RU242554U1

RU242554U1 - Device for determining the volume of solids by the liquid displacement method

Info

Publication number: RU242554U1
Application number: RU2025124863U
Authority: RU
Inventors: Павел Алексеевич Кузнецов; Александра Олеговна Просторова; Кирилл Лепетан
Filing date: 2025-09-09
Publication date: 2026-03-30

Abstract

Полезная модель относится к области метрологии и может быть использована, в частности, в порошковой металлургии, металлургической, горнодобывающей, деревообрабатывающей и других областях промышленности, в которых требуются знания объёма и плотности используемых материалов. Сущность технического решения заключается в том, что устройство для определения объёма твердых тел включает два сообщающихся сосуда, заполненных жидкостью, не растворяющей образец, при этом основной сосуд, снабженный крышкой с закрепленной в ней прозрачной измерительной трубкой, сообщен при помощи шланга с дополнительным сосудом, сосуды жестко зафиксированы относительно друг друга, а дополнительный сосуд снабжен поршнем с упором, установленным с возможностью линейного перемещения и обеспечивающим принудительное перемещение жидкости между сосудами. Возможна реализация технического решения, когда шланг соединяет донья сосудов, стенки сосудов или дно одного сосуда со стенкой другого. Технический результат - повышение точности измерений. 4 ил. The utility model relates to the field of metrology and can be used, in particular, in powder metallurgy, metallurgy, mining, woodworking and other industries that require knowledge of the volume and density of the materials used. The essence of the technical solution lies in the fact that a device for determining the volume of solids includes two communicating vessels filled with a liquid that does not dissolve the sample, wherein the main vessel, equipped with a lid with a transparent measuring tube secured therein, is connected by means of a hose to an additional vessel. The vessels are rigidly fixed relative to each other, and the additional vessel is equipped with a piston with a stop installed with the possibility of linear movement and ensuring forced movement of liquid between the vessels. Implementation of the technical solution is possible when the hose connects the bottoms of the vessels, the walls of the vessels, or the bottom of one vessel with the wall of another. The technical result is an increase in the accuracy of measurements. 4 fig.

Description

Полезная модель относится к области метрологии и может быть использована, в частности, в порошковой металлургии, металлургической, горнодобывающей, деревообрабатывающей и других областях промышленности, в которых требуются знания объёма и плотности используемых материалов.The utility model relates to the field of metrology and can be used, in particular, in powder metallurgy, metallurgy, mining, woodworking and other areas of industry that require knowledge of the volume and density of the materials used.

Устройства для определения объёма образцов, в основном, представляют собой жидкостные объемомеры, гидростатические и ареометрические весы, коромысловые, пружинные и электромагнитные плотномеры, с помощью которых измеряют объем жидкости, вытесняемой твердым образцом, а значит и объем образца, погруженного в жидкость. Зная массу образца или пробы вещества и их объем V, аналитически определяют плотность исследуемого вещества ρ известной массы m по формуле ρ=m/V.Devices for determining sample volumes typically include liquid volume meters, hydrostatic and hydrometric balances, beam, spring, and electromagnetic densitometers. These devices measure the volume of liquid displaced by a solid sample, and therefore the volume of the sample immersed in the liquid. Knowing the mass of the sample or test sample and its volume V, the density of the substance being studied, ρ, is determined analytically for a known mass m using the formula ρ = m/V.

Известно устройство для определения объёма твердых тел, а именно жидкостной объемомер, выполненный в виде прозрачной цилиндрической емкости, градуированной в единицах объема или длины, с жидкостью, в которой, после взвешивания на весах с необходимой точностью, размещают исследуемые образцы твердого тела. Объем испытуемого образца находят по объему вытесненной жидкости внутри сосуда. (Кивилис С.С., Плотномеры. - М.: Энергия, 1980 г. С. 155-156).A device for determining the volume of solids is known: a liquid volume meter. It consists of a transparent cylindrical container, graduated in units of volume or length, containing liquid. After weighing the solid on a scale with the required accuracy, the test samples are placed in the container. The volume of the test sample is determined by the volume of liquid displaced within the vessel. (Kivilis, S.S., Densitometers. Moscow: Energiya, 1980, pp. 155-156).

