CN106153496A - ***压制产品自动快速批量密度测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种***压制产品自动快速批量密度测量装置及方法，该装置包括底座板、防爆伺服直线电机、载物台、浮力量杯、水平台，水平台上放置电子天平，电子天平的秤盘下端连接浮力柱，浮力柱从水平台中部的穿孔穿过并竖直悬挂在浮力量杯正上方，浮力量杯中盛有蒸馏水；电子天平具有载物台高度调节模块、空重测量模块、浮重测量模块、温度检测与密度匹配模块、密度自动计算模块和显示模块。本发明以排水法测定样品对浮力柱造成的浮力，经过换算获得各发样品的体积，利用电子天平获得各发样品的重量，然后计算出密度。本发明所述装置的结构简单，能够自动计算和批量测量固体物质如***药柱的密度。

Description

***压制产品自动快速批量密度测量装置及方法

技术领域

本发明的实施方式涉及固体密度测量领域，更具体地，本发明的实施方式涉及一种***压制产品自动快速批量密度测量装置及方法。

背景技术

排水法是测定密度的主要方法，其基于阿基米德原理，即物体在空气和水中的质量差表现为浮力，它相应于排开同体积水的质量，但目前的样品悬挂排水法需要采用极细的线绳捆绑或极细金属丝网兜盛放，且每次仅能测量一发样品的密度，测量步骤繁琐且效率很低，也不能去除线绳或金属丝直径造成的误差。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供一种***压制产品自动快速批量密度测量装置及方法，以期望可以解决固体密度测量效率低，密度测量的精度有待提高的问题。

为解决上述的技术问题，本发明的一种实施方式采用以下技术方案：

一种***压制产品自动快速批量密度测量装置，它包括底座板，固定在底座板上的防爆伺服直线电机、由防爆伺服直线电机控制升降的载物台、放置在载物台上的浮力量杯、中部具有穿孔且与底座板平行的水平台，所述水平台与底座板之间形成固定连接关系，所述水平台上放置电子天平，所述电子天平的秤盘下端连接浮力柱，所述浮力柱从水平台中部的穿孔穿过并竖直悬挂在浮力量杯正上方，所述浮力量杯中盛有蒸馏水；所述电子天平具有以下结构：

载物台高度调节模块：根据浮力量杯的高度、浮力量杯中液面的高度和浮力柱的有效长度，计算载物台应当调节的高度，然后控制启动防爆伺服直线电机调整载物台的高度，使浮力柱的底端没入水面以下；

空重测量模块：用于样品置于空气中时的质量测量，即当每发样品依次被放置到电子天平的载物台上时，分别记载每发样品的重量M₁/M₂/M₃……/M_n；

浮重测量模块：用于测量样品置于蒸馏水中时浮力柱所受浮力造成的等效质量，即当每发样品依次被放置到盛有适量水的浮力量杯中时，每放一发样品到浮力量杯中则记载一次浮力柱受到的总浮力，直到所有样品全都放入浮力量杯中为止，得到浮力F₁/F₂/F₃……/F_n；根据浮力F₁/F₂/F₃……/F_n计算每发样品引起浮力柱所受浮力对应的质量M₁’/M₂’/M₃’……/M_n’；

温度检测与密度匹配模块：用于检测浮力量杯中的水的实时温度，并根据检测结果获得水的实时密度ρ_水；

密度自动计算模块：基于阿基米德原理，根据每发样品的空重M₁/M₂/M₃……/M_n、浮重M₁’/M₂’/M₃’……/M_n’和测量温度下水的实时密度ρ_水自动计算每发样品的密度；

显示模块：用于在测量每发样品的空重时，显示每发样品的空重M₁/M₂/M₃……/M_n；在测量每发样品的浮重时，显示每发样品的浮重M₁’/M₂’/M₃’……/M_n’；以及在自动计算每发样品的密度后显示计算结果。

