CN104180864A - 数控杂形多面体体积自动测量装置 - Google Patents

Abstract

数控杂形多面体体积自动测量装置，本发明是体积自动测量技术的一个领域。为能精确测量杂形多面体的体积，本发明采取了如下措施：在容器1内装入适量的液体和插入活塞3。活塞3的上端或容器1的下端内面加工有一台阶用于限制活塞的最大行程。活塞3上有一个轴向通孔，通孔内装有测量杆4，测量杆的一端装有电极，电极连接计算机。测量杆的另一端加工有内螺纹并与步进电机5轴上的螺杆6螺纹连接在一起，步进电机连接电机控制器，电机控制器连接计算机；容器内液体的体积大于容器的总容积减去活塞最大行程所占去的容积时，容器1内多余的液体将全部流入活塞的通孔内。同样体积的液体流入通孔后，在通孔内的液面高度的变化更明显。

Description

数控杂形多面体体积自动测量装置

技术领域

本发明是体积自动测量技术的一个领域。

背景技术

日常工作中常常要测量一些复杂的、不规则的、非常细小的多面体的体积。例如要知道金银首饰的纯度，人们常用计算它的比重的办法。因为不同的物质的比重不同，通过测量它的体积和计算它的比重可一定程度上得知物质的纯度。这样的办法简单易行,而且它对被测物体没有任何的损伤，所以它被广泛使用。但是，这种方法的前提是对饰的体积的测量要双当准确，否则，参考价值不大。金银首饰的外形不规则，形状非常复杂多变，很难用尺对它进行精确的直接测量。所以很难在保持原状的前提下,求得它的精确的体积。为解决这个问题，人们想出了一个简单的办法来测量复杂多面体的体积。这就是将复杂多面体放入盛装有液体的容器中，然后测量液面的高度变化，再根据容器的面积和液面高度的变化计算出复杂多面体的体积。这种办法虽然理论上是可行的，但是，在操作上存在很多带来误差的因数。例如，金银首饰的体积一般来说都较小，容器的面积相对较大时，液面的变化相对不明显。还有就是，液面的测量容易产生视觉上的误差等。所有的这些因数都会直接影响着测量结果的准确性。

发明内容

为能精确测量杂形多面体的体积，本发明采取了如下措施。

第一个措施是：在容器1内装入适量的液体和插入活塞3。活塞3的上端或容器1的下端内面加工有一台阶用于限制活塞的最大行程。活塞3上有一个轴向通孔，通孔内装有测量杆4，测量杆的一端装有电极，电极连接计算机。测量杆的另一端加工有内螺纹并与步进电机5轴上的螺杆6螺纹连接在一起，步进电机连接电机控制器，电机控制器连接计算机。如图1所示。

第二个措施是：在容器1内装入适量的液体和插入活塞3。活塞3的上端或容器1的下端内面加工有一台阶用于限制活塞的最大行程。活塞3上有一个轴向通孔，通孔内装有测量杆4，测量杆的一端装有电极，电极连接计算机。测量杆的另一端加工有内螺纹并与电机7轴上的螺杆6螺纹连接在一起，尺身9安装在测量杆4上。尺身9穿过或靠近直线位移传感器8。电机7连接电机控制器，电机控制器连接计算机。如图3所示。

这样做的好处是：在容器1内装入适量的液体和安装活塞3，活塞3的上端或容器1的下端内面加工有一台阶用于限制活塞的最大行程。当活塞3每次都以最大的行程插入容器1内，当容器内液体的体积稍大于容器的总容积减去活塞最大行程所占去的容积时，容器1内多余的液体将全部流入活塞的通孔内。这时容器内液体体积的变化将全部反映在活塞的通孔上。由于活塞上的通孔的直径或面积远比容器的直径或面积小，所以同样体积的液体流入通孔后，在通孔内的液面高度的变化更明显（更大）。它实现了用较大口径的容器装载被测量物，用较小口径显示液面的变化，大提高了测量的灵敏度。这样的结构对测量小体积的物件特别有利。

附图说明

图1是数控杂形多面体体积测量装置结构示意图。

图2是数控杂形多面体体积测量装置测量状态示意图。

图3是装有直线位移传感器的伺服控制杂形多面体体积测量装置结构示意图。

图4是装有直线位移传感器的伺服控制杂形多面体体积测量装置测量状态示意图。

图中：容器1、入口2、活塞3、测量杆4、步进电机5、螺杆6、电机7、直线位移传感器8、尺身9。 

具体实施方式   

为了更精确地测量复杂多面体的体积，本发明采取了如下措施：在容器1内装入适量的液体和插入活塞3。活塞3的上端或容器1的下端内面加工有一级台阶，用于限制活塞的最大行程。这样，当活塞3每次都以最大的行程插入容器1内后，容器内的容积都是一样固定的，每次都只能容纳相同体积的液本，为仪器的重复准确性提供了有力的保障，如图3所示。这样为测量工作打下良好的基础。当容器1内液体的体积稍大于容器1的总容积减去活塞3最大行程所占去的容积时，容器1内多余的液体将全部流入活塞3的通孔内。这时容器内液体体积的变化将全部反映在活塞3的通孔上。由于活塞3上的通孔的直径或面积远比容器1的直径或面积小，所以同样体积的液体流入通孔后，在通孔内的液面高度的变化比在容器1上更明显（更大）。也就是说，样的结构能更灵敏地显示被测物体的体积。它实现了用较大口径的容器装载被测量物，用较小口径显示液面的变化，大提高了测量的灵敏度；活塞3上有一个轴向通孔，通孔内装有测量杆4，测量杆的一端装有电极。一般的液体都有导电性，本发明就是用电极“感知”液面的高度。这样可以不靠人眼观察，消除了人眼可能产生的视觉误差。当电极刚好触及液面时，电极之间的电阻大幅度减小，两电极之间的电流迅速增大。电极连接了计算机，计算机收到这个信号后就可以推算出当前的液面正好在电极的下端。测量杆的另一端加工有内螺纹并与步进电机5轴上的螺杆6螺纹连接在一起。步进电机连接电机控制器，电机控制器连接计算机。如图1和图2所示，这样的结构是为计算机控制下的自动化测量而设。

