專利名稱：便攜式密度計及密度測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及固體和液體的密度的測量方法和設(shè)備，特別涉及固體密度的現(xiàn)場測量。
物質(zhì)密度的測量是一項重要的測量工作，現(xiàn)已發(fā)展了多種測量方法和測量技術(shù)，主要分為固體密度測量法，液體密度測量法和氣體密度測量法?！睹芏葴y量技術(shù)》(廉育英編，機械工業(yè)出版社出版，1982年5月，北京第一版)系統(tǒng)敘述了物質(zhì)密度的測量技術(shù)，其中固體密度測量方法中常用的主要有表1所列的幾種方法表1 常用固體密度測量法
表1中幾種現(xiàn)有固體密度測量方法都存在一個共同的問題，即密度的測量一般情況下都必須在實驗室中進行，而不能進行現(xiàn)場測量。在野外科學(xué)考查和在市場上進行室石、貴重金屬首飾貿(mào)易時，人們迫切需要一種便于隨身攜帶，測量快速、方便、準(zhǔn)確的固體密度計來及時地對礦物、寶石、首飾等固體物質(zhì)作出準(zhǔn)確的鑒定，而不要花很長的時間專門到實驗室去鑒定。上述現(xiàn)有方法就不能完成此任務(wù)。
中國專利申請公開說明書CN86108558A公開了一種“快速固體密度(比重)測定儀”，其原理是利用彈簧稱分別測量被測物體在空氣和在水中的重量，然后根據(jù)浮力定律計算出物體比重。其基本原理與實驗室中的天平測密度法是完全一樣的，只是將天平換成了彈簧稱。此方法的缺點是(1)彈簧稱的精度相當(dāng)差(一般不用于料學(xué)儀器上)，這給鑒定被測物體帶來困難，難于用于寶石、首飾等貴重物體的鑒定;(2)彈簧稱的測量結(jié)果與大地重力加速度有，而各地的重力加速度不一樣，因此測量結(jié)果受地理位置的影響;(3)彈簧稱的測量結(jié)果易受時間，環(huán)境和使用次數(shù)的影響。
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提出一種新的密度測量方法，并依據(jù)此方法設(shè)計一種便攜式密度計。該密度計能在現(xiàn)場方便、快速、準(zhǔn)確地測量固體和液體的密度，以滿足野外科學(xué)考察和珠寶、首飾現(xiàn)場貿(mào)易的需要。
本發(fā)明的技術(shù)方案是綜合應(yīng)用阿基米德原理和波義耳定律，通過體積可變的浮筒在載有和不載有待測物體時在兩種不同密度的液體介質(zhì)中達到浮力與重力平衡時，測定液體的靜壓力，并依此來計算待測物體的密度。
本發(fā)明的便攜式密度計由一個液壓系統(tǒng)(1)、第一浮室(2)和第二浮室(3)組成，液壓系統(tǒng)(1)與第一浮室(2)之間采用螺紋密封膠合方式連接，第一浮室(2)與第二浮室(3)之間通過螺紋加橡膠密封圈(3-2)活動密封連接;所說的液壓系統(tǒng)(1)有一個儲液腔(1-1)，在儲液腔的(1-1)頂部有一個通氣閥(1-2)，在儲液腔(1-1)的外側(cè)面有一個微型計算器(1-3)，與儲液腔(1-1)相鄰，分別有一個液體壓力指示器(1-5)和加壓液缸(1-8)，在液壓指示器(1-5)與第一浮室(2)之間有一聯(lián)通管(1-6)，聯(lián)通管(1-6)還與泄壓閥(1-7)相聯(lián)通，泄壓閥(1-7)帶有一個球型閥門(1-11)和一個與儲液腔(1-1)相通的回液管(1-12)，所說的加壓液缸(1-8)分別有一個與儲液腔(1-1)相通的單向進液管(1-9)和一個與第一浮室(2)相通的單向出液管(1-10)，加壓液缸(1-8)內(nèi)還有一個加壓活塞(1-13)，它通過連桿(1-14)和液壓加壓桿(1-4)相連接;第一浮室(2)內(nèi)有一個浮筒(2-2)，浮筒(2-2)內(nèi)有一個滑動密封活塞(2-3)，活塞(2-3)的下部為體積可變的氣體腔室(2-4)，樣品盒(2-5)固定于浮筒(2-2)的底端，樣品盒(2-5)的壁上開有一個或多個通孔(2-6)，以便于液體的浸入，在第一浮室(2)的壁上設(shè)有一個浮筒(2-2)的位置觀察窗(2-1)，第一浮室(2)與浮筒(2-2)之間的空腔為盛第一種液體的腔室(2-7)。