专利名称：任意形状工件的体积测量仪的制作方法
技术领域：
本发明属于现代制造和材料科学的仪器仪表测量领域，涉及一种任意复杂形状工件的体积和密度测量仪器的创新。
背景技术：
随着现代制造和加工技术的发展，工件的形状越来越复杂，在加工这些工件时，首先要解决精确下料问题，尤其是对已有工件进行仿制时，首先要根据工件的体积确定下料的尺寸，于是精确计算复杂几何形状工件的体积便十分重要，然而，用数字积分法不能精确求得复杂形状的体积，用有限元法不仅计算程序复杂，而且也难以求得形状非常复杂的工件的体积。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可简便、精确测量任意形状工件的体积测量仪。
本发明的原理是根据阿基米德原理物体在水中减轻的重量等于物体排开同体积水的重量(即物体的体积)。
根据阿基米德原理，本发明所涉及的任意形状工件体积测量仪，不仅能测量比重大于水的任意形状工件的体积和密度、比重小于水的任意形状工件的体积和密度，而且能测量工件局部的体积。
本发明的技术方案如下本发明由主机、步进电机、步进电机驱动电路、拉力传感器、传感器信号放大电路、A\D转换电路、单片机、数据采集处理系统和结果显示记录系统组成。
下框架1和上框架11与立柱10固定连接，在下框架1上设有导轨30，在蓄水器5的外底部装有滚轮支撑座28，在滚轮支撑座28上装有滚轮29，滚轮在导轨30上可以左右移动，在上框架11上装有槽钢梁12，在槽钢梁上面的左侧装有拉力传感器15，在槽钢梁上面的右侧装有步进电机21，在步进电机的轴31上装有小齿轮32，小齿轮32和大齿轮19啮合，在大齿轮的轴33上同时装有绕线轮18，大齿轮轴33是在轴承34中转动，轴承34是装在轴承座20上，在上框架的下方装有滑轮13和滑轮16，滑轮13与拉力传感器15连接，在蓄水器的内底部装有滑轮3和滑轮27，在蓄水器上部的左右两侧分别装有挂钩8和挂钩22，高强度尼龙丝17是固结在绕线盘18上并通过滑轮16和滑轮13，当被测工件9的比重大于水时，工件装在高强度尼龙网6中，直接悬挂在高强度尼龙丝17的末端；当被测工件的比重小于水时，高强度尼龙丝7从挂钩8上摘下与尼龙丝17的末端连接，尼龙丝23从挂钩22上摘下与装有工件的尼龙网的末端连接，此时工件9移至工件24的位置，尼龙丝便可通过滑轮27和3作用在拉力传感器15上。
拉力传感器的输出信号与放大器连接，并通过A\D转换电路输入单片机，步进电机驱动电路的输出端接于步进电机的输入端，并且也与单片机连接，受单片机的控制，单片机还连接数据采集与处理系统和显示记录系统。
本发明的有益效果是1.仪器结构简单、易于加工制造、投资小、效益大。
2.测量精度高、操作简便，而且对环境无污染，对操作人员无很高的技术要求。
图1是本发明的任意形状体积测量仪各系统的总体组合图。
图2.1是本发明的任意形状体积测量仪主机的主视图；图2.2是图2.1的侧视图；图2.3是图2.1的俯视图。
图3是本发明的任意形状体积测量仪的步进电机驱动电路图。
图4是本发明的任意形状体积测量仪的传感器信号放大电路图。
图5是本发明的任意形状体积测量仪的A\D转换电路图。
图6是本发明的任意形状体积测量仪的单片机的电路图。
图7是本发明的任意形状体积测量仪的LED显示和记录电路图。
图8是本发明任意形状体积测量仪的电路与控制系统实施例的电路图。
下面结合附图对本发明做进一步的描述其中1是下框架、2是滑轮支架、3是滑轮、4是水、5是蓄水器、6是尼龙丝网、7是尼龙丝、8是挂钩、9是待测工件、10是立柱、11是上框架、12是槽钢梁、13是滑轮、14是传感器支座、15是传感器、16是滑轮、17是尼龙丝、18是绕线轮、19是大齿轮、20是轴承座、21是步进电机、22是挂钩、23是尼龙丝、24是待测工件、25是尼龙丝网、26是尼龙丝、27是滑轮、28是滚轮支撑座、29是滚轮、30是导轨、31是步进电机输出轴、32是小齿轮、33是大齿轮轴、34是轴承。
