=Δ(ΔPi)ΔVi,]]>我們注意到斜率隨Vi的增大而增大，也就是說，隨著Vx逐步接近容器的體積V1，ΔPx的增大越來越快。
由于數(shù)字壓強(qiáng)表的精度尚不夠高(單位mmHg，不帶小數(shù))，對(duì)于與容器相比很小的被測(cè)物體，放入容器加壓后會(huì)因壓強(qiáng)值變化較小而難以準(zhǔn)確顯示出來。為提高測(cè)量精度，減小誤差，我們應(yīng)盡可能的沿用V-ΔP曲線右上方較陡的一段，對(duì)應(yīng)于此我們可減小容器的容積。實(shí)現(xiàn)的方法是在容器中放置一個(gè)體積相對(duì)較大的物體，我們稱之為減容塊。用以減小實(shí)際容積。當(dāng)然，這樣我們所用的程序就需要另外一套采樣數(shù)據(jù)。對(duì)于體積較小的物體，試驗(yàn)證明，使用減容塊比不用減容塊誤差要明顯來的小。
用數(shù)字式氣體壓強(qiáng)計(jì)直接顯示的是壓強(qiáng)值，通過CPU將其轉(zhuǎn)換為密度或體積值。
權(quán)利要求1.一種無液密度、體積測(cè)量?jī)x，其特征在于，它包括氣體壓縮或擴(kuò)容部件(1)、放置被測(cè)物，并置有開啟、關(guān)閉機(jī)構(gòu)的容器(2)和氣體壓強(qiáng)測(cè)量部件(3)，三者相聯(lián)通，并與外界大氣隔絕。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無密度、體積測(cè)量?jī)x，其特征在于，所述的氣體壓縮或擴(kuò)容部件(1)為帶活塞的氣缸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無密度、體積測(cè)量?jī)x，其特征在于，所述的氣體壓強(qiáng)測(cè)量部件(3)為一測(cè)量壓縮前后壓強(qiáng)值的數(shù)字式氣體壓強(qiáng)計(jì)，壓強(qiáng)輸出通過CPU轉(zhuǎn)換成密度和體積顯示。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種物體的密度或體積的測(cè)量裝置，特別是不借助于液體，對(duì)不規(guī)則形狀的固體、膠體的密度或體積的無液密度、體積測(cè)量?jī)x。其特點(diǎn)是，它包括氣體壓縮或擴(kuò)容部件、放置被測(cè)物，并置有開啟、關(guān)閉機(jī)構(gòu)的容器和氣體壓強(qiáng)測(cè)量部件，三者相聯(lián)通，并與外界大氣隔絕。所述的氣體壓縮或擴(kuò)容部件為帶活塞的氣缸。氣體壓強(qiáng)測(cè)量部件為一測(cè)量壓縮前后壓強(qiáng)值的數(shù)字式氣體壓強(qiáng)計(jì)，壓強(qiáng)輸出通過CPU轉(zhuǎn)換成密度和體積顯示。本無液密度、體積測(cè)量?jī)x測(cè)試中不會(huì)對(duì)物體有任何的破壞或沾染。它的特點(diǎn)是使用方便，并且在理論上可達(dá)到比傳統(tǒng)方法更高的精度。
文檔編號(hào)G01N9/00GK2735332SQ20042002276
公開日2005年10月19日 申請(qǐng)日期2004年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月14日
發(fā)明者周鄭, 李巖 申請(qǐng)人:周鄭