第二浮室(3)內(nèi)也有一個浮筒(3-5)，浮筒(3-5)內(nèi)有一個滑動密封活塞(3-6)，活塞(3-6)的下部為體積可變的氣體腔室(3-7)，樣品盒(3-8)固定于浮筒(3-5)的底端，樣品盒(3-8)的壁上開有一個或多個通孔(3-11)，以便于液體的浸入，第二浮室(3)和浮筒(3-5)之間的空腔為盛放第二種液體的腔室(3-12)，第二浮室(3)的下方有一個裝卸樣品的蓋子(3-10)，蓋子(3-10)與第二浮室(3)螺紋連接，其間有一密封橡膠片(3-9);在第二浮室(3)內(nèi)上部有一個起壓力傳遞器作用的滑動密封活塞(3-3)，活塞(3-3)既可將第一浮室和第二浮室內(nèi)的液體隔離，又可將第一浮室內(nèi)液體的壓力傳遞到第二浮室的液體中;在第二浮室(3)的頂端有一塊活塞(3-3)的擋片(3-1)，擋片(3-1)與第二浮室(3)之間膠合連接;在第二浮室(3)的壁上有一個浮筒(3-5)的位置觀察窗(3-4)。
最好所說的第一浮室(2)和第二浮室(3)由金屬材料或塑料、有機玻璃制成。所說的壓力指示器(1-5)可以是市售的機械式液壓表，也可以用帶顯示裝置的壓力傳感器，所說的微型計算器(1-3)是市售的微型計算器。
本發(fā)明的密度測量方法是，利用上面所說的便攜式密度計，在第一浮室與第二浮室中分別盛密度不同、但數(shù)值已知的兩種不同的液體，被測固體樣品置于樣品盒內(nèi)，調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)壓力，先后分別改變兩個浮室內(nèi)帶有固體樣品與不帶樣品情況下的浮筒體積，使浮筒整體平均密度同所在浮室內(nèi)液體密度相同，從而使浮筒于所在的液體之中，記錄此時的液體壓力。根據(jù)阿基米德原理和波義耳定律，經(jīng)過推導(dǎo)，按照(1)式計算被測固體樣品的密度ρx＝ (C2-C1)/(C2ρ2-C1ρ1) ρ1ρ2 (1)其中ρx、ρ1、ρ2分別是被測固體樣品、液體1和液體2的密度，C1＝ (P″1-P′1)/(P″1P′1) (2)C2＝ (P″2-P′2)/(P″2P′2) (3)式(2)、(3)中P″1、P′1分別是第一浮室中無樣品和有樣品情況下浮筒浮于液體1中時液體的壓力數(shù)值;P″2、P′2分別是第二浮室中無樣品和有樣品情況下浮筒浮于液體2中時液體的壓力數(shù)值。
測量液體密度時，將被測液體盛于第二浮室中(即為液體2)，其測量方法與上面固體密度測量一樣，只是此時固體樣品的密度是已知的，被測液體的密度ρ2按下式計算ρ2＝ (C1ρ1ρ2)/((C1-C2)ρ1+C2ρx) (4)式(4)中各符號的意義與式(1)、(2)、(3)相同。
鑒于(1)式的推導(dǎo)過程比較復(fù)雜，在這里省去了推導(dǎo)過程。
本發(fā)明便攜式密度計的具體使用方法如下1、擰開泄壓閥(1-7)，使壓力指示器回到“0”，再關(guān)緊泄壓閥。
2、擰緊通氣閥(1-2)，即關(guān)閉儲液腔(1-1)。
3、將密度計上下翻個身，打開第一浮室的裝樣品口，即使第一浮室與第二浮室分離，將被測樣品置于樣品盒(2-5)內(nèi)。
4、再使第一浮室同第二浮室密封連接。
5、將密度計再上下翻個身，回到如

圖1位置。
6、擰開通氣閥(1-2)。
7、反復(fù)壓動加壓桿(1-4)，使液體壓力緩慢增加。
8、當(dāng)?shù)谝桓∈抑懈⊥蚕侣洳⒏∮谝后w1中時，記錄此時的壓力數(shù)值P′1。
9、繼續(xù)加壓，當(dāng)?shù)诙∈抑械母⊥蚕侣洳⒏∮谝后w2中時，記錄這時的液體壓力數(shù)值P″2。
10、重復(fù)1-4的步驟，把樣品從第一浮室中取出。