上述***压制产品自动快速批量密度测量装置中，所述浮力柱是采用PVC材料加工成的中空圆柱，其上端通过螺杆与电子天平的秤盘可拆卸式连接。

根据权利要求1所述的***压制产品自动快速批量密度测量装置，其特征在于所述每发样品的浮重的计算公式为：当n＝1时，M_n’＝F₁/g；当n≥2时，M_n’＝(F_n-F_n-1)/g，其中M_n’为第n发样品的浮重，F_n、F_n-1分别为测量第n、n-1发样品的浮重时浮力柱所受的总浮力。

上述***压制产品自动快速批量密度测量装置中，所述温度检测与密度匹配模块内储存有蒸馏水密度表，并且该模块与温度传感器(111)连接所述温度传感器竖直设置在浮力量杯内缘。

上述***压制产品自动快速批量密度测量装置中，所述自动计算每发样品的密度的计算公式为ρ_n＝ρ_水M_nd²/[M_n’(D²-d²-u²)]，其中ρ_n为第n发样品的密度，M_n、M_n’分别为第n发样品的空重和浮重，d为浮力柱的横截面直径，D为浮力量杯的横截面直径，u为温度传感器的横截面直径。

上述***压制产品自动快速批量密度测量装置中，该装置还设置了空重测量按钮、浮重测量按钮、密度计算按钮、用于确认空重测量或浮重测量过程结束的确认按钮，以及用于启动天平将浮力柱所受浮力转化为等效质量的读数按钮。

上述***压制产品自动快速批量密度测量装置中，所述水平台与底座板之间通过棍形支柱连接固定，或者在水平台与底座板之间设置侧壁结构使水平台、底座板与侧壁结构之间形成密封空间，该侧壁结构上设置活动窗以便于在密封空间内取放物品。

本发明还提供了上述***压制产品自动快速批量密度测量方法，它采用上述装置，并包括以下步骤：

(1)打开电子天平电源，***自动读取浮力量杯中蒸馏水的当前水温，并查找当前水温在蒸馏水密度表中对应的密度；接着在电子天平***面板输入浮力柱直径和有效长度、温度传感器直径、烧杯高度、液面高度；所述浮力柱的底端没入水面以下；然后***进行初始化，所述初始化包括天平质量清零和载物台高度归零；

(2)启动空重测量，依次将待测样品放置在电子天平的空重测量杯内，分别测得重量M₁/M₂/M₃……/M_n，结束空重测量，然后取出样品；接着启动浮重测量，将待测样品放入浮力量杯内，待天平读数稳定后，读取样品放入后浮力柱所受浮力对应的等效质量，此时不取出上一发待测样品，继续放入下一发待测样品到浮力量杯中，按照相同的方法获得等效质量，所得等效质量即为对应样品的浮重，以此类推测得每发样品浮重M₁’/M₂’/M₃’……/M_n’，结束浮重测量，然后取出样品；

(3)启动样品密度计算，***自动计算每发样品的密度。

下面对本发明的技术方案进行进一步的说明。

本发明所述浮力柱采用中空轻质防水材料制成，用于替代传统悬吊样品的线绳和金属网兜，直接承受样品放入烧杯后水位升降引起的浮力变化，进而计算出样品的体积。由于省去采用很细的塑料绳捆绑样品或采用不锈钢金属网兜盛放小尺寸样品及不易捆绑的样品，应用浮力柱结构可以大大提高样品放置效率，且可以去除细绳和悬挂金属网兜金属丝直径造成的浮力变化误差，进而提高测量精度。此外，由于样品不用捆绑，因此可以连续放入多个样品进行测量，进而实现样品密度批量计算。

基本原理

以M_n’代表第n发样品的浮重，F_n、F_n-1分别代表测量第n、n-1发样品的浮重时浮力柱所受的总浮力，那么：

F₁＝M₁’g；

F₂＝M₁’g+M₂’g；

F₃＝M₁’g+M₂’g+M₃’g；

……

F_n＝M₁’g+M₂’g+M₃’g+……+M_n’g；

由上面一些列计算式换算可得：

当n＝1时，M_n’＝F₁/g；当n≥2时，M_n’＝(F_n-F_n-1)/g。

当所有样品的空重和浮重都测量出来后，天平自动进行计算，计算原理如下：

设浮力柱直径为d、浮力量杯内径为D，温度传感器的横截面直径为u，待测样品的体积为V，则浮力圆柱横截面积S₂＝πd²/4，量杯内液面面积为S₁＝πD²/4-πd²/4-πu²/4。

