专利名称：一种测量装置及采用该装置测量密度的方法
技术领域：
本发明涉及固体材料或液体的密度物理参数测量装置和测量方 法，尤其是形状不规则固体和粘稠液体、混合不均匀的液体混合物的 平均密度物理参数测量。
背景技术：
密度是物质的一个物理参数，在很多领域需要使用该物理参数。 在一些测量混合物成分比例的应用中，也通过测量混合液的平均密度 的方法来确定各相的含量。现有基于称量基础的密度测量方法很多， 如利用阿基米德原理的上压、下坠法，其它如杠杆法、连通器法等， 其它非基于称量原理的如压强法、射线法、微波技术方法等。这些测 量方法有的因容器读数和称量设备精度的问题造成测量精度不高，有 的对测量装置设计加工精度、技术难度要求很高，成本昂贵且测量时 间长，尤其对于像含水原油一类的粘稠液体的密度快速测量，还未见 相关的发明的报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种测量装置及采用该装置 测量密度的方法，该测量方法简单，操作步骤少，所涉及测量装置设 计加工方便、成本低廉，在参照液体密度已知的前提下，可得到被测 物的实际密度，如果参照液的密度未知，可得到被测物相对参照液的 相对密度。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案 一种测量装置，包括一个样品容器，其特征在于所述样品容器 由上部开口的容器本体和容器盖两部分组合而成，容器盖和容器本体 之间可保持液密封，容器盖上具有至少一个液体可注入的细管，所述
细管上设有一个作为停止注入液体的参考点T，所述细管在参考点T 位置的横截面面积与容器本体的平均横截面面积的比值小于0. 2，所 述测量装置还设有可将液体从细管进入的注入装置。
由以上技术方案可知由于细管与容器本体相比相对细小，当液 体从细管注入，液面逐渐升高至参考点时，细管横截面的面积越小， 其测量的结果就越准确。另外样品容器分成容器本体和容器盖两部 分，既方便固体或粘稠液体的置入，又方便内部清洗，比市场现有小 口容器有极大的优越性。该装置加工方便、成本低廉，加工精度要求 低，批量生产时加工一致性要求也不高，特别适合于批量生产。
本发明还涉及一种测量密度的方法，包括下列步骤
1) 将权利要求1所述的样品容器放在称量设备上，记录整个空样品 容器的重量值W。；
2) 将参照液倒入空容器本体，盖上容器盖，再采用权利要求1所述 的注入装置将参照液从细管注入，直至液面上升到参考点T,称量并
记录样品容器及参照液总的重量值w1;
3) 将被测物置入空容器本体中，盖上容器盖，称量并记录样品容器 及被测物总的重量值W2，再采用权利要求1所述的注入装置将参照液 从细管注入，直至液面上升到参考点T，称量并记录样品容器、被测 物及参照液总的重量值W3;
4) 假定参照液的密度为P。，将上述步骤测得的重量值W。,W,按公式 体积Vn 二 (W,- W。) /P。进行运算，得到样品容器的体积V。；
5) 上述步骤测得的重量值W2、 W3按公式体积Vx 二 V。 - (W3- W2) / P 。进 行运算，得到被测物的体积Vx;
6) 上述步骤测得的重量值W。、 W2、按公式重量Mx 二 (W2- Wo)进行运 算，得到被测物的重量Mx;
7) 将上述步骤运算得到的被测物体积、、被测物的重量M,按公式密 度Px 二 Mx / Vx进行运算，可得到被测物的密度Px。
进一步地按公式被测物密度Px = Mx / Vx = P *( W2 - W。) /(Wr W。- W3+W2);可得到被测物相对于参照液的密度Px/p。 二 (W2 — W。) / (Wi- Wq— W3+ W2)。
由以上测量方法可知，本发明的测量密度的方法简单，操作步骤 少，在参照液体密度己知时，可得到被测物体实际密度；在参照液体 密度未知时，所得被测物密度值为相对参照液密度的相对值，所涉及 测量装置设计加工方便、成本低廉、测量结果准确，尤其适合于像原 油一类的粘稠液体的密度测量和成分分析。该方法具有容器参数自校 正功能，所以对容器的加工精度和一致性均无高要求；使用的称量数 值为相对值，所以对称量设备的绝对精度无要求，避免了传统测量方 法中因称量精度标定引入的误差；由于参照液的密度可以是未知，该 方法尤其解决了油田生产中原油含水率的快速测量难题；整个测量过 程中需处理的数据只有几个称量数值，通过获取承重信号，可使用微 机或单片机系统非常容易地实现自动结果计算和测量结果的后期使 用处理。
图1为本发明测量装置的结构示意图。
具体实施方式
实施例1:
参见图l，本发明的测量装置，包括一个样品容器，样品容器由
上部开口的容器本体1和容器盖2两部分组合而成，容器盖2和容器
