CN103604478B - 一种恒容容器及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种恒容容器，其由一个形状规则且不易变形的容器及其上端的液面定位盖组成，在液面定位盖上设有注水口，在容器口设有溢水口；通过在容器的上端加盖液面定位盖控制容器内的容积为恒定，通过注水口向恒容容器内缓慢补充液体，溢水口用于排出超出恒容容器容积的液体。本发明还提供使用所述恒容容器的方法，具体如下：1）精确量取一定体积的液体，或2）测定固体和/或液体体积。本发明的恒容容器既可精确量取一定体积液体，又可用于任意液体、固体或者固液混合物体积的准确测量，可为今后物理、化学实验以及土工测量等实际应用问题提供基础条件，除此之外，其测量操作过程简单、方便，恒容容器功能稳定性良好，省时省力且测量精度高。

Description

一种恒容容器及其使用方法

技术领域

本发明涉及体积测量，具体涉及一种恒容容器及其使用方法。

背景技术

目前，通常使用量杯、量筒、广口瓶等测量液体的体积。但是由于液体表面张力的作用，测得的液体体积存在不可避免的偶然误差，导致测量精度较低，重复性差。除此之外，一些液体体积计量仪在测量单一性质液体的体积时，可以通过称量液体质量的方法获取一定体积的液体，所以如果测量的液态物质不是单一液体而是固液混合物时便不能使用这种称量的方法进行测量，使测量范围存在一定的局限性。另外，一些仪器在测量固液混合物的体积时，不易将体积较大的固体样品放入瓶中或移出瓶外，导致其测量操作过程较繁琐，清洗工作困难，由于一般测量仪器的瓶口较小，所以在将固体样品放入的过程中易将样品掉落，导致测量结果存在误差。并且，在测量操作过程中液体的震荡可能会产生一定数量的气泡，这些气泡的产生也会影响测量的精度。

发明内容

为了克服使用广口瓶等测量体积时存在的测量精度低、误差因素多、不易操作、重复性差等问题，本发明旨在提供一种恒容容器及其使用方法。

本发明的恒容容器，由一个形状规则且不易变形的容器及其上端的液面定位盖组成，在液面定位盖上设有注水口，在容器口设有溢水口；通过在容器的上端加盖液面定位盖控制容器内的容积为恒定，通过注水口向恒容容器内缓慢补充液体，溢水口用于排出超出恒容容器容积的液体。

其中，所述恒容容器优选为圆柱形、长方体或多棱柱等形状。

其中，所述恒容容器的材料要求有一定斥水性且不易变形。陶瓷材料或一般的金属材料如铝、不锈钢、合金等均可。

本发明的另一目的是提供使用恒容容器的方法，具体如下：

1）精确量取一定体积的液体

往容积已测定的恒容容器内加待量取液体到液面接近恒容容器口，盖上液面定位盖，通过注水口缓慢向内滴待量取液体至溢水口处有液滴出现为止，此时恒容容器内的液体为一定体积的液体；所述的一定体积等于恒容容器容积；

或2）测定固体和/或液体体积

将待测固体和/或液体装入容积已测定的恒容容器，称待测固体和/或液体质量；向装有待测固体和/或液体的恒容容器中注满水，称量加满水后待测固体和/或液体与水的总质量；按照以下公式计算固体和/或液体体积：

V=V₀—(M'-M)÷ρ_w

式中，M为待测固体和/或液体的质量，M'为加满水后待测固体和/或液体与水的总质量的单位为g；V₀为恒容容器容积，单位cm³；ρ_w为水密度，单位g/cm³。

其中，当待测固体和/或液体会和水发生化学反应时，以其他不会与待测固体和/或液体发生化学反应的液体替换使用方法2）中所述的水。

其中，所述称重设备为天平，优选电子天平。

其中，测定恒容容器容积的方法为：称量恒容容器注满水时所注水的质量，所注水的质量除以水的密度计算得到恒容容器的容积。

其中，所述注满水，为往恒容容器内加水到液面接近恒容容器口，盖上液面定位盖，通过注水口缓慢向内滴水至溢水口处有水滴出现为止。

其中，所述滴水为使用滴管滴水。

本发明还提供所述恒容容器在精确量取一定体积液体中的应用。

本发明还提供所述恒容容器在测定固体、液体或固液混合物体积中的应用。

本发明提供的恒容容器既可以精确量取一定体积液体，又可以用于任意液体、固体或者固液混合物体积的准确测量，可为今后物理、化学实验以及土工测量等实际应用问题提供基础条件，除此之外，其测量操作过程简单、方便，恒容容器功能稳定性良好，省时省力且测量精度高。具体优点如下：

