專利名稱：高精度便攜式密度測試裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于儀器儀表，主要用在化工、選礦，特別在對精度要求極高的寶石鑒定、低品位貴金屬礦石檢測、壓鑄件氣孔測定等方面。
背景技術(shù)：
在化工、選礦、物質(zhì)鑒定等領(lǐng)域中，密度是物質(zhì)最基本的常數(shù)，是生產(chǎn)和科研中經(jīng) 常使用的數(shù)據(jù)。材料密度的測量，是材料質(zhì)量控制的主要手段之一，通過密度測量可以控制 材料成分的波動和溫度等工藝條件。如在石油鉆井過程中，異常的地層孔隙壓力對于油井 是極危險的，有可能會造成井涌、井噴、井漏、井徑收縮、卡鉆等事故，存在異常地層孔隙壓 力的鉆達地層的泥巖特征表現(xiàn)為泥巖密度降低，偏離泥巖密度正常趨勢線。通過測定泥巖 密度可以預測地層異常孔隙壓力，通過實時測定泥巖密度了解鉆達地層的壓力變化及預測 可能存在的壓力異常層。實際工作中，測固體物質(zhì)密度方法主要有懸浮法、梯度法、靜力稱衡法、比重瓶法， 電子天平法測密度等，這些方法普遍存在手工操作，誤差大，人工計算麻煩，工作程序復雜， 準確性差等缺點。如電子天平密度測試裝置，其原理也是根據(jù)阿基米德原理進行設(shè)計制作的，就其 結(jié)構(gòu)分析，就會發(fā)現(xiàn)由于杠桿精度不同，會帶來一定的誤差；而物體需繩子吊住進行測量， 繩子本身的重力和所處位置的不同也會影響測量精度，且測量結(jié)果需人工計算，操作工藝 麻煩。瑞士梅特勒公司、西德沙多利斯廠均在其電子天平中，配有密度測定的附屬配件或軟 件，在電子天平上測量物體的密度和體積，但測量密度時需將電子天平墊高20-30cm，用天 平底座下的掛鉤與配件進行測定，這樣就帶來兩個缺點一是需做一個高20-30cm的穩(wěn)定 支架來支承天平，每測定一次需搬動一次，操作不便，二是支架如果沒有密封措施，測定時 易受流動空氣的干擾，影響測定精度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題和提出的技術(shù)任務(wù)是克服現(xiàn)有密度測試儀器測定精度 欠佳的缺陷，提供一種高精度便攜式密度測試裝置及方法。為此，本發(fā)明采用以下技術(shù)方 案高精度便攜式密度測試裝置，其特征是包括測量容器、可調(diào)節(jié)高度的輔助容器，所 述的輔助容器與測量容器連通，所述的測量容器置于一稱重傳感器上，該稱重傳感器與一 數(shù)顯操作器連接，所述的數(shù)顯操作器包括數(shù)據(jù)處理模塊以及與該數(shù)據(jù)處理模塊相連的輸入 模塊、寄存模塊、顯示模塊。作為優(yōu)選，所述的輔助容器通過一軟管組與所述的測量容器連通。進一步的，所述 的軟管組包括一固定的硬質(zhì)管件，該硬質(zhì)管件的兩端分別通過軟管連接所述的輔助容器、 測量容器。作為優(yōu)選，所述輔助容器置于一載物臺上，所述的載物臺連接在一高度調(diào)節(jié)機構(gòu)上。作為優(yōu)選，所述的測量容器連通有帶刻度透明管。進一步的，為所述的帶刻度透明 管配置有放大鏡。高精度密度測試方法，其特征是按照下述步驟操作(1)將連接稱重傳感器的數(shù)顯控制器清零；(2)向置于稱重傳感器上的測量容器中加入已知質(zhì)量和密度的適量溶液以能夠淹 沒被測物體，再將所述數(shù)顯控制器清零，記錄溶液液面高度；(3)將被測物體放入測量容器，操作數(shù)顯控制器將被測物體的質(zhì)量寄存入數(shù)顯控 制器；(4)降低與測量容器連通的輔助容器的高度，使測量容器內(nèi)的溶液液面與第(2) 步中的溶液液面高度一致；(5)操作數(shù)顯控制器將測量容器中被測物體和溶液的總質(zhì)量寄存入數(shù)顯控制器；(6)操作數(shù)顯控制器由數(shù)顯控制器根據(jù)下述公式計算出被測物體的密度并顯示出 來
P0^1
P物=-
m0 + W1 - m2公式中，ρ 為被測物體的密度，P ^為溶液的密度，Hitl為第⑵步向測量容器中加 入溶液的質(zhì)量,Hl1為被測物體的質(zhì)量，Hl2為第(5)步測量容器中被測物體和溶液的總質(zhì)量；在第(1)至(6)步中任意兩步之間向數(shù)顯控制器輸入加入測量容器中溶液的質(zhì)量 和密度。本發(fā)明的有益效果是1、操作簡便，密度測定不用人工計算，通過模塊設(shè)計，直接數(shù)字顯示固體密度，測 量速度快，測定過程簡單，測量精度高，密度誤差不大于士0. ；不僅可以測任意形狀固體 的密度，而且可以測量物體的質(zhì)量。2、測試裝置構(gòu)造簡單、輕便，便于拆卸攜帶，制造成本低；耗電量小，安全密封，適 合于野外操作。3、本儀器不僅能在化工、選礦、物質(zhì)鑒定等領(lǐng)域應(yīng)用，而且可以用在對精度要求極 高的寶石鑒定、低品位貴金屬礦石檢測、壓鑄件氣孔測定等方面廣泛應(yīng)用。


