CN109932279A - 一种利用体积应变测量液体密度的装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用体积应变测量液体密度的装置与方法，包括玻璃圆筒和玻璃细长筒，所述玻璃圆筒的底部一侧与玻璃细长筒的底部相通，构成连通管，玻璃圆筒内设有橡胶圆球，所述的橡胶圆球通过细绳网与拉力传感器连接，所述的拉力传感器通过固定装置与玻璃圆筒的底部连接。本发明结构简单合理，拆卸安装方便，生产成本低廉，能够有效的解决现有实验装置结构复杂，安装拆卸困难，使用麻烦且成本昂贵的缺陷，在使用时只需在空气中测量一组数据，以及在所测液体灌满玻璃圆筒的情况下，再测量一组数据，利用所测的两组数据根据已知的方程，即可求得带测液体的密度。

Description

一种利用体积应变测量液体密度的装置与方法

技术领域

本发明涉及一种测量液体密度的装置与方法，尤其涉及一种利用体积应变测量液体密度的装置与方法。

背景技术

在化工、炼油、制药、轻工、食品和能源等众多工业中，经常要了解容器里液体的密度，以备工艺设计或分析使用。此时如果液体为纯净物，可通过查阅手册或解析公式计算获得，但如果液体为多组分的混合物或不同浓度的溶液，则通过查阅手册或计算获得就比较困难，尤其是在非常温的工况下，密度数据更难获得。

传统的密度测量仪器大多利用密度计法、称质量法和天平量筒法等方法测量，测量过程较为复杂、测量结果偏差较大，而采用大型精密仪器测量液体密度，操作较为复杂、测量成本较高，在一些情况下不能适用。

发明内容

发明目的：本发明目的是提供一种利用体积应变测量液体密度的装置与方法。

技术方案：本发明包括玻璃圆筒和玻璃细长筒，所述玻璃圆筒的底部一侧与玻璃细长筒的底部相通，构成连通管，玻璃圆筒内设有橡胶圆球，所述的橡胶圆球通过细绳网与拉力传感器连接，所述的拉力传感器通过固定装置与玻璃圆筒的底部连接。

所述的玻璃细长筒上设有标准刻度尺，便于读数。

所述玻璃圆筒的顶部设有玻璃圆盘，所述的玻璃圆盘通过密封橡胶圈与玻璃圆筒密封，用于隔绝空气。

所述玻璃圆筒的底部设有出水孔，所述的出水孔上塞有橡皮塞，便于释放待测液体。

一种利用体积应变测量液体密度的方法，包括以下步骤：

(1)用拉力传感器测量橡胶圆球在重力作用下的示数T₁，T₁＝mg＝ρgv，其中m为橡胶圆球的质量，ρ为橡胶圆球的密度，g为当地的重力加速度，由平衡方程可求出橡胶圆球的体积v；

(2)安装实验装置，用橡皮塞堵住出水孔，将待测液体装入玻璃圆筒中，待液体快要浸满玻璃圆筒时，将玻璃圆盘用密封橡胶圈与玻璃圆筒密合；

(3)通过玻璃细长筒的顶部继续注入待测液体，直至液面具有一定的高度后停止，读出拉力传感器的实数T₂，根据玻璃细长筒上的刻度读出橡胶圆球球心的高度h₁和玻璃细长筒中液面的高度h₂；

(4)竖直方向上的力平衡方程:T₂+mg＝ρ₁gv₁，其中ρ₁为待测液体的密度，v₁为在待测液体灌满整个装置后的橡胶圆球的体积；

(5)如果物体内任一点处的单元体受到压强为p的静水压力，则体积应变Θ＝-3(1-2v)p/E其中v为泊松比，p为静水压强，E为弹性模量，同时体积应变Θ＝(v₁-v)/v，静水压强p＝ρ₁g(h₂-h₁)，由上述三个方程可以求解出ρ₁、v₁和p。

有益效果：本发明结构简单合理，拆卸安装方便，生产成本低廉，能够有效的解决现有实验装置结构复杂，安装拆卸困难，使用麻烦且成本昂贵的缺陷，在使用时只需在空气中测量一组数据，以及在所测液体灌满玻璃圆筒的情况下，再测量一组数据，利用所测的两组数据根据已知的方程，即可求得带测液体的密度。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明包括玻璃圆筒1、玻璃细长筒2、橡胶圆球3、细绳网4、拉力传感器5、固定装置6、出水孔7、橡皮塞8、玻璃圆盘9和密封橡胶圈10。玻璃圆筒1底部的右侧设有开口并与玻璃细长筒2的底部相通，构成连通管，玻璃圆筒1内设有橡胶圆球3，橡胶圆球3通过细绳网4与拉力传感器5连接，拉力传感器5通过固定装置6与玻璃圆筒1的底部连接。在玻璃圆筒1的底部开有一个小尺寸的出水孔7，并用一个相应大小的橡皮塞8塞住。玻璃圆筒1的上部是完全开口的，用一个等直径的玻璃圆盘9通过密封橡胶圈10与玻璃圆筒1密合，达到隔绝空气，同时密封不透水的目的。玻璃细长筒2上设有标准刻度尺，便于读数。

