CN2735332Y

CN2735332Y - 无液密度、体积测量仪

Info

Publication number: CN2735332Y
Application number: CN 200420022764
Authority: CN
Inventors: 周郑; 李岩
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-05-14
Filing date: 2004-05-14
Publication date: 2005-10-19
Anticipated expiration: 2014-05-14

Abstract

本实用新型涉及一种物体的密度或体积的测量装置，特别是不借助于液体，对不规则形状的固体、胶体的密度或体积的无液密度、体积测量仪。其特点是，它包括气体压缩或扩容部件、放置被测物，并置有开启、关闭机构的容器和气体压强测量部件，三者相联通，并与外界大气隔绝。所述的气体压缩或扩容部件为带活塞的气缸。气体压强测量部件为一测量压缩前后压强值的数字式气体压强计，压强输出通过CPU转换成密度和体积显示。本无液密度、体积测量仪测试中不会对物体有任何的破坏或沾染。它的特点是使用方便，并且在理论上可达到比传统方法更高的精度。

Description

无液密度、体积测量仪

技术领域

本实用新涉及一种物体的密度或体积的测量装置，特别是不借助于液体，对不规则形状的固体、胶体的密度或体积的测量装置。

背景技术

物体的密度和体积传统的测量方法由来已久。比如对于无规则形状的固体，测量时都不外乎要浸于液体中，以排出液体的多少来求体积。虽然近年来有过一些改进，并有过一些相关的专利产品，但总的来说未见有大的改观。这一方法不仅费时，而且对于不宜浸入液体中的物体，如会与或其他液体发生化学反应或易溶解的物质，要进行测量更是麻烦。这种方法精度也难以提高，因为测体积时，所用水或其他液体倒入量筒或量杯中后，表面一般呈凹形(或凸形)，难以准确读出刻度。再者，被测物体如表面过于粗糙或有凹凸不平的槽孔时，还可能有气泡附着。这些都可能影响测量的精度。

发明内容

本实用新型的目的是为了克服物体的密度和体积传统的测量方法的困难和缺点，提供一种测量时只需将被测物体放入本实用新型的容器中加压，即刻就可得出物体的体积，进而得出密度的无液密度、体积测量仪。

本实用新型的技术方案是：一种密度、体积测量仪，其特点是，它包括气体压缩或扩容部件、放置被测物，并置有开启、关闭机构的容器和气体压强测量部件，三者相联通，并与外界大气隔绝。

所述的气体压缩或扩容部件可为带活塞的气缸。而所述的气体压强测量部件为一测量压缩前后压强值的数字式气体压强计，压强输出通过CPU转换成密度和体积显示。

测量时，将被测物体放在密闭的容器中。对容器中的气体进行压缩，对压缩后的压强值进行测量，利用气体状态方程中的等温过程或绝热过程等物理原理，通过运行所编制的计算机程序将压强值自动转换成体积值，进而得出密度值。本无液密度、体积测量仪测试中不会对物体有任何的破坏或沾染。它的特点是使用方便，并且在理论上可达到比传统方法更高的精度。

附图说明

图1为无液密度、体积测量仪结构原理图，

图2为被测物体的体积与气体被压缩后的正压值之间的关系图象。

具体实施方式

由图1所示，密度、体积测量仪，其特点是，它包括气体压缩或扩容部件1、放置被测物，并置有开启、关闭机构的容器2和气体压强测量部件3，三者相联通，并与外界大气隔绝。气体压缩或扩容部件1为带活塞的气缸。所述的气体压强测量部件3为一测量压缩前后压强值的数字式气体压强计，压强输出通过CPU转换成密度和体积显示。

我们设容器(包括管道等)的容积为V₁，气缸容积为V，被测物体的体积为V_x，外部大气压为P₀，加压后容器中气压为P，两者之差为ΔP(即气压表所显示的值)，由气体状态方程当T不变时，PV为常量：

P₀V_a＝PV_b

这里V_a为压缩前总体积，V_a＝V₁+V-V_x。V_b为压缩后总体积，V_b＝V₁-V_x。由此可得：

ΔP = P - P_{0} = (\frac{V_{a}}{V_{b}} - 1) P_{0} = (\frac{V_{1} - V_{x} + V - V_{1} + V_{x}}{V_{1} - V_{x}}) P_{0} = \frac{V}{V_{1} - V_{x}} P_{0}