Недостатком устройства является низкая точность определения объёма образцов малой массы и размеров, вызванная большой ценой деления на градуировочной шкале сосуда большого диаметра, а также необходимость значительного числа измерений, проведение которых на практике возможно только в лабораторных условиях.The disadvantage of the device is the low accuracy of determining the volume of samples of small mass and size, caused by the large division value on the calibration scale of a large-diameter vessel, as well as the need for a significant number of measurements, which in practice can only be carried out in laboratory conditions.

Известно устройство для определения объёма твердых тел, принимаемое за прототип (SE501858, G01F 17/00, G01N 9/00).A device for determining the volume of solids is known, which is taken as a prototype (SE501858, G01F 17/00, G01N 9/00).

Устройство содержит сосуд с плотно закрывающейся крышкой, в которой закреплена градуированная прозрачная измерительная трубка. Дно сосуда соединено эластичным шлангом с постоянным поперечным сечением со второй прозрачной трубкой с фиксатором уровня жидкости в виде кольца, установленного с возможностью перемещения вдоль трубки. Сосуд заполнен жидкостью, не растворяющей испытываемый образец. Измерение уровня жидкости в градуированной измерительной трубке до и после размещения в сосуде испытываемого образца позволяет определить объем жидкости, вытесненный образцом.The device contains a vessel with a tightly closing lid, in which a graduated transparent measuring tube is secured. The bottom of the vessel is connected by an elastic hose with a constant cross-section to a second transparent tube with a liquid level indicator in the form of a ring, mounted so that it can be moved along the tube. The vessel is filled with a liquid that does not dissolve the test sample. Measuring the liquid level in the graduated measuring tube before and after placing the test sample in the vessel allows one to determine the volume of liquid displaced by the sample.

Недостатком прототипа является низкая точность измерений, возникающая по следующим причинам:The disadvantage of the prototype is the low measurement accuracy, which occurs for the following reasons:

1. Для реализации работы устройства используется эластичный шланг с постоянным поперечным сечением. Шланг во время измерений подвергается деформации, при этом сохранение постоянного поперечного сечения маловероятно, что в свою очередь уменьшает точность измерений.1. The device uses an elastic hose with a constant cross-section. The hose is subject to deformation during measurements, and maintaining a constant cross-section is unlikely, which in turn reduces measurement accuracy.

2. На точность измерений влияет точность взаимного положения сосуда и второй прозрачной трубки. При ручных манипуляциях эта точность может быть низкой.2. The accuracy of measurements is affected by the precise relative position of the vessel and the second transparent tube. This accuracy may be poor with manual manipulation.

3. На точность измерений влияет диаметр трубок, при этом, чем меньше этот диаметр, тем точнее измерения. Однако, при свободном перемещении жидкости под действием гравитационной силы, капиллярный эффект, усиливающийся при уменьшении диаметра трубок, препятствует точности измерения. На силу проявления капиллярного эффекта, кроме диаметра трубки, также влияют характеристики жидкости и материала, из которого изготовлена трубка. Влияние на точность измерения капиллярного эффекта возможно уменьшить путем принудительного перемещения жидкости. Следовательно, возможно, при прочих равных условиях, использовать трубки меньшего диаметра и повысить тем самым точность измерения.3. The accuracy of measurements is affected by the tube diameter; the smaller the diameter, the more accurate the measurements. However, when the fluid moves freely under the force of gravity, the capillary effect, which increases with decreasing tube diameter, hinders measurement accuracy. The strength of the capillary effect, in addition to the tube diameter, is also affected by the characteristics of the liquid and the material from which the tube is made. The impact of the capillary effect on measurement accuracy can be reduced by forcing the liquid to move. Therefore, all other things being equal, it is possible to use smaller diameter tubes, thereby increasing measurement accuracy.

