一种质量测量装置制造方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种质量测量装置，该质量测量装置包括：底板（1）、多个调平旋钮（2）、水平仪（3）、容器（4）、液体（5）、悬浮物（6、7）、载物台（8）、第一极板（10）、第二极板（11）、第三极板（12）、控制器（21）、支架（25）。本实用新型采用浮力天平原理，利用质量与电容改变量之间的对应关系，使用差分电容和惠斯通电桥，巧妙的实现了微小质量的自动化测量。本实用新型的质量测量装置测量精度高、成本低廉、操作简便、易于实现自动化测量、实用性强。本实用新型可广泛用于微小颗粒称重、危化品及食品安全检验以及微生物、细菌或病毒检测等领域，也可作为大学物理实验中微小质量的测量装置。
【专利说明】一种质量测量装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及参数测量领域，具体涉及对质量进行测量的质量测量装置。
【背景技术】
[0002]现有技术中，测量微小质量的方法一般包括:分析天平、扭力天平、谐振和激光干涉等。
[0003]分析天平和扭力天平的测量精度都比较高，也比较稳定，但操作繁琐，不易于自动化，各种接触摩擦的误差大，且价格贵。电子天平实现了自动化测量，也能够精确地测量各种大小的质量，操作简便，而且将测力转换成测电量，稳定性大大增强，但是它设计复杂，导致成本高。激光干涉法精度高，稳定性好，但设备庞大，对环境要求苛刻且成本较高，不方便安装使用。
[0004]因此，希望能够设计一种操作简便、响应时间短、成本低廉、测量精度高、实用性强的质量测量装置。
实用新型内容
[0005]针对上述问题，本实用新型提供了一种测量微小质量的设备，其至少能解决上述问题中的一项。
[0006]具体而言，本实用新型提供了一种质量测量装置，所述质量测量装置包括:底板、多个调平旋钮、水平仪、容器、液体、悬浮物、载物台、第一极板、第二极板、第三极板、控制器、支架，
[0007]所述支架固定在所述底板上；
[0008]所述调平旋钮分别嵌入在所述底板的四角；
[0009]所述水平仪放置在所述底板上；
[0010]所述容器上部，用于容纳所述液体；
[0011]所述悬浮物的至少部分侵入在所述液体中；
[0012]所述载物台用于承载待测物体，并且所述载物台固定在所述悬浮物露出所述液体的表面的部分上；
[0013]所述第一极板和第三极板彼此平行并且分别安装在所述支架上，并且其中，所述第一极板和所述第三极板保持固定，所述第二极板能够上下移动；
[0014]所述第二极板位于所述第一极板和所述第三极板之间，并且与所述载物台固定连接；
[0015]所述第一极板、第二极板和第三极板分别与所述控制器中的测量电路相连接；
[0016]所述测量电路基于来自所述第一极板、第二极板和第三极板的输出确定所述待测物体的质量。
[0017]优选地，所述的质量测量装置还包括平衡栓和中间极板连接件，所述中间极板连接件用于连接所述中间极板和所述载物台，所述中间极板连接件的一段穿过所述平衡栓的中心孔洞，所述平衡栓的中心孔洞的尺寸与所述中间极板连接件的尺寸匹配，从而通过限制所述中间极板连接件的取向来保持所述中间极板处于水平状态。
[0018]优选地，所述测量电路基于所述第一极板与第二极板二者构成的电容的大小以及所述第二极板与第三极板二者所构成的电容的大小，来确定所述待测物体的质量。
[0019]优选地，所述悬浮物包括上下两个部分，所述悬浮物的上部分为悬浮连杆，下部分为平衡块，所述悬浮连杆沿水平方向的截面小于所述平衡块沿水平方向的截面。
[0020]优选地，所述平衡块的密度大于所述液体的密度，所述悬浮连杆的密度小于所述液体的密度，并且所述平衡块与所述悬浮连杆作为整体的平均密度小于所述液体的密度。[0021 ] 优选地，所述悬浮连杆分成若干段，每段的直径彼此不同。
[0022]优选地，所述悬浮连杆下部具有一个圆台，该圆台直径远大于所述悬浮连杆上部的直径。优选地，该圆台直径大于平衡块的直径。
[0023]优选地，所述测量电路为差分电容检测电路。
[0024]本实用新型的质量测量装置测量精度高、成本低廉、操作简便、易于实现自动化测量、实用性强。可广泛用于微小颗粒称重、危化品及食品安全检验以及微生物、细菌或病毒检测等领域，也可作为大学物理实验中微小质量的测量装置。
[0025]本实用新型采用浮力天平原理，利用质量与电容改变量进行转换的设计思想，使用差分电容和惠斯通电桥，巧妙的实现了微小质量的自动化测量。该实用新型原理清晰，操作简便，响应时间短，成本低廉，测量精度高，实用性强。
【专利附图】

【附图说明】
[0026]图1是根据本实用新型的一个实施例的质量测量装置的示意图；