浮力柱所受浮力F＝ρ_水gV(S₂/S₁)，浮力F对应的质量为M’，则：

ρ_水gV(S₂/S₁)＝M’g；

ρ_水V(S₂/S₁)＝M’；

令ρ_水(S₂/S₁)＝k，则：

kV＝M’；

设待测样品的体积依次为V₁/V₂/V₃……/V_n，待测样品的浮重依次为M₁’/M₂’/M₃’……/M_n’，则有：

kV₁＝M₁’；

kV₂＝M₂’；

kV₃＝M₃’；

……

kV_n＝M_n’；

根据上述计算式得出每发样品的体积：

V₁＝M₁’/k；

V₂＝M₂’/k；

V₃＝M₃’/k；

……

V_n＝M_n’/k；

根据每发样品的质量M₁/M₂/M₃……/M_n和体积V₁/V₂/V₃……/V_n计算每发样品的密度：

ρ₁＝M₁/V₁＝M₁k/M₁’；

ρ₂＝M₂/V₂＝M₂k/M₂’；

ρ₃＝M₃/V₃＝M₃k/M₃’；

……

ρ_n＝M_n/V_n＝M_nk/M_n’；

即ρ_n＝(M_n/M_n’)·ρ_水(S₂/S₁)＝ρ_水·(M_n/M_n’)·[(πd²/4)/(πD²/4-πd²/4-πu²/4)；

ρ_n＝ρ_水M_nd²/[M_n’(D²-d²-u²)]。

上述计算过程均有电子天平***自动完成。

与现有技术相比，本发明的有益效果之一是：本发明所述***压制产品自动快速批量密度测量装置的结构简单，成本低，能够自动计算和批量测量固体物质如***药柱的密度，效率高、精度高，并且操作简单。

附图说明

图1为本发明***压制产品自动快速批量密度测量装置空重测量状态示意图。

图2为本发明***压制产品自动快速批量密度测量装置浮重测量状态示意图。

图3为本发明的浮力柱正面示意图。

图4为图3中浮力柱的A-A剖视图。

图5为图3所示浮力柱的透视图。

图6为本发明***压制产品自动快速批量密度测量装置载物台调节高度说明图。

图7为本发明一个实施例的***压制产品自动快速批量密度测量装置的电子天平显示屏示意图。

图8为电子天平***各模块的调用关系图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1～2所示，本发明所述***压制产品自动快速批量密度测量装置包括底座板101，固定在底座板上的防爆伺服直线电机102、由防爆伺服直线电机控制升降的载物台103、放置在载物台上的浮力量杯104、中部具有穿孔且与底座板平行的水平台105，所述水平台与底座板之间形成固定连接关系，例如所述水平台与底座板之间通过棍形支柱112连接固定，或者在水平台与底座板之间设置侧壁结构使水平台、底座板与侧壁结构之间形成密封空间，该侧壁结构上设置活动窗以便于在密封空间内取放物品。所述水平台上放置电子天平106，电子天平106具有玻璃罩113、秤盘107，使用时用空重量杯114盛装样品115再称重。电子天平的四个基座可以调整其水平度。电子天平的秤盘107下端连接浮力柱108，浮力柱108从水平台中部的穿孔穿过并竖直悬挂在浮力量杯104正上方，所述浮力量杯104中盛有蒸馏水109。所述浮力量杯104中设置温度传感器111，该温度传感器将实时温度传递给电子天平以获取对应的蒸馏水密度。初始状态下，浮力柱108下端未没入浮力量杯104中的蒸馏水中。浮力柱108优选采用PVC材料加工成的中空圆柱，其上端可以通过螺杆110与电子天平的秤盘107可拆卸式连接。如图3～5所示，浮力柱包括圆柱上端封头和圆柱中空筒体两部分。将浮力柱上端封头螺纹旋入圆柱中空筒体，并通过连接螺杆与电子天平连接，这种结构的优点是浮力柱中空部分便于加工和更换。

