Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес оригинального документа : http://www.abitu.ru/en2002/closed/viewwork.html?work=156 Дата изменения: Fri May 5 15:25:57 2006 Дата индексирования: Tue Oct 2 02:33:05 2012 Кодировка: koi8-r Поисковые слова: п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п

Министерство образования Автономной Республики Крым

МАЛАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ШКОЛЬНИКОВ КРЫМА "ИСКАТЕЛЬ"





Секция «Промышленное, технологическое
оборудование и технологии»


Симферопольский городской филиал




Прибор для измерения объема тел неправильной геометрической формы





Работу выполнил:
Астафьев Владимир
(г. Симферополь, ОШ ?15,10 кл.)


Научный руководитель:
Костык С.В., кандидат химических наук,
ассистент ТНУ им. В.И. Вернадского









г.Симферополь-2002 г.




2
Содержание

0 Вступление 3
1. Техническая характеристика 4
2. Устройство, принцип и порядок работы 4
3. Испытание и контроль точности прибора 5
4. Расчетная часть технической характеристики прибора 6
5. Правила хранения 7
6. Статистическая обработка аналитических данных 8
7. Построение графика 11
8. Выводы 13




















3
Вступление:
Предлагаемый метод предназначен:
1. Для определения плотности непористых материалов, методом вытеснения
жидкости, обработка которых, для получения тел правильной формы, не
желательна: трудоемкость обработки, выделение при обработке материала
вредных веществ, нецелесообразность отходов при обработке, сложность
обработки из-за высокой твердости малое количество материалов и прочее.
Метод может, например, применяться для определения плотности сверхтвердых
прессованных материалов (режущий инструмент пластинки твердого сплава)
сложной геометрической формы, где фактор удельного веса является критерием
прочности материала.
2. Определение плотности сыпучих веществ (песок, специально раздробленное
тело)
2. Определение плотности пористых материалов (тело с негерметичными
полостями, в которые заходит измерительная жидкость).
3. Определение плотности жидкостей, не смешивающихся с водой (ртуть и
амальгамы, органические жидкости)
Примечание: Данный метод не пригоден для измерения тел гигроскопических
(вещества, впитывающие в себя влагу) материалов (дерево).
4

1 Технические характеристики прибора


1.1. Максимальный измеряемый объем тела 1 см3
1 2 .Размеры измерительной камеры, мм
d ( h =6,8 ( 25
1.3 Объем жидкости подаваемый в измерительную камеру на одно деление шкалы
нониуса винта перемещения нагнетательного поршня мл -0,000706
1.4 Перемещение уровня жидкости в показывающих трубках (с внутренним
диаметром ( 2,4 мм) на одно деление шкалы нониуса винта, мм -0,16
1.5 Абсолютное среднеквадратичное отклонение измеряемого тела, мм 3 ± 0,25


2 Устройство, принцип действия и порядок работы


2.1 Прибор (рис.1) состоит из корпуса 1, к которому крепятся:
нагнетательный шприц 2, стойка 5 и корпус винта подачи 10.
К стойке 5 крепится измерительная камера 4, представляющая собой шприц
со специальным поршнем со сквозным отверстием, выходящим в нижнюю 6 и
верхнюю 8 показывающие прозрачные трубки.
Поршень закрепляется съемной накидной гайкой 7. В корпусе винта подачи
10 с нониусной продольной шкалой перемещается по резьбе. Винт 9 соединен с
втулкой 11, на которую нанесена круговая нониусная шкала. Нагнетательный
шприц 2 и измерительная камера 4 соединяются между собой герметично гибкой
прозрачной трубкой 3.
2.2 Основой принципа действия прибора является точный замер объема
жидкости, вытесняемой используемым телом неправильной формы.
2.3 Работа прибора заключается в следующем:
При закрученной, не совсем до конца втулке 11 в систему заливается
жидкость при снятом поршне измерительной камеры 4. Вставляется поршень,
закрепляется гайкой 7 и отводится в крайнее верхнее положение до упора.


5
Втулкой 11 подводится уровень жидкости до контрольного уровня ?1 и
записывается положение втулки с точностью до одного деления на круговой
шкале нониуса (втулка 11).
Отводим втулку 11 вправо, освобождая цилиндр 4 от жидкости,
вытаскиваем поршень из цилиндра и закладываем в него иследуемое тело.
Вставляем поршень обратно в цилиндр, закрепляем гайкой, доводим его
вверх до упора втулкой 11, доводим жидкость до контрольного уровня.
Записываем положение втулки.
Находим разность показаний положений втулки Zшк. (количество делений)
умножаем ее на величину объема жидкости, эквивалентной одному делению шкалы
нониуса втулки 11 (объем шкалы равен 0,706 мм3), получаем объем
измеряемого тела. Отводим жидкость из цилиндра 4, снимаем накидную гайку 7,
вынимаем поршень из цилиндра и пинцетом или другим приспособлением вынимаем
из цилиндра измеряемое тело.

