CN207600547U - 一种测量物体体积的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种测量物体体积的装置，包括第一测量容器，其包括第一箱体和第一盖体，第一箱体上开设有第一气体出口和第一气体入口，第一气体出口用于与真空泵连接，第一气体入口用于为第一测量容器内释放气体；第二测量容器用于设置在第一测量容器内，包括第二箱体和第二盖体，第二箱体上开设有第一气体通孔，第一气体通孔通过三通管分别与真空泵和流量计连接，与真空泵连通时实现容器内的真空，与流量计连通时用于向第二测量容器内释放气体，三通管上连接有压力传感器，用于测量容器内的气体压力；封装气袋用于封装待测物体。该装置结构简单，成本低，测定准确可靠，能适合各种形状物体体积测量，应用范围广。

Description

一种测量物体体积的装置

技术领域

本实用新型涉及测量物体体积的技术领域，特别是涉及一种测量物体体积的装置。

背景技术

工农业以及科学实验等诸多领域都需要测量物体的孔隙率，物体的孔隙通常形状不规则,而且尺寸大小不一，特别是对多孔隙物体，如果用量规逐一测量每一个孔隙的大小和深度会费时费力.而且很多情况下,物体的孔隙会从表面延伸至内部,其在内部的延伸无论形状和大小经常和表面孔隙不相关，无法从表面测得或推算。

目前对物体的孔隙率的测量，常采用的是利用阿基米德原理,使用三维激光扫描技术,或者X射线断层扫描来测量。利用阿基米德原理测量物体体积可测量任意形状的物体孔隙率，其操作方法是,首先把物体完全浸入水中,得到不含有孔隙的物体的体积.然后把物体的表面孔隙用蜡封住,或是把物体放入塑料袋里,抽出塑料袋里的空气后,再用热量溶化塑料袋口(真空封装),再把蜡密封后的物体或塑料袋密封的物体放入水里测得包含孔隙的物体体积,这两项体积的差既是物体的孔隙体积。阿基米德原理测量操作简单，费用低，但是需要把物体浸入水中，对于很多精密的以及不能浸入水中的物体无法使用。而且,阿基米德测量法测量需要配备水箱，体积大，不方便现场使用。

三维激光测量技术的出现和发展为获取不规则物体的体积提供了全新的技术手段。而具体到体积测定时，三维激光扫描数据处理量大,需要配置内存大和高速CPU计算机，扫描和数据处理时间长。很多时候,使用者只需要知道物体的体积,但三维激光扫描需要先对物体逐点扫描建立物体的三维数字模型,然后才能得到体积，不仅费时而且浪费资源。三维激光扫描对被测物体的表面要求比较高，物体表面如果太暗，太亮，或太粗糙，都会妨碍激光读取，从而影响测量精度。三维激光扫描对工作环境的要求也比较高，环境必须相对恒温，没有灰尘，震动小。在许多工业场所，这些要求往往达不到。另外，三维激光扫描不能用于测量零碎物体，例如一定体积的药物粉剂，工业粉末，造纸的木屑，建筑上的沙子和碎石的体积(人们常常需要测量零碎物体的体积,从而知道物体放置在一起时的空隙率)。

X射线断层扫描技术是把物体置于X射线束下，利用断层扫描技术(CT)来测量物体的表面和内部孔隙。X射线断层扫描技术可以精确测量物体表面和内部的孔隙率，但是仪器价格昂贵，测量耗时长，并且有辐射剂量，对被测量物体或使用者都可能有不利效果。

由此可见，上述现有的测量物体体积和孔隙率的装置及方法在结构、方法与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。如何能创设一种新的测量物体体积的装置，使其能简单准确的测量物体的表观体积和实际体积，从而获得物体的孔隙率，且适用范围广，成为当前业界极需改进的目标。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种测量物体体积的装置，使其能简单准确的获得物体的实际体积和表观体积，且适用范围广，从而克服现有的测量物体体积装置的不足。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种测量物体体积的装置，包括第一测量容器、第二测量容器、真空泵、流量计和压力传感器，

