专利名称：：非线性刻度比重秤的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种非线性刻度比重秤(或密度)的装置，具体地说是一种能直接称量出任意类型、任意体积及任意形状的非水溶性固体。技术背景一般情况下，在测取固体的比重时都是先利用称重设备，如电子秤等，称出被测固体的重量，再利用量杯测量出固体的体积，而后利用公式"物体的比重=物体的重量+物体的体积"来计算出固体的比重。此种方法由于涉及到测量固体的重量、体积及计算公式，测量过程比较繁琐、复杂，除实验人员及学校做实验时在测取固体的比重时要使用这些方法外，寻常百姓家很少使用。当前市面上的比重秤，一般由电子式称重部件、测量固体体积的量杯、读取量杯数值的光电部件及与以上部件有电气联系的运算单元组成。其测量原理是在同一个设备上分别或者同时测量出被测固体的重量和体积，而后利用与设备一体的运算部件按事先编制好的程序根据固体的比重公式算出固体的比重，所以严格地讲应该是比重计算秤。这种比重计算秤不是直接称量出固体的比重，并且结构复杂、价格昂贵。
发明内容本发明针对上述现有技术的不足，提供一种结构简单、可直接称量出任何块状非水溶性固体比重的非线性刻度比重秤。按照本发明提供的技术方案，一种非线性刻度比重秤，包括支点及秤杆，特征是所述秤杆支撑在支点上；所述支点固定在支撑座上，所述支点左侧的秤杆上设置有配重，所述秤杆上刻有刻度尺；所述配重可在秤杆上其所在位置附近左右微调；所述支点右侧的秤杆上悬挂有水杯及物体悬索装置。所述秤杆可以做成空心的，秤杆内镶嵌一只滑线变阻器；所述滑线变阻器的两个固定端分别设置于所述水杯的悬挂点处及所述支点处；所述滑线变阻器的滑动触头与所述物体悬索装置的悬索相连，滑线变阻器的滑动触头与所述支点处的固定端之间与直流电源及数字直流电流表组成电路回路。所述秤杆采用不锈钢金属材料或木材制作；所述秤杆上支点所在位置到支点右侧水杯的悬挂点之间的距离为L2，U为固定值，L2距离为38cm60cm，所述秤杆右侧与秤杆上支点所在位置之间的距离为L3处的秤杆上的比重刻度值y《2+L3，其中U为非固定值，U的距离为2.9cm57.9cm，相应的比重刻度值y为lg/cm320g/cm3。所述支点采用耐磨的硬质合金制作，由固定在秤杆上、形状为三棱柱形的刀口与固定在支撑座上的一字型凹槽组成。所述支点左侧秤杆上配重所在位置到秤杆上支点所在位置之间的距离为Li，L为固定值，L距离为lcm10cm;所述配重的重量Gf^XI^+U其中&为盛满水的水杯中水的重量与水杯的重量的和，在称量过程中G2为固定值。所述水杯采用透明工程塑料制作；所述水杯为圆柱形或多棱柱形，杯口顶部开有一个低于杯沿的槽口；所述水杯的槽口最高点及杯口四周刻一圈水平线；所述水杯的悬挂绳索用没有吸水性的塑料绳制作。所述支点的两侧设置有限位环；所述秤杆穿过所述限位环；所述限位环固定在所述支撑座的顶部。所述支撑座用金属材料制作。所述秤杆上设置有与秤杆垂直并且一端固定在秤杆上所述支点位置处的秤杆水平度指针；所述秤杆水平度指针的带刻度的指示牌固定在所述支撑座上。所述物体悬索装置为悬索网袋；所述悬索网袋采用细绳制作。本发明与已有技术相比具有以下优点本发明结构简单、紧凑，功能集中，不需要知道被测固体的重量及体积的具体值、不需要通过计算即可直接称出这种固体的比重。测量原理简单、装置实用性强，是杠杆原理与阿基米德原理的直接体现；可广泛用于中小学学校实验室及寻常百姓家庭。图1是本发明的第一种实施例的结构示意图。图2是本发明的第二种实施例的结构示意图。图3是本发明中的支撑座及限位环的侧视图。图4是本发明中的水杯的主视图。图5是本发明的第一种实施例的比重显示电路原理图。具体实施方式下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的说明。如图1图5所示，包括秤杆1，滑线变阻器2，数字直流电流表3，支点4，支撑座5，限位环6，配重7，水杯8，物体悬索装置9，秤杆水平度指针10等。如图2所示的是普通非线性刻度比重秤，包括支点4及秤杆1，秤杆1支撑在支点4上。