本发明使用的电子天平除了天平常规结构和***外，还具有以下结构：

载物台高度调节模块：根据浮力量杯的高度、浮力量杯中液面的高度和浮力柱的有效长度，计算载物台应当调节的高度，然后控制启动防爆伺服直线电机调整载物台的高度，使浮力柱的底端没入水面以下；

空重测量模块：用于样品置于空气中时的质量测量，即当每发样品依次被放置到电子天平的载物台上时，分别记载每发样品的重量M₁/M₂/M₃……/M_n；

浮重测量模块：用于测量样品置于蒸馏水中时浮力柱所受浮力造成的等效质量，即当每发样品依次被放置到盛有适量水的浮力量杯中时，每放一发样品到浮力量杯中则记载一次浮力柱受到的总浮力，直到所有样品全都放入浮力量杯中为止，得到浮力F₁/F₂/F₃……/F_n；根据浮力F₁/F₂/F₃……/F_n计算每发样品引起浮力柱所受浮力对应的样品质量M₁’/M₂’/M₃’……/M_n’；每发样品的浮重的计算公式为：当n＝1时，M_n’＝F₁/g；当n≥2时，M_n’＝(F_n-F_n-1)/g，其中M_n’为第n发样品的浮重，F_n、F_n-1分别为测量第n、n-1发样品的浮重时浮力柱所受的总浮力；

温度检测与密度匹配模块：用于检测浮力量杯中的水的实时温度，并根据检测结果获得水的实时密度ρ_水；所述温度检测与密度匹配模块内储存有蒸馏水密度表，并且该模块与温度传感器111连接所述温度传感器竖直设置在浮力量杯内缘；

密度自动计算模块：基于阿基米德原理，根据每发样品的空重M₁/M₂/M₃……/M_n、浮重M₁’/M₂’/M₃’……/M_n’和测量温度下水的实时密度ρ_水自动计算每发样品的密度；自动计算每发样品的密度的计算公式为ρ_n＝ρ_水M_nd²/[M_n’(D²-d²-u²)]，其中ρ_n为第n发样品的密度，M_n、M_n’分别为第n发样品的空重和浮重，d为浮力柱的横截面直径，D为浮力量杯的横截面直径，u为温度传感器的横截面直径；

显示模块：用于在测量每发样品的空重时，显示每发样品的空重M₁/M₂/M₃……/M_n；在测量每发样品的浮重时，显示每发样品的浮重M₁’/M₂’/M₃’……/M_n’；以及在自动计算每发样品的密度后显示计算结果即ρ₁/ρ₂/ρ₃……ρ_n；除了这些数据外，还会显示当前水温、密度以及一些输入的参数如为了实现载物台高度调节而输入的参数，如图7所示。

上述各个模块之间的调用关系如图8所示，载物台高度调节模块、温度检测与密度匹配模块、空重测量模块、浮重测量模块的相关数据都会在显示模块上显示出来，温度检测与密度匹配模块、空重测量模块和浮重测量模块所得的数据传递给密度自动计算模块，经过该模块自动计算后得到各发样品的密度，并在显示模块上显示出来。

为了便于上述装置的使用，该装置还设置了空重测量按钮、浮重测量按钮、密度计算按钮、用于确认空重测量或浮重测量过程结束的确认按钮，以及用于启动天平将浮力柱所受浮力转化为等效质量的读数按钮。点击空重测量按钮、浮重测量按钮、密度计算按钮可分别启动空重测量、浮重测量和密度自动计算。

本发明所述装置的载物台高度调节模块能够使载物台调节到事宜高度，最终使浮力柱的底端没入水面以下，在浮力柱底端没入水面以下的状态下，才能够进行样品浮重测量。为了说明载物台调节的原理，我们结合了图6进行解释。如图6所示，H0是载物台初始高度，H1是底座板与水平台之间的距离，H2是浮力量杯的高度，H3是浮力量杯中液面高度，H4是浮力柱的有效长度，它是指浮力柱底端到水平台之间的高度差；假设现在浮力柱悬于浮力量杯正上方，浮力柱底端与水面不接触，那么为了使浮力柱底端没入水面，需要对载物台的高度进行调节，利用防爆伺服直线电机促使载物台升高ΔH，计算公式为：