本体1之间可采用磨砂接口或螺纹等方式连接，容器本体1的上部开
口适合形状不规则的固体或粘稠的液体被测物放入或倒入，容器盖2 与容器本体l盖合后应具有较强的密封性，内部的液体不会漏出，容
器盖2上具有至少一个液体可注入的细管3，细管3上设有一个作为 停止注入液体的参考点T，细管3在参考点T位置的横截面面积S。 与容器本体的平均横截面面积S,的比值小于0. 2，若容器盖2上的细 管3为多个时，横截面面积S。应是多个细管横截面面积的总和，测得 容器本体总容积V、容器本体内部最大深度H，利用公式平均横截 面面积V/H,计算得到容器本体的平均横截面面积Si，测量装置 还设有可将液体从细管3进入的注入装置，注入装置由液体注入头4 和液体输送部分5组成，注入头4可以伸入容器盖2上的细管3内， 将液体输送部分5送来的液体注入容器，直到容器内的液体液面到达 参考点T位置，当然该注入装置可以采用注射器等现有技术中描述的 其它装置。本测量装置由于细管3与容器本体1相比相对细小，当液 体从细管注入，液面逐渐升高至参考点时，由于人眼读数误差的原因， 细管横截面的面积越小，其测量的结果就越准确。 下面举例说明本发明测量密度的具体方法
给定l桶纯水(参照液)和l桶纯油(被测物)，测量纯油相对
于纯水的密度 P油/ P水。
测量步骤如下X以下的重量值为称重设备输出的内码值，非实际
重量)
1) 将上述测量装置的样品容器放在线性度较高的称量设备上，记录
整个空样品容器的重量值W。 二 331256;
2) 将作为参照液的纯水倒入空容器本体l，盖上容器盖2，再采用注 入装置将纯水参照液从细管3注入，直至液面上升到参考点T，记录
此时整个样品容器及纯水参照液总的重量值Wi = 587200;
3) 将样品容器从称量设备上取下倒出纯水参照液，清洗干净并擦干； 将待测纯油倒入空容器本体l中，盖上容器盖2，放在称量设备上， 并记录整个样品容器及纯油总的重量值W2 = 515200;再采用注入装 置将纯水参照液从细管3注入，直至液面上升到参考点T，称量并记 录此时整个样品容器、待测纯油和纯水参照液总的重量值W:、二 571300;
4) 假定纯水的密度为P。，将上述步骤测得的重量值W。、Wi按公式体积 V。 = (W广W。) / p。进行运算，得到样品容器的体积V(,;
5) 上述步骤测得的重量值W2、 W3按公式体积Vx = V。 - (W'厂W2) / P 0进 行运算，得到纯油的体积Vx;
6) 上述步骤测得的重量值W。、 W2、按公式重量Mx 二 (W2- W())进行运 算，得到纯油的重量M,;
7) 将上述步骤运算得到的纯油的体积Vx、纯油的重量M按公式密度 Px 二 Mx / Vx进行运算，可得到纯油的密度Px。
8) 使用上述发明内容中的计算公式
Px 二 Mx / Vx = P。 *( W2 - W0) / (W「 W0- W3+ W2); 可得到纯油相对于纯水的密度P油/P水=(W2 - W ) / (W「 W。- W3 + W2) = (515200 - 331256) / (587200 - 331256 - 571300 + 515200) = 0.920 (保留小数点后3位)
称量设备的线性度及稳定性越高，测量结果越精确，称量设备的 重量值读数可以无单位刻度标定，只要满足称量的线性度。最终结果 中与各次测量重量值相关的部分为两部分重量的比值，因此上述步骤 中涉及的重量值不必为真实重量值，可以为未经过刻度标定的称重内 码值，这就避免了常规称量方法因刻度标定引入的误差。
8
实施例2:
现有密度为1的水(参照液)，测定一未知固体的密度。
测量步骤如下(以下的重量值为称重设备输出的内码值，非实际 重量)
1) 将上述测量装置的样品容器放在线性度较高的称量设备上，记录
整个空样品容器的重量值W。 二 331256;
2) 将作为参照液的水倒入空容器本体l，盖上容器盖2，再采用注入 装置将水从细管3注入，直至液面上升到参考点T，记录此时整个样 品容器及水参照液总的重量值Wt 二 587230;
3) 将样品容器从称量设备上取下倒出水参照液，清洗干净并擦干； 将固体被测物倒入空容器本体1中，盖上容器盖2，放在称量设备上， 并记录整个样品容器及固体被测物总的重量值W2 =379260;再采用注 入装置将水参照液从细管3注入，直至液面上升到参考点T，称量并 记录此时整个样品容器、固体被测物和水参照液总的重量值W:,二
613638;;
4) 假定水的密度为P。，将上述步骤测得的重量值W(,见按公式体积V。
=(W「 W。) /Po进行运算，得到样品容器的体积V',;
