CN101398364A - 一种测定固体密度的方法及利用该方法的密度计 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测定固体密度的方法，将物体挂在杠杆上，杠杆的另一个力臂作用在电子称上，通过调节物体的悬挂点，使电子称读数为1，再将物体浸没在水中，得出的结果就是物体水中重量和空气中重量之比，检测结果与预先计算好的各种材料的水中重量和空气中重量之比值进行对比，从而得到物体的密度值。由于不需要计量物体在空气中重量，使得测量更加简单。采用应变传感器并通过杠杆调整测量数值，具有线性好。

Description

一种测定固体密度的方法及利用该方法的密度计

技术领域

本发明涉及电子测量仪器，特别是对固体密度计的改进。

背景技术

目前，测定固体的密度，根据公式：ρ＝m/v，需要测定出物体的质量和体积这两个数值，然后进行计算，得到物体的密度。

测量质量比较简单，用天平称量。

而测量体积，需要将物体浸没在量杯的水中，将水位的上升值与原水位值相减，得出体积。在这一环节中，由于水的表面张力作用，液面边缘有凹陷，并非是一条清楚的线，因此靠目视无法精确读数，造成误差。

最后还要进行计算，比较麻烦。

为了克服上述问题，使测量简单准确，现在市场上出现了一种电子密度计(比重计)。它是先测得物体在空气中的重量(干重)，再测得物体浸没在密度为1Kg/L的纯净水中的重量(湿重)。

根据干重和湿重的数值，通过内置的电脑单片机运算，计算出所测物体的密度。

这种装置类似于电子天平，托盘放置在一个容器中，可通过内置的水泵自动向容器中加水。另外，装置中设置了电脑，用以计算结果。

它的缺点是整个装置结构比较复杂、体积较大，而且电路复杂，成本很高。而且这种装置体积大，不利于地质勘探、考古分析、玉石开采时的鉴定作业、采购物时对金属纯度以及真假的判别等户外作业时随身携带。

发明内容

本发明目的在于提供一种新的测量方法，以及根据这种方法设计的设备，使设备结构简单、体积小、易携带，以方便使用。

本发明的方法是：将物体挂在杠杆上，杠杆的另一个力臂作用在电子称上，通过调节物体的悬挂点，使电子称读数为1，再将物体浸没在水中，得出的结果就是物体水中重量和空气中重量之比，检测结果与预先计算好的各种材料的水中重量和空气中重量之比值进行对比，从而得到物体的密度值。

利用上述原理设计的密度计，包括电子称电路、应变传感器、杠杆，应变传感器和电子称电路电连接，其特征是：在应变传感器下方设置一个杠杆，杠杆的一端以铰链铰接在应变传感器的固定板上作为支点，中间有一个点通过挂钩拉在应变传感器的受力端上，杠杆上装有电机和丝杆，丝杆和电机的转轴连接，并和杠杆平行，在丝杆的螺纹上挂有用于吊挂物体的挂绳，挂绳在丝杆转动时可随螺纹的运动而左右移动。

本发明的优点是：由于不需要计量物体在空气中重量，使得测量更加简单。采用应变传感器并通过杠杆调整测量数值，具有线性好，精确度高的优点。

附图说明

下面根据附图和实施例对本发明作进一步说明。

附图是本发明密度计的传感器部分的结构示意图。

图中标记：1固定螺丝，2应变传感器，3传感器固定板，4杠杆，5挂绳，6被测物体，7丝杆，8拉钩，9电机，10铰链。

具体实施方式

实施例方法的依据是：

在水中，由于密度大的物体所受到的浮力在重力中占的比例小，而密度小的物体所受到的浮力在重力中占的比例大，比如黄金的水中重量和空气中重量的差值小，塑料的水中重量和空气中重量差值大。

