专利名称：双天平互通容器密度测量方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及测试固体、液体材料密度的方法和装置，特别涉及一种双天平互通容器密度测量方法及其装置，用作固体、液体材料密度的测定，也可用于测量固体、液体材料的体积、质量。
现有技术中，有关固体或液体材料体积、质量、密度的测量，常用的方法如悬浮法、梯度法、比重瓶法、静力平衡法等都存在较多的缺陷，例如操作复杂、效率低、操作过程引入误差大、计算复杂、测量精度低等，并使从事该项工作的人员感到极不方便。
本发明之目的旨在克服现有技术中的不足，提供一种通过测定重量即可获得材料密度值的双天平互通容器密度测量方法及装置。
本发明的内容是一种双天平互通容器密度测量方法，其特征之处是包括下列步骤(1)将侧壁用软导管(5)连通的两个容器(a)和(b)分别置于一个天平称量台(A)和(B)上;
(2)把液体注入容器(B)中至液体淹没连接软导管(5)且液体深度可以淹没固体(4)为止;
(3)当液体平衡后，称量并记录天平读数为Wa、Wb;
(4)将固体(4)放进容器(B)中，待液体平衡后，称量并记录天平读数为Wa′、Wb′;
(5)计算如果测量固体(4)的密度D，且已知液体密度为d，容器内径为Da、Db，根据位移/载荷函数求得对应的位移量为Ha、Hb、Ha′、Hb′，则固体的质量M＝(Wb′-Wb)+(Wa′-Wa)总的位移差量H是，H＝(Hb′-Hb)-(Ha′-Ha)位移引起的体积差量为Vc＝π×H×Db×Db/4(π＝3.14159)容器的液体分配关系为容器aKa＝Da×Da/(Da×Da+Db×Db)容器bKb＝Db×Db/(Da×Da+Db×Db)固体的体积V＝ (Wa′-Wa)/(Kb) +Vc固体密度D＝M/V如果测量液体的密度d，且已知固体的体积Vg等(其它已知条件同上)，则容器a的质量增量M＝Wa′-Wa容器a的体积增量V＝(Vg-Vc)×Ka液体密度d＝ (M)/(V) ＝ (Wa′-Wa)/((Vg-Vc)×Ka)本发明的内容还包括一种双天平互通容器密度测量装置，由称量部份和容器部份组成，其特征之处是所述的称量部份是有两个称量台(A)和(B)并且可以分别对称量台(A)和(B)上载物进行称量的电子分析天平或电子秤;
所述的容器部份由侧壁用软导管(5)连通的两个容器(a)和(b)组成，容器(a)和(b)可以分别置于称量部份的称量台(A)和(B)上。
本
发明内容
中所述软导管(5)的内径为不小于4毫米，据容器大小等而定。
本
发明内容
中所述的称量部份还可以包括有一只温度传感器，一套A/D转换器接口，一套计算机，完成测量数据处理、误差分析、误差修正、人机对话、数据输入/数据输出的管理软件，以及两只位移传感器。
本
发明内容
中所述的一套计算机包括键盘，显示器，指示灯，输入输出接口，电源。
本发明测量方法所述计算中如果测量固体(4)的密度，且已知液体密度为d，容器(a)和(b)内径相等，忽略位移/载荷影响，则固体的质量M＝(Wb′-Wb)+(Wa′-Wa)固体的体积 V＝ (2(Wa′-Wa))/(d)固体密度 D＝ (M)/(V) ＝ (d)/2 〔 (Wb′-Wb)/(Wa′-Wa) +1〕如果测量液体密度，且已知固体(4)的体积为V，容器(a)和(b)内径相等，忽略位移/载荷影响，则液体密度 d＝ (2(Wa′-Wa))/(V)本发明方法利用液体平衡原理及平衡条件，即在两个连通的容器内加入一定液体，当液体平衡时，两容器的液体表面在同一水平面上，当放入一固体在某一容器内，当液体平衡时，两容器中的液体表面处于同一水平面上，显然，用电子分析天平等称出放固体前、后两容器的质量，就可算出固体的质量、体积和密度或液体的密度，因为两次测量的质量差值之和是被测物的质量，没放固体的容器的质量差与液体密度之比，是固体体积的二分之一(在此的条件是两容器的内径相等)，固体的密度等于固体的质量除固体的体积;如果已知固体的体积，则没有装固体的容器的质量差除固体体积的二分之一，是液体的密度。
