專利名稱：線性刻度比重秤的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種線性刻度比重秤(或密度)，具體地說是一種能直接稱量出任意類型、任意體積及任意形狀的非水溶性固體的比重秤。

背景技術(shù)：
一般情況下，在測取固體的比重時都是先利用稱重設(shè)備，如電子秤等，稱出被測固體的重量，再利用量杯測量出固體的體積，而后利用公式“物體的比重＝物體的重量÷物體的體積”來計算出固體的比重。此種方法由于涉及到測量固體的重量、體積及計算公式，測量過程比較繁瑣、復(fù)雜，除實驗人員及學(xué)校做實驗時在測取固體的比重時要使用這些方法外，尋常百姓家很少使用。
當(dāng)前市面上的比重秤，一般由電子式稱重部件、測量固體體積的量杯、讀取量杯數(shù)值的光電部件及與以上部件有電氣聯(lián)系的運算單元組成。其測量原理是在同一個設(shè)備上分別或者同時測量出被測固體的重量和體積，而后利用與設(shè)備一體的運算部件按事先編制好的程序根據(jù)固體的比重公式算出固體的比重，所以嚴格地講應(yīng)該是比重計算秤。這種比重計算秤不是直接稱量出固體的比重，并且結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價格昂貴。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、可直接稱量出任何塊狀非水溶性固體比重的線性刻度比重秤。
按照本實用新型提供的技術(shù)方案，一種線性刻度比重秤，包括支點及秤桿，其特征是所述秤桿支撐在支點上；所述支點固定在支撐座上；所述支點左側(cè)的秤桿上設(shè)置有配重及物體懸索裝置，所述秤桿上刻有刻度尺；所述配重可在秤桿上其所在位置附近左右微調(diào)；所述支點右側(cè)的秤桿上懸掛有小水杯，稱量前小水杯放置在大水杯的槽口的正下方。
所述秤桿可以做成空心的，秤桿內(nèi)靠支點的右側(cè)鑲嵌一只滑線變阻器；所述滑線變阻器的兩個固定端分別設(shè)置于支點右側(cè)最大比重刻度值處及所述支點處；所述滑線變阻器的滑動觸頭與所述物體懸索裝置的懸索相連，滑線變阻器的滑動觸頭與所述支點處的固定端之間與直流電源及數(shù)字直流電流表組成電路回路。
所述秤桿采用不銹鋼金屬材料或木材制作；所述秤桿上支點所在位置到支點左側(cè)被稱量固體的懸掛點之間的距離為L，L為固定值，L距離為1cm～4cm；所述秤桿右側(cè)與秤桿上支點所在位置之間的距離為L1處的秤桿上的比重刻度值γ＝L1÷L，其中L1為非固定值，L1的距離為1cm～60cm，相應(yīng)的比重刻度值γ為1g/cm3～20g/cm3。
所述支點采用耐磨的硬質(zhì)合金制作，由固定在秤桿上、形狀為三棱柱形的刀口與固定在支撐座上的“一字型”凹槽組成。
所述小水杯為圓柱形或多棱柱形；所述小水杯采用塑料制作；所述小水杯的懸掛繩索用塑料細繩制作。
所述大水杯采用透明材料工程塑料制作；所述大水杯為圓柱形或多棱柱形，杯口頂部開有一個低于杯沿的槽口；所述槽口最高點及杯口四周刻一圈水平線。
所述支點的兩側(cè)設(shè)置有限位環(huán)；所述秤桿穿過所述限位環(huán)；所述限位環(huán)固定在所述支撐座的頂部。所述支撐座用金屬材料制作。
所述秤桿上設(shè)置有與秤桿垂直并且一端固定在秤桿上支點位置處的秤桿水平度指針，所述秤桿水平度指針的帶刻度的指示牌固定在所述支撐座上。
所述物體懸索裝置采用懸索網(wǎng)袋；所述懸索網(wǎng)袋采用細繩制作。
本實用新型與已有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點 本實用新型結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，功能集中，不需要知道被測固體的重量及體積的具體值、不需要通過計算即可直接稱出這種固體的比重。測量原理簡單、裝置實用性強，是杠桿原理與阿基米德原理的直接體現(xiàn)；可廣泛用于中小學(xué)學(xué)校實驗室及尋常百姓家庭。