支点4固定在支撑座5上，支点4左侧的秤杆1上设置有配重7，支点4右侧的秤杆1上悬挂有水杯8及物体悬索装置9，该侧的秤杆1上刻有刻度尺ll。为确保比重秤的长期称量精度及使用寿命，支点4选用具有耐磨性的硬质合金制作，由固定在秤杆1上、形状为三棱柱形的刀口与固定在支撑座5上的"一字型"凹槽组成。所述秤杆1采用不锈钢等金属材料或优质木材制作。其目的是为了确保秤杆1的笔直、耐腐蚀性及尽量减少因环境温度的变化而造成的热胀冷縮，延长使用寿命。所述支撑座5用铝材等金属材料制作，其底部较宽。这样的支撑座具有足够的支撑强度，底部较宽使其有一个较重的底盘以保证整体在称量过程中的稳定性。所述配重7的重量Gi按下述方法确定支点4左侧秤杆1上配重7所在位置到秤杆1上支点4所在位置之间的距离为Li，U为固定值，其取值范围可以是lcm10cm;支点4到水杯8的悬挂点之间的距离为U，配重7的重量G产GsXL2+L"其中G2为盛满水的水杯8中水的重量与水杯8的重量的和。一般而言，在称量过程中G2为固定值。所述配重7可在秤杆1上其所在位置附近左右微调，以便于在称量固体的比重前可沿秤杆1进行向左或向右的微调以使支点4两侧的重物对支点4产生的力矩达到平衡。所述水杯8采用透明工程塑料制作，可以从杯外观察杯内的水是否在称量前及称量过程中保持水平。水杯8的悬挂绳索用没有吸水性的塑料绳制作，以免从杯中溢出的水吸附在悬挂绳索上，从而确保比重秤的称量精度。水杯8为圆柱形或多棱柱形，杯口顶部开有一个低于杯沿的槽口，使得向水杯中倒水时不至于水从杯口四周溢出到杯壁上，以确保称量精度。水杯8的槽口最高点及杯口四周刻一圈水平线，以标示盛在杯内的水的水平度。为了适应不同大小的固体比重的称量，可配几个大小不同的水杯8以便在称量体积小的固体时使用小水杯8而称量较大体积的固体时用较大的水杯8;相应的配重7也应配套提供。所述秤杆的比重刻度尺的刻度用下述方法刻出秤杆1上支点4所在位置到支点4右侧水杯8的悬挂点之间的距离为L2，L2为固定值，为不至于使秤杆l过长，U可以在38cm60cm范围内取值，如L2=57.9cm;秤杆1右侧与秤杆1上支点4所在位置之间的距离为"处的秤杆1上的比重刻度值Y=L2+L3，其中L3为非固定值，其范围由L2的值与要称量的固体的最大比重确定，当1^57.9cm、要称量的固体的最大比重Y二20g/cm3时,L3的范围是2.9cm57.9cm，相应的比重刻度值Y的范围是lg/cm320g/cm3。所述支点4的两侧设置有限位环6，秤杆1穿过所述限位环6。限位环6固定在支撑座5的顶部。限位环6的作用是限制秤杆1在称量过程中产生较大的摆动及位移，稳定称量操作。所述秤杆1上设置有与秤杆垂直并且一端固定在秤杆1上支点位置处的秤杆水平度指针10，所述秤杆水平度指针10的带刻度(-5度5度)的指示牌固定在所述支撑座5上。所述物体悬索装置9采用有一定强度、没有吸水性的、重量很轻的细绳制作的悬索网袋，以确保比重秤的称量精度。如图1所示的是数显式非线性刻度比重秤。其秤杆1是空心的，空心秤杆1内镶嵌一个滑线变阻器2，滑线变阻器2的两个固定端分别设置于水杯8的悬挂点处及支点4处，滑线变阻器2的滑动触头与物体悬索装置9的悬索相连，滑线变阻器2的滑动触头与支点4处的固定端之间与直流电源及数字直流电流表3组成电路回路。数字直流电流表3固定在支撑座5上。数字直流电流表3选用电流值可调节的数字式直流电流表，其体积尽可能的小，数字直流电流表用于显示被称量固体的比重。滑线变阻器2采用较精密的锰铜绕线变阻器，滑线变阻器2的电阻圈的长度恰好等于从支点4到水杯8悬挂点之间的长度，滑线变阻器2的滑动触头要尽可能的轻。除此之外，数显式非线性刻度比重秤的其他装置部分的结构及功能与普通比重秤的完全相同。数显式非线性刻度比重秤的比重显示电路电气原理图如图5所示。本发明非线性刻度比重秤称量固体比重的原理是在称量某一固体的比重前先把秤杆1右侧的水杯8倒满水并保持水平，而后把水杯8悬挂在秤杆1上并使支点4左侧的配重7对支点4的力矩与支点4右侧的水杯8及杯中的水(保持水平)对支点4的力矩达到平衡从而秤杆1达到水平。