精密测量对本发明装置的要求1、电子天平的位移/载荷变化，电子天平满载时的位移量是0.03mm左右，采用非接触式长度测量仪和精密计差砝码，测量出天平的位移/载荷变化曲线或变化函数(曲线拟合法)，或直接采用电容式位移传感器测量天平的位移量;
2、两只容器的内径加工，测量精度要求高，选用温度系数小的材料制造，两只容器的内径(导管连接头以上)加工不圆度为0.002mm，光洁度高于Ra0.04，容器的平均内径测量精度高于0.001mm，3、环境温度测量精度为±0.2℃。
误差分析1、电子分析天平的分辩率为0.0001g，2、天平的位移/载荷函数分辨率为0.0002mm，3、容器的内径测量误差为0.001mm，内径为40mm，误差为0.0005g以下，4、温度补偿误差为0.0001，由2引起的位移误差修正，修正后误差为0.0002。
本发明具有下列特点(1)测量过程与称量一样，操作、计算简单，测量效率高;
(2)操作过程中不引入误差，从误差分析知，测量精度优于千分之一;
(3)既可测量固体的质量、体积、密度，也可测量液体的密度，而且测量装置也可作为两个称量天平使用;测量装置配上计算机及相应的外设，可以实现自动测量、自动分析、自动补偿及数据输出;也可预先输入一些材料的组成成份比例，则可以根据测量数据对材料进行辅助分析，例如商行、银行对黄金、白银的成色分析，因而本发明可以广范应用于医疗卫生、化工、冶金、商业等各个领域。
附图
是本发明装置的一个结构原理图;
图中1-电子分析天平的称量台A、B，2-容器a、b，3-外罩，4-待测密度固体或已知体积的固体，5-软导管，6-液体，7-功能选择开关、状态指示灯，8-键盘，9-显示器，10-输入输出接口。
下面是
具体实施例方式实施例1已知液体密度d＝1，容器a和b内径相等，忽略位移/载荷影响，求固体密度D。
测量步骤如下(1)将侧壁用软导管5连通的两个容器a和b分别置于测量装置的一个称量台A和B上，且使它们处于相对的自由状态;
(2)把液体注入容器B中至液体淹没软导管5且液体深度可以淹没固体4为止;
(3)当液体平衡后，称量并记录天平读数为Wa、Wb;
(4)将固体4放进容器B中，待液体平衡后，称量并记录天平读数为Wa′、Wb′;
(5)计算若Wb＝12.5005gWb′＝19.3203g，Wa＝12。1007gWa′＝15.3310g，则固体质量M＝(Wb′-Wb)+(Wa′-Wa)＝(19.3203-12.5005)+(15.3310-12.1007)＝10.0501(g)固体体积V＝2(Wa′-Wa)/d＝2(15.3310-12.1007)/1＝6.4606(cm3)固体密度D＝M/V＝10.0501/6.4606＝1.5556(g/cm3)实施例2已知固体体积V＝2，容器a和b内径相等，忽略位移/载荷影响，求液体密度d。
测量步骤同实施例1，略;
若两次称量值也同实施例1，则液体密度d＝2(Wa′-Wa)/V＝2(15.3310-12.1007)/2＝3.2303(g/cm3)实施例3已知液体密度d＝1.0000，容器的内径Da＝4cm，Db＝6cm，不计温度影响，求固体密度D。
测量步骤同实施例1，测得两次称量为Wb＝35.0000g，Wa＝34.0000g，Wb′＝50.0000g，Wa′＝37.3333g。
根据测量数据求得位移量为Hb＝0.00121cm，Ha＝0.00119cm
