CN218036241U - 一种绝对密度测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种绝对密度测量装置，属于物质物理特性测量的技术领域，包括样品输送装置、液体浸没装置、称重装置及主控制系统；样品输送装置用于暂存待测试的样品并根据主控制系统的指令将样品输送给称重装置；称重装置用于测量样品在空气中的质量及浸没在液体中的质量，并将测量结果传送给所述主控制系统；液体浸没装置用于根据主控制系统的指令，将样品浸没在已知密度的液体中；主控制系统控制所述输送装置、液体浸没装置、称重装置的动作，并根据所述称重装置传递来的质量信息计算待测样品的绝对密度。本实用新型具有测量速度快，不受人为因素影响，测量精度高的效果。

Description

一种绝对密度测量装置

技术领域

本实用新型涉及物质物理特性测量的技术领域，尤其涉及一种绝对密度测量装置。

背景技术

绝对密度是材料的一种常规的物理特性，常见物质的绝对密度早已被科学家们精确测量过，但是在新材料化工领域，各种各样的新的聚合物不断诞生，如何高效的测量这些聚合物的绝对密度是本领域技术人员面对的问题。常规测量方法是梯度柱法，由两种密度适当的不相混溶液体小心地混合，在管子里形成液柱，混合液密度由管子顶部到底部逐步增加。将小块试样放入管中时，它会在液柱中下沉，最后稳定在液柱中密度与之相同的高度处。液柱中不同高度处的密度值可用已知密度的玻璃小球标定。这种方法简单，但是有以下缺点：首先就是需要配备梯度柱，配置过程周期长，配好后需要用玻璃小球进行标定，另外测量时也需要静静等待样品在梯度柱中稳定下来，为测量所准备梯度柱至少需要8小时，这是液体沉降所需的时间。由于柱内聚合物的波动，样品的测量过程同样缓慢，效率低下，而且由于全程都需要人工读数等，受人为因素影响巨大。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术存在的不足，提供一种绝对密度测量装置。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：

一种绝对密度测量装置，包括样品输送装置、液体浸没装置、称重装置及主控制系统；

所述样品输送装置用于暂存待测试的样品并根据主控制系统的指令将样品输送给称重装置；

所述称重装置用于测量样品在空气中的质量及浸没在液体中的质量，并将测量结果传送给所述主控制系统；

所述液体浸没装置用于根据主控制系统的指令，将样品浸没在已知密度的液体中；

所述主控制系统控制所述输送装置、液体浸没装置、称重装置的动作，并根据所述称重装置传递来的质量信息计算待测样品的绝对密度。

利用阿基米德原理直接对样品密度进行测量。通过将样品浸入已知密度的液体中，高精度天平测量样品在空气中的称重结果及在液体静压推力作用下称重结果的差异，再结合样品的体积(标准样品的体积是可控制的)就可以计算出待测样品的实际密度。本方案可以在主控制系统的控制下全自动运行，消除了人工因素的干扰，保证了实验数据准确性；由于过程中不需要等待样品在液体中的沉降，所以测量迅速，对单个样品的测量只需要120秒左右，极大地提高了测量密度的效率。

进一步的，所述液体浸没装置包括液位传感器和温度传感器。

进一步的，所述液体浸没装置包括夹层烧杯，所述夹层烧杯内注有浸没液体，所述浸没液体为无水乙醇。

进一步的，还包括全封闭防护系统和恒温控制系统，所述样品输送装置、液体浸没装置、称重装置均设置在所述全封闭防护系统内，所述恒温控制系统控制所述全封闭防护系统内保持恒温。

进一步的，所述称重装置包括压力传感器及设于压力传感器上的挂件，所述挂件包括挂杆及设于挂杆末端的挂接部，所述挂接部包括依次固定连接的上接板、侧连杆和下接板，所述下接板上设有U型缺口，所述缺口处设有锥形定位面，过所述锥形定位面的锥顶且垂直于锥底的垂线与所述挂杆的轴心重合；

还包括样件夹持件，所述样件夹持件上设有锥形定位头，所述锥形定位头与所述锥形定位面适配；所述样件与所述锥形定位头通过钢丝绳连接在一块。

进一步的，所述主控制系统具有通讯模块，用于与外界实时通讯，传输实验数据。

进一步的，所述输送装置为工业机械臂或两轴运动系统。

综上所述，与现有技术相比，上述技术方案的有益效果是：利用阿基米德原理直接对样品密度进行测量。通过将样品浸入已知密度的液体中，高精度天平测量样品在空气中的称重结果及在液体静压推力作用下称重结果的差异，再结合样品的体积(标准样品的体积是可控制的)就可以计算出待测样品的实际密度。本方案可以在主控制系统的控制下全自动运行，消除了人工因素的干扰，保证了实验数据准确性；由于过程中不需要等待样品在液体中的沉降，所以测量迅速，对单个样品的测量只需要120秒左右，极大地提高了测量密度的效率。