本例的工作原理：先测量基础液面的高度。在容器1内装入适量的液体和插入活塞3，然后把活塞3向下推，直到活塞3上的台阶与容器1的端口相碰或活塞的底部碰到容器内面的台阶，如图2所示。这时活塞的行程达到最大。由于容器1内液体的体积略大于容器1的总容积减去活塞3最大行程所占去的容积，大于部份的液体只有全部流入活塞的通孔内；使用者开启测量装置的电源，通过键盘按下测量键。计算机控制步进电机5通过螺杆6驱动测量杆4向下运动。当测量杆4上的电极刚刚接触到液体时，电极两端的电阻迅速减小并把这个信号传送到计算机。计算机立该指令步进电机停止工作。并把当前的位置设定为基础液面（0）。跟着计算机指令步进电机5反转驱动测量杆4上升。这时使用者可把活塞3向上提并把待测物件从入口2或从容器的上方入口放入容器1内，然后再把活塞3向下推到最大行程的止点。使用者再按测量键，计算机控制步进电机5通过螺杆6驱动测量杆4向下运动。当测量杆上的电极又刚刚接触到液体的液面时，电极两端的电阻迅速减小并把这个信号传送到计算机。计算机立该指令步进电机停止工作。并把当前的位置记录下来。测量杆的移动量与电机的转动量成正比。也就是说知道步进电机的转动量就可计算出测量杆4的移动量。由于容器内放入了被测物，所以活塞通孔上的液面较基础液而有所上升。测量杆4本次移动触及液面时，距离上次测量基础液面时的高度差就是放入被测量物体后的液面高度差。步进电机5的转动量在计算机的控制和记录之中，因此，计算机根据两次测量时的转动量的差，就可计算出两次测量的液面高度之差。这个液面的高度差乘以活塞内通孔的面积，就是被测物体的体积。由于活塞上的通孔的直径或面积是一个已知数，计算机把这个已知数乘以液面的高度差，就可得出被测物体的体积。计算机算得结果后通过显示屏显示通报用户。活塞上通孔的直径或面远比容器的直径或面积小，所以同样体积的液体流入通孔后，在通孔内的液面高度的变化更明显。这样就使本测量装置的灵敏度更高，对测量小体积的物件更有利。

为了更精确地测量复杂多面体的体积，本发明采取的第二个措施是：在容器1内装入适量的液体和插入活塞3。活塞3的上端或容器1的下端内面加工有一台阶用于限制活塞的最大行程。活塞3上有一个轴向通孔，通孔内装有测量杆4，测量杆的一端装有电极，电极连接计算机。测量杆的另一端加工有内螺纹并与电机7轴上的螺杆6螺纹连接在一起，尺身9安装在测量杆4上。尺身9穿过或靠近直线位移传感器8。电机7连接电机控制器，电机控制器连接计算机。如图3所示。

本例与上一例不同之处在于测量杆4上装有电子尺的尺身，并用电子尺测量测量杆4的位移量，电机可使用普通的电机。测量杆4上的电极、电机7、电子尺、计算机等组成一个伺服系统。每当电极触及液面时，计算机就控制电机停转。这时计算机就读取位移传感器上的数据，并以位移传感器的测量结果来计算被测物体的体积。除此之外其他的工作原理与上一例相同。

Claims (2)

1.数控杂形多面体体积自动测量装置，主要包括容器（1）、活塞（3）、测量杆（4）、步进电机（5）和螺杆（6），其特征在于：在容器（1）内装入适量的液体和插入活塞（3），活塞（3）的上端或容器（1）的下端内面加工有一台阶用于限制活塞的最大行程，活塞（3）上有一个轴向通孔，通孔内装有测量杆（4），测量杆的一端装有电极，电极连接计算机，测量杆的另一端加工有内螺纹并与步进电机（5）轴上的螺杆（6）螺纹连接在一起，步进电机连接电机控制器，电机控制器连接计算机。

2.数控杂形多面体体积自动测量装置，主要包括容器（1）、活塞（3）、测量杆（4）、步进电机（5）、螺杆（6）、电机（7）、直线位移传感器（8）和尺身（9），其特征在于：在容器（1）内装入适量的液体和插入活塞（3），活塞（3）的上端或容器（1）的下端内面加工有一台阶用于限制活塞的最大行程，活塞（3）上有一个轴向通孔，通孔内装有测量杆（4），测量杆的一端装有电极，电极连接计算机，测量杆的另一端加工有内螺纹并与电机（7）轴上的螺杆（6）螺纹连接在一起，尺身（9）安装在测量杆（4）上，尺身（9）穿过或靠近直线位移传感器（8），电机（7）连接电机控制器，电机控制器连接计算机。