我们是根据上述原理，通过测定物体水中重量(湿重)和空气中重量(干重)之比，间接得出物体密度相关的信息。

用以下算式可以理解该原理：

G_湿/G_干＝(G_干-F_浮力)/G_干＝(ρV-ρ_水V)/ρV

       ＝(ρ-1)/ρ

算式中：

G_湿 物体的湿重(浸在水中)            G_干 物体的干重(空气中)

F_浮力 物体在水中的浮力               ρ 物体的比重(密度)

V 物体的体积                         ρ_水 水的比重(密度)

根据这一原理测得的结果是物体湿重和干重之比，它仅仅和物体的密度相关，比如：

物质                   密度                   (ρ-1)/ρ数值

Au                     19.3                   0.948

Al                     2.70                   0.630

Cr                     7.20                   0.861

Cu                     8.92                   0.888

Fe                     7.86                   0.873

Mg                     1.74                   0.425

Pb                     11.34                  0.912

预先计算好相关的数据，检测结果与之对比，即可获得物体的密度信息。

以此为依据，实施例方法是：将物体挂在杠杆上，杠杆的另一个力臂作用在电子称上，即应变传感器上，通过调节物体的悬挂点，使电子称读数为1，再将物体浸没在水中，得出的结果就是物体湿重和干重之比，检测结果与预先计算好的各种材料的湿重和干重之比值进行对比，从而得到物体的密度值。

实施例的密度计，包括电子称电路、应变传感器、杠杆，其结构是：在应变传感器2下方设置一个杠杆4，杠杆4的一端以铰链10铰接在应变传感器固定板3上作为支点，杠杆4的中间有一个点通过挂钩8拉在应变传感器2的受力端上，这样杠杆4的力就作用于应变传感器2。

杠杆4上装有电机9和丝杆7，它们都装在杠杆4的下方，丝杆7和电机9的转轴连接，并和杠杆4平行，电机9的转动可以带动丝杆7转动。

在丝杆7的螺纹上挂有用于吊挂物体的挂绳5，挂绳5采用轻质的细绳，本身质量小到可以忽略不计，挂绳5在丝杆7转动时可随螺纹的运动而左右移动。

当被测物体6吊挂在丝杆7上的不同位置，在应变传感器2上的作用力大小即与物体离应变传感器2的受力点即挂钩8的距离长短有关，因此不论其重量大小如何，都可以通过电机9驱动丝杆7移动挂绳5的吊挂点任意调整该作用力的大小。

不论被测物体6的重量大小，先通过上述手段，将电子称电路显示上的读数按比例调整到1.000(或10.00或100.0)，那么当物体浸没在水中后，由于分母为1，则显示的读数即是G湿/G干，避免了计算的麻烦。

比如一个几十克重的铁块，我们先测干重时可以将电子天平上的读数按比例调整到100.0；而一个几克重的铁块，我们可以调整到10.00。由于结果为(ρ-1)/ρ，与重量无关，那么浸没在水中后，显示的读数均为0.873。

Claims (2)

1.一种测定固体密度的方法，其特征是：将物体挂在杠杆上，杠杆的另一个力臂作用在电子称上，通过调节物体的悬挂点，使电子称读数为1，再将物体浸没在水中，得出的结果就是物体水中重量和空气中重量之比，检测结果与预先计算好的各种材料的水中重量和空气中重量之比值进行对比，从而得到物体的密度值。

2.利用权利要求1所述的原理设计的密度计，包括电子称电路、应变传感器、杠杆，应变传感器和电子称电路电连接，其特征是：在应变传感器(2)下方设置一个杠杆(4)，杠杆(4)的一端以铰链(10)铰接在应变传感器固定板(3)上作为支点，中间有一个点通过挂钩(8)拉在应变传感器(2)的受力端上，杠杆(4)上装有电机(9)和丝杆(7)，丝杆(7)和电机(9)的转轴连接，并和杠杆(4)平行，在丝杆(7)的螺纹上挂有用于吊挂物体的挂绳(5)，挂绳(5)在丝杆(7)转动时可随螺纹的运动而左右移动。