4 Особенности работы с прибором
1. При каждом новом замере объема тела сначала записывается положение
втулки 11 при доведении жидкости до контрольного уровня без изучаемого
тела, а затем, с телом, но не наоборот!
2. Операцию контроля объема тела проводить при постоянной температуре
окружающего воздуха и одной температуре прибора и изучаемого тела.
3. При работе с прибором отводить поршень в измерительной камере точно
(строго) до верхнего упора!
4. Доводить жидкость до контрольного уровня в трубке 8 винтом 9 (втулкой
11) только в одном направлении, то есть влево (см. рис. 1) и очень
медленно. Не допускается отводить винт вправо для коррекции уровня.





6

3 Испытание и контроль точности прибора

1. Испытание проводить при температуре окружающего воздуха 200С на образцах
тел правильной геометрической формы, например: шарик, цилиндр и т.п.
2. Количество замеров 15-20. Данные полученных значений объема по прибору
занести в таблицу и построить график. Отбросить наиболее завышенные и
заниженные значения, являющиеся выбросами. Найти среднеарифметическое
значение объема тела. По этому объему тела определить истинную цену
деления шкалы нониуса и записать в технические характеристики прибора.
3.3. На участке трубки 8 длиной 10 мм определить количество делений шкалы
нониуса, определить объем жидкости в трубке, соответствующий одному
делению шкалы нониуса и записать в технические характеристики прибора.


Расчетная часть технических характеристик прибора


1. . Внутренний диаметр нагнетательного цилиндра (приблизительно) dц=6,8
мм. Площадь цилиндра:
Fц= [pic];

Fц= [pic]=36,3168 мм2

4.2. Шаг резьбы винта 9 (рис. 1) t=1мм
4.3. Количество делений на шкале нониуса винта Z=50
4. . Подача винта на одно деление шкалы будет:

h=[pic]; h=[pic]=0,02 мм

7
4.5. Объем жидкости, вытесняемой поршнем нагнетательного шприца, составит
(на одно деление шкалы) приблизительно

Vн=Fцh;
Vн=36,3168[pic]0,02=0,7263мм3

4.6. Перемещение уровня жидкости в показывающих трубках с внутренним
диаметром dвн.=2,4 мм на одно деление шкалы нониуса составит:

hу=[pic] следовательно
hу= [pic]

hу=[pic]=0,16 мм



5 Правила хранения


5.1 После использования прибор вымыть дистиллированной водой,
разобрать и просушить
5.2. Во избежание коррозии металла, а также порчи уплотнительных колец
поршней прибор хранить в сухом, прохладном и темном месте.
5.3. Внутренние и наружные стальные поверхности деталей должны быть
покрыты консервационным маслом.






8
6 Статистическая обработка аналитических данных


Таблица замеров объемов измеряемого тела


|? |l1,мм |l2,мм |Сi=(l2-l1)|С,мм |Сi-С,мм |(Сi-C)2,мм2|
| | | |,мм | | | |
|1 |2 |3 |4 |5 |6 |7 |
| |26,98 |31,61 |4,63 | |+0,025 |0,000625 |
| | | | | | | |
| | | | | | | |
| | | | | | | |
| | | | | | | |
| | | | | | | |
| | | | | | | |
| | | | | | | |
| | | | | | | |
| | | | |4,605 | | |
| |31,08 |35,70 |4,62 | |+0,015 |0,000225 |
| |32,06 |36,65 |4,59 | |-0,015 |0,000225 |
| |32,36 |36,86 |4,60 | |-0,005 |0,000025 |
| |31,60 |36,19 |4,59 | |-0,015 |0,000225 |
| |35,40 |40,02 |4,62 | |+0,015 |0,000225 |
| |35,20 |39,79 |4,59 | |-0,015 |0,000225 |
| |35,00 |39,59 |4,59 | |-0,015 |0,000225 |
| |34,80 |39,40 |4,60 | |-0,005 |0,000225 |
| |34,70 |39,32 |4,62 | |+0,015 |0,000225 |
| |33,48 |38,10 |4,62 | |+0,015 |0,000225 |
| |33,54 |38,15 |4,61 | |+0,005 |0,000025 |
| |33,45 |38,05 |4,60 | |-0,005 |0,000025 |
| |33,32 |37,90 |4,58 | |-0,025 |0,000625 |
| |33,19 |37,80 |4,61 | |+0,005 |0,000025 |
| |25,20 |29,80 |4,60 | |-0,005 |0,000025 |
| |25,10 |29,72 |4,62 | |+0,015 |0,000225 |
| |25,15 |29,74 |4,59 | |-0,015 |0,000225 |
| |25,05 |29,65 |4,60 | |-0,005 |0,000025 |
| |24,90 |29,52 |4,62 | |+0,015 |0,000225 |
|сумма |(=92,1 | |(=0,003900 |


9
Здесь l1-показание на шкале прибора с уровнем жидкости по контрольной
метке без контрольного тела.
l2-то же, с контрольным телом.
[pic] - среднеарифметическое значение хода поршня в нагнетательном
цилиндре.
[pic]=[pic]=[pic]=4,605 (мм)
Сi=(l2-l1)-единичное измерение(разность хода поршня),мм
6.1. Объем контрольного тела(l=23мм, d=3мм)

