專利名稱：：非線性刻度比重秤的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種非線性刻度比重秤(或密度)的裝置，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。技術(shù)背景一般情況下，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)容本發(fā)明針對上述現(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非線性刻度比重秤。按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，一種非線性刻度比重秤，包括支點及秤桿，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，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)的秤桿上懸掛有水杯及物體懸索裝置。所述秤桿可以做成空心的，秤桿內(nèi)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)置于所述水杯的懸掛點處及所述支點處；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右側(cè)水杯的懸掛點之間的距離為L2，U為固定值，L2距離為38cm60cm，所述秤桿右側(cè)與秤桿上支點所在位置之間的距離為L3處的秤桿上的比重刻度值y《2+L3，其中U為非固定值，U的距離為2.9cm57.9cm，相應(yīng)的比重刻度值y為lg/cm320g/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。所述支點左側(cè)秤桿上配重所在位置到秤桿上支點所在位置之間的距離為Li，L為固定值，L距離為lcm10cm;所述配重的重量Gf^XI^+U其中&為盛滿水的水杯中水的重量與水杯的重量的和，在稱量過程中G2為固定值。所述水杯采用透明工程塑料制作；所述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；所述水杯的槽口最高點及杯口四周刻一圈水平線；所述水杯的懸掛繩索用沒有吸水性的塑料繩制作。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所述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。所述物體懸索裝置為懸索網(wǎng)袋；所述懸索網(wǎng)袋采用細繩制作。本發(fā)明與已有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點本發(fā)明結(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)；可廣泛用于中小學學校實驗室及尋常百姓家庭。圖1是本發(fā)明的第一種實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的第二種實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明中的支撐座及限位環(huán)的側(cè)視圖。圖4是本發(fā)明中的水杯的主視圖。圖5是本發(fā)明的第一種實施例的比重顯示電路原理圖。具體實施方式下面結(jié)合附圖中的實施例對本發(fā)明作進一步的說明。如圖1圖5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，水杯8，物體懸索裝置9，秤桿水平度指針10等。如圖2所示的是普通非線性刻度比重秤，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，支點4右側(cè)的秤桿1上懸掛有水杯8及物體懸索裝置9，該側(cè)的秤桿1上刻有刻度尺ll。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的重量Gi按下述方法確定支點4左側(cè)秤桿1上配重7所在位置到秤桿1上支點4所在位置之間的距離為Li，U為固定值，其取值范圍可以是lcm10cm;支點4到水杯8的懸掛點之間的距離為U，配重7的重量G產(chǎn)GsXL2+L"其中G2為盛滿水的水杯8中水的重量與水杯8的重量的和。一般而言，在稱量過程中G2為固定值。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。所述水杯8采用透明工程塑料制作，可以從杯外觀察杯內(nèi)的水是否在稱量前及稱量過程中保持水平。水杯8的懸掛繩索用沒有吸水性的塑料繩制作，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。水杯8為圓柱形或多棱柱形，杯口頂部開有一個低于杯沿的槽口，使得向水杯中倒水時不至于水從杯口四周溢出到杯壁上，以確保稱量精度。水杯8的槽口最高點及杯口四周刻一圈水平線，以標示盛在杯內(nèi)的水的水平度。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水杯8以便在稱量體積小的固體時使用小水杯8而稱量較大體積的固體時用較大的水杯8;相應(yīng)的配重7也應(yīng)配套提供。