圖1是本發(fā)明的一種結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是向本發(fā)明的測試裝置中加入已知質(zhì)量和密度適量溶液的示意圖。圖3是向本發(fā)明的測試裝置中放入被測物體的示意圖。圖4是將本發(fā)明測試裝置的輔助容器降低位置的示意圖。圖中標號說明1-測量容器，2-輔助容器，3-稱重傳感器，4-數(shù)顯操作器，5-硬質(zhì)管件，6_軟管， 7-載物臺，8-精調(diào)螺母，9-粗調(diào)螺母，10-支架，11-帶刻度透明管，12-放大鏡，13-被測物 體。
具體實施例方式以下結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明做進一步說明。本發(fā)明的高精度便攜式密度測試裝置，如圖1所示，其包括連通的測量容器1和可 調(diào)節(jié)高度的輔助容器2，測量容器1置于一稱重傳感器3上，該稱重傳感器3與一數(shù)顯操作 器4連接，數(shù)顯操作器4包括數(shù)據(jù)處理模塊以及與該數(shù)據(jù)處理模塊相連的輸入模塊、寄存模 塊、顯示模塊。其中，數(shù)據(jù)處理模塊用于對相關(guān)數(shù)據(jù)進行運算，輸入模塊用于輸入數(shù)據(jù)，寄存 模塊用于寄存數(shù)據(jù)，顯示模塊用于顯示數(shù)據(jù)。作為對上述技術(shù)方案的進一步完善和補充，本發(fā)明的高精度便攜式密度測試裝置 還包括以下附加的技術(shù)特征，雖然圖1包含了以下所有附加技術(shù)特征，是本發(fā)明的較佳實 施例，但是本發(fā)明并不限于該情形，在實施本發(fā)明時根據(jù)具體作用將它們選用在上段所述 的技術(shù)方案上輔助容器2通過一軟管組與測量容器1連通，便于調(diào)節(jié)輔助容器2的高度；進一步 的，該軟管組包括一固定的硬質(zhì)管件5 (如通過支架固定)，該硬質(zhì)管件5的兩端分別通過軟 管6連接輔助容器2、測量容器1，以避免調(diào)節(jié)輔助容器的高度時影響稱重傳感器的準確測量。輔助容器2置于一載物臺7上，載物臺7連接在一高度調(diào)節(jié)機構(gòu)上，通過高度調(diào)節(jié) 機構(gòu)可以對載物臺7進行精確的調(diào)節(jié)，具體的，該高度調(diào)節(jié)機構(gòu)可以是與載物臺連接的精 調(diào)螺母8、粗調(diào)螺母9、支架10，通過粗調(diào)螺母9可以在支架10上快速調(diào)節(jié)，通過精調(diào)螺母8 可以對載物臺7精確調(diào)節(jié)。測量容器1連通有帶刻度透明管11。以便通過帶刻度透明管11讀取測量容器1 中溶液的液面位置。為了保證準確讀取數(shù)據(jù)，為帶刻度透明管11配置有放大鏡12。該高精度便攜式密度測試裝置，構(gòu)造簡單，便于拆卸攜帶，制造成本低。不僅能在 化工、選礦、物質(zhì)鑒定等領(lǐng)域應(yīng)用，而且可以用在對精度要求極高的寶石鑒定、低品位貴金 屬礦石檢測、壓鑄件氣孔測定等方面廣泛應(yīng)用。利用本發(fā)明的高精度便攜式密度測試裝置測量物體密度時，可按照以下步驟進 行(1)將連接稱重傳感器3的數(shù)顯控制器4清零；(2)向置于稱重傳感器3上的測量容器1中加入已知質(zhì)量mQ和密度P Q的適量溶 液以能夠淹沒被測物體13且不至于放入被測物體后溶液溢出，再將數(shù)顯控制器4清零，記 錄溶液液面高度Hl，參見圖2 ；(3)將被測物體13放入測量容器1，參見圖3，此時溶液將被測物體13淹沒，溶液 液面上升至高度H2，操作數(shù)顯控制器4將被測物體13的質(zhì)量ml寄存入數(shù)顯控制器4 ；(4)降低與測量容器1連通的輔助容器2的高度，直至測量容器1內(nèi)的溶液液面與 第(2)步中的溶液液面高度一致，參見圖4，此時溶液液面的高度為H1，但由于輔助容器的 降低，測量容器1內(nèi)的溶液流入輔助容器2，這些從測量容器流入輔助容器的溶液就是被測 物體的體積V物；(5)操作數(shù)顯控制器4將測量容器1中被測物體13和溶液的總質(zhì)量m2寄存入數(shù) 顯控制器4 ；
(6)操作數(shù)顯控制器4由數(shù)顯控制器根據(jù)下述公式計算(該計算公式通過)出被