具体实施例方式主机的整体结构和尺寸，可依据待测工件的重量和大小按系列划分。
线路中各元件的型号和数值列于实施例的电路图中，其中R12、R13、R14要在拉力传感器的量程确定后才能确定。
本发明的测量方法如下1、测量比重大于水的工件的体积和密度先用润湿后的毛巾将整个待测工件9擦拭一遍，再将工件装入尼龙网中，将其悬挂在高强度尼龙丝17的末端，由于工件的重量同时作用在拉力传感器15上，于是在显示记录系统中便显示记录了待测工件的重量，然后，启动步进电机，把待测工件9全部浸入水中，关闭步进电机，此时，显示记录系统中又记录了待测工件在水中的重量，两者之差便是待测工件的体积，用待测工件的体积除以工件在空气中的重量，便是工件材料的密度。
2、测量比重小于水的工件的体积和密度把待测工件9悬挂在尼龙丝17的下端，由于工件的重量同时作用在拉力传感器15上，在显示记录系统中便显示记录了待测工件在空气中的重量，然后将待测工件摘下，把尼龙丝7从挂钩8上摘下与尼龙丝17的下端扣接，尼龙丝23本来是通过滑轮3和滑轮27挂在挂钩22上的，从挂钩22上把尼龙丝23摘下连接到装有待测工件的尼龙网的下端，然后启动步进电机，于是连接待测工件的尼龙丝便通过滑轮27、滑轮3、滑轮13和滑轮16在绕线盘的旋转过程中被拉入水中，当待测工件全部没入水中时关闭电机，拉力传感器15便通过显示记录系统显示了工件在水中的浮力，该浮力便是工件的体积，用工件的体积除以工件在空气中的重量便是工件的密度。
3、工件局部体积的测量只要把被测工件局部没入水中，该部分减轻的重量(比重大于水)或该部分的浮力(比重小于水)测得，便是对应部分的体积。
权利要求
1.任意形状工件的体积测量仪，由主机、步进电机、步进电机驱动电路、拉力传感器、传感器信号放大电路、A\D转换电路、单片机、数据采集处理系统和结果显示记录系统组成。其特征是a.主机的下框架和上框架与立柱固定连接，在下框架上设有导轨，在蓄水器的外底部装有滚轮，滚轮在导轨上可以左右移动，在上框架上装有槽钢梁，在槽钢梁上面的左侧装有拉力传感器，在槽钢梁上面的右侧装有步进电机，在步进电机的轴上装有小齿轮，小齿轮和大齿轮啮合，在大齿轮的轴上还装有绕线轮，大齿轮的轴是装在轴承中，轴承的轴承座也装在槽钢梁上，在上框架的下方装有滑轮(13)和滑轮(16)，滑轮(13)与拉力传感器连接，在蓄水器中装有水，在蓄水器的内底部装有滑轮(3)和滑轮(27)，高强度尼龙丝是固结在绕线盘上，并通过滑轮(16)和滑轮(13)，在它的末端悬挂比重大于水的待测工件，高强度尼龙丝也可以通过滑轮(16)、滑轮(13)、滑轮(3)和滑轮(27)在它的末端连接比重小于水的待测工件。b.拉力传感器的输出信号与放大器连接，并通过A\D转换电路输入单片机，步进电机驱动电路的输出端接于步进电机的输入端，并且也与单片机连接，受单片机的控制，单片机还连接数据采集与处理系统和显示记录系统。
全文摘要
任意形状工件的体积测量仪,属于现代制造和材料科学的仪器仪表测量领域,本发明由主机、步进电机、步进电机驱动电路、拉力传感器、传感器信号放大电路、A\D转换电路、单片机、数据采集处理系统和结果显示记录系统组成；其测量方法是先将待测工件悬挂于空气中,在显示器上就直接显示出待测工件的重量,再将其悬挂于水容器中,又可在显示器上显示出待测工件在水中的重量,最后显示器便显示出待测工件的体积和密度；本发明的优点是:仪器结构简单、易于加工制造、投资小、效益大、测量精度高、操作简便、对环境无污染、对操作人员无很高的技术要求,而且既可以测量比重大于水的任意形状工件的体积和密度,又可以测量比重小于水的任意形状工件的体积和密度,还可以测量工件局部的体积。
文档编号G01F17/00GK1423111SQ0113876
公开日2003年6月11日 申请日期2001年12月3日 优先权日2001年12月3日
发明者宋玉泉, 宋家旺 申请人:宋玉泉