所述秤桿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右側(cè)水杯8的懸掛點之間的距離為L2，L2為固定值，為不至于使秤桿l過長，U可以在38cm60cm范圍內(nèi)取值，如L2=57.9cm;秤桿1右側(cè)與秤桿1上支點4所在位置之間的距離為"處的秤桿1上的比重刻度值Y=L2+L3，其中L3為非固定值，其范圍由L2的值與要稱量的固體的最大比重確定，當1^57.9cm、要稱量的固體的最大比重Y二20g/cm3時,L3的范圍是2.9cm57.9cm，相應(yīng)的比重刻度值Y的范圍是lg/cm320g/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(-5度5度)的指示牌固定在所述支撐座5上。所述物體懸索裝置9采用有一定強度、沒有吸水性的、重量很輕的細繩制作的懸索網(wǎng)袋，以確保比重秤的稱量精度。如圖1所示的是數(shù)顯式非線性刻度比重秤。其秤桿1是空心的，空心秤桿1內(nèi)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)置于水杯8的懸掛點處及支點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，數(shù)字直流電流表用于顯示被稱量固體的比重?；€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到水杯8懸掛點之間的長度，滑線變阻器2的滑動觸頭要盡可能的輕。除此之外，數(shù)顯式非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)顯式非線性刻度比重秤的比重顯示電路電氣原理圖如圖5所示。本發(fā)明非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秤桿1右側(cè)的水杯8倒?jié)M水并保持水平，而后把水杯8懸掛在秤桿1上并使支點4左側(cè)的配重7對支點4的力矩與支點4右側(cè)的水杯8及杯中的水(保持水平)對支點4的力矩達到平衡從而秤桿1達到水平。假定配重7的重量為G，支點4與配重7之間的距離為L1;又假定水杯8中水的重量與水杯8的重量的和為G2，水杯8懸掛在秤桿1上時其懸索與支點4間的距離為U，則根據(jù)杠桿平衡原理有GiXLi=G2XL2而后把被測固體放入物體懸索裝置9的懸索袋內(nèi)(假定被測固體的比重為y、體積為V,則被測固體的重量為VXy)，再把被測固體通過懸索網(wǎng)袋緩緩放入水杯8直至被測固體全部浸沒于水中，這時水杯8中的水就會從槽口溢出到杯外直至杯內(nèi)不再有水溢出；這樣由于被測固體全部浸入盛滿水的水杯8中致使從水杯8中溢出的水的體積與被測固體的體積完全相等，即溢出的水的體積為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lg/cm3，則被測固體放入水杯8后從水杯8中溢出的水的總重量為VX1。而后把內(nèi)有物體的懸索網(wǎng)袋從水中緩緩提出至杯外(注意提起物體時不要把水從杯中帶出)，并把內(nèi)有物體的懸索網(wǎng)袋懸掛在比重秤的秤桿1上(對數(shù)顯式非線性刻度比重秤的情況，則把內(nèi)有物體的懸索網(wǎng)袋懸掛在比重秤的秤桿上的滑線變阻器2的滑動觸頭上)，懸掛好內(nèi)有物體的懸索網(wǎng)袋并細心調(diào)節(jié)懸索網(wǎng)袋在秤桿1上的位置(對數(shù)顯式非線性刻度比重秤的情況而言，調(diào)節(jié)懸索網(wǎng)袋在秤桿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)，直至秤桿1上的支點4兩側(cè)的重物(包括懸索網(wǎng)袋內(nèi)的物體，由于物體懸索網(wǎng)袋重量非常輕，其重量與被測固體相比可忽略不計)對支點4的力矩達到平衡(對數(shù)顯式比重秤的情況而言，與此同時滑線變阻器2的滑動觸頭的位置不再發(fā)生變化)；假定這時支點4到被測固體懸索網(wǎng)袋的懸索(對數(shù)顯式比重秤而言也即滑動觸頭所在位置)的距離是U(對數(shù)顯式比重秤而言，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)，則有GiXL^XU-VXlXU+VXyXL3VXyXL3=VX1XL2艮口Y=1XL2+L3對數(shù)顯式非線性刻度比重秤而言Y=kXU+R=kXI其中I是數(shù)顯式直流電流表的電流。上式中L2是一個固定值，則固體的比重Y二L2+L^kXI。這樣，只要把U的從長度的(1+1)L2到(1+20)U值代入Y《2+U就可得到相應(yīng)的數(shù)值是lg/cm3到22.9g/cm3比重值;表1即是Y與L3之間的對應(yīng)關(guān)系(其中L^57.9cm)。這樣只要把秤桿1上與支點4之間相距(1+1)U到(1+20)L2的長度值用相應(yīng)的比重值代替即可把比重值在秤桿l上直接標出，而稱量固體的比重時當秤桿1支點4兩側(cè)達到平衡時懸索袋的懸索被調(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，Y與L3之間的關(guān)系是非線性關(guān)系，秤桿1上Y的刻度也是非線性刻度?？梢娎眠@種比重秤可以直接稱出而不是算出固體的比重，且不需要知道這種固體的重量及體積的具體數(shù)值。