附图说明

图1为本实用新型的绝对密度测量装置的结构示意图；

图2为本实用新型的绝对密度测量装置部分组件结构示意图；

图3为本实用新型的绝对密度测量装置中自动采样系统细节结构示意图；

图4为本实用新型的绝对密度测量装置中自动采样系统俯视视角结构示意图；

图5为本实用新型的绝对密度测量装置中挂件细节结构示意图；

图6为本实用新型的绝对密度测量装置中样件加持件细节结构示意图；

图7为本实用新型的绝对密度测量装置中样件加持件另一视角结构示意图；

图8为本实用新型的绝对密度测量装置中浸没系统结构示意图；

图9为本实用新型中抓取机构与样件加持件配合示意图。

附图标记说明：2、自动采样系统；21、转轴；22、料位；221、锥头承接部；23、样件夹持件；231、锥形定位头；232、夹持头；233、钢丝绳挂钩；3、样品输送装置；31、Y轴移动件；32、X轴移动件；33、抓取机构；4、液体浸没装置；41、夹层烧杯；42、升降装置；43、温度传感器；44、液位传感器；5、称重装置；51、挂件；511、挂杆；512、挂接部；5121、上接板；5122、侧连杆；5123、下接板；5124、锥形定位面；6、全封闭防护系统；61、双层玻璃门；62、电子锁止机构；7、恒温控制系统；8、待测样件。

具体实施方式

以下结合全部附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

请参照图1、图2所示，所述绝对密度测量装置包括主控制系统及以下六个子系统：自动采样系统2、样品输送装置3、液体浸没装置4、称重装置5、全封闭防护系统6、恒温控制系统7，自动采样系统2、样品输送装置3、液体浸没装置4、称重装置5、全封闭防护系统6、恒温控制系统7均电连接主控制系统。

如图1所示，全封闭防护系统6包括一双层玻璃门61，除了起到密封保温防护功能外，还可以便于观察内部各个系统的工作情况。且双层玻璃门61经电子锁止机构62锁闭，电子锁止机构62电连接主控制系统，主控制系统控制只在所述电子锁止机构62处于锁闭状态时，才会向自动材料系统、样品输送装置3、液体浸没装置4、称重装置5、恒温控制系统7发送调度指令，确保整个装置的安全运行。

设备工作过程如下：

人工将样品放置于自动采样系统2上，并在主控制系统上定义各料位22的信息，所述料位22的信息包括如名称、输出数据类型等，然后点击主控制系统中的开始按钮，启动密度测量程序。

如图3、图4所示，所述自动采样系统2包括转轴21，所述转轴21上周向设有若干料位22，所述料位22用于按设定顺序放置待检测的样品，具体地，请参照图6、图7所示，样件夹持件23上设有锥形定位头231，锥形定位头231上方设有夹持头232，锥形定位头231的下方为钢丝绳挂钩233，所述样件上设有与挂钩适配的挂孔，样件经挂孔挂设在钢丝绳挂钩233上；所述料位22处设有锥头承接部221，通过将所述样件夹持件23的锥形定位头231置于锥头承接部221实现将样件夹持件23设于料位22上。

样件夹持件23挂设在所述料位22处；所述转轴21由旋转驱动机构驱动，所述旋转驱动机构电连接主控制系统，所述主控制系统控制所述旋转驱动机构旋转设定的角度。

自动采样系统2根据主控制系统的指令将对应的待测样品旋转至就绪位置，使自动采样系统2上的取料位22与样品输送装置3的抓取机构33适配，便于样品输送装置3进行样件抓取。

样品输送装置3为XY两轴运动机构，其抓取机构33固定设置在Y轴移动件31上，Y轴移动件31又滑动设置在X轴移动件32上，进而使抓取机构33可以在X轴、Y轴组成的平面内随意移动，抓取机构33抓取样件，并运送交接给称重装置5。

抓取机构33首先从待抓取样件的旁侧沿Y轴下移至样件夹持件23的夹持头232下方，随后沿X轴朝向样件夹持件23方向移动，使样件夹持件23夹持头232下方的连杆进入抓取机构33的U型缺口处，如图9所示，抓取机构33再沿Y轴方向向上提起，抓取机构33构成U型缺口的部分抵靠在夹持头232下表面的锥面上，实现自动对中抓取，抓取机构33沿Y轴方向的移动带动样件夹持件23跟随向上移动，从而实现对样件的抓取，由于自动采样系统2提前旋转到了与称重装置5适配的方向，所以抓取机构33携带着待测样品继续沿X轴和Y轴方向移动，以便将待测样品交接给称重装置5。

所述称重装置5包括压力传感器及设于压力传感器上的挂件51，如图5所示，所述挂件51包括挂杆511及设于挂杆511末端的挂接部512，所述挂接部512包括依次固定连接的上接板5121、侧连杆5122和下接板5123，所述下接板5123上设有U型缺口，所述缺口处设有锥形定位面5124，所述挂接部512的重心与挂杆511的轴线重合，所述挂杆511的轴线与过锥形定位面5124锥顶且垂直锥底的垂线重合。

