离心式质量测定仪及其使用方法与流程

本发明涉及质量测量领域，具体地，涉及一种离心式质量测定仪及其使用方法。

背景技术：

在目前社会中，现有的质量测定仪器包括各种秤，托盘天平、弹簧秤、电子天平等等，不论它们的精度如何，在测量中本质上都利用了物体的重力。众所知周，重力是会改变的，海拔、纬度等等都是影响重力的因素。在未来，需要进行质量测量的地域越来越广，精度要求将越来越高，需要一款更加精密的质量测试仪器，方便好用的同时，还能摆脱重力误差的影响。

牛顿第二定律包含了关于质量、力、加速度的关系，F＝ma，如果对一个物体施加一个力F，再获得它的加速度a，就能根据这两个参数计算质量m＝F/a，这个公式计算质量是能够不受重力改变影响的。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种离心式质量测定仪及其使用方法。

根据本发明提供的离心式质量测定仪，包括：合金支架、电机与控制模块、测量杆、夹持装置以及压力检测装置，所述电机与控制模块安装在合金支架上并能够驱动测量杆作圆周运动；所述夹持装置安装在测量杆的下端，用于夹持或者放置待测物体；所述压力检测装置与测量杆相互配合，用于检测不同物体作圆周运动时所产生的向心力。

优选地，所述合金支架包括：顶板、支撑壁以及底板，所述支撑臂垂直于底板所在的平面，顶板位于支撑臂上端并与支撑臂垂直。

优选地，还包括：控制面板和配电器，所述配电器安装在支撑臂的外侧面的下端位置，所述控制面板安装在支撑臂的外侧面的上端位置；其中，所述配电器用于提供电能，所述控制面板用于控制质量测定仪开启不同的工作模式，或者关闭所述质量测定仪；具体地，所述控制面板设置有：液晶显示屏、指示灯、校准开关、称量开关。

优选地，还包括：球轴承，所述球轴承的一端与电机与控制模块相连；所述测量杆呈十字结构，包括竖直部和横臂，所述竖直部的一端与球轴承的另一端相连，所述竖直部的另一端设置有夹持装置的安装部件。

优选地，所述压力检测装置包括：外桶、套筒、压力传感器；所述外桶的顶面的与电机与控制模块紧固连接；所述测量杆、球轴承、套筒以及压力传感器被包围在外桶的内部容纳腔中；所述套筒的一侧固定在外桶的内壁上，所述压力传感器安装在套筒内部；所述测量杆横臂的一端延伸入套筒内并能够与套筒内部的压力传感器接触。

优选地，所述夹持装置安装在测量杆竖直部的另一端，其中：所述夹持装置设置有第一固定点、第二固定点，所述夹持装置能够分别通过第一固定点或者第二固定点与测量杆相连。

优选地，所述夹持装置的外端设有置物盒或固定夹。

优选地，所述第一固定点、第一固定点到测量杆的距离不同；具体地，当外桶受电机与控制模块驱动旋转时，套筒同时带动测量杆作圆周运动，通过夹持装置的不同安装位置改变夹持装置的外端的置物盒或固定夹绕测量杆竖直部旋转的半径。

根据本发明提供的离心式质量测定仪的使用方法，应用于上述的离心式质量测定仪，包括如下步骤：

校准步骤包括：

步骤A1：夹持装置通过第一固定点紧固安装于测量杆的下端，通过控制面板启动仪器校准模式，待旋转稳定后停止；

步骤A2：将夹持装置从第一固定点取下，通过第二固定点紧固安装于测量杆下端，通过控制面板启动仪器校准模式，待旋转稳定后，操作归零；

称量步骤包括：

步骤B1：将待称量物体固定在夹持装置的外端，夹持装置通过第一固定点固定于测量杆，在控制面板启动仪器称量模式，待旋转稳定后停止；

步骤B2：将夹持装置从第一固定点取下，通过第二固定点固定于测量杆，在控制面板启动仪称量模式器，待旋转稳定后读出物体的质量。

优选地，物体质量的计算公式如下：

F₁＝ma₁＝mw₁²(R₁+d)，

F₂＝ma₂＝mw₂²(R₂+d)，

F₁/w₁²-F₂/w₂²＝m(R₁-R₂)，

m＝(F₁/w₁²-F₂/w₂²)/(R₁-R₂)，

式中：F₁表示在第一固定点位置处的向心力，F₂表示在第二固定点位置处的向心力，m表示物体的质量，a₁表示第一固定点位置处物体的加速度，a₂表示第二固定点位置处物体的加速度，w₁表示第一固定点位置处物体的角速度，w₂表示第二固定点位置处物体的角速度，R₁表示第一固定点位置处物体作圆周运动的半径，R₂表示第二固定点位置处物体作圆周运动的半径，d表示物体重心与杆外端沿的距离偏差。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明采用的原理是牛顿第二定律，称量时不受海拔、纬度的影响，保证了结果的准确性和可靠性。