用拉力传感器5测量橡胶圆球3在重力作用下的示数T₁，再按照图1安装好实验装置，用橡皮塞8塞住出水孔7，在玻璃圆筒1上部将待测液体装入玻璃圆筒1中，待液体快要浸满玻璃圆筒1时，将玻璃圆盘9用密封橡胶圈10与玻璃圆筒1密合。再通过带有标准刻度尺的玻璃细长筒2上端继续注入待测液体，直至液面具有一定的高度后停止。读出拉力传感器5的实数T₂，根据带有标准刻度尺的玻璃细长筒2读出橡胶圆球3球心的高度h₁和玻璃细长筒2中液面的高度h₂。根据已有的材料参数和测量得到的数据可以算出待测液体的密度。

具体步骤为：

(1)用拉力传感器测量橡胶圆球在重力作用下的示数T₁，橡胶圆球在自身重力mg与拉力传感器的拉力T₁下达到平衡：

T₁＝mg＝ρgv

其中，m为橡胶圆球的质量，ρ为橡胶圆球的密度，g为当地的重力加速度，由平衡方程可求出橡胶圆球的体积v；

(2)安装实验装置，用橡皮塞堵住出水孔，将待测液体装入玻璃圆筒中，待液体快要浸满玻璃圆筒时，将玻璃圆盘用密封橡胶圈与玻璃圆筒密合；

(3)通过玻璃细长筒的顶部继续注入待测液体，直至液面具有一定的高度后停止，读出拉力传感器的实数T₂，根据玻璃细长筒上的刻度读出橡胶圆球球心的高度h₁和玻璃细长筒中液面的高度h₂；

(4)竖直方向上的力平衡方程:

T₂+mg＝ρ₁gv₁，

其中，ρ₁为待测液体的密度，v₁为在待测液体灌满整个装置后的橡胶圆球的体积；

(5)如果物体内任一点处的单元体受到压强为p的静水压力，则体积应变Θ＝-3(1-2v)p/E其中v为泊松比，p为静水压强，E为弹性模量，同时体积应变Θ＝(v₁-v)/v，静水压强p＝ρ₁g(h₂-h₁)，整理得：

T₂+mg＝ρ₁gv₁

Θ＝-3(1-2v)p/E＝(v₁-v)/v

p＝ρ₁g(h₂-h₁)

由上述三个方程可以求解出ρ₁、v₁和p，从而得到未知待测液体的密度ρ₁。

Claims (5)

1.一种利用体积应变测量液体密度的装置，其特征在于，包括玻璃圆筒和玻璃细长筒，所述玻璃圆筒的底部一侧与玻璃细长筒的底部相通，构成连通管，玻璃圆筒内设有橡胶圆球，所述的橡胶圆球通过细绳网与拉力传感器连接，所述的拉力传感器通过固定装置与玻璃圆筒的底部连接。

2.根据权利要求1所述的一种利用体积应变测量液体密度的装置，其特征在于，所述的玻璃细长筒上设有标准刻度尺。

3.根据权利要求1所述的一种利用体积应变测量液体密度的装置，其特征在于，所述玻璃圆筒的顶部设有玻璃圆盘，所述的玻璃圆盘通过密封橡胶圈与玻璃圆筒密封。

4.根据权利要求1所述的一种利用体积应变测量液体密度的装置，其特征在于，所述玻璃圆筒的底部设有出水孔，所述的出水孔上塞有橡皮塞。

5.基于权利要求1所述的一种利用体积应变测量液体密度的装置，其特征在于，包括以下步骤：

(1)用拉力传感器测量橡胶圆球在重力作用下的示数T₁，T₁＝mg＝ρgv，其中m为橡胶圆球的质量，ρ为橡胶圆球的密度，g为当地的重力加速度，由平衡方程可求出橡胶圆球的体积v；

(2)安装实验装置，用橡皮塞堵住出水孔，将待测液体装入玻璃圆筒中，待液体快要浸满玻璃圆筒时，将玻璃圆盘用密封橡胶圈与玻璃圆筒密合；

(3)通过玻璃细长筒的顶部继续注入待测液体，直至液面具有一定的高度后停止，读出拉力传感器的实数T₂，根据玻璃细长筒上的刻度读出橡胶圆球球心的高度h₁和玻璃细长筒中液面的高度h₂；

(4)竖直方向上的力平衡方程:T₂+mg＝ρ₁gv₁，其中ρ₁为待测液体的密度，v₁为在待测液体灌满整个装置后的橡胶圆球的体积；

(5)如果物体内任一点处的单元体受到压强为p的静水压力，则体积应变Θ＝-3(1-2v)p/E其中v为泊松比，p为静水压强，E为弹性模量，同时体积应变Θ＝(v₁-v)/v，静水压强p＝ρ₁g(h₂-h₁)，由上述三个方程可以求解出ρ₁、v₁和p。