一種恒容容器及其使用方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種恒容容器，其由一個形狀規(guī)則且不易變形的容器及其上端的液面定位蓋組成，在液面定位蓋上設(shè)有注水口，在容器口設(shè)有溢水口；通過在容器的上端加蓋液面定位蓋控制容器內(nèi)的容積為恒定，通過注水口向恒容容器內(nèi)緩慢補充液體，溢水口用于排出超出恒容容器容積的液體。本發(fā)明還提供使用所述恒容容器的方法，具體如下：1）精確量取一定體積的液體，或2）測定固體和/或液體體積。本發(fā)明的恒容容器既可精確量取一定體積液體，又可用于任意液體、固體或者固液混合物體積的準確測量，可為今后物理、化學(xué)實驗以及土工測量等實際應(yīng)用問題提供基礎(chǔ)條件，除此之外，其測量操作過程簡單、方便，恒容容器功能穩(wěn)定性良好，省時省力且測量精度高。
【專利說明】一種恒容容器及其使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及體積測量，具體涉及一種恒容容器及其使用方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，通常使用量杯、量筒、廣口瓶等測量液體的體積。但是由于液體表面張力的作用，測得的液體體積存在不可避免的偶然誤差，導(dǎo)致測量精度較低，重復(fù)性差。除此之外，一些液體體積計量儀在測量單一性質(zhì)液體的體積時，可以通過稱量液體質(zhì)量的方法獲取一定體積的液體，所以如果測量的液態(tài)物質(zhì)不是單一液體而是固液混合物時便不能使用這種稱量的方法進行測量，使測量范圍存在一定的局限性。另外，一些儀器在測量固液混合物的體積時，不易將體積較大的固體樣品放入瓶中或移出瓶外，導(dǎo)致其測量操作過程較繁瑣，清洗工作困難，由于一般測量儀器的瓶口較小，所以在將固體樣品放入的過程中易將樣品掉落，導(dǎo)致測量結(jié)果存在誤差。并且，在測量操作過程中液體的震蕩可能會產(chǎn)生一定數(shù)量的氣泡，這些氣泡的產(chǎn)生也會影響測量的精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服使用廣口瓶等測量體積時存在的測量精度低、誤差因素多、不易操作、重復(fù)性差等問題，本發(fā)明旨在提供一種恒容容器及其使用方法。
[0004]本發(fā)明的恒容容器，由一個形狀規(guī)則且不易變形的容器及其上端的液面定位蓋組成，在液面定位蓋上設(shè)有注水口，在容器口設(shè)有溢水口 ；通過在容器的上端加蓋液面定位蓋控制容器內(nèi)的容積為恒定，通過注水口向恒容容器內(nèi)緩慢補充液體，溢水口用于排出超出恒容容器容積的液體。
[0005]其中，所述恒容容器優(yōu)選為圓柱形、長方體或多棱柱等形狀。
[0006]其中，所述恒容容器的材料要求有一定斥水性且不易變形。陶瓷材料或一般的金屬材料如鋁、不銹鋼、合金等均可。
[0007]本發(fā)明的另一目的是提供使用恒容容器的方法，具體如下:
[0008]I)精確量取一定體積的液體
[0009]往容積已測定的恒容容器內(nèi)加待量取液體到液面接近恒容容器口，蓋上液面定位蓋，通過注水口緩慢向內(nèi)滴待量取液體至溢水口處有液滴出現(xiàn)為止，此時恒容容器內(nèi)的液體為一定體積的液體；所述的一定體積等于恒容容器容積；
[0010]或2 )測定固體和/或液體體積
[0011]將待測固體和/或液體裝入容積已測定的恒容容器，稱待測固體和/或液體質(zhì)量；向裝有待測固體和/或液體的恒容容器中注滿水，稱量加滿水后待測固體和/或液體與水的總質(zhì)量；按照以下公式計算固體和/或液體體積:
[0012]V=V0—(Μ，-M) + P w
[0013]式中，M為待測固體和/或液體的質(zhì)量，M’為加滿水后待測固體和/或液體與水的總質(zhì)量的單位為g ;V0為恒容容器容積，單位cm3 ; P w為水密度，單位g/cm3。[0014]其中，當待測固體和/或液體會和水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時，以其他不會與待測固體和/或液體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的液體替換使用方法2)中所述的水。
[0015]其中，所述稱重設(shè)備為天平，優(yōu)選電子天平。