所述第一测量容器包括第一箱体和与其密封配合的第一盖体，所述第一箱体上开设有第一气体出口和第一气体入口，所述第一气体出口通过第一真空管与所述真空泵连接，所述第一真空管上设有第一阀门，所述第一气体入口连接第二真空管，所述第二真空管上设有第二阀门；

所述第二测量容器设置在所述第一测量容器内，所述第二测量容器包括第二箱体和与其密封配合的第二盖体，所述第二箱体上开设有第一气体通孔，所述第一气体通孔连接第三真空管，所述第三真空管的另一端连接在所述第一阀门靠近所述第一箱体侧的所述第一真空管上，所述第三真空管上设有第三阀门和第四阀门；

所述流量计通过第四真空管与第三真空管连接，且所述第四真空管与第三真空管的连接处位于所述第三阀门和第四阀门之间，所述第四真空管上设有第五阀门；

所述压力传感器设置在所述第五阀门靠近第四阀门侧的第四真空管上。

作为本实用新型的一种改进，还包括封装气袋，用于封装待测物体，将所述封装气袋和待测物体置于所述第二箱体内部时，所述封装气袋的开口端设置在所述第二箱体和第二盖体之间。

进一步改进，所述封装气袋包括主体袋和盖体袋，所述主体袋的开口端折返套设在所述第二箱体的顶端边沿，所述盖体袋套设在所述第二盖体的底端，

所述第三真空管还连接一侧管，所述第二盖体上开设有第二气体通孔，所述侧管的另一端穿过所述第二气体通孔与所述第二盖体和盖体袋之间的空隙连通。

进一步改进，所述第五阀门靠近第四阀门侧的第四真空管上还连接第五真空管，所述第五真空管的另一端连接标准容器，且所述第五真空管上设有第六阀门。

本实用新型还提供一种测量物体体积的装置，包括：

第一测量容器，所述第一测量容器包括第一箱体和与其密封配合的第一盖体，所述第一箱体上开设有第一气体出口和第一气体入口，所述第一气体出口用于与真空泵连接，实现所述第一测量容器内的真空，所述第一气体入口用于为所述第一测量容器内释放气体；

第二测量容器，用于设置在所述第一测量容器内，所述第二测量容器包括第二箱体和与其密封配合的第二盖体，所述第二箱体上开设有第一气体通孔，所述第一气体通孔通过三通管分别用于与真空泵和流量计连接，与真空泵连通时用于实现所述第二测量容器内的真空，与流量计连通时用于向所述第二测量容器内释放气体，所述三通管上连接有压力传感器，用于测量所述第二测量容器内的气体压力。

进一步改进，还包括：封装气袋，用于封装待测物体，将所述封装气袋和待测物体置于所述第二箱体内部时，所述封装气袋的开口端设置在所述第二箱体和第二盖体之间。

进一步改进，所述封装气袋包括主体袋和盖体袋，所述主体袋的开口端用于折返套设在所述第二箱体的顶端边沿，所述盖体袋用于套设在所述第二盖体的底端，

所述第二盖体上开设有第二气体通孔，所述第二气体通孔通过连接管与所述第一气体通孔相连。

进一步改进，还包括标准容器，所述标准容器通过带阀门的连接分管连接在所述第一气体通孔与流量计连接的连接管上。

采用这样的设计后，本实用新型至少具有以下优点：

1、本实用新型通过设置两个大小不同且内外设置的测量容器，以及与其通过多根真空管和多个阀门连接的真空泵、流量计、压力传感器，根据内外容器之间存在的压力差，自动密封内容器，即第二测量容器，并通过向保持真空的内容器中流入气体，检测流入气体的流量和内容器的压力，根据理想气体定律计算该内容器的空余体积。还通过直接将待测物体放入内容器中，或通过封装气袋将待测物体放入内容器中，分别得到该待测物体的实际体积和表观体积，最终可用于对该待测物体孔隙率的测定。该装置结构简单，成本低，且测定准确可靠，能适合用于各种形状或性质的物体体积测定，应用范围广。