測物體的密度并顯示出來 <formula>formula see original document page 6</formula>公式中，P 為被測物體的密度，P ^為溶液的密度，Hitl為第⑵步向測量容器中加 入溶液的質(zhì)量,Hl1為被測物體的質(zhì)量，Hl2為第(5)步測量容器中被測物體和溶液的總質(zhì)量；在第(1)至(6)步中任意兩步之間向數(shù)顯控制器輸入加入測量容器中溶液的質(zhì)量 m0和密度P0。其中的公式(A)，是按照被測物體受到的浮力等于被排出溶液的重力，并通過下述 兩個公式得來的<formula>formula see original document page 6</formula>其中，V物為被測物體的體積，F(xiàn)浮為被測物體受到的浮力，Vft為從測量容器流入輔 助容器的溶液的體積，^+Hl1-Hl2)為從測量容器流入輔助容器的溶液的質(zhì)量，Vft等于V_。
權(quán)利要求
高精度便攜式密度測試裝置，其特征是包括測量容器(1)、可調(diào)節(jié)高度的輔助容器(2)，所述的輔助容器(2)與測量容器(1)連通，所述的測量容器(1)置于一稱重傳感器(3)上，該稱重傳感器(3)與一數(shù)顯操作器(4)連接，所述的數(shù)顯操作器(4)包括數(shù)據(jù)處理模塊以及與該數(shù)據(jù)處理模塊相連的輸入模塊、寄存模塊、顯示模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度便攜式密度測試裝置，其特征是所述的輔助容器(2) 通過一軟管組與所述的測量容器(1)連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高精度便攜式密度測試裝置，其特征是所述的軟管組包括一 固定的硬質(zhì)管件(5)，該硬質(zhì)管件(5)的兩端分別通過軟管(6)連接所述的輔助容器(2)、 測量容器(1)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度便攜式密度測試裝置，其特征是所述輔助容器(2)置 于一載物臺(7)上，所述的載物臺(7)連接在一高度調(diào)節(jié)機構(gòu)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度便攜式密度測試裝置，其特征是所述的測量容器(1) 連通有帶刻度透明管(11)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高精度便攜式密度測試裝置，其特征是為所述的帶刻度透明 管(11)配置有放大鏡(12)。
7.高精度密度測試方法，其特征是按照下述步驟操作(1)將連接稱重傳感器(3)的數(shù)顯控制器(4)清零；(2)向置于稱重傳感器(3)上的測量容器(1)中加入已知質(zhì)量和密度的適量溶液以能 夠淹沒被測物體，再將所述數(shù)顯控制器(4)清零，記錄溶液液面高度；(3)將被測物體(13)放入測量容器(1)，操作數(shù)顯控制器(4)將被測物體(13)的質(zhì)量 寄存入數(shù)顯控制器(4)；(4)降低與測量容器(1)連通的輔助容器(2)的高度，使測量容器內(nèi)的溶液液面與第 (2)步中的溶液液面高度一致；(5)操作數(shù)顯控制器⑷將測量容器⑴中被測物體(13)和溶液的總質(zhì)量寄存入數(shù)顯 控制器⑷；(6)操作數(shù)顯控制器(4)由數(shù)顯控制器根據(jù)下述公式計算出被測物體的密度并顯示出來<formula>formula see original document page 0</formula>公式中，P ft為被測物體的密度，P ^為溶液的密度，Hltl為第(2)步向測量容器中加入溶 液的質(zhì)量，Hl1為被測物體的質(zhì)量，Hl2為第(5)步測量容器中被測物體和溶液的總質(zhì)量； 在第(1)至(6)步中任意兩步之間向數(shù)顯控制器輸入加入測量容器中溶液的質(zhì)量和密度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高精度便攜式密度測試裝置，屬于儀器儀表，現(xiàn)有密度測試儀器測定精度欠佳，本發(fā)明包括測量容器、可調(diào)節(jié)高度的輔助容器，所述的輔助容器與測量容器連通，所述的測量容器置于一稱重傳感器上，該稱重傳感器與一數(shù)顯操作器連接，所述的數(shù)顯操作器包括數(shù)據(jù)處理模塊以及與該數(shù)據(jù)處理模塊相連的輸入模塊、寄存模塊、顯示模塊。其操作簡便，密度測定不用人工計算，可以實現(xiàn)數(shù)顯，測量速度快，測量精度高；測試裝置構(gòu)造簡單，便于拆卸攜帶，制造成本低；本儀器不僅能在化工、選礦、物質(zhì)鑒定等領(lǐng)域應(yīng)用，而且可以用在對精度要求極高的寶石鑒定、低品位貴金屬礦石檢測、壓鑄件氣孔測定等方面廣泛應(yīng)用。
文檔編號G01N9/08GK101813597SQ20101014474
公開日2010年8月25日 申請日期2010年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月13日
發(fā)明者閆焉服 申請人:萬豐奧特控股集團有限公司;河南科技大學