JP2008089455A - 比重計 - Google Patents

Abstract

【課題】測定試料の液中での重量測定に伴う液面レベルの上昇分による浮力増加分を補正した比重計を提供する。
【解決手段】
試料１を空気中及び既知比重の液体Ｌ中に載置してその重量を測定する上位計量皿２と下位計量皿３を２本の連結部材４で連結するとともに、上位計量皿２に吊上部材５を固着した試料受け６と、液体Ｌを浸した水槽７と、前記吊上部材５を連結し、空気中及び液体Ｌ中の試料１の重量Ｗ₁、Ｗ₂を測定し、前記連結部材４の総断面積Ｓ₁と水槽７の内面積Ｓ_２、液体比重Ｄ_Lを変数とする演算式（式３）により試料比重Ｄ_Tを算出する電子天びん８と、水槽７を上下する上下駆動部１０で構成する。
Ｄ_T＝ＫＷ₁Ｄ_L／（Ｗ₁−Ｗ₂）---（式３）
ただし、Ｋは試料１の浸漬に伴う液面上昇による浮力の影響を補正する浮力補正係数であり式４の関係を有する。
Ｋ＝１＋Ｓ₁／（Ｓ₂−Ｓ₁）---（式４）
【選択図】 図１

Description

本発明は液浸法に基づいて試料の比重を電子天びん／はかりを用いて測定する比重計に関する。

従来、固体試料の比重測定には、試料の空気中重量と液中での重量を測定し、これらの値から試料の体積を算出し、空気中重量とこの体積から比重を測定する液浸法による比重測定が一般に用いられている。これは、測定しようとする試料の空気中の重量Ｍ_T、既知比重Ｄ_Lの液中での重量Ｍ_Lが分かれば、試料の比重Ｄ_Tが式９により算出されることを利用したものである。
Ｄ_T＝Ｍ_TＤ_L／（Ｍ_T−Ｍ_L）---（式９）

図６に液浸法により固体試料（以後、試料と略称する）の比重を測定する比重計の構成例を示す。この比重計は測定する試料１０１を吊るしてその重量を測定して比重を算出表示する電子天びん１０２、既知比重の液体１０３を溜めた水槽１０４、この水槽１０４を支持する支持台１０５を上下させるための上下駆動部１０６およびこの上下駆動部１０６を制御する制御部１０７から構成されている。

この比重計で試料１０１の比重を測定するには、試料１０１を吊るした状態で空気中重量Ｍ_Tを電子天びん１０２で測定する。次に制御部１０７からの制御信号により上下駆動部１０６を駆動させ、支持台１０５を上昇させて試料１０１を水槽１０４内の液体１０３に浸漬させ、このときの液中重量Ｍ_Lを測定している。（例えば、特許文献１参照）

特開平１０−７３５２５号公報

従来の比重計は上記のように構成されているが、この比重計で試料１０１の液中での重量Ｍ_Lを測定する場合、試料１０１の浸漬に伴う液面の上昇で吊上部材１０８の浸漬部分に浮力が生じ正確な重量Ｍ_Lが測定できないという問題がある。このため吊上部材１０８に断面積の小さなワイヤを用いて浮力の発生を小さくする方法もあるが、重量の大きい測定試料１０１の扱いには強度不足となること、また内面積の大きな水槽１０４を用いて液面上昇を抑える方法もあるが、用意できる水槽の大きさにも限度があるという問題がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、液面の上昇による浮力の影響が補正でき正確な比重測定ができる比重計を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明の比重計は、電子天びんと、計量皿を浸漬する液を収容した水槽と、試料の空気中での重量と既知比重の液中での重量を測定し、その重量差を基にして試料の比重を算出する比重算出手段を備えた比重計において、試料の空気中の重量を測定する上位計量皿と試料の水槽内の既知比重の液中での重量を測定する下位計量皿をそれぞれ空気中および液中に存在させる間隔で連結部材を介して一体的に結合された試料受けを備え、前記比重算出手段は、前記水槽内面積と連結部材の総断面積とに基づいて、試料を浸漬したことに基づく水位上昇による浮力の増加を補正するよう構成されるものである。

また電子天びんは水槽の内面積及び／または連結部材の総面積を入力する入力手段もしくは、あらかじめ用意した複数の水槽の内面積及び連結部材の総断面積を記憶し、使用する水槽および連結部材に対応してその内面積及び総断面積を読み出す読出し手段を備えているものである。
さらに電子天びんは水槽の内面積、連結部材の総断面積、水槽内液体の比重あるいは浮力補正係数の数値確認を選択する確認選択手段とその数値を算出し表示する算出表示手段を備えているものである。

本発明により、試料浸漬による液面上昇分によって生じる浮力は演算処理により補正されるので正確な比重測定が行える。また、水槽の内面積および連結部材の総断面積は入力することができるので、試料に対応して自由に設計した試料受けを使用することができる。また、計量皿の強度を上げることができ、大きな重量の試料の比重測定も容易にできる。

