CN102213666A - 高精度便携式密度测试装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高精度便携式密度测试装置，属于仪器仪表，现有密度测试仪器测定精度欠佳，本发明包括测量容器、可调节高度的辅助容器，所述的辅助容器通过一软管组与所述的测量容器连通，所述的测量容器置于一称重传感器上，该称重传感器与一数显操作器连接，所述的数显操作器包括数据处理模块以及与该数据处理模块相连的输入模块、寄存模块、显示模块。其操作简便，密度测定不用人工计算，可以实现数显，测量速度快，测量精度高；测试装置构造简单，便于拆卸携带，制造成本低；本仪器不仅能在化工、选矿、物质鉴定等领域应用，而且可以用在对精度要求极高的宝石鉴定、低品位贵金属矿石检测、压铸件气孔测定等方面广泛应用。

Description

高精度便携式密度测试装置及方法
技术领域
本发明属于仪器仪表，主要用在化工、选矿，特别在对精度要求极高的宝石鉴定、低品位贵金属矿石检测、压铸件气孔测定等方面。
背景技术
在化工、选矿、物质鉴定等领域中，密度是物质最基本的常数，是生产和科研中经常使用的数据。材料密度的测量，是材料质量控制的主要手段之一，通过密度测量可以控制材料成分的波动和温度等工艺条件。如在石油钻井过程中，异常的地层孔隙压力对于油井是极危险的，有可能会造成井涌、井喷、井漏、井径收缩、卡钻等事故，存在异常地层孔隙压力的钻达地层的泥岩特征表现为泥岩密度降低，偏离泥岩密度正常趋势线。通过测定泥岩密度可以预测地层异常孔隙压力，通过实时测定泥岩密度了解钻达地层的压力变化及预测可能存在的压力异常层。
实际工作中，测固体物质密度方法主要有悬浮法、梯度法、静力称衡法、比重瓶法，电子天平法测密度等，这些方法普遍存在手工操作，误差大，人工计算麻烦，工作程序复杂，准确性差等缺点。
如电子天平密度测试装置，其原理也是根据阿基米德原理进行设计制作的，就其结构分析，就会发现由于杠杆精度不同，会带来一定的误差；而物体需绳子吊住进行测量，绳子本身的重力和所处位置的不同也会影响测量精度，且测量结果需人工计算，操作工艺麻烦。瑞士梅特勒公司、西德沙多利斯厂均在其电子天平中，配有密度测定的附属配件或软件，在电子天平上测量物体的密度和体积，但测量密度时需将电子天平垫高20-30cm，用天平底座下的挂钩与配件进行测定，这样就带来两个缺点：一是需做一个高20-30cm的稳定支架来支承天平，每测定一次需搬动一次，操作不便，二是支架如果没有密封措施，测定时易受流动空气的干扰，影响测定精度。
发明内容
本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是克服现有密度测试仪器测定精度欠佳的缺陷，提供一种高精度便携式密度测试装置及方法。为此，本发明采用以下技术方案：
高精度便携式密度测试装置，其特征是包括测量容器、可调节高度的辅助容器，所述的辅助容器通过一软管组与所述的测量容器连通，所述的测量容器置于一称重传感器上，该称重传感器与一数显操作器连接，所述的数显操作器包括数据处理模块以及与该数据处理模块相连的输入模块、寄存模块、显示模块。
作为优选，所述的软管组包括一固定的硬质管件，该硬质管件的两端分别通过软管连接所述的辅助容器、测量容器。
作为优选，所述辅助容器置于一载物台上，所述的载物台连接在一高度调节机构上。
作为优选，所述的测量容器连通有带刻度透明管。进一步的，为所述的带刻度透明管配置有放大镜。
高精度密度测试方法，其特征是按照下述步骤操作：
（1）将测量容器置于称重传感器上并通过一软管组与一可调节高度的辅助容器连通，在称重传感器上连接数显控制器；
（2）将数显控制器清零，将被测物体置入测量容器中，由称重传感器称量出被测物体的质量，操作数显控制器将被测物体的质量寄存入数显控制器；
（3）取出被测物体，向测量容器中加入已知密度的适量溶液以能够淹没被测物体且不至于放入被测物体后溶液溢出，操作数显控制器将测量容器中溶液的质量寄存入数显控制器，记录溶液液面高度；
（4）再将被测物体放入测量容器，调节辅助容器的高度，通过软管组的连通使测量容器内的溶液液面与第（3）步中的溶液液面高度一致；
（5）操作数显控制器将测量容器中被测物体和溶液的总质量寄存入数显控制器；
（6）操作数显控制器由数显控制器根据下述公式计算出被测物体的密度并显示出来：
Figure 2011100907513100002DEST_PATH_IMAGE002
公式中，为被测物体的密度，
Figure 2011100907513100002DEST_PATH_IMAGE006
为溶液的密度，为第（3）步测量容器中溶液的质量，