圖1是本實用新型的第一種實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本實用新型的第二種實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本實用新型中的支撐座及限位環(huán)的側(cè)視圖。
圖4是本實用新型中的大水杯的主視圖。
圖5是本實用新型中的大水杯的側(cè)視圖。
圖6是本實用新型的第一種實施例的比重顯示電路原理圖。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖中的實施例對本實用新型作進一步的說明。
如圖1～圖6所示，包括秤桿1，滑線變阻器2，數(shù)字直流電流表3，支點4，支撐座5，限位環(huán)6，配重7，小水杯8，物體懸索裝置9，秤桿水平度指針10，大水杯11等。
如圖2所示的是線性刻度比重秤，包括支點4及秤桿1，秤桿1支撐在支點4上。支點4固定在支撐座5上，支點4左側(cè)的秤桿1上設(shè)置有配重7及物體懸索裝置9，支點4右側(cè)的秤桿1上懸掛有小水杯8，稱量前小水杯8放置在大水杯11的槽口的正下方以接住當(dāng)固體放入大水杯中時大水杯內(nèi)溢出的水。所述秤桿1上刻有刻度尺12。
為確保比重秤的長期稱量精度及使用壽命，支點4選用具有耐磨性的硬質(zhì)合金制作，由固定在秤桿1上、形狀為三棱柱形的刀口與固定在支撐座5上的“一字型”凹槽組成。
所述秤桿1采用不銹鋼等金屬材料或優(yōu)質(zhì)木材制作。其目的是為了確保秤桿1的筆直、耐腐蝕性及盡量減少因環(huán)境溫度的變化而造成的熱脹冷縮，延長使用壽命。
所述支撐座5用鋁材等金屬材料制作，其底部較寬。這樣的支撐座具有足夠的支撐強度，底部較寬使其有一個較重的底盤以保證整體在稱量過程中的穩(wěn)定性。
所述配重7可在秤桿1上其所在位置附近左右微調(diào)，以便于在稱量固體的比重前可沿秤桿1進行向左或向右的微調(diào)以使支點4兩側(cè)的重物對支點4產(chǎn)生的力矩達到平衡。
所述小水杯8為圓柱形或多棱柱形，采用質(zhì)地堅硬的超輕超薄的塑料制作，為保證比重秤的稱量精度，其懸掛繩索用強度較高、沒有吸水性的超輕塑料細繩制作，以免從杯中溢出的水吸附在懸掛繩索上，從而確保比重秤的稱量精度。為了適應(yīng)不同大小的固體比重的稱量，可配幾個大小不同的小水杯8以便在稱量體積小的固體時使用小尺寸的塑料小水杯8而稱量較大體積的固體時用較大尺寸的小水杯8；相應(yīng)的配重7也應(yīng)配套提供。
本實用新型還配有大水杯11，大水杯11采用透明工程塑料制作，可以從杯外觀察杯內(nèi)的水是否在放入被稱量固體之前及放入過程中保持水平。大水杯11為圓柱形或多棱柱形，杯口頂部開有一個低于杯沿的槽口，使得被稱量的固體放入大水杯11中時杯中的水不至于從杯口四周溢出，而是全部流入放置在其下方的小水杯8中，以確保稱量精度。大水杯11的槽口最高點及杯口四周刻一圈水平線，以標(biāo)示盛在杯內(nèi)的水的水平度。
所述秤桿1上的比重刻度尺的刻度用下述方法刻出秤桿1上支點4所在位置到支點4左側(cè)被稱量固體的懸掛點之間的距離為L，L為固定值，為不至于使秤桿1過長，L可以在1cm～4cm范圍內(nèi)取值，如L＝3cm；秤桿1右側(cè)與秤桿1上支點4所在位置之間的距離為L1處的秤桿1上的比重刻度值γ＝L1÷L，其中L1為非固定值，其范圍由L的值與要稱量的固體的最大比重確定，當(dāng)L＝3cm、要稱量的固體的最大比重γ＝20g/cm3時，L1的范圍是0cm～60cm，相應(yīng)的比重刻度值γ的范圍是1g/cm3～20g/cm3。