2、本发明的适用范围更加广泛，包括航天飞船、空间站、月球及其它星球等太空环境。

3、本发明采用让物体做圆周运动的方法，占用空间小，操作方便，并且通过两次测量来消除系统误差。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明质量测定仪的主视图；

图2为本发明质量测定仪的内部轴测图。

图中：

1-合金支架；

2-控制面板；

21-液晶显示屏；

22-指示灯；

3-电机与控制模块；

4-外桶；

5-测量杆；

6-夹持装置；

61-第一固定点；

62-第二固定点；

63-固定夹；

7-球轴承；

8-套筒；

9-压力传感器；

10-配电器位。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

根据本发明提供的离心式质量测定仪，如图1所示，包括：合金支架1、控制面板2、电机与控制模块3、外桶4、测量杆5、夹持装置6、球轴承7、套筒8、压力传感器9、配电器10，所述电机和控制模块3固定于合金支架1的顶板的下方，所述外桶4以悬挂的形式安装在所述电机和控制模块3的下端；

所述合金支架1包括：顶板、支撑壁以及底板，所述支撑臂垂直于底板所在的平面，顶板位于支撑臂上端并与支撑臂垂直，所述配电器10安装在支撑臂的外侧面的下端位置，所述控制面板2安装在支撑臂的外侧面的上端位置。

外桶4罩住球轴承7、测量杆5、套筒8，其中，套筒8的一侧固定在外桶4的内壁上，套筒8的另一侧套装在测量杆5上。

所述测量杆5呈十字结构，包括竖直部和横臂，所述竖直部的一端与球轴承7的另一端相连，所述竖直部的另一端设置有夹持装置6的安装部件；所述横臂的一端延伸入套筒8内并与套筒8内部的压力传感器9接触。

所述夹持装置6安装在测量杆5竖直部的另一端，其中：所述夹持装置6设置有第一固定点61、第二固定点62，所述夹持装置6能够分别通过第一固定点61或者第二固定点62与测量杆5相连。

所述夹持装置6的外端设有置物盒或固定夹63。

所述第一固定点61、第一固定点62到测量杆5的距离不同，当外桶4受电机驱动旋转时，套筒8同时带动测量杆5作圆周运动，通过夹持装置6的不同安装位置改变夹持装置6的外端的置物盒或固定夹63绕测量杆5竖直部旋转的半径，从而通过计算差值消除系统误差。

所述控制面板2设置在合金支架1上，所述控制面板2设置有：液晶显示屏21、指示灯22、校准开关、称量开关等。

所述配电器位10设置在合金支架1的下端部的侧面位置，配电器10连接控制面板2以及其他用电元器件，为各部件提供电源，并设有紧急制动按钮，用于紧急状态下，一键切断所有电源。

电机及控制模块3内设置有可充电电池，从而方便在没有外接电源也可以工作。

如图2所示，测量杆5通过球轴承7竖直悬挂，并能够通过固定在外桶4上的套筒8驱动旋转，而测量杆5带动夹持装置6旋转，根据夹持重物的不同，测量杆作用于套筒内的压力也不同。

根据本发明离心式质量测定仪的使用方法包括以下步骤：

校准步骤：

仪器长时间未使用，使用前需要校准。

步骤A1：夹持装置6通过第一固定点61固定于测量杆5的下端，通过控制面板2启动仪器校准模式，待旋转稳定后(指示灯亮)停止；

步骤A2：将夹持装置从第一固定点61取下，通过第二固定点62固定于测量杆5下端，通过控制面板2启动仪器校准模式，待旋转稳定后(指示灯亮)，操作归零。

称量步骤：

步骤B1：将待称量物体固定在夹持装置6置物端，夹持装置通过第一固定点61固定于测量杆5，在控制面板2启动仪器称量模式，待旋转稳定后(指示灯亮)停止；

步骤B2：将夹持装置6从第一固定点61取下，通过第二固定点62固定于测量杆5，在控制面板2启动仪称量模式器，待旋转稳定后(指示灯亮)，可读出质量m。

质量计算的基本原理是牛顿第二定律F＝ma，以及向心加速度a，a＝w²r，w表示角速度，r表示圆周运动半径，圆周运动通过两个不同固定点从而获得不同的旋转半径，记为R₁、R₂，物体重心与杆外端沿的距离偏差记为d，具体计算公式如下：

F₁＝ma₁＝mw₁²(R₁+d)，

F₂＝ma₂＝mw₂²(R₂+d)，

F₁/w₁²-F₂/w₂²＝m(R₁-R₂)，

m＝(F₁/w₁²-F₂/w₂²)/(R₁-R₂)，

式中：F₁表示在第一固定点位置处的向心力，F₂表示在第二固定点位置处的向心力，m表示物体的质量，a₁表示第一固定点位置处物体的加速度，a₂表示第二固定点位置处物体的加速度，w₁表示第一固定点位置处物体的角速度，w₂表示第二固定点位置处物体的角速度，R₁表示第一固定点位置处物体作圆周运动的半径，R₂表示第二固定点位置处物体作圆周运动的半径。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。