（1）恒容容器设有注水口和溢水口：可以保证恒容容器内液态物质的体积为一精确确定值，使量取液体或者测量固体和/或液体体积的结果达到较高精度，避免了由于液体表面张力、产生液体气泡等原因造成的测量结果精度不高的问题。

（2）测量对象范围广：不仅可以测量任意单一液体或固体的体积，而且可以准确测量固液混合物的体积，克服了一些测量仪器的测量范围有局限性的缺点。

（3）操作简便、快捷：无论是准确量取液体或者测量固体和/或液体体积（任意液体、固体、或者固液混合物），都具有操作简单、省时省力的特点，避免了一些测量仪器需要多次校正的繁琐操作。特别是测量固液混合物或者固体体积时，恒容容器有利于将体积较大的样品放入其中，避免了其他一些测量仪器存在的不易将固体样品放入、放入过程中易掉落样品等缺点，并且恒容容器清洗过程简单。

附图说明

图1本发明恒容容器的结构示意图。

图2本发明恒容容器的照片。

图3本发明恒容容器去掉液面定位盖后的照片。

图4本发明恒容容器的液面定位盖的照片。

图5实施例2中使用本发明恒容容器测量体积时用的设备结构图。

其中，1为去掉液面定位盖的恒容容器，2为液面定位盖，3为注水口，4为溢水口，5为称重设备，6为滴管。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1本发明的恒容容器

本发明恒容容器（包括去掉液面定位盖的恒容容器1和恒容容器盖子2）的结构示意图如图1所示，实物照片见图2、3、4。去掉液面定位盖的恒容容器1为一个圆柱形容器，在液面定位盖2上设有注水口3，在容器口设有溢水口4。

本实施例的恒容容器内径75mm，外径81mm，高63mm，壁厚3mm，液面定位盖厚3mm。溢水口4深3mm，宽度5mm，为向内切割45°；注水口3下端口直径为2mm，上端口直径略大于下端口。恒容容器材料为金属材料。

可以视待测物体大小挑选合适尺寸的恒容容器。材料要求有一定斥水性且不易变形，除金属材料外（如铝、不锈钢、合金等）还可为陶瓷材料等。

实施例2使用本发明恒容容器测量体积时用的设备

使用本发明恒容容器测量体积时用的设备结构图如图5所示，包括恒容容器（参见实施例1）、称重设备5电子天平（上海卓精电子科技有限公司，型号：BSM-5200.2）、注水设备滴管6（实验室常用的普通玻璃质胶头滴管）。

实施例3本发明恒容容器容积的确定

所用设备参见实施例2。

测定恒容容器容积：

取适量的蒸馏水倒入恒容容器中，当注入的水接近装满容器时，恒容容器加盖液面定位盖，随后通过液面定位盖上的注水口继续缓慢滴加蒸馏水，直到恒容容器侧壁上端处的溢水口处有水滴出现时停止。然后用吸水纸擦净容器壁上残留的水渍，随后将其放置在电子秤上称量。4℃条件下，水的密度为1.000g/cm³，在温度变化不大的情况下，水的密度可以近似取值为1.000g/cm³。称量恒容容器注满水时所注水的质量除以水的密度，可以精确确定恒容容器本身的容积。所述称量恒容容器注满水时所注水的质量，具体方法如下：