2、本实用新型通过设置标准容器，能自我及时验证该装置的准确性、可靠性和稳定性。

附图说明

上述仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

图1是本实用新型测量物体体积的装置实施例一的结构示意图。

图2是本实用新型测量物体体积的装置实施例二的结构示意图。

具体实施方式

实施例一

参照附图1所示，本实用新型测量物体体积的装置，包括第一测量容器、第二测量容器、真空泵114、流量计112、压力传感器110和封装气袋107。

该第一测量容器包括第一箱体102和与其密封配合的第一盖体101，该第一箱体102上开设有第一气体出口和第一气体入口，该第一气体出口通过第一真空管121与该真空泵114连接，该第一真空管121上设有第一阀门115，该第一气体入口连接第二真空管122，该第二真空管122上设有第二阀门103。则该第一阀门115打开时，真空泵114可实现该第一测量容器内的真空，该第二阀门103打开时，可为该第一测量容器内释放气体。

该第二测量容器设置在该第一测量容器内，该第二测量容器包括第二箱体108和与其密封配合的第二盖体105，该第二箱体108上开设有第一气体通孔，该第一气体通孔连接第三真空管123，该第三真空管123的另一端连接在该第一阀门115靠近该第一箱体侧的该第一真空管121上，该第三真空管123上设有第三阀门116和第四阀门117。

该流量计112通过第四真空管124与第三真空管123连接，且该第四真空管124与第三真空管123的连接处位于该第三阀门116和第四阀门117之间，该第四真空管124上设有第五阀门119；该流量计112的入口端连接针阀113。该流量计112用于记录流入第二测量容器的气体流量。

该压力传感器110设置在该第五阀门119靠近第四阀门117侧的第四真空管124上，该压力传感器110用于测量该第二测量容器内的气体压力。

该封装气袋107，用于封装待测物体109，将该封装气袋107和待测物体109置于该第二箱体108内部时，该封装气袋107的开口端设置在该第二箱体108和第二盖体105之间。

还有，该第五阀门119靠近第四阀门侧的第四真空管124上还连接第五真空管125，该第五真空管125的另一端连接标准容器111，且该第五真空管125上设有第六阀门118。该标准容器111用于验证该装置测定容器体积的准确性和可靠性。

实施例二

本实施例二与实施例一不同之处在于封装气袋，参照附图2所示，该实施例中封装气袋包括主体袋104和盖体袋106，该主体袋104的开口端折返套设在该第二箱体108的顶端边沿，该盖体袋106套设在该第二盖体105的底端。该第三真空管123还连接一侧管126，该第二盖体105上开设有第二气体通孔，该侧管126的另一端穿过该第二气体通孔与该第二盖体105和盖体袋106之间的空隙连通，则该侧管126能实现该第二盖体105和盖体袋106之间气体的抽取和填充，进一步保证第一测量容器、第二测量容器和封装气袋中及其之间的真空状态。该实施例二与实施例一的其余部分均相同，在此不再赘述。

应用上述的测量物体体积的装置可进行物体的表观体积和实际体积的测量，并可进一步用于测量物体的孔隙率，其测量孔隙率的方法包括如下步骤：

(1)将待测样品109置于该封装气袋107或主体袋104中，再将该封装气袋107或主体袋104置于该第二箱体108中，该封装气袋107或主体袋104的开口端如附图1或2相应的设置在该第二箱体108和第二盖体105之间。

(2)关闭第二阀门103和第五阀门119，打开第一阀门115、第三阀门116、第四阀门117和第六阀门118，盖好第一盖体101；开启真空泵114，第一测量容器、第二测量容器、封装气袋和标准容器111内部的空气都被抽出而形成低气压状态，并由压力传感器110测量此时的气体压力。