所述支點4的兩側(cè)設(shè)置有限位環(huán)6，秤桿1穿過所述限位環(huán)6。限位環(huán)6固定在支撐座5的頂部。限位環(huán)6的作用是限制秤桿1在稱量過程中產(chǎn)生較大的擺動及位移，穩(wěn)定稱量操作。
所述秤桿1上設(shè)置有與秤桿1垂直并且一端固定在秤桿1上支點4位置處的秤桿水平度指針10，所述秤桿水平度指針10的帶刻度的指示牌(-5度～5度)固定在所述支撐座5上。
所述物體懸索裝置9采用有一定強度、耐水性強、重量很輕的細繩制作的懸索網(wǎng)袋，以確保固體比重稱量裝置的稱量精度。
如圖1所示的是數(shù)顯式線性刻度比重秤。其秤桿1是空心的，空心秤桿1內(nèi)靠支點的右側(cè)鑲嵌一個滑線變阻器2，滑線變阻器2的兩個固定端分別設(shè)置于支點右側(cè)最大比重刻度值處及支點4處，滑線變阻器2的滑動觸頭與物體懸索裝置9的懸索相連，滑線變阻器2的滑動觸頭與支點4處的固定端之間與直流電源及數(shù)字直流電流表3組成電路回路。數(shù)字直流電流表3固定在支撐座5上。數(shù)字直流電流表3選用電流值可調(diào)節(jié)的數(shù)字式直流電流表，其體積盡可能的小。滑線變阻器2采用較精密的錳銅繞線變阻器，滑線變阻器2的電阻圈的長度恰好等于從支點4到最大比重刻度值之間的長度，滑線變阻器2的滑動觸頭要盡可能的輕。除此之外，數(shù)顯式線性刻度比重秤的其他裝置部分的結(jié)構(gòu)及功能與普通比重秤的完全相同。
數(shù)顯式線性刻度比重秤的比重顯示電路電氣原理圖如圖6所示。
本實用新型線性刻度比重秤稱量固體比重的原理是 在稱量某一固體的比重前先把物體懸索裝置9的網(wǎng)袋掛在秤桿1上支點4左側(cè)的固定位置，支點4右側(cè)不懸掛任何物品，而后調(diào)整支點4左側(cè)的配重7，使秤桿1的支點4兩側(cè)達到平衡；再把大水杯11倒?jié)M水并保持水平并把小水杯8放置在大水杯11的槽口的正下方，而后把被測固體放入物體懸索網(wǎng)袋內(nèi)(假定被測固體的比重為γ、體積為V，則被測固體的重量為V×γ)并緩慢放入大水杯11直至被測固體全部浸沒于水中，這時大水杯11中的水就會從其槽口處流入放在其正下方的小水杯8杯中，直至大水杯11內(nèi)不再有水流入到小水杯8中；這樣由于被測固體全部浸入盛滿水的大水杯11中致使從大水杯11中流入到小水杯8中的水的體積與被測固體的體積完全相等，即流入到小水杯8中的水的體積為V(由于物體懸索袋是用極細的材質(zhì)制作，其浸入水中后的體積可忽略不計)，假定水的比重為1g/cm3，則小水杯8中水的重量為1×V。而后把內(nèi)有物體的懸索網(wǎng)袋從大水杯11中緩慢提出至杯外(注意提起物體時不要把水從杯中帶出)并懸掛在比重秤秤桿1上的支點4左側(cè)的固定位置上，假定這一位置與支點4間的距離為L；另外把內(nèi)盛有水的小水杯8懸掛在秤桿1支點4的右側(cè)(對數(shù)顯式線性刻度比重秤而言則懸掛在比重秤的秤桿上的滑線變阻器2的滑動觸頭上)并調(diào)節(jié)其在秤桿1上的位置(對數(shù)顯式線性刻度比重秤而言，則在調(diào)節(jié)小水杯8在秤桿1上的位置的同時滑線變阻器2的滑動觸頭的位置也發(fā)生變化)直至支點4左側(cè)被稱量固體對支點4的力矩與支點4右側(cè)的小水杯8及杯中的水對支點4的力矩達到平衡(對數(shù)顯式線性刻度比重秤而言，當(dāng)支點4左右兩側(cè)對支點4的力矩達到平衡的同時滑線變阻器2的滑動觸頭的位置不再發(fā)生變化)從而秤桿1達到水平；假定被稱量固體的重量為G，又假定小水杯8中水的重量與小水杯8的自重之和為G1，小水杯8懸掛在秤桿1上時其懸索(對數(shù)顯式線性刻度比重秤而言也即滑動觸頭所在位置)與支點4間的距離為L1(對數(shù)顯式線性刻度比重秤而言，滑線變阻器2從支點4到滑動觸頭之間的電阻阻值為R，相應(yīng)的數(shù)字直流電流表3的顯示值為I＝U÷R)，則根據(jù)杠桿平衡原理有 