1）称量未注水时恒容容器质量，再称量注满水时恒容容器质量，后者减去前者即得到恒容容器注满水时所注水的质量；

或2）将未注水的恒容容器置于称重设备上去皮，注满水后将恒容容器置于称重设备上，所得读数即恒容容器注满水时所注水的质量。

按照上述操作步骤，使用电子秤称量注满蒸馏水后的恒容容器与水的总质量，得到恒容容器的容积。试验设有10次重复，每次重复都按照上述工作过程进行，然后将各次试验结果进行比较分析。

实测数据表明，称得的注满蒸馏水后恒容容器和水总质量的浮动范围小于0.01g，说明当恒容容器的容积为200～300cm³时，测量的相对误差为0.0033%～0.0050%，表明测量结果具有很高精度。当测量过程中恒容容器中的液体状态一致时，即每次测量中液体表面张力产生的一些影响相同，对测得结果的影响无差别时，可以近似将这小部分误差忽略不计。

实施例4使用本发明恒容容器量取一定体积液体

往实施例3中容积已测定的恒容容器（测定体积为263cm³）内加待量取液体到液面接近恒容容器口，盖上液面定位盖，通过注水口缓慢向内滴待量取液体至溢水口处有液滴出现为止，此时恒容容器内的液体为一定体积的液体；所述的一定体积等于恒容容器容积。

实施例5使用本发明恒容容器测定固体体积

使用恒容容器准确测量固体体积时，该固体物质与注入液体不进行化学反应，如本实施例测定的为性状不规则的小金属零件的体积，用的液体为水，使用的恒容容器是实施例3中测定容积为263cm³的恒容容器。

将待测固体小金属零件装入恒容容器，称初始质量M；然后向装有待测固体的恒容容器中注满水，称量加满水后待测固体与水的总质量M'；按照以下公式计算固体的体积：

V=V₀—(M'-M)÷ρ_w

式中，M、M'的单位为g；V₀为恒容容器容积，单位cm³；ρ_w为水密度，单位g/cm³。多次重复测定，结果精确。

实施例6使用本发明恒容容器测定固液混合物-土壤的体积（即土壤颗粒与土壤水的体积）

所用设备参见实施例2。使用本发明恒容容器测定土壤（固液混合物）的体积，具体步骤如下：

试验采用3种土壤材料，分别为采自北京的粉壤土、吉林的黑土和江西的黏红土（以下分别称为T1、T2、T3），以检验该装置对不同土壤的测量精准度。T1、T2、T3分别预制成5种设计含水率：10%、15%、20%、25%、30%。

将不同设计含水率的3种土样（T1、T2和T3）分别等分为3份子样品，3份子样品用于本发明测量土与水的混合物中土颗粒与水各自的含量，即土壤水分含量测定，测完后于105℃条件下烘干，以传统烘干法测量，即为每种土壤在不同设计含水率情况下的3次重复实验。

将待测土样装入容积已知（参见实施例3）的恒容容器，称待测土样质量M；向装有待测土样的恒容容器中注水，盖上液面定位盖，然后用胶头滴管通过注水口继续缓慢向恒容容器中逐滴加水，直到溢水口处有水滴出现时停止，此时土壤颗粒与水充满恒容容器，注入的水将原来存在于土样中的空气全部置换出来。用吸水纸擦净恒容容器壁上残留的水渍，电子秤读数稳定不变时读取数值，称量加满水后恒容容器内土样与水的总质量为M'；按照以下公式计算土壤颗粒与土壤水的体积之和（因为土壤体积是包含土壤颗粒体积、土壤水体积和土壤气体的体积，补充水置换的是土壤气体和容器中的气体，恒容容器容积—补充水的体积=土壤水体积+土壤颗粒体积）：