(3)在上述容器内的真空度达到低于预先设置的真空值,例如20毫米汞柱(约2.6KPa)以后，关闭第一阀门115、第三阀门116、第四阀门117和第六阀门118，打开第二阀门103，这样第一测量容器内的气体压力很快上升。而由于第四阀门117处于关闭状态，第二测量容器内仍然处于低气压，从而在第二测量容器的内部和外部形成了大的压力差。此时第二测量容器的内部气体压力约为20毫米汞柱，外部是760毫米汞柱，其压力差在第二盖体105上所形成的压力约为每平方厘米1千克。在本实施例中，该第二盖体105的直径约为15厘米，其面积约为176平方厘米。由于第二测量容器的内部和外部的气体压力差，在第二盖体105上所造成的向下的压力约176千克。这样大的压力迫使第二测量容器的第二盖体挤压覆盖在第二箱体108与第二盖体105之间的封装气袋，从而使得封装气袋内部连同被测样品形成真空密封。

(4)打开第四阀门117和第五阀门119，此时由于第三阀门116和第六阀门118仍然处于关闭状态，外部气体经由针阀113、气体流量计112通过开启的第五阀门119和第四阀门117进入第二测量容器。由于第二测量容器顶部有176千克的压力密封,使得第二测量容器内的封装气袋包括被测量样品处于低气压状态，从外部进入的气体只能压缩封装气袋，使其紧密包裹被测样品。封装气袋压缩被测样品的程度由从外部进入的气体数量控制，而外部进入的气体数量可以定量的由流量计112测量获得。此时注意，进入第二测量容器的气体在其内部形成的压力应始终低于在该第二测量容器顶盖上的压力，使得第二测量容器在整个测量过程中始终处于密封状态,保证了由流量计112流入第二测量容器的气体不会泄漏至第二测量容器外。当一定数量的气体进入第二测量容器后，关闭第五阀门119，其压力由压力传感器110测量获得。

根据理想气体定律公式：PV＝nRT，其中，P是气体压力，V是体积，n是气体流量，T是气体温度，R是气体常数，计算可得到该第二测量容器内部除掉封装气袋和待测物体后的空余体积V1；

(5)用该第二测量容器没有样品时的真实体积减去该空余体积V1，再减去该封装气袋的体积，即得该待测物体的表观体积；(本实用新型中样品的表观体积是指包含孔隙体积的样品体积；样品的实际体积是指不包含孔隙体积的样品体积。)

(6)将待测样品109直接置于该第二箱体108中，重复进行上述步骤(2)至(4)，由于没有封装气袋的包裹，当给第二测量容器放气时，放入的气体不仅会压缩被测量样品的表面，也会通过样品上的孔隙进入孔隙内部，从而得到的是该第二测量容器内部除掉待测物体实际体积的空余体积V2，再用该第二测量容器没有样品时的真实体积减去该空余体积V2，即得该待测物体的实际体积；

(7)用该步骤(5)得到的待测物体的表观体积减去该步骤(6)得到的待测物体的实际体积，得该待测物体的孔隙体积，通过计算可得出该待测物体的孔隙率。

该方法还包括采用标准容器进行该方法可靠性验证的步骤：

在上述步骤(4)后，关闭第四阀门117，打开第六阀门118和第五阀门119，此时由于第三阀门116和第四阀门117处于关闭状态，外部气体经由针阀113、气体流量计112通过开启的第五阀门119和第六阀门118进入标准容器111中。

停止释放气体后，由该流量计112记录气体流量值，由压力传感器110记录该标准容器111中的气体压力，并根据理想气体公式计算该标准容器的体积V3；

并通过将计算得到的标准容器体积V3与标准容器的实际标准体积进行对比，可得到该装置测定样品体积的测定误差，从而验证了该装置和方法的准确性和可靠性。

本实用新型还可在测定该待测物体的表观体积和实际体积之前和之后，均对该标准容器的体积进行测定，根据前后两次得到的该标准容器的体积测定误差的稳定性，来验证该装置测量物体孔隙率的稳定性。

由于标准容器的体积相对稳定并且已知，本实用新型通过测量标准容器的体积，进行自我检查验证，可知该测量装置的准确性和可靠性，保证了样品表观体积和实际体积测量的准确性。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本实用新型的保护范围内。