假定配重7的重量为G，支点4与配重7之间的距离为L1;又假定水杯8中水的重量与水杯8的重量的和为G2，水杯8悬挂在秤杆1上时其悬索与支点4间的距离为U，则根据杠杆平衡原理有GiXLi=G2XL2而后把被测固体放入物体悬索装置9的悬索袋内(假定被测固体的比重为y、体积为V,则被测固体的重量为VXy)，再把被测固体通过悬索网袋缓缓放入水杯8直至被测固体全部浸没于水中，这时水杯8中的水就会从槽口溢出到杯外直至杯内不再有水溢出；这样由于被测固体全部浸入盛满水的水杯8中致使从水杯8中溢出的水的体积与被测固体的体积完全相等，即溢出的水的体积为V(由于物体悬索袋是用极细的材质制作，其浸入水中后的体积可忽略不计)，假定水的比重为lg/cm3，则被测固体放入水杯8后从水杯8中溢出的水的总重量为VX1。而后把内有物体的悬索网袋从水中缓缓提出至杯外(注意提起物体时不要把水从杯中带出)，并把内有物体的悬索网袋悬挂在比重秤的秤杆1上(对数显式非线性刻度比重秤的情况，则把内有物体的悬索网袋悬挂在比重秤的秤杆上的滑线变阻器2的滑动触头上)，悬挂好内有物体的悬索网袋并细心调节悬索网袋在秤杆1上的位置(对数显式非线性刻度比重秤的情况而言，调节悬索网袋在秤杆1上的位置的同时滑线变阻器2的滑动触头的位置也发生变化)，直至秤杆1上的支点4两侧的重物(包括悬索网袋内的物体，由于物体悬索网袋重量非常轻，其重量与被测固体相比可忽略不计)对支点4的力矩达到平衡(对数显式比重秤的情况而言，与此同时滑线变阻器2的滑动触头的位置不再发生变化)；假定这时支点4到被测固体悬索网袋的悬索(对数显式比重秤而言也即滑动触头所在位置)的距离是U(对数显式比重秤而言，滑线变阻器2从支点4到滑动触头之间的电阻阻值为R，相应的数字直流电流表3的显示值为I=U/R)，则有GiXL^XU-VXlXU+VXyXL3VXyXL3=VX1XL2艮口Y=1XL2+L3对数显式非线性刻度比重秤而言Y=kXU+R=kXI其中I是数显式直流电流表的电流。上式中L2是一个固定值，则固体的比重Y二L2+L^kXI。这样，只要把U的从长度的(1+1)L2到(1+20)U值代入Y《2+U就可得到相应的数值是lg/cm3到22.9g/cm3比重值;表1即是Y与L3之间的对应关系(其中L^57.9cm)。这样只要把秤杆1上与支点4之间相距(1+1)U到(1+20)L2的长度值用相应的比重值代替即可把比重值在秤杆l上直接标出，而称量固体的比重时当秤杆1支点4两侧达到平衡时悬索袋的悬索被调节在什么位置，相应的位置上的比重刻度值即为该被测固体的比重(对数显式线性刻度比重秤的情况，则可以通过把数字直流电流表3上的显示值整定成相应的比重值的方法，使得数字直流电流表3上的显示值就与秤杆1上的刻度值完全一致)，在此，Y与L3之间的关系是非线性关系，秤杆1上Y的刻度也是非线性刻度。可见利用这种比重秤可以直接称出而不是算出固体的比重，且不需要知道这种固体的重量及体积的具体数值。表l固体比重Y与长度U的对应关系其中L2二57.9cm<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>据此表即可在非线性刻度比重秤的秤杆1的相应长度上标注对应的比重值，表中特别标注了几种常见固体的比重与长度u的对应值。制作非线性刻度比重秤的秤杆1时，秤杆1上的配重7到支点4之间的距离L应尽可能短且应保留足够的左右微调的余量，支点4到水杯8的悬挂点之间的距离L2要尽可能的长，而当L与"的长度在秤杆1上确定下来后配重7的重量G,与盛满水的塑料水杯8的总重量G2之间必须存在关系^XL^G2XL2，相应的配重8的重量就可据此确定下来。当支点4到水杯8的悬挂点之间的距离L2在秤杆1上确定下来后，就可以以L2为长度单位，在秤杆1右侧与支点4的距离分别是(1+1)U(1+2)L2、(1+3)U、……、(1+20)U的位置处用激光分别刻上相应的比重值l、2、3、……、20(或按表l中固体比重Y与长度U的对应关系进行刻度)，必要时可用称量的方法对一些已知其比重的特殊金属(如金、银等)的比重进行实际称量，称量时当秤杆1支点4两侧平衡后物体悬索装置9的悬索所在的位置即是这种特殊金属的比重，与此同时整定数字直流电流表3的显示值，使其与秤杆1上的相应的刻度值完全相等，这样就可完善非线性刻度比重秤的秤杆1的制作。