V=V₀—(M'-M)÷ρ_w

式中，M'、M的单位为g；V₀为恒容容器容积，单位cm³；ρ_w为水密度，单位g/cm³。

$V_w=\frac{{\mathrm{\ρ}}_s(V_0-V_r)-M}{{\mathrm{\ρ}}_s-{\mathrm{\ρ}}_w}$

$V_s=\frac{M-{\mathrm{\ρ}}_w(V_0-V_r)}{{\mathrm{\ρ}}_s-{\mathrm{\ρ}}_w}$

其中，V_r=(M'-M)÷ρ_w，为向恒容容器中补充水的体积，cm³。

式中，V_s为土壤颗粒体积、V_w为待测土样含水体积，单位cm³；ρ_w为水密度，ρ_s为土壤颗粒密度（土壤颗粒密度ρ_s大小与土壤的化学与矿物组成有关，一般土壤的颗粒密度多在2.6～2.8g/cm³范围内，计算时通常采用的土壤颗粒密度值为2.653g/cm³。），单位g/cm³；θ为土壤质量含水率，单位%。

传统烘干法测量为将土样置于105℃的烘箱中，烘干72h后取出称重，用传统烘干法计算得到土壤质量含水率。烘干设备为烘干箱（中外合资重庆四达实验仪器有限公司，型号：CS101-1E）。

将用本发明的方法测得的结果与传统的土工测量方法（烘干称质量法）测量的结果进行对比，说明本发明方法测量的精准性。在不同设计含水率的条件下，使用本发明方法对T1、T2和T3的任意土样进行测定，得到的土壤质量含水率与烘干法（105℃，72h）测量的结果行进比较，最大绝对误差在1%左右，如表1所示。

表1使用恒容容器测量土壤质量含水率与烘干法测量结果比较的绝对误差（%）

试验数据说明，恒容容器可以准确测量固液混合物、单一液体或者任意固体的体积，且由于样品质量已知，可同时测定样品密度。恒容容器的工作性能稳定，测量结果精度高，克服了其他一些测量方法存在的操作过程较繁琐、清洗工作困难、测量范围存在一定的局限性、测量精度不高、重复性差等缺点。除此之外，其测量操作过程简单便捷、省时省力。该方法及装置在今后可以为化学、物理等基础学科的研究以及土工测量等实际问题的应用提供重要的依据，具有很好的应用前景。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种恒容容器，其特征在于，由一个形状规则且不易变形的容器及其上端的液面定位盖组成，在液面定位盖上设有注水口，在容器口设有溢水口；通过在容器的上端加盖液面定位盖控制容器内的容积为恒定，通过注水口向恒容容器内缓慢补充液体，溢水口用于排出超出恒容容器容积的液体；溢水口为向内切割45°；注水口上端口直径略大于下端口。

2.根据权利要求1所述的恒容容器，其特征在于，所述恒容容器的材料为陶瓷材料或金属材料。

3.使用权利要求1或2所述恒容容器的方法，具体如下：

1)精确量取一定体积的液体

往容积已测定的恒容容器内加待量取液体到液面接近恒容容器口，盖上液面定位盖，通过注水口缓慢向内滴待量取液体至溢水口处有液滴出现为止，此时恒容容器内的液体为一定体积的液体；所述的一定体积等于恒容容器容积；

或2)测定固体和/或液体体积

将待测固体和/或液体装入容积已测定的恒容容器，称待测固体和/或液体质量；向装有待测固体和/或液体的恒容容器中注满水，称量加满水后待测固体和/或液体与水的总质量；按照以下公式计算固体和/或液体体积：

V＝V₀—(M'-M)÷ρ_w

式中，M为待测固体和/或液体的质量，M'为加满水后待测固体和/或液体与水的总质量的单位为g；V₀为恒容容器容积，单位cm³；ρ_w为水密度，单位g/cm³。

4.根据权利要求3所述的使用权利要求1或2所述恒容容器的方法，其特征在于，当2)中的待测固体和/或液体会和水发生化学反应时，以其他不会与待测固体和/或液体发生化学反应的液体替换水。

5.根据权利要求3所述的使用权利要求1或2所述恒容容器的方法，其特征在于，所述注满水，为往恒容容器内加水到液面接近恒容容器口，盖上液面定位盖，通过注水口缓慢向内滴水至溢水口处有水滴出现为止。

6.根据权利要求5所述的使用权利要求1或2所述恒容容器的方法，其特征在于，所述滴水为使用滴管滴水。

7.权利要求1或2所述恒容容器在测定固体、液体或固液混合物体积中的应用。