Таким образом, технической проблемой, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является низкая точность измерений при исследовании объёмов образцов, особенно небольших размеров.Thus, the technical problem that the claimed utility model is aimed at solving is the low accuracy of measurements when studying sample volumes, especially small ones.

Сущность технического решения заключается в том, что устройство для определения объёма твердых тел включает два сообщающихся сосуда, заполненных жидкостью, не растворяющей образец, при этом основной сосуд, снабженный крышкой с закрепленной в ней прозрачной измерительной трубкой, сообщен при помощи шланга с дополнительным сосудом, сосуды жестко зафиксированы относительно друг друга, а дополнительный сосуд снабжен поршнем с упором, установленным с возможностью линейного перемещения и обеспечивающим принудительное перемещение жидкости между сосудами. Возможна реализация технического решения, когда шланг соединяет донья сосудов, стенки сосудов или дно одного сосуда со стенкой другого.The essence of the technical solution is that the device for determining the volume of solids comprises two communicating vessels filled with a liquid that does not dissolve the sample. The primary vessel, equipped with a lid containing a transparent measuring tube, is connected via a hose to the secondary vessel. The vessels are rigidly fixed relative to each other, and the secondary vessel is equipped with a piston with a stop mounted for linear movement, ensuring forced movement of the liquid between the vessels. The technical solution can also be implemented with a hose connecting the bottoms of the vessels, the walls of the vessels, or the bottom of one vessel to the wall of another.

Технический результат заключается в повышении точности измерений, и достигается за счет следующего. Шланг, соединяющий основной и дополнительный сосуды, неподвижен и не деформируется, таким образом, не снижается точность измерений. Основной и дополнительный сосуды жестко закреплены на основании, неподвижно относительно друг друга, движение жидкости достигается за счет движения поршня, а его перемещение ограничено упором в строго фиксированном положении. Принудительное движение жидкости позволяет использовать трубки малого диаметра, недоступные для прототипа, таким образом, повышая точность измерений.The technical result consists of increased measurement accuracy, achieved through the following: The hose connecting the primary and secondary vessels is stationary and does not deform, thus preserving measurement accuracy. The primary and secondary vessels are rigidly attached to the base, immobile relative to each other. Fluid movement is achieved by the piston, and its travel is limited by a stop in a strictly fixed position. The forced fluid movement allows the use of small-diameter tubes, inaccessible to the prototype, thereby increasing measurement accuracy.

Та же совокупность существенных признаков устройства обеспечивает другой технический результат - увеличение компактности устройства, особенно при варианте реализации, когда сосуды соединены шлангом через стенки.The same set of essential features of the device provides another technical result - an increase in the compactness of the device, especially in the implementation variant when the vessels are connected by a hose through the walls.

Конструкция устройства иллюстрируется следующими чертежами:The design of the device is illustrated by the following drawings:

Фиг. 1 - схема устройства перед проведением исследований (шланг 4 снизу);Fig. 1 - diagram of the device before conducting research (hose 4 at the bottom);

Фиг. 2 - схема устройства перед проведением исследований (шланг 4 сбоку);Fig. 2 - diagram of the device before conducting research (hose 4 on the side);

Фиг. 3 - схема устройства в период проведения исследований с образцом (шланг 4 снизу);Fig. 3 - diagram of the device during the period of research with a sample (hose 4 at the bottom);

Фиг. 4 - схема устройства в период проведения исследований с образцом (шланг 4 сбоку).Fig. 4 - diagram of the device during the period of research with a sample (hose 4 on the side).