本発明の第１実施例による比重計を図面を参照しながら説明する。図１は比重計の概略構成図、図２は比重計に用いる電子天びんの構成図である。
本比重計は、試料１を空気中または比重Ｄ_Lの液体Ｌ中に載置して重量を測定するための上位計量皿２と下位計量皿３を２本の連結部材４で連結するとともに、上位計量皿２に吊上部材５を固着した試料受け６と、この試料受け６を浸漬させる前記液体Ｌを浸した水槽７と、前記吊上部材５を荷重検出部に連結し、空気中及び液中での試料１の重量を測定しこれを比重値に変換して表示する電子天びん８と、前記水槽７を支持する支持台９を上下させる上下駆動部１０及びこれらを配設する架台１１から構成されている。

前記電子天びん８は、図２に示すように薄肉部が形成された上下の梁部材８１ａと可動柱８１ｂからなる荷重検出機構８１を有し、前記吊上部材５を可動柱８１ｂに連結して試料受け６の重量に比例した荷重を検知すると共に、その荷重は支点８２ａにおいて支持された平衡ビーム８２を介して、永久磁石８３の磁界強度に比例する磁束密度とコイル８４に流れるコイル電流Ｉの積に比例して発生する電磁力と比較され、平衡ビーム８２の傾斜が位置センサ８５によって検出され、バランス状態になるよう制御部８６によってコイル電流Ｉが制御される。このコイル電流ＩはＡ／Ｄ変換器８７及び演算処理部８８で演算処理され試料１の比重が表示部８９で表示される。

前記演算処理部８８はＣＰＵ８８ａ、ＲＡＭ８８ｂ、ＲＯＭ８８ｃ及び入出力ポート８８ｄから構成され、試料１を上位計量皿２に載置した状態と、下位計量皿３に載置した状態での試料１の重量測定を行う指令、測定された重量に基づいて試料１の比重を算出する指令キーを備えた入力部９０と、比重値を表示する表示部８９が入出力ポート８８ｄを介して接続されている。

図１において試料受け６は電磁力平衡方式の電子天びん８に連結されているため試料受け６の高さは測定中一定に制御されている。したがって下位計量皿３に体積Ｖ_Tの試料１を載置すると液面は実線から点線へ式１に示すΔｈだけ上昇する。
Δｈ＝Ｖ_T／（Ｓ₂−Ｓ₁）---（式１）
ここで、Ｓ₁は連結部材４の総断面積、Ｓ₂は水槽７の内面積を表す。
また上位計量皿２に載置された試料１の重量をＷ₁、液体Ｌの比重をＤ_Lとすると、下位計量皿３に載置された試料１の重量Ｗ₂は式２で示される。
Ｗ₂＝Ｗ₁−Ｖ_TＤ_L−Ｓ₁Δｈ・Ｄ_L---（式２）
これより、試料１の比重Ｄ_T（＝Ｗ₁／Ｖ_T）は式３の関係を有している。
Ｄ_T＝ＫＷ₁Ｄ_L／（Ｗ₁−Ｗ₂）---（式３）
ただし、Ｋは試料１の浸漬に伴う液面上昇による浮力の影響を補正する浮力補正係数であり式４の関係を有する。
Ｋ＝１＋Ｓ₁／（Ｓ₂−Ｓ₁）---（式４）

本比重計では、演算処理部８８のＲＯＭ８８ｃに記憶する演算処理プログラムに式３の演算式、液体比重Ｄ_L、連結部材４の総断面積Ｓ₁、水槽７の内面積Ｓ₂の各パラメータを書き込んでおき、比重測定にあたって、試料１の重量Ｗ₁、Ｗ₂を測定し、上記パラメータによる演算式で比重を算出する。

次に上記比重計により試料１の比重を測定する手順を図１、２及び図３のフローチャート図を参照しながら説明する。電子天びん８に電源を投入し測定状態にする。この状態で重量測定値を０にリセットする（Ｓ１）。上位計量皿２に試料１を載置して入力部９０より重量の測定を指令する（Ｓ２）。重量Ｗ₁が測定されＲＡＭ８８ｂに記憶される（Ｓ３）。次に下位計量皿３に試料１を載置して入力部９０より重量の測定を指令する（Ｓ４）。重量Ｗ₂が測定されＲＡＭ８８ｂに記憶される（Ｓ５）。そして入力部９０より試料１の比重の算出を指令する（Ｓ６）。ＲＯＭ８８ｃに記憶されている演算式（式３）による演算が行われ比重Ｄ_Tが算出され表示部８９に表示される（Ｓ７）。

図４は本発明の第２実施例に係わる入力部９０Ａの構成を示す図である。本発明の第２実施例による比重計は、前記入力部９０に連結部材４の総断面積Ｓ₁または水槽７の内面積Ｓ₂を選択する選択キー９１、選択されたパラメータの数値を入力する数値キー９２、数値の桁送りキー９３およびその入力を実行するための実行キー９４を追加し、使用する試料受け６に該当する連結部材４の総断面積や水槽７に該当する内面積をＲＡＭ８８ｂに書き込めるようにしたものである。これにより異なる大きさの試料受け６や水槽７を試料１の形状に合わせて使い分けることが可能となる。また、予め大きさの異なる複数の試料受け６の連結部材４の総面積や水槽７の内面積をＲＯＭ８８ｃに記憶させておくとともに、入力部９０Ａに読出しキー９５を設け、使用する試料受け６に該当する総断面積や水槽７に該当する内面積の数値を読み出し、実行キー９４により演算式（式３）に入力するものである。