[0016]其中，測定恒容容器容積的方法為:稱量恒容容器注滿水時所注水的質(zhì)量,所注水的質(zhì)量除以水的密度計算得到恒容容器的容積。
[0017]其中，所述注滿水，為往恒容容器內(nèi)加水到液面接近恒容容器口，蓋上液面定位蓋，通過注水口緩慢向內(nèi)滴水至溢水口處有水滴出現(xiàn)為止。
[0018]其中,所述滴水為使用滴管滴水。
[0019]本發(fā)明還提供所述恒容容器在精確量取一定體積液體中的應(yīng)用。
[0020]本發(fā)明還提供所述恒容容器在測定固體、液體或固液混合物體積中的應(yīng)用。
[0021]本發(fā)明提供的恒容容器既可以精確量取一定體積液體，又可以用于任意液體、固體或者固液混合物體積的準確測量，可為今后物理、化學(xué)實驗以及土工測量等實際應(yīng)用問題提供基礎(chǔ)條件，除此之外，其測量操作過程簡單、方便，恒容容器功能穩(wěn)定性良好，省時省力且測量精度高。具體優(yōu)點如下:
[0022](I)恒容容器設(shè)有注水口和溢水口:可以保證恒容容器內(nèi)液態(tài)物質(zhì)的體積為一精確確定值，使量取液體或者測量固體和/或液體體積的結(jié)果達到較高精度，避免了由于液體表面張力、產(chǎn)生液體氣泡等原因造成的測量結(jié)果精度不高的問題。
[0023](2)測量對象范圍廣:不僅可以測量任意單一液體或固體的體積，而且可以準確測量固液混合物的體積，克服了一些測量儀器的測量范圍有局限性的缺點。
[0024](3)操作簡便、快捷:無論是準確量取液體或者測量固體和/或液體體積(任意液體、固體、或者固液混合物)，都具有操作簡單、省時省力的特點，避免了一些測量儀器需要多次校正的繁瑣操作。特別是測量固液混合物或者固體體積時，恒容容器有利于將體積較大的樣品放入其中，避免了其他一些測量儀器存在的不易將固體樣品放入、放入過程中易掉落樣品等缺點，并且恒容容器清洗過程簡單。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1本發(fā)明恒容容器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖2本發(fā)明恒容容器的照片。
[0027]圖3本發(fā)明恒容容器去掉液面定位蓋后的照片。
[0028]圖4本發(fā)明恒容容器的液面定位蓋的照片。
[0029]圖5實施例2中使用本發(fā)明恒容容器測量體積時用的設(shè)備結(jié)構(gòu)圖。
[0030]其中，I為去掉液面定位蓋的恒容容器，2為液面定位蓋,3為注水口，4為溢水口，5為稱重設(shè)備，6為滴管。
【具體實施方式】
[0031]以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
[0032]實施例1本發(fā)明的恒容容器
[0033]本發(fā)明恒容容器(包括去掉液面定位蓋的恒容容器I和恒容容器蓋子2)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，實物照片見圖2、3、4。去掉液面定位蓋的恒容容器I為一個圓柱形容器，在液面定位蓋2上設(shè)有注水口 3，在容器口設(shè)有溢水口 4。
[0034]本實施例的恒容容器內(nèi)徑75mm,外徑81mm,高63mm,壁厚3mm,液面定位蓋厚3mm。溢水口 4深3mm，寬度5mm，為向內(nèi)切割45° ;注水口 3下端口直徑為2mm，上端口直徑略大于下端口。恒容容器材料為金屬材料。
[0035]可以視待測物體大小挑選合適尺寸的恒容容器。材料要求有一定斥水性且不易變形，除金屬材料外(如鋁、不銹鋼、合金等)還可為陶瓷材料等。
[0036]實施例2使用本發(fā)明恒容容器測量體積時用的設(shè)備
[0037]使用本發(fā)明恒容容器測量體積時用的設(shè)備結(jié)構(gòu)圖如圖5所示，包括恒容容器(參見實施例1)、稱重設(shè)備5電子天平(上海卓精電子科技有限公司，型號:BSM-5200.2)、注水設(shè)備滴管6 (實驗室常用的普通玻璃質(zhì)膠頭滴管)。
[0038]實施例3本發(fā)明恒容容器容積的確定
[0039]所用設(shè)備參見實施例2。
[0040]測定恒容容器容積:
[0041]取適量的蒸餾水倒入恒容容器中，當注入的水接近裝滿容器時，恒容容器加蓋液面定位蓋，隨后通過液面定位蓋上的注水口繼續(xù)緩慢滴加蒸餾水，直到恒容容器側(cè)壁上端處的溢水口處有水滴出現(xiàn)時停止。然后用吸水紙擦凈容器壁上殘留的水潰，隨后將其放置在電子秤上稱量。4°C條件下，水的密度為1.000g/cm3，在溫度變化不大的情況下，水的密度可以近似取值為l.0OOg/cm3。稱量恒容容器注滿水時所注水的質(zhì)量除以水的密度，可以精確確定恒容容器本身的容積。所述稱量恒容容器注滿水時所注水的質(zhì)量，具體方法如下:
[0042]I)稱量未注水時恒容容器質(zhì)量，再稱量注滿水時恒容容器質(zhì)量，后者減去前者即得到恒容容器注滿水時所注水的質(zhì)量；
[0043]或2)將未注水的恒容容器置于稱重設(shè)備上去皮，注滿水后將恒容容器置于稱重設(shè)備上，所得讀數(shù)即恒容容器注滿水時所注水的質(zhì)量。
[0044]按照上述操作步驟，使用電子秤稱量注滿蒸餾水后的恒容容器與水的總質(zhì)量，得到恒容容器的容積。試驗設(shè)有10次重復(fù)，每次重復(fù)都按照上述工作過程進行，然后將各次試驗結(jié)果進行比較分析。
[0045]實測數(shù)據(jù)表明，稱得的注滿蒸餾水后恒容容器和水總質(zhì)量的浮動范圍小于0.0lg,說明當恒容容器的容積為200?300cm3時，測量的相對誤差為0.0033%?0.0050%，表明測量結(jié)果具有很高精度。當測量過程中恒容容器中的液體狀態(tài)一致時，即每次測量中液體表面張力產(chǎn)生的一些影響相同，對測得結(jié)果的影響無差別時，可以近似將這小部分誤差忽略不計。
[0046]實施例4使用本發(fā)明恒容容器量取一定體積液體
[0047]往實施例3中容積已測定的恒容容器(測定體積為263cm3)內(nèi)加待量取液體到液面接近恒容容器口，蓋上液面定位蓋，通過注水口緩慢向內(nèi)滴待量取液體至溢水口處有液滴出現(xiàn)為止，此時恒容容器內(nèi)的液體為一定體積的液體；所述的一定體積等于恒容容器容積。
[0048]實施例5使用本發(fā)明恒容容器測定固體體積
[0049]使用恒容容器準確測量固體體積時，該固體物質(zhì)與注入液體不進行化學(xué)反應(yīng)，如本實施例測定的為性狀不規(guī)則的小金屬零件的體積，用的液體為水，使用的恒容容器是實施例3中測定容積為263cm3的恒容容器。[0050]將待測固體小金屬零件裝入恒容容器，稱初始質(zhì)量Μ;然后向裝有待測固體的恒容容器中注滿水，稱量加滿水后待測固體與水的總質(zhì)量Μ’ ；按照以下公式計算固體的體積:
[0051]V=V0-(Μ，-M) + P w
[0052]式中，Μ、M’的單位為g ；V0為恒容容器容積，單位cm3 ; P w為水密度，單位g/cm3。多次重復(fù)測定，結(jié)果精確。
[0053]實施例6使用本發(fā)明恒容容器測定固液混合物-土壤的體積(即土壤顆粒與土壤水的體積)
[0054]所用設(shè)備參見實施例2。使用本發(fā)明恒容容器測定土壤(固液混合物)的體積，具體步驟如下: [0055]試驗采用3種土壤材料，分別為采自北京的粉壤土、吉林的黑土和江西的黏紅土(以下分別稱為Tl、T2、T3)，以檢驗該裝置對不同土壤的測量精準度。Tl、T2、T3分別預(yù)制成 5 種設(shè)計含水率:10%、15%、20%、25%、30%。
[0056]將不同設(shè)計含水率的3種土樣(T1、T2和Τ3)分別等分為3份子樣品，3份子樣品用于本發(fā)明測量土與水的混合物中土顆粒與水各自的含量，即土壤水分含量測定，測完后于105°C條件下烘干，以傳統(tǒng)烘干法測量，即為每種土壤在不同設(shè)計含水率情況下的3次重
復(fù)實驗。
[0057]將待測土樣裝入容積已知(參見實施例3)的恒容容器，稱待測土樣質(zhì)量M ;向裝有待測土樣的恒容容器中注水，蓋上液面定位蓋，然后用膠頭滴管通過注水口繼續(xù)緩慢向恒容容器中逐滴加水，直到溢水口處有水滴出現(xiàn)時停止，此時土壤顆粒與水充滿恒容容器，注入的水將原來存在于土樣中的空氣全部置換出來。用吸水紙擦凈恒容容器壁上殘留的水潰，電子秤讀數(shù)穩(wěn)定不變時讀取數(shù)值，稱量加滿水后恒容容器內(nèi)土樣與水的總質(zhì)量為M’ ；按照以下公式計算土壤顆粒與土壤水的體積之和(因為土壤體積是包含土壤顆粒體積、土壤水體積和土壤氣體的體積，補充水置換的是土壤氣體和容器中的氣體，恒容容器容積一補充水的體積=土壤水體積+ 土壤顆粒體積):
[0058]V=V0- (Μ，-M) + P w
[0059]式中，Μ’、Μ的單位為g ；V0為恒容容器容積，單位cm3 ; P w為水密度，單位g/cm3。
r.T, p,(V0-Vr)-M
[0060]Vw ~:-
Ps-P
rnnri1 r, M-Pw(V0-K)