Hb′＝0.00145cm，Ha′＝0.00135cm，总的位移差量H＝(Hb′-Hb)-(Ha′-Ha)＝(0.00145-0.00121)-(0.00135-0.00119)＝0.00008(cm)容器a的液体分配比Ka＝Da×Da/(Da×Da+Db×Db)＝4×4/(4×4+6×6)＝0.30769位移引起的体积差量Vc＝H×π×Db×Db/4＝0.00008×3.14159×6×6/4＝0.00226(cm3)(π＝3.14159)固体质量M＝(Wb′-Wb)+(Wa′-Wa)＝(50.0000-35.0000)+(37.3333-34.0000)＝18.3333(g)固体体积V＝(Wa′-Wa)×(1+Db×Db/Da×Da)+Vc＝3.3333×3.25+0.00226＝10.83549(cm3)固体密度D＝M/V＝18.3333/10.83549＝1.6920(g/cm3)实施例4已知固体体积Vg＝10.83549cm3，容器内径Da＝4cm，Db＝6cm，不计温度影响，求液体密度d，测量步骤同实施例1，略，若称量和其它数据均同实施例3，则容器a的质量增量M＝Wa′-Wa＝3.3333(g)
容器a的体积增量V＝(Vg-Vc)×Ka＝(10.83549-0.00226)×0.30769＝3.3333(cm3)液体密度d＝M/V＝3.3333/3.3333＝1.0000(g/cm3)本发明内容所述电子分析天平，例如可以是两台上海天平仪器厂生产的FA1604S上皿电子分析天平合为一体或合并后改进而成。
权利要求
1.一种双天平互通容器密度测量方法，其特征是包括下列步骤(1)将侧壁用软导管(5)连通的两个容器(a)和(b)分别置于一个天平称量台(A)和(B)上；(2)把液体注入容器(B)中至液体淹没连接软导管(5)且液体深度可以淹没固体(4)为止；(3)当液体平衡后，称量并记录天平读数为Wa、Wb；(4)将固体(4)放进容器(B)中，待液体平衡后，称量并记录天平读数为Wa1、Wb1；(5)计算如果测量固体(4)的密度D且已知液体密度为d，容器内径为Da、Db，根据位移/载荷函数求得对应的位移量为Ha、Hb、Ha1、Hb1，则固体的质量M=(Wb1-Wb)+(Wa1-Wa)总的位移差量H是H=(Hb1-Hb)-(Ha1-Ha)位移引起的体积差量为Vc=π×H×Db×Db/4(π=3.14159)容器的液体分配关系为容器aKa=Da×Da/(Da×Da+Db×Db)容器bKb=Db×Db/(Da×Da+Db×Db)固体的体积V = (Wa ′- Wa)/(Kb) + VC固体密度D=M/V如果测量液体的密度d且已知固体的体积Vg等，则容器a的质量增量M=Wa1-Wa容器a的体积增量V=(Vg-Vc)×Ka液体密度d = (M)/(V) = (Wa ′- Wa)/((Vg - Vc) × K a)
2.一种双天平互通容器密度测量装置，由称量部份和容器部份组成，其特征是所述的称量部份是有两个称量台(A)和(B)并且可以分别对称量台(A)和(B)上载物进行称量的电子分析天平或电子秤;所述的容器部份由侧壁用软导管(5)连通的两个容器(a)和(b)组成，容器(a)和(b)可以分别置于称量部份的称量台(A)和(B)上。
3.按权利要求2所述的双天平互通容器密度测量装置，其特征是软导管(5)的内径为不小于4毫米。
4.按权利要求2或3所述的双天平互通容器密度测量装置，其特征是所述的称量部份还可以包括有一只温度传感器，一套A/D转换器接口，一套计算机，完成测量数据处理、误差分析、误差修正、人机对话、数据输入/数据输出的管理软件和两只位移传感器。
全文摘要
一种双天平互通容器密度测量方法及装置，其特征是测量装置由侧壁用软导管连通的两个容器和有两个称量台并可以分别称量的电子分析天平、电子秤等组成，测量过程象称量一样简便，可准确测量固体、液体材料的密度，也可进行体积等测量或作为两个称量天平使用。
文档编号G01N9/08GK1095160SQ9311181
公开日1994年11月16日 申请日期1993年5月13日 优先权日1993年5月13日
发明者陈全明 申请人:陈全明