[0027]图2是从图1中所示的实验设备的右侧看去所述质量测量装置的极板附近结构的局部放大示意图；
[0028]图3是根据本实用新型一个实施例的测量电路的示意图；
[0029]图4是根据本实用新型一个实施例对采用测量电路测得的结果进行处理的流程图。
【具体实施方式】
[0030]由阿基米德原理知，浸在静止液体中的物体受到液体作用的合力大小等于物体排开的液体的重力。所以如果知道物体排开液体的体积和液体的密度，就可算出物体的重力，进而得出物体的质量。
[0031]基于这种原理，本实用新型将载物台与悬浮于液体中的悬浮物相连接。当微小质量的物体放在载物台上时，载物台向下产生微小位移，带动悬浮物向下移动，从而排开更大体积的液体。再将载物台与电容的一个极板相连接，载物台的移动将带来电容的一个极板与其他极板之间的相对位置变化。利用电容量随极板间距变化的性质，测量电容的变化就可以实现对载物台上所放置物体的质量的测量。
[0032]此外，因为本实用新型旨在针对微小质量进行测量，所以载物台产生的位移也很小，为了更精确地对电容进行测量，本实用新型设计了特定的结构和电路来实现微小质量的测量。[0033]下面将结合附图对本实用新型的一个实施例进行具体描述。
[0034]如图1所示，图中的质量测量装置包括底板1、调平旋钮2、水平仪3、容器4、液体5 (其密度已知)、平衡块6、悬浮连杆7 (其截面积为S)、载物台8、电容下极板10、中间极板
11、电容上极板12、用于连接载物台与中间极板的连接件9、上极板固定杆13 (中间装有导线)、上极板固定杆调整旋钮14、平衡栓15、用于连接件9的连接杆16 (中间装有导线)、紧固件17、下极板固定杆18 (中间装有导线)、下级板固定杆调整旋钮19、控制器21、测量电路22、数码管显示23、按键24、支撑杆25、连接线缆20。
[0035]如图1所示，在进行质量测量前，首先利用水平仪3进行底板I的调平，S卩，观察水平仪3并通过调整调平旋钮2使底板I水平。然后系统上电，观察数码管数值，然后调节旋钮14和19以及液体5的液面高度，使数码管显示为零，此时中间极板11正好位于上、下极板的中间位置。通过采用平衡栓15和固定杆13、18，该设备可保持上下极板和中间极板在铅直平面严格对齐。
[0036]上极板固定杆13、连接杆16、下极板固定杆18分别固定至支架25，从上至下依次排列。支架25为竖直的立杆,其可以与实验台底板I固定连接在一起，中间极板11通过连接件9与载物台8连接，载物台8与悬浮物相连。在本实施例中，悬浮物包括悬浮连杆7和平衡块6，悬浮连杆7与平衡块6连接在一起，靠浮力保持平衡，以维持为图中所示状态。
[0037]平衡栓15为中间开孔的圆柱状物体，圆柱的中心开有圆柱形的孔洞，连接件9的一段穿过平衡栓15的圆柱形孔洞，并且二者尺寸彼此匹配。平衡栓15的孔洞沿竖直方向，使得连接件9穿过平衡栓15的一段的方向也沿竖直方向。连接件9与中间极板11刚性连接，并且，连接件9的形状使得中间极板保持水平方向，例如，如图1中所示，呈中间竖直的弓形。
[0038]中间极板11能够上下移动，并且，连接件9穿过平衡栓15的中间孔洞。连接件9能够在平衡栓15的中间孔洞上下滑动。
[0039]中间极板11通过连接件9与载物台8相连接。悬浮连杆7支撑载物台8。平衡时体积大的平衡块6浸没在液体中，而截面积很小的悬浮连杆7有一段在液面下，另一段在液面上。
[0040]图2是从图1中所示的实验设备的右侧看去所述质量测量装置的极板及其附近结构的局部放大示意图。从图2中可以看到，上极板固定杆13从上方连接到上极板12，下极板固定杆18从下方连接到下极板10。中间极板11通过连接件9连接到载物台8。需要说明的是，为了更直观地将中间极板与载物台的连接表示出来，图2中突出显示了连接件9，并且，为了显示的方便，图1和图2中各部件的表示并非按比例绘制，而且存在少许差异。不过本领域技术人员应该理解，这只是为了对各个部件进行清楚地表示，并不影响本实用新型的实施。
[0041]如上面所提到的，本实用新型只在针对微小质量物体进行测量(需要说明的是，这里所提到的微小质量物体指的是，例如，质量小于10g、5g等的物体)。因为待测物体质量微小，放置在悬浮于液体的载物台上时，产生的位移也很微小，因此本实用新型的发明人设计了本实用新型中的悬浮物的结构。如图中所示，悬浮物包括上下两个部分，悬浮物的上部分采用悬浮连杆7，下部分采用平衡块6，悬浮连杆7沿水平方向的截面小于平衡块的截面。
[0042]在一个实施例中，悬浮连杆7为圆柱体形状，下面在利用公式对质量进行计算时，将主要参照这种结构进行描述。