図５は本発明の第３実施例に係わる入力部９０Ｂの構成を示す図である。本比重計は、前記連結部材４の総断面積Ｓ₁、水槽７の内面積Ｓ₂、液体比重Ｄ_Lあるいは浮力補正係数Ｋのいずれかの数値が不明な場合にその数値を確認可能にする手段を備えるようにしたものである。前記入力部９０Ａに確認対象となる連結部材４の総断面積Ｓ₁、水槽７の内面積Ｓ₂、液体比重Ｄ_Lあるいは浮力補正係数Ｋのいずれかを確認するかを選択するための確認選択キー９６を追加し、この確認選択キー９６で表示部８９に表示する確認対象を選択すると同時に下記式５〜８から該当する演算式をＲＡＭ８８ｂに読み出す。そして体積が既知である参照物体を試料１として用い、その重量Ｗ₁、Ｗ₂を測定し、実行キー９４により演算を実行して得られた数値を表示部８９に表示する。これらの式５〜８は式３から導かれ、ＲＯＭ８８ｃに記憶されている。
Ｋ＝（Ｗ₁−Ｗ₂）／Ｖ_TＤ_L---（式５）
Ｓ₁＝（１−Ｖ_TＤ_L／（Ｗ₁−Ｗ₂））Ｓ₂---（式６）
Ｓ₂＝（Ｗ₁−Ｗ₂）Ｓ₁／（Ｗ₁−Ｗ₂−Ｖ_TＤ_L）---（式７）
Ｄ_L＝（Ｗ₁−Ｗ₂）／Ｖ_T（１＋Ｓ₁／（Ｓ₂−Ｓ₁））---（式８）

なお、上記実施例では、電子天びん８として電磁力平衡方式のものを用いているが、これに限定されるものではなく、荷重検出点の変位が液面変化に比し十分小さければ例えばロードセルなど他の方式の電子天びんまたははかりを使用することができる。また試料受け６も連結部材４の本数を変えたり、荷重引き出し点を側面にすることも可能である。

固体試料の比重を測定する比重計に利用できる。

本発明の第１実施例による比重計の概略構成図である。 実施例の比重計に用いられる電子天びんの構成図である。 比重を測定する手順を示すフローチャート図である。 本発明の第２実施例に係わる入力部９０Ａの構成を示す図である。 本発明の第３実施例に係わる入力部９０Ｂの構成を示す図である。 従来の比重計の構成例を示す図である。

符号の説明

１、１０１ 試料
２ 上位計量皿
３ 下位計量皿
４ 連結部材
５、１０８ 吊上部材
６ 試料受け
７、１０４ 水槽
８、１０２ 電子天びん
９、１０５ 支持台
１０、１０６ 上下駆動部
１１ 架台
８１ 荷重検出機構
８１ａ 梁部材
８１ｂ 可動柱
８２ 平衡ビーム
８２ａ 支点
８３ 永久磁石
８４ コイル
８５ 位置センサ
８６、１０７ 制御部
８７ Ａ／Ｄ変換器
８８ 演算処理部
８８ａ ＣＰＵ
８８ｂ ＲＡＭ
８８ｃ ＲＯＭ
８８ｄ 入出力ポート
８９ 表示部
９０、９０Ａ、９０Ｂ 入力部
９１ 選択キー
９２ 数値キー
９３ 桁送りキー
９４ 実行キー
９５ 読出しキー
９６ 確認選択キー
Ｌ 液体

Claims (3)

1. 電子天びんと、計量皿を浸漬する液を収容した水槽と、試料の空気中での重量と既知比重の液中での重量を測定し、その重量差を基にして試料の比重を算出する比重算出手段を備えた比重計において、試料の空気中の重量を測定する上位計量皿と試料の水槽内の既知比重の液中での重量を測定する下位計量皿をそれぞれ空気中および液中に存在させる間隔で連結部材を介して一体的に結合された試料受けを備え、前記比重算出手段は、前記水槽内面積と連結部材の総断面積とに基づいて、試料を浸漬したことに基づく水位上昇による浮力の増加を補正するよう構成されることを特徴とする比重計。
2. 電子天びんは水槽の内面積及び／または連結部材の総面積を入力する入力手段もしくは、あらかじめ用意した複数の水槽の内面積及び連結部材の総断面積を記憶し、使用する水槽および連結部材に対応してその内面積及び総断面積を読み出す読出し手段を備えていることを特徴とする請求項１記載の比重計。
3. 電子天びんは水槽の内面積、連結部材の総断面積、水槽内液体の比重あるいは浮力補正係数の数値確認を選択する確認選択手段とその数値を算出し表示する算出表示手段を備えていることを特徴とする請求項２記載の比重計。

Images