表l固體比重Y與長度U的對應(yīng)關(guān)系其中L2二57.9cm<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>據(jù)此表即可在非線性刻度比重秤的秤桿1的相應(yīng)長度上標注對應(yīng)的比重值，表中特別標注了幾種常見固體的比重與長度u的對應(yīng)值。制作非線性刻度比重秤的秤桿1時，秤桿1上的配重7到支點4之間的距離L應(yīng)盡可能短且應(yīng)保留足夠的左右微調(diào)的余量，支點4到水杯8的懸掛點之間的距離L2要盡可能的長，而當L與"的長度在秤桿1上確定下來后配重7的重量G,與盛滿水的塑料水杯8的總重量G2之間必須存在關(guān)系^XL^G2XL2，相應(yīng)的配重8的重量就可據(jù)此確定下來。當支點4到水杯8的懸掛點之間的距離L2在秤桿1上確定下來后，就可以以L2為長度單位，在秤桿1右側(cè)與支點4的距離分別是(1+1)U(1+2)L2、(1+3)U、……、(1+20)U的位置處用激光分別刻上相應(yīng)的比重值l、2、3、……、20(或按表l中固體比重Y與長度U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，稱量時當秤桿1支點4兩側(cè)平衡后物體懸索裝置9的懸索所在的位置即是這種特殊金屬的比重，與此同時整定數(shù)字直流電流表3的顯示值，使其與秤桿1上的相應(yīng)的刻度值完全相等，這樣就可完善非線性刻度比重秤的秤桿1的制作。權(quán)利要求1.一種非線性刻度比重秤，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)，所述秤桿(1)上刻有刻度尺(11)；所述配重(7)可在秤桿(1)上所在位置左右微調(diào)；所述支點(4)右側(cè)的秤桿(1)上懸掛有水杯(8)及物體懸索裝置(9)。2.按照權(quán)利要求1所述的非線性刻度比重秤，其特征是所述秤桿(1)可以做成空心的，秤桿(1)內(nèi)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)置于所述水杯(8)的懸掛點處及所述支點(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.按照權(quán)利要求1或2所述的非線性刻度比重秤，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)右側(cè)水杯(8)的懸掛點之間的距離為UU為固定值，L2距離為38cm60cm，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U處的秤桿(1)上的比重刻度值Y二L2+L3，其中U為非固定值，L3的距離為2.9cm57.9cm，相應(yīng)的比重刻度值Y為lg/cr^20g/cm3。4.按照權(quán)利要求1或2所述的非線性刻度比重秤，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所述的非線性刻度比重秤，其特征是所述支點(4)左側(cè)秤桿(1)上配重(7)所在位置到秤桿(1)上支點(4)所在位置之間的距離為ULi為固定值，LJ巨離為lcm10cm;所述配重(7)的重量G^&Xl^+Li，其中G2為盛滿水的水杯(8)中水的重量與水杯(8)的重量的和，在稱量過程中G2為固定值。6.按照權(quán)利要求1或2所述的非線性刻度比重秤，其特征是所述水杯(8)采用透明工程塑料制作；所述水杯(8)為圓柱形或多棱柱形，杯口頂部開有一個低于杯沿的槽口；所述水杯(8)的槽口最高點及杯口四周刻一圈水平線；所述水杯(8)的懸掛繩索用沒有吸水性的塑料繩制作。7.按照權(quán)利要求1或2所述的非線性刻度比重秤，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。8.按照權(quán)利要求1或2所述的非線性刻度比重秤，其特征是所述支撐座(5)采用金屬材料制作。9.按照權(quán)利要求1或2所述的非線性刻度比重秤，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上所述支點(4)位置處的秤桿水平度指針(10);所述秤桿水平度指針(10)的帶刻度的指示牌固定在所述支撐座(5)上。10.按照權(quán)利要求1或2所述的非線性刻度比重秤，其特征是所述物體懸索裝置(9)為懸索網(wǎng)袋；所述懸索網(wǎng)袋采用細繩制作。全文摘要本發(fā)明涉及一種能直接稱量出任意類型、任意體積及任意形狀的固體的比重的非線性刻度比重秤。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；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)的秤桿上懸掛有水杯及物體懸索裝置。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。本發(fā)明結(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)；可廣泛用于中小學學校實驗室及尋常百姓家庭。文檔編號G01N9/02GK101408495SQ20081023400公開日2009年4月15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