На чертежах используются следующие обозначения:The following symbols are used in the drawings:

1. Основной сосуд;1. Main vessel;

2. Крышка основного сосуда 1;2. Lid of the main vessel 1;

3. Прозрачная измерительная трубка;3. Transparent measuring tube;

4. Шланг;4. Hose;

5. Дополнительный сосуд;5. Additional vessel;

6. Поршень дополнительного сосуда 5;6. Piston of additional vessel 5;

7. Жидкость, не растворяющая образец;7. Liquid that does not dissolve the sample;

8. Градуировочная шкала;8. Graduation scale;

9. Основание для фиксации элементов устройства;9. Base for fixing the device elements;

10. Крышка дополнительного сосуда 5;10. Lid of additional vessel 5;

11. Упор поршня 6;11. Piston stop 6;

12. Кран;12. Crane;

13. Образец.13. Sample.

Устройство для определения объёма твердых тел включает основной сосуд 1, снабженный крышкой 2 с закрепленной в ней прозрачной измерительной трубкой 3. При этом желательно, чтобы по меньшей мере нижняя часть крышки 2 была выполнена из эластичного материала, обеспечивающего герметизацию и плотную посадку. Сосуд 1 и крышка 2 могут быть выполнены так, чтобы обеспечивалась возможность их разъемного соединения, например, при помощи резьбы.A device for determining the volume of solids comprises a main vessel 1 equipped with a lid 2 with a transparent measuring tube 3 secured therein. It is desirable that at least the lower portion of lid 2 be made of an elastic material to ensure a tight seal and tight fit. Vessel 1 and lid 2 may be designed to be detachably connected, for example, by threading.

Основной сосуд 1 выполнен сообщенным с дополнительным сосудом 5 при помощи шланга 4, в одном из вариантов реализации дно основного сосуда 1 может быть герметично соединено шлангом 4 с дном дополнительного сосуда 5 (фиг. 1), таким образом, сосуды 1 и 5 выполнены сообщающимися. Шланг 4, также, может соединять стенки сосудов в их нижней части, вблизи дна (фиг. 2). Возможна, также, реализация технического решения, когда шланг 4 соединяет дно одного сосуда со стенкой другого.The main vessel 1 is configured to communicate with the additional vessel 5 via a hose 4. In one embodiment, the bottom of the main vessel 1 can be hermetically connected via hose 4 to the bottom of the additional vessel 5 (Fig. 1), thus allowing vessels 1 and 5 to communicate. Hose 4 can also connect the walls of the vessels at their lower portions, near the bottom (Fig. 2). It is also possible to implement a technical solution in which hose 4 connects the bottom of one vessel to the wall of another.

Сосуды 1 и 5 жестко зафиксированы на основании 9. Шланг 4 может быть выполнен жестким или эластичным, при этом не предъявляется требование к постоянству его сечения.Vessels 1 and 5 are rigidly fixed on base 9. Hose 4 can be made rigid or elastic, and there is no requirement for its cross-section to be constant.

Сосуды 1 и 5 заполнены жидкостью 7, не растворяющей материалы образцов. На свободном конце трубки 3 размещен кран 12, обеспечивающий возможность герметичного перекрытия трубки 3 с целью предотвращения вытекания жидкости 7 через нее. Дополнительный сосуд 5 снабжен плотно прилегающей крышкой 10 с отверстием для поршня 6, крышка 10 может быть зафиксирована на сосуде 5 за счет разъемного соединения, например, посадки с натягом или резьбового соединения. Поршень 6 предназначен для принудительного перемещения жидкости 7 между сосудами, он снабжен упором 11, предназначенным для точного позиционирования поршня 6 относительно дополнительного сосуда 5 с крышкой 10. Градуировочная шкала 8, выполненная в единицах объёма, установлена на трубке 3 с возможностью перемещения. В основном сосуде 1 размещается исследуемый образец 13 произвольной формы, выполненный из твердого материала, не растворяющегося в жидкости 7.Vessels 1 and 5 are filled with liquid 7 that does not dissolve the sample materials. A tap 12 is located at the free end of tube 3, which allows for hermetically sealed closure of tube 3 to prevent liquid 7 from leaking through it. Additional vessel 5 is equipped with a tightly fitting lid 10 with an opening for piston 6; lid 10 can be fixed to vessel 5 by means of a detachable connection, for example, an interference fit or a threaded connection. Piston 6 is intended for forced movement of liquid 7 between the vessels; it is equipped with a stop 11 intended for precise positioning of piston 6 relative to additional vessel 5 with lid 10. Graduation scale 8, made in units of volume, is movably mounted on tube 3. Main vessel 1 contains test sample 13 of arbitrary shape, made of a solid material that does not dissolve in liquid 7.