11、再打開裝卸樣品蓋子(3-10)，把樣品放到第二浮室的樣品盒(3-8)中。
12、重復(fù)5-9步驟，測出壓力數(shù)值P″1和P′2。
13、將測得的P′1、P″1、P′2、P″2代入式(1)中，用微型計算器算出被測樣品的密度ρx。
14、液體密度的測量方法與固體完全一樣，只需把第二浮室的標(biāo)準(zhǔn)液體換成被測液體，固體樣品使用已知密度的標(biāo)準(zhǔn)樣品即可。
使用本發(fā)明密度計，所用液體應(yīng)不與所接觸的零部件發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有如下優(yōu)點1、本發(fā)明密度計體積小，重量輕、攜帶方便，其大小相當(dāng)于一個1號電池手電筒。
2、設(shè)計上采用壓力傳遞器，因而只需使用一個加壓器就可對兩種液體加壓，每次操作便可獲得必需的4個壓力數(shù)據(jù)，然后根據(jù)公式(1)計算出固體密度。
3、浮筒采用滑動活塞結(jié)構(gòu)，消除了浮筒外套對內(nèi)部氣體的附加作用力。
4、將微型計算器與密度計合為一體，方便計算。
下面結(jié)合附圖(也是本發(fā)明的實施例)對本發(fā)明作進一步描述。
圖1是本發(fā)明密度計的立體正視剖面圖。
圖2是液壓系統(tǒng)的后視剖面圖。
圖中(1)是液壓系統(tǒng)，(2)是第一浮室，(3)是第二浮室。在液壓系統(tǒng)中，(1-1)是儲液腔，(1-2)是通氣閥，(1-3)是微型計算器，(1-4)是液壓加壓桿，(1-5)是液壓指示器，(1-6)是聯(lián)通管，(1-7)是泄壓閥，(1-8)是加壓液缸，(1-9)是加壓液缸(1-8)的單向進液管，(1-10)是加壓液缸(1-8)的單向出液管，(1-11)是泄壓閥中的球形閥門，(1-12)是回液管，(1-13)是加壓液缸的加壓活塞，(1-14)是加壓活塞(1-13)與加壓桿(1-4)之間的連桿。第一浮室(2)中，(2-1)是第一浮室中浮筒(2-2)的位置察窗，(2-2)是浮筒，(2-3)是浮筒(2-2)內(nèi)的滑動密封活塞，(2-4)是浮筒(2-2)內(nèi)的體積可變氣體腔室，(2-5)是第一浮室中的樣品盒，(2-6)是樣品盒(2-5)壁上的通孔，(2-7)是第一浮室內(nèi)盛放液體的腔室。在第二浮室(3)內(nèi)，(3-1)是擋片，(3-2)是第一浮室與第二室間的橡膠密封圈，(3-3)是起壓力傳遞器作用的滑動密封活塞，(3-4)是第二浮室內(nèi)浮筒(3-5)的位置觀察窗，(3-5)是浮筒，(3-6)是浮筒(3-5)的滑動密封活塞，(3-7)是浮筒(3-5)內(nèi)體積可變的氣體腔室，(3-8)是樣品盒，(3-9)是密封橡膠片，(3-10)是第二浮室的裝樣品蓋，(3-11)是樣品盒(3-8)壁上的通孔，(3-12)是第二浮室內(nèi)盛放液體的腔室。
權(quán)利要求
1.一種測量固體和液體密度的便攜式密度計，其特征是由一個液壓系統(tǒng)(1)、第一浮室(2)和第二浮室(3)組成，液壓系統(tǒng)(1)與第一浮室(2)之間采用螺紋密封膠合方式連接，第一浮室(2)與第二浮室(3)之間通過螺紋加橡膠密封圈(3-2)活動密封連接；所說的液壓系統(tǒng)(1)有一個儲液腔(1-1)，在儲液腔(1-1)頂部有一個通氣閥(1-2)，在儲液腔(1-1)的外側(cè)面有一個微型計算器(1-3)，與儲液腔(1-1)相鄰，分別有一個液體壓力指示器(1-5)和加壓液缸(1-8)，在液壓指示器(1-5)與第一浮室(2)之間有一聯(lián)通管(1-6)，聯(lián)通管(1-6)還與泄壓閥(1-7)相聯(lián)通，泄壓閥(1-7)帶有一個球型閥門(1-11)和一個與儲液腔(1-1)相通的回液管(1-12)，所說的加壓液缸(1-8)分別有一個與儲液腔(1-1)相通的單向進液管(1-9)和一個與第一浮室(2)相通的單向出液管(1-10)