权利要求1.一种非线性刻度比重秤，包括支点(4)及秤杆(1)，其特征是所述秤杆(1)支撑在支点(4)上；所述支点(4)固定在支撑座(5)上，所述支点(4)左侧的秤杆(1)上设置有配重(7)，所述秤杆(1)上刻有刻度尺(11)；所述配重(7)可在秤杆(1)上所在位置左右微调；所述支点(4)右侧的秤杆(1)上悬挂有水杯(8)及物体悬索装置(9)。2.按照权利要求1所述的非线性刻度比重秤，其特征是所述秤杆(1)可以做成空心的，秤杆(1)内镶嵌一只滑线变阻器(2);所述滑线变阻器(2)的两个固定端分别设置于所述水杯(8)的悬挂点处及所述支点(4)处；所述滑线变阻器(2)的滑动触头与所述物体悬索装置(9)的悬索相连，滑线变阻器(2)的滑动触头与所述支点(4)处的固定端之间与直流电源及数字直流电流表(3)组成电路回路。3.按照权利要求1或2所述的非线性刻度比重秤，其特征是所述秤杆(1)采用不锈钢金属材料或木材制作；所述秤杆(1)上支点(4)所在位置到支点(4)右侧水杯(8)的悬挂点之间的距离为UU为固定值，L2距离为38cm60cm，所述秤杆(1)右侧与秤杆(1)上支点(4)所在位置之间的距离为U处的秤杆(1)上的比重刻度值Y二L2+L3，其中U为非固定值，L3的距离为2.9cm57.9cm，相应的比重刻度值Y为lg/cr^20g/cm3。4.按照权利要求1或2所述的非线性刻度比重秤，其特征是所述支点(4)采用耐磨的硬质合金制作，由固定在秤杆(1)上、形状为三棱柱形的刀口与固定在支撑座(5)上的一字型凹槽组成。5.按照权利要求1或2所述的非线性刻度比重秤，其特征是所述支点(4)左侧秤杆(1)上配重(7)所在位置到秤杆(1)上支点(4)所在位置之间的距离为ULi为固定值，LJ巨离为lcm10cm;所述配重(7)的重量G^&Xl^+Li，其中G2为盛满水的水杯(8)中水的重量与水杯(8)的重量的和，在称量过程中G2为固定值。6.按照权利要求1或2所述的非线性刻度比重秤，其特征是所述水杯(8)采用透明工程塑料制作；所述水杯(8)为圆柱形或多棱柱形，杯口顶部开有一个低于杯沿的槽口；所述水杯(8)的槽口最高点及杯口四周刻一圈水平线；所述水杯(8)的悬挂绳索用没有吸水性的塑料绳制作。7.按照权利要求1或2所述的非线性刻度比重秤，其特征是所述支点(4)的两侧设置有限位环(6);所述秤杆(1)穿过所述限位环(6);所述限位环(6)固定在所述支撑座(5)的顶部。8.按照权利要求1或2所述的非线性刻度比重秤，其特征是所述支撑座(5)采用金属材料制作。9.按照权利要求1或2所述的非线性刻度比重秤，其特征是所述秤杆(1)上设置有与秤杆(1)垂直并且一端固定在秤杆上所述支点(4)位置处的秤杆水平度指针(10);所述秤杆水平度指针(10)的带刻度的指示牌固定在所述支撑座(5)上。10.按照权利要求1或2所述的非线性刻度比重秤，其特征是所述物体悬索装置(9)为悬索网袋；所述悬索网袋采用细绳制作。全文摘要本发明涉及一种能直接称量出任意类型、任意体积及任意形状的固体的比重的非线性刻度比重秤。其包括支点及秤杆，所述秤杆支撑在支点上，特征是所述支点固定在支撑座上，所述支点左侧的秤杆上设置有配重；所述配重可在秤杆上其所在位置附近左右微调；所述支点右侧的秤杆上悬挂有水杯及物体悬索装置。所述支点由固定在秤杆上、形状为三棱柱形的刀口与固定在支撑座上的“一字型”凹槽组成。本发明结构简单、紧凑，功能集中，不需要知道被测固体的重量及体积的具体值、不需要通过计算即可直接称出这种固体的比重。测量原理简单、装置实用性强，是杠杆原理与阿基米德原理的直接体现；可广泛用于中小学学校实验室及寻常百姓家庭。文档编号G01N9/02GK101408495SQ20081023400公开日2009年4月15日申请日期2008年10月31日优先权日2008年10月31日发明者李大庆申请人:李大庆