Устройство для определения объёма твердых тел работает следующим образом. Жидкость 7 заливают в открытый дополнительный сосуд 5 до верхнего края. При этом жидкость 7 по шлангу 4 поступает также в основной сосуд 1. Поршень 6 вставляют в полость дополнительного сосуда 5 так, чтобы исключить попадание в сосуд 5 воздуха, и опускают его до соприкосновения упора 11 с крышкой 10, при этом жидкость 7 перемещается в сосуд 1 и трубку 3. Нулевую отметку шкалы 8 совмещают с уровнем жидкости в трубке 3. Далее с помощью поршня 6 вытягивают жидкость 7 из основного сосуда 1 и трубки 3. Уровень жидкости 7 опускается, после чего крышку 2 с измерительной трубкой 3 извлекают из основного сосуда 1. Исследуемый образец 13 размещают в полости основного сосуда 1, крышку 2 возвращают на место в прежнее положение. Поршень 6 повторно опускают до упора в прежнее положение, при этом жидкость 7 поднимается по трубке 3 до отметки, соответствующей по шкале 8 значению объёма образца 13.The device for determining the volume of solids operates as follows. Liquid 7 is poured into an open additional vessel 5 up to the upper edge. In this case, liquid 7 also enters the main vessel 1 through hose 4. Piston 6 is inserted into the cavity of the additional vessel 5 so as to prevent air from entering vessel 5, and is lowered until the stop 11 touches the cover 10, whereupon liquid 7 moves into vessel 1 and tube 3. The zero mark of scale 8 is aligned with the liquid level in tube 3. Then, using piston 6, liquid 7 is drawn out of main vessel 1 and tube 3. The level of liquid 7 lowers, after which cover 2 with measuring tube 3 is removed from main vessel 1. Sample 13 under study is placed in the cavity of main vessel 1, cover 2 is returned to its original position. Piston 6 is lowered again until it stops in its previous position, while liquid 7 rises along tube 3 to the mark corresponding to the value of sample volume 13 on scale 8.

По окончанию процесса измерения крышку 2 извлекают, удаляют образец 13 и приступают к очередному исследованию. Плотность вещества ρ предварительно взвешенного образца 13 с массой m определяют по формуле ρ=m/Vo, где Vo - показания градуировочной шкалы 8.Once the measurement process is complete, lid 2 is removed, sample 13 is removed, and the next test begins. The density of the substance ρ of the pre-weighed sample 13 with mass m is determined by the formula ρ = m/Vo, where Vo is the reading on calibration scale 8.

Устройство является простым в изготовлении, удобным и надежным в эксплуатации, обеспечивает возможность точного определения объема различных образцов, в том числе небольших размеров, как в лабораторных, так и полевых условиях.The device is simple to manufacture, convenient and reliable in operation, and provides the ability to accurately determine the volume of various samples, including small ones, in both laboratory and field conditions.

Claims

A device for determining the volume of solids by the liquid displacement method, comprising two communicating vessels filled with a liquid that does not dissolve the sample, wherein the main vessel, equipped with a lid with a transparent graduated measuring tube fixed therein, is connected by means of a hose to an additional vessel, characterized in that the vessels are rigidly fixed relative to each other, and the additional vessel is equipped with a piston with a stop installed with the possibility of linear movement and ensuring forced movement of the liquid between the vessels, the lower part of the lid of the main vessel is made of an elastic material that ensures sealing and a tight fit, and a graduation scale, made in units of volume, is mounted on the measuring tube with the possibility of movement.