当浮力柱低端面与浮力量杯中液面刚好接触时满足：

H0+ΔH+H3+H4＝H1；

所以ΔH＝H1-H0-H3-H4；

由于烧杯口不能与水平台下端面接触，还应满足：

H0+ΔH+H2＜H1；

所以ΔH＜H1-H0-H2。

利用上述装置进行批量密度测量的方法包括以下步骤：

(1)打开电子天平电源，***的温度检测与密度匹配模块自动读取浮力量杯中蒸馏水的当前水温，并查找当前水温在蒸馏水密度表中对应的密度；接着在电子天平***面板输入浮力柱直径和有效长度、温度传感器直径、烧杯高度、液面高度；载物台高度自动调节使浮力柱的底端没入水面以下；然后***进行初始化，初始化包括天平质量清零和载物台高度归零；

(2)打开玻璃罩，点击空中测量按钮启动空重测量，依次将待测样品放置在电子天平的空重测量杯内，分别测得重量M₁/M₂/M₃……/M_n，点击确认按钮结束空重测量，然后取出样品；接着点击浮重测量按钮启动浮重测量，将一发待测样品放入浮力量杯内，每放入一发药柱，量杯内的液面上升一定高度，标准浮力柱所受浮力增加值将以质量的形式显示在电子天平上，待天平读数稳定后，读取样品放入后浮力柱所受浮力对应的等效质量，此时不取出上一发待测样品，继续放入下一发待测样品到浮力量杯中，按照相同的方法获得等效质量，所得等效质量即为对应样品的浮重，以此类推测得每发样品浮重M₁’/M₂’/M₃’……/M_n’，点击确认按钮结束浮重测量，然后取出样品；

(3)点击密度计算按钮启动样品密度计算，***自动计算每发样品的密度。

测量的具体实施例：

首先***读取当前水温为25℃，查找蒸馏水对应密度为0.9968g/cm³；人工输入浮力柱直径30mm和有效长度为80mm、温度传感器直径为5mm、烧杯直径为90mm、烧杯高度为150mm、液面高度为80mm。载物台自动调节高度至浮力柱底端面没入水面下，天平质量清零和载物台高度归零后可进行空重和浮重测量。

待测药柱样品5发，首先测得各发药柱的空重，结果见表1：

表1 5发药柱的空重

接着测得各发药柱的浮重，结果见表2：

表2 5发药柱的浮重

电子天平自动计算各发药柱的密度，结果见表3：

表3 5发药柱的密度

上述测试仅耗时1min，当待测样品数量更多时，更能体现本发明的优势。

尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims (8)

1.一种***压制产品自动快速批量密度测量装置，其特征在于它包括底座板(101)，固定在底座板上的防爆伺服直线电机(102)、由防爆伺服直线电机控制升降的载物台(103)、放置在载物台上的浮力量杯(104)、中部具有穿孔且与底座板平行的水平台(105)，所述水平台与底座板之间形成固定连接关系，所述水平台上放置电子天平(106)，所述电子天平的秤盘(107)下端连接浮力柱(108)，所述浮力柱(108)从水平台中部的穿孔穿过并竖直悬挂在浮力量杯(104)正上方，所述浮力量杯(104)中盛有蒸馏水(109)；所述电子天平具有以下结构：

载物台高度调节模块：根据浮力量杯的高度、浮力量杯中液面的高度和浮力柱的有效长度，计算载物台应当调节的高度，然后控制启动防爆伺服直线电机调整载物台的高度，使浮力柱的底端没入水面以下；

空重测量模块：用于样品置于空气中时的质量测量，即当每发样品依次被放置到电子天平的载物台上时，分别记载每发样品的重量M₁/M₂/M₃....../M_n；

浮重测量模块：用于测量样品置于蒸馏水中时浮力柱所受浮力造成的等效质量，即当每发样品依次被放置到盛有适量水的浮力量杯中时，每放一发样品到浮力量杯中则记载一次浮力柱受到的总浮力，直到所有样品全都放入浮力量杯中为止，得到浮力F₁/F₂/F₃……/F_n；根据浮力F₁/F₂/F₃……/F_n计算每发样品引起浮力柱所受浮力对应的质量M₁’/M₂’/M₃’....../M_n’；