G×L＝G1×L1 假定小水杯8及其懸索均使用超輕材料制作，其重量與水杯中的水的重量相比較可忽略不計(具體稱量時，為提高稱量精度，也可在塑料小水杯8的懸索上掛一個充有一定氫氣或氦氣的小氣球，其在空氣中上浮的力可恰好抵消小水杯8及其懸索的微小重量)，則小水杯8中水的重量與小水杯8的重量的和約等于小水杯8中水的重量，從而有 V×γ×L≈V×1×L1 即γ≈L1÷L 對數(shù)顯式線性刻度比重秤而言γ＝k×U÷R ＝k×I 其中I是數(shù)顯式直流電流表的電流。上式中L是一個固定值，則固體的比重γ＝L1÷L＝k×I。這樣，只要把L1的從長度的L到20L值代入γ＝L1÷L就可得到相應(yīng)的數(shù)值是1g/cm3到20g/cm3比重值；表1即是γ與L1之間的對應(yīng)關(guān)系(其中L＝3cm)。這樣只要把秤桿1支點4的右側(cè)與支點4之間相距L到20L的長度值用相應(yīng)的比重值代替即可把比重值在秤桿1上直接標(biāo)出，而稱量固體的比重時當(dāng)秤桿1支點4兩側(cè)達到平衡時塑料小水杯8的懸索被調(diào)節(jié)在什么位置，相應(yīng)的位置上的比重刻度值即為該被測固體的比重(對數(shù)顯式線性刻度比重秤的情況，則可以通過把數(shù)字直流電流表3上的顯示值整定成相應(yīng)的比重值的方法，使得數(shù)字直流電流表3上的顯示值就與秤桿1上的刻度值完全一致)，在此，γ與L1之間的關(guān)系是線性關(guān)系，秤桿1上γ的刻度也是線性刻度?？梢娎眠@種固體比重稱量裝置可以直接稱出(而不是算出)固體的比重，而不需要知道這種固體的重量及體積的具體數(shù)值。
表1 比重γ與長度L1的對應(yīng)關(guān)系其中L＝3cm 據(jù)此表即可在線性刻度比重秤的秤桿1的相應(yīng)長度上標(biāo)注對應(yīng)的比重值，表中特別標(biāo)注了幾種常見固體的比重與長度L1的對應(yīng)值。
制作線性刻度比重秤的秤桿1時，秤桿1支點4左側(cè)的配重7到支點4的大致距離應(yīng)盡可能短且應(yīng)保留足夠的左右微調(diào)的余量，配重7的選取原則是線性刻度比重秤的支點4左右兩側(cè)不掛重物時可以通過微調(diào)配重7到支點4之間的距離使線性刻度比重秤的支點4兩側(cè)達到平衡。支點4左側(cè)的被測固體的懸掛點到支點4的長度L約為固定值3cm，支點4右側(cè)小水杯8的懸掛點到支點4之間的距離L1由被稱量固體的比重決定；當(dāng)線性刻度比重秤支點4左側(cè)支點4到被測固體的懸掛點之間的距離L在秤桿1上確定下來后，就可以以L為長度單位，在秤桿1右側(cè)與支點4的距離分別是1L、2L、3L、……、20L的位置處用激光分別刻上相應(yīng)的比重值1、2、3、……、20(或按表1中比重γ與長度L1的對應(yīng)關(guān)系進行刻度)，必要時可用稱量的方法對一些已知其比重的特殊金屬(如金、銀等)的比重進行實際稱量，稱量時當(dāng)秤桿1支點兩側(cè)平衡后支點4右側(cè)的塑料小水杯8的懸索所在的位置即是這種特殊金屬的比重，這樣就可完善線性刻度比重秤的秤桿1的制作。
權(quán)利要求1.一種線性刻度比重秤，包括支點(4)及秤桿(1)，其特征是所述秤桿(1)支撐在支點(4)上；所述支點(4)固定在支撐座(5)上；所述支點(4)左側(cè)的秤桿(1)上設(shè)置有配重(7)及物體懸索裝置(9)，所述秤桿(1)上刻有刻度尺；所述配重(7)可在秤桿(1)上其所在位置左右微調(diào)；所述支點(4)右側(cè)的秤桿(1)上懸掛有小水杯(8)，稱量前小水杯(8)放置在大水杯(11)的槽口的正下方。