[0061]Vs =-
Ps-Pw
[0062]其中，Vf (Μ’ -Μ) + P w，為向恒容容器中補充水的體積，cm3。
[0063]式中，Vs為土壤顆粒體積、Vw為待測土樣含水體積，單位cm3 ; P w為水密度，P s為土壤顆粒密度(土壤顆粒密度P s大小與土壤的化學(xué)與礦物組成有關(guān)，一般土壤的顆粒密度多在2.6~2.8g/cm3范圍內(nèi)，計算時通常采用的土壤顆粒密度值為2.653g/cm3。)，單位g/cm3 ； Θ為土壤質(zhì)量含水率，單位％。
[0064]傳統(tǒng)烘干法測量為將土樣置于105°C的烘箱中，烘干72h后取出稱重，用傳統(tǒng)烘干法計算得到土壤質(zhì)量含水率。烘干設(shè)備為烘干箱(中外合資重慶四達實驗儀器有限公司，型號:CS101-lE)o
[0065]將用本發(fā)明的方法測得的結(jié)果與傳統(tǒng)的土工測量方法(烘干稱質(zhì)量法)測量的結(jié)果進行對比，說明本發(fā)明方法測量的精準性。在不同設(shè)計含水率的條件下，使用本發(fā)明方法對T1、T2和Τ3的任意土樣進行測定，得到的土壤質(zhì)量含水率與烘干法(105°C，72h)測量的結(jié)果行進比較，最大絕對誤差在1%左右，如表1所示。
[0066]表1使用恒容容器測量土壤質(zhì)量含水率與烘干法測量結(jié)果比較的絕對誤差(％)
[0067]
【權(quán)利要求】
1.一種恒容容器，其特征在于，由一個形狀規(guī)則且不易變形的容器及其上端的液面定位蓋組成，在液面定位蓋上設(shè)有注水口，在容器口設(shè)有溢水口 ；通過在容器的上端加蓋液面定位蓋控制容器內(nèi)的容積為恒定,通過注水口向恒容容器內(nèi)緩慢補充液體,溢水口用于排出超出恒容容器容積的液體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的恒容容器，其特征在于，所述恒容容器的材料為陶瓷材料或金屬材料。
3.使用權(quán)利要求1或2所述恒容容器的方法，具體如下: I)精確量取一定體積的液體 往容積已測定的恒容容器內(nèi)加待量取液體到液面接近恒容容器口，蓋上液面定位蓋，通過注水口緩慢向內(nèi)滴待量取液體至溢水口處有液滴出現(xiàn)為止,此時恒容容器內(nèi)的液體為一定體積的液體；所述的一定體積等于恒容容器容積； 或2)測定固體和/或液體體積 將待測固體和/或液體裝入容積已測定的恒容容器，稱待測固體和/或液體質(zhì)量；向裝有待測固體和/或液體的恒容容器中注滿水，稱量加滿水后待測固體和/或液體與水的總質(zhì)量；按照以下公式計算固體和/或液體體積:
V=V0- (Μ，-M) + P w 式中，M為待測固體和/或液體的質(zhì)量，M’為加滿水后待測固體和/或液體與水的總質(zhì)量的單位為g ；V0為恒容容器容積,單位cm3 ; P w為水密度,單位g/cm3。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，當2)中的待測固體和/或液體會和水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時，以其他不會與待測固體和/或液體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的液體替換水。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述稱重設(shè)備為天平。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述注滿水，為往恒容容器內(nèi)加水到液面接近恒容容器口，蓋上液面定位蓋，通過注水口緩慢向內(nèi)滴水至溢水口處有水滴出現(xiàn)為止。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述 的方法，其特征在于，所述滴水為使用滴管滴水。
8.權(quán)利要求1或2所述恒容容器在測定固體、液體或固液混合物體積中的應(yīng)用。
【文檔編號】G01F19/00GK103604478SQ201310492570
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年10月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月18日
【發(fā)明者】雷廷武, 馬玉瑩 申請人:中國農(nóng)業(yè)大學(xué)