VК.Т=(r2l=3,14[pic](1,5)2 [pic]23=162,57(мм3)

6.2. Объем жидкости на 1мм хода поршня

V1= [pic]=[pic]=35,3(мм)3

6.3. Объем жидкости на одно деление шкалы прибора

Vшк=[pic]=0,706(мм)3

6.4. Метрологической характеристикой случайной ошибки метода анализа
является среднеквадратичное отклонение результатов измерения от среднего
значения результата.
(МУ 13 ВИМС Москва 1977)

6.5. Абсолютное среднеквадратичное отклонение S (стандартное
отклонение) хода поршня в мм, равно
S=[pic]2 , где S2-дисперсия, равная

10
S2=[pic], (мм2)

где Сi-единичное измерение
[pic]- среднеарифметическое из результатов измерения.

S2= [pic]=0,000205
S=[pic]0,000205=0,0143мм


[pic] 6.6. Относительное среднеквадратичное отклонение хода поршня

Sr=[pic][pic]100%=[pic][pic]100%=0,31%

6.7. Абсолютное среднеквадратичное отклонение хода поршня Sv в
пересчете на объем составит

Sv=V1S=35,3[pic]0,0143=0,5=[pic]0,25(мм3)[pic]

6.8. Объем замеряемого тела на приборе

Vт=VшкZш[pic][pic](мм3)

Пример: Разница показаний на шкале прибора Zшк до внесенного
замеряемого тела и после внесения тела в цилиндр прибора Zшк=250.

Vт=0,706[pic]250[pic]0,25=176,5[pic]0,25(мм3)
11
График замеров объемов контрольного тела

|объ| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
|ем | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
|тел| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
|а, | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
|мм3| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
|, | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
|(хо| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
|д | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
|пор| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
|шня| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
|) | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
| |163,4| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
| |5 | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
| |163,2| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
| |7 | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
| |163,0| | |.| | | |.| | | |. |. | | | | | |. | | |. |
| |9 | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
| |162,9| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
| |2 | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
| |162,7| | | | | | | | | | | | |. | | |. | | | | | |
| |4 | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
| |162,5| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
| |7 | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
| |162,3| | | | |.| | | | |.| | | |. | | |. | | |. | |
| |9 | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
| |162,2| | | |.| | | | | | | | | | | | | | | | | |
| |2 | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
| |162,0| | | | | |.| |.|.| | | | | | | | | |. | | |
| |4 | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
| |161,8| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
| |6 | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
| |161,6| | | | | | | | | | | | | | |. | | | | | | |
| |8 | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |


| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |0 |1 |2 |3 |4 |5 |6 |7
|8 |9 |10 |11 |12 |13 |14 |15 |16 |17 |18 |19 |20 | |
? опыта

--- -среднеарифметическое значение объема тела
7 Построение графика.
7.1. Объем тела равен объему жидкости на 1мм хода поршня
V1,умноженному на величину хода поршня Ci соответствующего опыта.

Vт,i=V1Ci

1. Vт,1=35,3[pic]4,63=163,45(мм3)
2. Vт,2=35,3[pic]4,62=163,09(мм3)
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
19. Vт,19=35,3[pic]4,60= 162,38(мм3)
20. Vт,20=35,3[pic]4,62=163,09(мм3)

7.2. Откладываем полученные данные и строим кривую отклонений.
7.3. Среднеарифметическое значение объема

Vт.ср.=35,3[pic]4,605=162,57(мм3)

12
7.4. На приборе с учетом среднеквадратичного абсолютного отклонения
объем контрольного тела (цилиндра см. п.6.1) составит:

Vт=VшкZшк[pic][pic]=0,706[pic]230,25[pic][pic]=162,55[pic]0,25(мм3)
(Vкт=162,57(мм3)

Здесь



Zшк=[pic]=[pic]=230,25

























































13


8 Выводы:


1. В процессе исследований выявлены колебания значений измеренных объемов,
вызываемых колебаниями уровня жидкости в измерительном цилиндре из-за
неодинаковой смачиваемости жидкости со стенками цилиндра, что вызывает
нестабильность уровня мениска жидкости, особенно при малых диаметрах
измерительного цилиндра.
2. Также в процессе испытаний выявлена необходимость очень точной фиксации
крышки с капилляром.
2. По результатам испытаний можно считать прибор выполняющим свои функции
по определению объемов тел неправильной формы с необходимой точностью, но
с ограничениями объемов измеряемых тел в зависимости от габаритов
измерительной камеры прибора
В связи с вышесказанным (по пп 2 и 3) точность прибора будет
увеличиваться в квадратичной зависимости от диаметра цилиндра, чем больше
диаметр тем меньше будет сказываться влияние неодинаковости образования
мениска.
4. Чем больше объем измеряемого тела тем меньше относительное
среднеквадратичное отклонение хода поршня (см. п 6.6)
Чем меньше внутренний диаметр показывающей трубки 8 (рис.1),тем точнее
находим разность делений шкалы нониуса, так при dвн=2,4мм точность 0,16мм
глазом не воспринимается (см.п. 4.6).