Claims (9)

1.一种测量物体体积的装置，其特征在于，包括第一测量容器、第二测量容器、真空泵、流量计和压力传感器，

所述第一测量容器包括第一箱体和与其密封配合的第一盖体，所述第一箱体上开设有第一气体出口和第一气体入口，所述第一气体出口通过第一真空管与所述真空泵连接，所述第一真空管上设有第一阀门，所述第一气体入口连接第二真空管，所述第二真空管上设有第二阀门；

所述第二测量容器设置在所述第一测量容器内，所述第二测量容器包括第二箱体和与其密封配合的第二盖体，所述第二箱体上开设有第一气体通孔，所述第一气体通孔连接第三真空管，所述第三真空管的另一端连接在所述第一阀门靠近所述第一箱体侧的所述第一真空管上，所述第三真空管上设有第三阀门和第四阀门；

所述流量计通过第四真空管与第三真空管连接，且所述第四真空管与第三真空管的连接处位于所述第三阀门和第四阀门之间，所述第四真空管上设有第五阀门；

所述压力传感器设置在所述第五阀门靠近第四阀门侧的第四真空管上。

2.根据权利要求1所述的测量物体体积的装置，其特征在于，还包括封装气袋，

所述封装气袋，用于封装待测物体，将所述封装气袋和待测物体置于所述第二箱体内部时，所述封装气袋的开口端设置在所述第二箱体和第二盖体之间。

3.根据权利要求2所述的测量物体体积的装置，其特征在于，所述封装气袋包括主体袋和盖体袋，所述主体袋的开口端折返套设在所述第二箱体的顶端边沿，所述盖体袋套设在所述第二盖体的底端，

所述第三真空管还连接一侧管，所述第二盖体上开设有第二气体通孔，所述侧管的另一端穿过所述第二气体通孔与所述第二盖体和盖体袋之间的空隙连通。

4.根据权利要求1至3任一项所述的测量物体体积的装置，其特征在于，所述第五阀门靠近第四阀门侧的第四真空管上还连接第五真空管，所述第五真空管的另一端连接标准容器，且所述第五真空管上设有第六阀门。

5.根据权利要求1所述的测量物体体积的装置，其特征在于，所述流量计的入口端连接针阀。

6.一种测量物体体积的装置，其特征在于，包括：

第一测量容器，所述第一测量容器包括第一箱体和与其密封配合的第一盖体，所述第一箱体上开设有第一气体出口和第一气体入口，所述第一气体出口用于与真空泵连接，实现所述第一测量容器内的真空，所述第一气体入口用于为所述第一测量容器内释放气体；

第二测量容器，用于设置在所述第一测量容器内，所述第二测量容器包括第二箱体和与其密封配合的第二盖体，所述第二箱体上开设有第一气体通孔，所述第一气体通孔通过三通管分别用于与真空泵和流量计连接，与真空泵连通时用于实现所述第二测量容器内的真空，与流量计连通时用于向所述第二测量容器内释放气体，所述三通管上连接有压力传感器，用于测量所述第二测量容器内的气体压力。

7.根据权利要求6所述的测量物体体积的装置，其特征在于，还包括：

封装气袋，用于封装待测物体，将所述封装气袋和待测物体置于所述第二箱体内部时，所述封装气袋的开口端设置在所述第二箱体和第二盖体之间。

8.根据权利要求7所述的测量物体体积的装置，其特征在于，所述封装气袋包括主体袋和盖体袋，所述主体袋的开口端用于折返套设在所述第二箱体的顶端边沿，所述盖体袋用于套设在所述第二盖体的底端，

所述第二盖体上开设有第二气体通孔，所述第二气体通孔通过连接管与所述第一气体通孔相连。

9.根据权利要求6所述的测量物体体积的装置，其特征在于，还包括标准容器，所述标准容器通过带阀门的连接分管连接在所述第一气体通孔与流量计连接的连接管上。