Прибор для определения плотности твердых тел Советский патент 1947 года по МПК G01N9/26 

Обычно ПЛОТНОСТЬ твердых тел определяют методом гидростатического взвешивания на циферблатных весах с равноплечим коромыслом.

Но весы, применяемые для определения плотности твердых тел методом гидростатического взвешивания, недостаточно чувствительны и не позволяют в некоторых случаях определять плотность твердых тел с необходимой точностью и имеют неравномерную шкалу.

Предметом настоящего изобретения является прибор для определения плотности твердых тел методом гидростатического взвешивания, выполненный в виде циферблатных весов с равноплечим коромыслом, но имеющий ту особенность, что равноплечее коромысло весов выполнено ломаным с углом 180°-у между его плечами и углом uj наклона плеч к горизонту.

Такая конструкция обеспечивает повышение чувствительности весов и позволяет получать равномерную шкалу в заданном интервале измерений.

На фиг. 1 изображена схема коромысла прибора, а на фиг. 2 - конструктивное выполнение прибора.

Представим себе равноплечее коромысло АОВ (фиг. 1), которое может свободно вращаться в вертикальной плоскости вокруг точки О. Плечи коромысла АО и ОБ равны по длине и образуют между собой угол 180°- у. В точке В на тонкой нити подвешивается тело PJI, плотность которого требуется определить. К точке А подвешивается некоторый груз Р.

Положение равновесия коромысла определяется углом а, который пле.40 АО образует с линией горизонта COD.

Обозначая вес образца породы в воздухе через Р, а находящуюся с ним в равновесии нагрузку через Р, условия равновесия коромысла можно представить уравнением:

Рг cosQj COS (у-aj.

Если теперь, не меняя груза, подвести под образец сосуд с водой и, поднимая его, добиться полного погружения образца в воду, то вес об271

разца по закону Архимеда уменьшится до величины Р, равновесие нарушится, коромысло повернется вокруг точки О и займет новое положение равновесия, определяемое некоторым углом ttj.

В этом положении равновесие будет определяться уразнением:

РГ COSa COS ((р-Оз).

Определяя из этих уравнений Р и РЗ и подставляя в общеизвестную формулу определения плотности твердого тела, после элементарных преобразований получим:

ff- Ctg у + tg «2

tgcij-tgui

Углы 9 и a являются постоянными, определяемыми конструкцией прибора. Следовательно, значение плотности а однозначно определяется углом а.

Анализ последнего уравнения приводит к выводу, что для получения наибольшей чувствительности весов и наиболее равномерной шкалы в заданном интервале измерений необходимо, чтобы углы р н а имели значение:

, 1ви - ап . ап (an-1) ,

Р arc ctg{- -

°(i/t.- - I аи -an г I on-1 -, ,г

a, - arctgУ k - I,

° afi-an

где o-,M -максимальное значение плотности в заданном диапазоне измерений, сгл- среднее значение плотности в заданном диапазоне измерений k - отношение величины деления шкалы прибора при an к величине деления шкалы прибора при а,и.

Конструкция прибора показана на фиг. 2, где К-дуралюминиевое коромысло симметричной формы, сбалансированное после изготовления. Ось О вращения коромысла К проходит через центр тяжести коромысла и жестко связана с последним. На конце одного из плеч коромысла К имеется штифт для подвешивания испытуемого об разца. На выступающие по обе стороны коромысла концы штифта одевается крючок Кц к которому привязывается нить для подвешивания образца. Нить дважды проходит через крючок , что поз272

воляет с помощью дополнительного скользящего по нити крючка изменять длину нити и компенсировать поднятие правого плеча коромысла при погружении образца в воду. На другом плече коромысла имеется штифт Кз для подвески этажерки Э, на которую укладываются грузы, уравновешивающие образец. Штифт /(з устроен так же, как и штифт К. Этажерка Э прикрепляется к крючку, свободно вращающемуся вокруг выступающих из коромысла концов штифта /(д.

Для компенсации веса штифта /С, крючка и нити имеется на этом же плече коромысла винт К. На этот винт могут быть одеты дополнительные грузики в виде шайбочек для уравновешивания коромысла.

Прибор снабжен отсчетным лимбом Л, по которому производится определение плотности тел по положению указательных стрелок Q и Cj, расположенных на коромысле К. Ось коромысла К и лимб Л установлены на вертикальной стойке f(p, укрепленной на горизонтальной подставке д, имеющей установочные винты В. Прибор устанавливают по отвесу 0.

Определение плотности тел посредством предлагаемого прибора сводится к подвешиванию образца на нитке к одному плечу коромысла, приведению коромысла в равновесие, определяемое постоянным углом « путем нагрузки разновесами другого плеча коромысла, погружению образца в воду и отсчету по лимбу значения плотности ff.

Предмет изобретения

Прибор для определения плотности твердых тел методом гидростатического взвешивания, выполненный в виде циферблатных весов с равноплечим коромыслом, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и возможности получения максимально равномерной шкалы в заданном интервале измерений, равноплечее коромысло весов выполнено ломаным с углом (р между его плечами и углом а наклона плеч к горизонту определяемыми соотношениями: fоц-ап , (ТЛ(() ctg yY Kfc-1 j, а. - arctg ас--an где аи-максимальное значение плот- деления Фиг. 1 сг/г - k - шкалы п ности в заданном диапазоне измерений, среднее значение плотности в заданном диапазоне измерений, отношение величины деления рибора при an к величине шкалы прибора при а/л.

Фиг. 2

«4