Figure 2011100907513100002DEST_PATH_IMAGE010
为被测物体的质量，
Figure 2011100907513100002DEST_PATH_IMAGE012
为第（5）步测量容器中被测物体和溶液的总质量；
在第（1）至（6）步中任意两步之间向数显控制器输入加入测量容器中溶液的密度。
本发明的有益效果是：
1、操作简便，密度测定不用人工计算，通过模块设计，直接数字显示固体密度，测量速度快，测定过程简单，测量精度高，密度误差不大于±0.1%；不仅可以测任意形状固体的密度，而且可以测量物体的质量。
2、测试装置构造简单、轻便，便于拆卸携带，制造成本低；耗电量小，安全密封，适合于野外操作。
3、本仪器不仅能在化工、选矿、物质鉴定等领域应用，而且可以用在对精度要求极高的宝石鉴定、低品位贵金属矿石检测、压铸件气孔测定等方面广泛应用。
附图说明
图1是本发明的一种结构示意图。
图2是向本发明的测试装置中加入已知质量和密度适量溶液的示意图。
图3是向本发明的测试装置中放入被测物体的示意图。
图4是将本发明测试装置的辅助容器降低位置的示意图。
图中标号说明：
1-测量容器，2-辅助容器，3-称重传感器，4-数显操作器，5-硬质管件，6-软管，7-载物台，8-精调螺母，9-粗调螺母，10-支架，11-带刻度透明管，12-放大镜，13-被测物体。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本发明做进一步说明。
本发明的高精度便携式密度测试装置，如图1所示，其包括通过软管组连通的测量容器1和可调节高度的辅助容器2，测量容器1置于一称重传感器3上，该称重传感器3与一数显操作器4连接，数显操作器4包括数据处理模块以及与该数据处理模块相连的输入模块、寄存模块、显示模块。其中，数据处理模块用于对相关数据进行运算，输入模块用于输入数据，寄存模块用于寄存数据，显示模块用于显示数据。辅助容器2通过软管组与测量容器1连通便于调节辅助容器2的高度。
作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本发明的高精度便携式密度测试装置还包括以下附加的技术特征，虽然图1包含了以下所有附加技术特征，是本发明的较佳实施例，但是本发明并不限于该情形，在实施本发明时根据具体作用将它们选用在上段所述的技术方案上：
软管组包括一固定的硬质管件5（如通过支架固定），该硬质管件5的两端分别通过软管6连接辅助容器2、测量容器1，以避免调节辅助容器的高度时影响称重传感器的准确测量。
辅助容器2置于一载物台7上，载物台7连接在一高度调节机构上，通过高度调节机构可以对载物台7进行精确的调节，具体的，该高度调节机构可以是与载物台连接的精调螺母8、粗调螺母9、支架10，通过粗调螺母9可以在支架10上快速调节，通过精调螺母8可以对载物台7精确调节。
测量容器1连通有带刻度透明管11。以便通过带刻度透明管11读取测量容器1中溶液的液面位置。为了保证准确读取数据，为带刻度透明管11配置有放大镜12。
该高精度便携式密度测试装置，构造简单，便于拆卸携带，制造成本低。不仅能在化工、选矿、物质鉴定等领域应用，而且可以用在对精度要求极高的宝石鉴定、低品位贵金属矿石检测、压铸件气孔测定等方面广泛应用。
利用本发明的高精度便携式密度测试装置测量物体密度时，可按照以下步骤进行：
（1）如图1所示，将测量容器1置于称重传感器3上并通过软管组与可调节高度的辅助容器2连通，在称重传感器3上连接数显控制器4；
（2）将数显控制器4清零，将被测物体13置入测量容器1中，由称重传感器3称量出被测物体的质量
Figure 604336DEST_PATH_IMAGE010
，操作数显控制器4将被测物体的质量寄存入数显控制器4；
（3）取出被测物体13，向测量容器1中加入已知密度的适量溶液以能够淹没被测物体且不至于放入被测物体后溶液溢出，由于测量容器1与辅助容器2连通，因此可通过测量容器加入，也可通过辅助容器2加入，加入后测量容器1与辅助容器2中的液面高度一致，操作数显控制器4将测量容器1中溶液的质量
Figure 363530DEST_PATH_IMAGE008
寄存入数显控制器4，记录溶液液面高度H1（如图2所示）；
（4）再将被测物体13放入测量容器1，此时如图3所示，溶液将被测物体13淹没，测量容器1与辅助容器2中的液面高度均升高至H2，继而降低辅助容器2的高度，通过软管组的连通使测量容器内的溶液液面与第3步中的溶液液面高度H1一致（如图4所示），由于辅助容器的降低，测量容器1内的溶液流入辅助容器2，这些从测量容器流入辅助容器的溶液就是被测物体的体积
Figure DEST_PATH_IMAGE014