[0043]在另一个实施例中，悬浮连杆7分成若干段，例如，分成三段，每段均为圆柱体结构，并且每段的横截面积彼此不同。在测量过程时，针对不同质量量级的待测物体，可以通过调节载物台配重、调节液面高度等方式，使悬浮连杆7的不同段位于液体5的液面处。本领域技术人员应该理解，实际上在质量测量过程中，对质量测量的精度带来影响的主要为悬浮连杆在液面处截面积。因此，采用这种结构，能够调节本实用新型的测量设备的测量精度。
[0044]另外，由于本实用新型是利用悬浮物的浮力来平衡待测物体的质量，所以，采用比较细的悬浮连杆使得，悬浮物对于待测物体的质量更加敏感。
[0045]另外，平衡块6的密度稍大于液体5的密度，悬浮连杆7的密度小于液体5的密度，并且平衡块6与悬浮连杆7作为整体的平均密度小于液体5的密度。这样，当平衡块6与悬浮连杆7固定在一起并放置于液体中时，悬浮连杆7自动上浮、平衡块6自动下沉，而且悬浮连杆7的上部露出液面。
[0046]在本实用新型的设备使用时，调节图1中的旋钮14和19以及液体5的液面高度，使得，当载物台上没有待测物体时，中间极板11与上极板12和下极板10 二者的距离相等。换言之，此时，中间极板位于上极板与下极板中间。
[0047]设调零时上下极板与中间板的间距均为d，上极板与中间板构成的电容值为Cl，下级板与中间板构成的电容为C2，则电容初始值为C1=C2，液体的密度为P，悬浮连杆7的横截面积为a，三个极板的相对面的面积为S，当质量m的物体放置于载物台8时，中间板向下移动距离△ d，当中间极板稳定后，测量由上极板与中间极板形成的电容Cl和由中间极板与下极板形成的电容C2。根据极板电容的计算公式:
[0048]
【权利要求】
1.一种质量测量装置，其特征在于，所述质量测量装置包括:底板(I)、多个调平旋钮(2)、水平仪(3)、容器(4)、液体(5)、悬浮物(6、7)、载物台(8)、第一极板(10)、第二极板(11)、第三极板(12)、控制器(21)、支架(25)， 所述支架(25 )固定在所述底板(I)上； 所述调平旋钮(2)分别嵌入在所述底板(I)的四角； 所述水平仪(3 )放置在所述底板(I)上； 所述容器(4)上部开口并且容纳所述液体(5)； 所述悬浮物(6、7)的至少部分侵入在所述液体(5)中； 所述载物台(8)承载待测物体，并且所述载物台(8)固定在所述悬浮物露出所述液体(5)的表面的部分上； 所述第一极板(10)和第三极板(12)彼此平行并且分别安装在所述支架(25)上，并且其中，所述第一极板(10 )和所述第三极板(12 )保持固定； 所述第二极板(11)位于所述第一极板(10 )所述第三极板(12 )之间，能够上下移动并且与所述载物台(8)固定连接； 所述第一极板(10)、第二极板(11)和第三极板(12)分别与所述控制器(21)中的测量电路相连接； 所述测量电路基于来自所述第一极板(10)、第二极板(11)和第三极板(12)的输出确定所述待测物体的质量。
2.如权利要求1所述的质量测量装置，其特征在于，还包括平衡栓(15)和中间极板连接件(9 )，所述中间极板连接件(9 )用于连接所述中间极板(11)和所述载物台(8 )，所述中间极板连接件(9)的一段穿过所述平衡栓(15)的中心孔洞，所述平衡栓(15)的中心孔洞的尺寸与所述中间极板连接件(9)的尺寸匹配，从而通过限制所述中间极板连接件(9)的取向来保持所述中间极板(11)处于水平状态。
3.如权利要求1所述的质量测量装置，其特征在于，所述测量电路基于所述第一极板(10)与第二极板(11) 二者构成的电容的大小以及所述第二极板(11)与第三极板(12) 二者所构成的电容的大小，来确定所述待测物体的质量。
4.如权利要求3所述的质量测量装置，其特征在于，所述悬浮物包括上下两个部分，所述悬浮物的上部分为悬浮连杆(7)，下部分为平衡块(6)，所述悬浮连杆(7)沿水平方向的截面小于所述平衡块(6)沿水平方向的截面。
5.如权利要求4所述的质量测量装置，其特征在于，所述平衡块(6)的密度大于所述液体(5)的密度，所述悬浮连杆(7)的密度小于所述液体(5)的密度，并且所述平衡块(6)与所述悬浮连杆(7)作为整体的平均密度小于所述液体(5)的密度。
6.如权利要求4所述的质量测量装置，其特征在于，所述悬浮连杆(7)分成若干段，每段的直径彼此不同。
7.如权利要求4所述的质量测量装置，其特征在于，所述悬浮连杆(7)下部具有一个圆台，该圆台直径远大于所述悬浮连杆(7 )上部的直径。
8.如权利要求3所述的质量测量装置，其特征在于，所述测量电路为差分电容检测电路。
【文档编号】G01G5/02GK203534680SQ201320656818
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年10月23日 优先权日:2013年10月23日
【发明者】黄耀雄, 王启银, 岳金城, 杨洪波, 李学勤, 郭鹏飞, 尚文 申请人:国家电网公司, 山西省电力公司大同供电分公司