或：

\frac{ΔP}{P_{0}} = \frac{V}{V_{1} - V_{x}}

即：

V_{x} = V_{1} - \frac{{VP}_{0}}{ΔP}

由此，根据V₁、V、P₀、ΔP可求出V_x。

以上直接运用玻意耳定律的方法，在我们目前的设备条件下的实际试制中尚存在着一些困难。首先，容器(包括管道等)的容积等的精确值难以求出。其次，气体压缩后由于外力作功而造成温度上升。因此，在压缩后的很短时间内，这一过程并非是一个适合于玻意耳定律的等温过程。由于技术和工艺等原因，设备在实验阶段尚难以做到完全密闭，总存在一些轻微的漏气现象。在这种情况下，压缩后如要等待其温度降至最初值，则可能因漏气而影响压强值的正确性。对此就应在尽可能短的时间内取得其压强值。这样的话就不能再将其看作一个等温过程，而应近似地看作一个所谓的绝热过程。因此难以直接由以上公式得出准确的V_x值。但不论绝热过程也好，等温过程也好。V_x与ΔP之间都应存在一个函数关系：

V_x＝f(ΔP)

由此，我们可以采用多次取样的方法，即以不同的已知体积的样品分别用此装置求出其对应的正压值(与大气压的差)，当然，采样点越多越好。它们所呈现的为一根单调递增的曲线，如图二所示。

进而我们将这一系列V_i、ΔP_i作为数据存入电脑，并用高级语言编写相关的程序。实际测试时，利用装置得出被测物体对应的压强值，将其输入电脑，利用所编程序将其与各ΔP_i进行比较。如恰与某ΔP_i值相同，则ΔP_i所对应的V_i就是被测物体的体积V_x。如ΔP_x介于ΔP_i与ΔP_i+1之间，则我们可将这一小段间隔中V_x与ΔP_x的关系当作线性关系。这基于以下数学上的理由：对于V-ΔP曲线上非常接近的两点A(V_i，ΔP_i)和B(V_i+1，ΔP_i+1)可认为曲线AB≈AB。只要我们将采样点取得足够多，线段与弧就会非常接近。由线性关系，我们有：

V_{x} = V_{i} + (V_{i + 1} - V_{i}) \frac{{ΔP}_{x} - {ΔP}_{i}}{{ΔP}_{i + 1} - {ΔP}_{i}}

当然，今后作为改进，我们也可以采用其他非线性的算法，使点(V_x，ΔP_x)与曲线更为吻合，以提高精确度。

对于V-ΔP曲线，斜率

tgθ = \frac{Δ ({ΔP}_{i})}{{ΔV}_{i}},

我们注意到斜率随V_i的增大而增大，也就是说，随着V_x逐步接近容器的体积V₁，ΔP_x的增大越来越快。

由于数字压强表的精度尚不够高(单位mmHg，不带小数)，对于与容器相比很小的被测物体，放入容器加压后会因压强值变化较小而难以准确显示出来。为提高测量精度，减小误差，我们应尽可能的沿用V-ΔP曲线右上方较陡的一段，对应于此我们可减小容器的容积。实现的方法是在容器中放置一个体积相对较大的物体，我们称之为减容块。用以减小实际容积。当然，这样我们所用的程序就需要另外一套采样数据。对于体积较小的物体，试验证明，使用减容块比不用减容块误差要明显来的小。

用数字式气体压强计直接显示的是压强值，通过CPU将其转换为密度或体积值。

Claims

1.一种无液密度、体积测量仪，其特征在于，它包括气体压缩或扩容部件(1)、放置被测物，并置有开启、关闭机构的容器(2)和气体压强测量部件(3)，三者相联通，并与外界大气隔绝。

2.根据权利要求1所述的无密度、体积测量仪，其特征在于，所述的气体压缩或扩容部件(1)为带活塞的气缸。

3.根据权利要求1所述的无密度、体积测量仪，其特征在于，所述的气体压强测量部件(3)为一测量压缩前后压强值的数字式气体压强计，压强输出通过CPU转换成密度和体积显示。