温度检测与密度匹配模块：用于检测浮力量杯中的水的实时温度，并根据检测结果获得水的实时密度ρ_水；

密度自动计算模块：基于阿基米德原理，根据每发样品的空重M₁/M₂/M₃....../M_n、浮重M₁’/M₂’/M₃’....../M_n’和测量温度下水的实时密度ρ_水自动计算每发样品的密度；

显示模块：用于在测量每发样品的空重时，显示每发样品的空重M₁/M₂/M₃....../M_n；在测量每发样品的浮重时，显示每发样品的浮重M₁’/M₂’/M₃’....../M_n’；以及在自动计算每发样品的密度后显示计算结果。

2.根据权利要求1所述的***压制产品自动快速批量密度测量装置，其特征在于所述浮力柱(108)是采用PVC材料加工成的中空圆柱，其上端通过螺杆(110)与电子天平的秤盘(107)可拆卸式连接。

3.根据权利要求1所述的***压制产品自动快速批量密度测量装置，其特征在于所述每发样品的浮重的计算公式为：当n＝1时，M_n’＝F₁/g；当n≥2时，M_n’＝(F_n-F_n-1)/g，其中M_n’为第n发样品的浮重，F_n、F_n-1分别为测量第n、n-1发样品的浮重时浮力柱所受的总浮力。

4.根据权利要求1所述的***压制产品自动快速批量密度测量装置，其特征在于所述温度检测与密度匹配模块内储存有蒸馏水密度表，并且该模块与温度传感器(111)连接所述温度传感器竖直设置在浮力量杯内缘。

5.根据权利要求4所述的***压制产品自动快速批量密度测量装置，其特征在于所述自动计算每发样品的密度的计算公式为ρ_n＝ρ_水M_nd²/[M_n’(D²-d²-u²)]，其中ρ_n为第n发样品的密度，M_n、M_n’分别为第n发样品的空重和浮重，d为浮力柱的横截面直径，D为浮力量杯的横截面直径，u为温度传感器的横截面直径。

6.根据权利要求1所述的***压制产品自动快速批量密度测量装置，其特征在于该装置还设置了空重测量按钮、浮重测量按钮、密度计算按钮、用于确认空重测量或浮重测量过程结束的确认按钮，以及用于启动天平将浮力柱所受浮力转化为等效质量的读数按钮。

7.根据权利要求1所述的***压制产品自动快速批量密度测量装置，其特征在于所述水平台与底座板之间通过棍形支柱连接固定，或者在水平台与底座板之间设置侧壁结构使水平台、底座板与侧壁结构之间形成密封空间，该侧壁结构上设置活动窗以便于在密封空间内取放物品。

8.一种***压制产品自动快速批量密度测量方法，其特征在于它采用如权利要求1～7任意一项所述的装置，并包括以下步骤：

(1)打开电子天平电源，***自动读取浮力量杯中蒸馏水的当前水温，并查找当前水温在蒸馏水密度表中对应的密度；接着在电子天平***面板输入浮力柱直径和有效长度、温度传感器直径、烧杯高度、液面高度；所述浮力柱的底端没入水面以下；然后***进行初始化，所述初始化包括天平质量清零和载物台高度归零；

(2)启动空重测量，依次将待测样品放置在电子天平的空重测量杯内，分别测得重量M₁/M₂/M₃....../M_n，结束空重测量，然后取出样品；接着启动浮重测量，将待测样品放入浮力量杯内，待天平读数稳定后，读取样品放入后浮力柱所受浮力对应的等效质量，此时不取出上一发待测样品，继续放入下一发待测样品到浮力量杯中，按照相同的方法获得等效质量，所得等效质量即为对应样品的浮重，以此类推测得每发样品浮重M₁’/M₂’/M₃’....../M_n’，结束浮重测量，然后取出样品；

(3)启动样品密度计算，***自动计算每发样品的密度。