2.按照權(quán)利要求1所述的線性刻度比重秤，其特征是所述秤桿(1)可以做成空心的，秤桿(1)內(nèi)靠支點(4)的右側(cè)鑲嵌一只滑線變阻器(2)；所述滑線變阻器(2)的兩個固定端分別設(shè)置于支點(4)右側(cè)最大比重刻度值處及所述支點(4)處；所述滑線變阻器(2)的滑動觸頭與所述物體懸索裝置(9)的懸索相連，滑線變阻器(2)的滑動觸頭與所述支點(4)處的固定端之間與直流電源及數(shù)字直流電流表(3)組成電路回路。
3、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的線性刻度比重秤，其特征是所述秤桿(1)采用不銹鋼金屬材料或木材制作；所述秤桿(1)上支點(4)所在位置到支點(4)左側(cè)被稱量固體的懸掛點之間的距離為L，L為固定值，L距離為1cm～4cm；所述秤桿(1)右側(cè)與秤桿(1)上支點(4)所在位置之間的距離為L1處的秤桿(1)上的比重刻度值γ＝L1÷L，其中L1為非固定值，L1的距離為1cm～60cm，相應(yīng)的比重刻度值γ為1g/cm3～20g/cm3。
4.按照權(quán)利要求1或2所述的線性刻度比重秤，其特征是所述支點(4)采用耐磨的硬質(zhì)合金制作，由固定在秤桿(1)上、形狀為三棱柱形的刀口與固定在支撐座(5)上的一字型凹槽組成。
5.按照權(quán)利要求1或2所述的線性刻度比重秤，其特征是所述支撐座(5)用金屬材料制作。
6.按照權(quán)利要求1或2所述的線性刻度比重秤，其特征是所述小水杯(8)為圓柱形或多棱柱形；所述小水杯(8)采用塑料制作；所述小水杯(8)的懸掛繩索用塑料細繩制作。
7.按照權(quán)利要求1或2所述的線性刻度比重秤，其特征是所述大水杯(11)采用透明材料工程塑料制作；所述大水杯(11)為圓柱形或多棱柱形，杯口頂部開有一個低于杯沿的槽口；所述槽口最高點及杯口四周刻一圈水平線。
8.按照權(quán)利要求1或2所述的線性刻度比重秤，其特征是所述支點(4)的兩側(cè)設(shè)置有限位環(huán)(6)；所述秤桿(1)穿過所述限位環(huán)(6)；所述限位環(huán)(6)固定在所述支撐座(5)的頂部。
9.按照權(quán)利要求1或2所述的線性刻度比重秤，其特征是所述秤桿(1)上設(shè)置有與秤桿(1)垂直并且一端固定在秤桿(1)上支點位置處的秤桿水平度指針(10)，所述秤桿水平度指針(10)的帶刻度的指示牌固定在所述支撐座(5)上。
10.按照權(quán)利要求1或2所述的線性刻度比重秤，其特征是所述物體懸索裝置(9)采用懸索網(wǎng)袋；所述懸索網(wǎng)袋采用細繩制作。
專利摘要本實用新型涉及一種線性刻度比重秤。其包括支點及秤桿，所述秤桿支撐在支點上，特征是所述秤桿支撐在支點上；所述支點固定在支撐座上；所述支點左側(cè)的秤桿上設(shè)置有配重及物體懸索裝置；所述配重可在秤桿上其所在位置附近左右微調(diào)；所述支點右側(cè)的秤桿上懸掛有小水杯，稱量前小水杯放置在大水杯的槽口的正下方。所述支點由固定在秤桿上、形狀為三棱柱形的刀口與固定在支撐座上的“一字型”凹槽組成該側(cè)的秤桿上刻有刻度尺。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，功能集中，不需要知道被測固體的重量及體積的具體值、不需要通過計算即可直接稱出這種固體的比重。測量原理簡單、裝置實用性強，是杠桿原理與阿基米德原理的直接體現(xiàn)；可廣泛用于中小學(xué)學(xué)校實驗室及尋常百姓家庭。
文檔編號G01N9/00GK201285364SQ200820160859
公開日2009年8月5日 申請日期2008年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月31日
發(fā)明者李大慶 申請人:李大慶