；
（5）操作数显控制器4将测量容器1中被测物体13和溶液的总质量
Figure 821057DEST_PATH_IMAGE012
寄存入数显控制器4；
（6）操作数显控制器4由数显控制器根据下述公式计算出被测物体的密度并显示出来：
Figure 635429DEST_PATH_IMAGE002
公式中，
Figure 520208DEST_PATH_IMAGE004
为被测物体的密度，
Figure 787242DEST_PATH_IMAGE006
为溶液的密度，
Figure 546994DEST_PATH_IMAGE008
为第（3）步测量容器中溶液的质量，为被测物体的质量，
Figure 209236DEST_PATH_IMAGE012
为第（5）步测量容器中被测物体和溶液的总质量；
在第（1）至（6）步中任意两步之间向数显控制器输入加入测量容器中溶液的密度
Figure 25883DEST_PATH_IMAGE006
。
其中的公式（A），是按照被测物体受到的浮力等于被排出溶液的重力，并通过下述两个公式得来的：
Figure DEST_PATH_IMAGE016
                                            （B）
                  （C）
其中，
Figure 825211DEST_PATH_IMAGE014
为被测物体的体积，
Figure DEST_PATH_IMAGE020
为被测物体受到的浮力，为从测量容器流入辅助容器的溶液的体积，
Figure DEST_PATH_IMAGE024
为从测量容器流入辅助容器的溶液的质量，
Figure 974695DEST_PATH_IMAGE014
等于
Figure 404539DEST_PATH_IMAGE022
。

Claims (6)

1.高精度便携式密度测试装置，其特征是包括测量容器（1）、可调节高度的辅助容器（2），所述的辅助容器（2）通过一软管组与所述的测量容器（1）连通，所述的测量容器（1）置于一称重传感器（3）上，该称重传感器（3）与一数显操作器（4）连接，所述的数显操作器（4）包括数据处理模块以及与该数据处理模块相连的输入模块、寄存模块、显示模块。
2.根据权利要求1所述的高精度便携式密度测试装置，其特征是所述的软管组包括一固定的硬质管件（5），该硬质管件（5）的两端分别通过软管（6）连接所述的辅助容器（2）、测量容器（1）。
3.根据权利要求1所述的高精度便携式密度测试装置，其特征是所述辅助容器（2）置于一载物台（7）上，所述的载物台（7）连接在一高度调节机构上。
4.根据权利要求1所述的高精度便携式密度测试装置，其特征是所述的测量容器（1）连通有带刻度透明管（11）。
5.根据权利要求4所述的高精度便携式密度测试装置，其特征是为所述的带刻度透明管（11）配置有放大镜（12）。
6.高精度密度测试方法，其特征是按照下述步骤操作：
（1）将测量容器（1）置于称重传感器（3）上并通过一软管组与一可调节高度的辅助容器（2）连通，在称重传感器（3）上连接数显控制器（4）；
（2）将数显控制器（4）清零，将被测物体（13）置入测量容器（1）中，由称重传感器（3）称量出被测物体的质量，操作数显控制器（4）将被测物体的质量寄存入数显控制器（4）；
（3）取出被测物体（13），向测量容器（1）中加入已知密度的适量溶液以能够淹没被测物体且不至于放入被测物体后溶液溢出，操作数显控制器（4）将测量容器（1）中溶液的质量寄存入数显控制器（4），记录溶液液面高度；
（4）再将被测物体（13）放入测量容器（1），调节辅助容器（2）的高度，通过软管组的连通使测量容器内的溶液液面与第（3）步中的溶液液面高度一致；
（5）操作数显控制器（4）将测量容器（1）中被测物体（13）和溶液的总质量寄存入数显控制器（4）；
（6）操作数显控制器（4）由数显控制器根据下述公式计算出被测物体的密度并显示出来：
公式中，
Figure 2011100907513100001DEST_PATH_IMAGE004
为被测物体的密度，
Figure DEST_PATH_IMAGE006
为溶液的密度，
Figure DEST_PATH_IMAGE008
为第（3）步测量容器中溶液的质量，
Figure DEST_PATH_IMAGE010
为被测物体的质量，
Figure DEST_PATH_IMAGE012
为第（5）步测量容器中被测物体和溶液的总质量；
在第（1）至（6）步中任意两步之间向数显控制器输入加入测量容器中溶液的密度。
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