，加壓液缸(1-8)內(nèi)還有一個加壓活塞(1-13)，它通過連桿(1-14)和液壓加壓桿(1-4)相連接；第一浮室(2)內(nèi)有一個浮筒(2-2)，浮筒(2-2)內(nèi)有一個滑動密封活塞(2-3)，活塞(2-3)的下部為體積可變的氣體腔室(2-4)，樣品盒(2-5)固定于浮筒(2-2)的底端，樣品盒(2-5)的壁上開有一個或多個通孔(2-6)，在第一浮室(2)的壁上設(shè)有一個浮筒(2-2)的位置觀察窗(2-1)，第一浮室(2)與浮筒(2-2)之間的空腔為盛第一種液體的腔室(2-7)；第二浮室(3)內(nèi)也有一個浮筒(3-5)，浮筒(3-5)內(nèi)有一個滑動密封活塞(3-6)，活塞(3-6)的下部為體積可變的氣體腔室(3-7)，樣品盒(3-8)固定于浮筒(3-5)的底端，樣品盒(3-8)的壁上開有一個或多個通孔(3-11)，第二浮室(3)和浮筒(3-5)之間的空腔為盛放第二種液體的腔室(3-12)，第二浮室(3)的下方有一個裝卸樣品的蓋子(3-10)，蓋子(3-10)與第二浮室(3)螺紋連接，其間有一密封橡膠片(3-9)，在第二浮室(3)內(nèi)上部有一個起壓力傳遞器作用的滑動密封活塞(3-3)，在第二浮室(3)的頂端有一塊擋片(3-1)，擋片(3-1)與第二浮室之間膠合連接，在第二浮室的壁上有一個浮筒(3-5)的位置觀察窗(3-4)。
2.如權(quán)利要求1的便攜式密度計，其特征是所說的第一浮室和第二浮室是由金屬材料或塑料、有機玻璃制成的。
3.如權(quán)利要求1和2的便攜式密度計，其特征是所說的液體壓力指示器(1-5)可以是市售的機械式壓力表或帶顯示裝置的壓力傳感器，所說的微型計算器是市售的微型計算器。
4.一種測量固體和液體密度的方法，其特征是所說的方法包括A、提供一個如權(quán)利要求1所說的便攜式密度計，并在所說的密度計的第一浮室和第二浮室中分別盛放密度不同但數(shù)值已知的兩種不同的液體;B、調(diào)節(jié)所說的密度計的液壓系統(tǒng)的壓力，先后分別改變兩個浮室內(nèi)帶有固體樣品與不帶樣品的情況下的浮筒體積，使浮筒整體平均密度同所在浮室內(nèi)的液體密度相同，從而使浮筒浮于所在液體中，記錄此時的液體壓力;C、應(yīng)用阿基米德原理和波義耳定律，按照下面推導(dǎo)的公式(1)計算被測固體樣品的密度ρx＝ (C2-C1)/(C2ρ2-C1ρ1) ρ1ρ2 (1)其中ρx、ρ1、ρ2分別是被測固體樣品、液體1和液體2的密度，C1＝ (P″1-P′1)/(P″1P′1) (2)C2＝ (P″2-P′2)/(P″2P′2) (3)式(2)、(3)中P″1、P′1分別是第一浮室中無樣品和有樣品情況下浮筒浮于液體1中時液體的壓力數(shù)值;P″2、P′2分別是第二浮室中無樣品和有樣品情況下浮筒浮于液體2中時液體的壓力數(shù)值，D、測量液體密度時，將被測液體盛于第二浮室中，其測量方法與B工序相同，然后按下列公式計算被測液體的密度ρ2ρ2＝ (C1ρ1ρ2)/((C1-C2)ρ1+C2ρx) (4)式(4)中各符號的意義與式(1)、(2)、(3)相同，但此時的固體樣品的密度應(yīng)是已知的。
全文摘要
一種便攜式密度計及密度測量方法，其特征是所說的密度計由液壓系統(tǒng)、第一浮室和第二浮室三部分組成，液壓系統(tǒng)與第一浮室間有聯(lián)通管相通，第一浮室與第二浮室間由一起壓力傳遞器作用的滑動密封活塞隔離，第一浮室中液體壓力可由所說的滑動密封活塞傳遞到第二浮室的液體中。所說的密度測量方法，是利用所說的密度計，通過二浮室中體積可變的浮筒在有樣品和無樣品情況下浮于兩種不同密度的液體之中時，測定液體的壓力，并依此計算被測物體的密度。
文檔編號G01N9/26GK1084272SQ92110788
公開日1994年3月23日 申請日期1992年9月14日 優(yōu)先權(quán)日1992年9月14日
發(fā)明者童澤新 申請人:童澤新