5) 上述步骤测得的重量值W2、 W3按公式体积Vx = V(1 - (W:「 W2) / P 进 行运算，得到固体被测物的体积V"
6) 上述步骤测得的重量值W。、 W2、按公式重量Mx = (W2- W。)进行运 算，得到固体被测物的重量Mx;
7) 将上述步骤运算得到的固体被测物的体积Vx、重量Mx按公式密度 Px = Mx / Vx进行运算，可得到固体被测物的密度Px。
8) 使用上述发明内容中的计算公式
Px 二 Mx / Vx = Po *( W2 - Wfl) / (W,— Wo- W3+ W2); 可得到未知固体相对于水的密度P固/P7K = ( W2 - W ) / (Wr w。-W3+W2)= (379260 - 331260)/ (587230 - 331260 - 613638 + 379260) =2.223 (保留小数点后3位)
本例中已知水的密度为1，则被测物的实际密度为2. 223。 实施例3:
给定1桶纯水和1桶纯油，另有该纯油和纯水组成的混合物，混 合物比例未知，需测量混合物中水的体积含量和质量含量。
测量步骤如下(以下的重量值为称重设备输出的内码值，非实际重 量)
① 假定水的密度为1 (该值可任意假设，不影响最终测量结果)；
② 采用实施例1的方法测得纯油的密度值为P M = 0. 920;
③ 同样采用实施例1的方法测得油水混合物密度值为P = 0. 972;
使用混合物密度与相含量比例的关系公式，计算
水的体积含量=(p混—p油)/ (1 -p油)=0.650 水的质量含量=水的体积含量/ PS = 0.669 ,. 即水含量的体积百分比为65.0%，质量含量百分比为66.9%;
权利要求
1、一种测量装置，包括一个样品容器，其特征在于所述样品容器由上部开口的容器本体(1)和容器盖(2)两部分组合而成，容器盖(2)和容器本体(1)之间可保持液密封，容器盖(2)上具有至少一个液体可注入的细管(3)，所述细管(3)上设有一个作为停止注入液体的参考点T，所述细管(3)在参考点T位置的横截面面积与容器本体(1)的平均横截面面积的比值小于0.2，所述测量装置还设有可将液体从细管(3)进入的注入装置。
2、 一种密度测量的方法，其特征在于包括下列步骤-1) 将权利要求1所述的样品容器放在称量设备上，记录整个空样品 容器的重量值W。；2) 将参照液倒入空容器本体(1)，盖上容器盖(2)，再采用权利要 求1所述的注入装置将参照液从细管(3)注入，直至液面上升到参 考点T，称量并记录样品容器及参照液总的重量值W1;3) 将被测物置入空容器本体中(1)，盖上容器盖(2)，称量并记录 样品容器及被测物总的重量值W2，再采用权利要求1所述的注入装置 将参照液从细管(3)注入，直至液面上升到参考点T，称量并记录 样品容器、被测物及参照液总的重量值W3;4) 假定参照液的密度为p。，将上述步骤测得的重量值W(,、Wi按公式 体积V。 = (W,- W。) /p。进行运算，得到样品容器的体积V。；5) 上述步骤测得的重量值W2、 W3按公式体积Vx 二 V - (W3- W2) / p fl进 行运算，得到被测物的体积Vx;6) 上述步骤测得的重量值W。、 W2、按公式重量Mx = (W2- WQ)进行运算，得到被测物的重量Mx;7)将上述步骤运算得到的被测物体积Vx、被测物的重量Mx按公式密 度Px = Mx / Vx进行运算，可得到被测物的密度Px。 3、如权利要求2所述一种密度测量的方法，其特征在于按公式被 测物密度Px = Mx / Vx = P。 *( W2 - Wo) / (W「 W(>- W3+ W2); 可得到被测物相对于参照液的密度Px/p。 = (W2 - W。) / (Wr Wo-W3+ W2)。
全文摘要
本发明涉及一种测量装置及测量密度的方法，包括一个样品容器，所述样品容器由上部开口的容器本体和容器盖两部分组合而成，容器盖和容器本体之间可保持液密封，容器盖上具有至少一个液体可注入的细管，所述细管上设有一个作为停止注入液体的参考点T，所述细管在参考点T位置的横截面面积与容器本体的平均横截面面积的比值小于0.2，所述测量装置还设有可将液体从细管进入的注入装置。本发明的测量密度的方法简单，操作步骤少，在参照液体密度已知时，可得到被测物体实际密度；在参照液体密度未知时，所得被测物密度值为相对参照液密度的相对值，所涉及测量装置设计加工方便、成本低廉、测量结果准确，尤其适合于像原油一类的粘稠液体的密度测量和成分分析。
文档编号G01N9/00GK101349630SQ200810120618
公开日2009年1月21日 申请日期2008年9月1日 优先权日2008年9月1日
发明者王云平 申请人:王云平