RU242554U1 - Устройство для определения объёма твердых тел методом вытеснения жидкости - Google Patents

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.

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.

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.

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).

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.

Известно устройство для определения объёма твердых тел, принимаемое за прототип (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.

Недостатком прототипа является низкая точность измерений, возникающая по следующим причинам:

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.

2. На точность измерений влияет точность взаимного положения сосуда и второй прозрачной трубки. При ручных манипуляциях эта точность может быть низкой.

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.

Таким образом, технической проблемой, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является низкая точность измерений при исследовании объёмов образцов, особенно небольших размеров.

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 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.

Та же совокупность существенных признаков устройства обеспечивает другой технический результат - увеличение компактности устройства, особенно при варианте реализации, когда сосуды соединены шлангом через стенки.

Конструкция устройства иллюстрируется следующими чертежами:

Фиг. 1 - схема устройства перед проведением исследований (шланг 4 снизу);

Фиг. 2 - схема устройства перед проведением исследований (шланг 4 сбоку);

Фиг. 3 - схема устройства в период проведения исследований с образцом (шланг 4 снизу);

Фиг. 4 - схема устройства в период проведения исследований с образцом (шланг 4 сбоку).

На чертежах используются следующие обозначения:

1. Основной сосуд;

2. Крышка основного сосуда 1;

3. Прозрачная измерительная трубка;

4. Шланг;

5. Дополнительный сосуд;

6. Поршень дополнительного сосуда 5;

7. Жидкость, не растворяющая образец;

8. Градуировочная шкала;

9. Основание для фиксации элементов устройства;

10. Крышка дополнительного сосуда 5;

11. Упор поршня 6;

12. Кран;

13. Образец.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Claims (1)

1. Устройство для определения объёма твердых тел методом вытеснения жидкости, включающее два сообщающихся сосуда, заполненных жидкостью, не растворяющей образец, при этом основной сосуд, снабженный крышкой с закрепленной в ней прозрачной градуированной измерительной трубкой, сообщен при помощи шланга с дополнительным сосудом, отличающееся тем, что 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, нижняя часть крышки основного сосуда выполнена из эластичного материала, обеспечивающего герметизацию и плотную посадку, а градуировочная шкала, выполненная в единицах объема, установлена на измерительной трубке с возможностью перемещения.