抓取机构33将样件夹持件23移动至称重装置5下接板5123的U型缺口处后，抓取机构33沿Y轴向下移动，使样件夹持件23的锥形定位头231下落至下接板5123上的锥形定位面5124上，实现样件的自动定位，抓取机构33首先沿Y轴略微下降，以脱离与夹持头232的接触，随后沿X轴后撤，保证后续称量过程中抓取机构33与称重装置5无干涉，确保样件转移到称重装置5上后，样件的重心与称重装置5的挂件51的重心位于同一条垂线上，确保测量的准确度。液体浸没装置4位于称重装置5的正下方，等待待测样件置于测量装置上后，静置3s，随后读取称重装置5测得的待测样件在空气中的称重质量，记为M1；

如图8所示，液体浸没装置4包括承装有无水乙醇的夹层烧杯41及承载夹层烧杯41做升降动作的升降装置42；还包括夹层烧杯41中液体温度的温度传感器43和夹层烧杯41中液位的液位传感器44，温度传感器43和液位传感器44检测夹层烧杯41中的无水乙醇的温度和高度是否满足试验要求，所谓满足实验要求，是指温度在规定的温度范围内，无水乙醇的液位可以完全没过待测样件，如满足要求则进行下一步操作；

液体浸没装置4中的升降装置42举托夹层烧杯41上升，将样件浸没于夹层烧杯41内的无水乙醇中，控制系统还控制升降装置42快速地、反复上下移动数次，以便将附着在样件上的气泡去除，然后再静止5s后，读取称重装置5测量的样件在液体中的称重质量，记为M2。

主控制系统根据M1、M2及已知的液体的密度ρ无水乙醇、浸入液体中钢丝绳的体积V钢丝绳、样件夹持件的质量M挂钩、挂件的质量M挂件，自动进行密度计算，并在主控制系统中存储或输出到第三方管理系统中；

公式为V样品＝【(M1-M2)/(ρ无水乙醇*g)】-V钢丝绳

样品密度＝(M1-M挂钩-M挂件)/V样品

其中V样品为测试样品体积，ρ无水乙醇为无水乙醇密度，g为重力加速度，V钢丝绳为浸没于无水乙醇中的钢丝绳的体积，钢丝绳浸入无水乙醇的体积可以通过精确控制烧杯升降的高度来控制，M挂钩为挂钩的质量，挂件为连接电子秤和挂钩、承托挂钩的结构，M挂件为挂件的质量。若无特别说明，本文中所提及的“质量”是指部件在空气中称重得到的称重质量，即电子秤的读数。

液体浸没装置4中的升降装置42举托夹层烧杯41下降，使样件裸露至空气中；

样品输送装置3抓取测试完样件并将其重新放置于对应料位22上；

自动采样系统2旋转，进行下一样件测试；

所有样件测试完成后，系统各位置回零位，并通过设备提示灯提醒所有测试结束，并输出所有测试结果。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种绝对密度测量装置，其特征在于：包括样品输送装置、液体浸没装置、称重装置及主控制系统；

所述样品输送装置用于暂存待测试的样品并根据主控制系统的指令将样品输送给称重装置；

所述称重装置用于测量样品在空气中的质量及浸没在液体中的质量，并将测量结果传送给所述主控制系统；

所述液体浸没装置用于根据主控制系统的指令，将样品浸没在已知密度的液体中；

所述主控制系统控制所述输送装置、液体浸没装置、称重装置的动作，并根据所述称重装置传递来的质量信息计算待测样品的绝对密度。

2.根据权利要求1所述的一种绝对密度测量装置，其特征在于：所述液体浸没装置包括液位传感器和温度传感器。

3.根据权利要求1或2所述的一种绝对密度测量装置，其特征在于：所述液体浸没装置包括夹层烧杯，所述夹层烧杯内注有浸没液体，所述浸没液体为无水乙醇。

4.根据权利要求1或2所述的一种绝对密度测量装置，其特征在于，还包括全封闭防护系统和恒温控制系统，所述样品输送装置、液体浸没装置、称重装置均设置在所述全封闭防护系统内，所述恒温控制系统控制所述全封闭防护系统内保持恒温。

5.根据权利要求1所述的一种绝对密度测量装置，其特征在于：所述称重装置包括压力传感器及设于压力传感器上的挂件，所述挂件包括挂杆及设于挂杆末端的挂接部，所述挂接部包括依次固定连接的上接板、侧连杆和下接板，所述下接板上设有U型缺口，所述缺口处设有锥形定位面，过所述锥形定位面的锥顶且垂直于锥底的垂线与所述挂杆的轴心重合；

还包括样件夹持件，所述样件夹持件上设有锥形定位头，所述锥形定位头与所述锥形定位面适配；所述样件与所述锥形定位头通过钢丝绳连接在一块。

6.根据权利要求1所述的一种绝对密度测量装置，其特征在于：所述主控制系统具有通讯模块，用于与外界实时通讯，传输实验数据。

7.根据权利要求1所述的一种绝对密度测量装置，其特征在于：所述输送装置为工业机械臂或两轴运动系统。

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