任意形状工件的体积测量仪 技术领域：
本发明属于现代制造和材料科学的仪器仪表测量领域，涉及一种任意复杂形状工件的体积和密度测量仪器的创新。
背景技术：
随着现代制造和加工技术的发展，工件的形状越来越复杂，在加工这些工件时，首先要解决精确下料问题，尤其是对已有工件进行仿制时，首先要根据工件的体积确定下料的尺寸，于是精确计算复杂几何形状工件的体积便十分重要，然而，用数字积分法不能精确求得复杂形状的体积，用有限元法不仅计算程序复杂，而且也难以求得形状非常复杂的工件的体积。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题是提供一种可简便、精确测量任意形状工件的体积测量仪。
本发明的原理是根据阿基米德原理：物体在水中减轻的重量等于物体排开同体积水的重量(即物体的体积)。
根据阿基米德原理，本发明所涉及地任意形状工件体积测量仪，不仅能测量比重大于水的任意形状工件的体积和密度、比重小于水的任意形状工件的体积和密度，而且能测量工件局部的体积。
本发明的技术方案如下：
本发明由主机、步进电机、步进电机驱动电路、拉力传感器、传感器信号放大电路、A\D转换电路、单片机、数据采集处理系统和结果显示记录系统组成。
下框架1和上框架11与立柱10固定连接，在下框架1上设有导轨30，在蓄水器5的外底部装有滚轮支撑座28，在滚轮支撑座28上装有滚轮29，滚轮在导轨30上可以左右移动，在上框架11上装有槽钢梁12，在槽钢梁上面的左侧装有拉力传感器15，在槽钢梁上面的右侧装有步进电机21，在步进电机的轴31上装有小齿轮32，小齿轮32和大齿轮19啮合，在大齿轮的轴33上同时装有绕线轮18，大齿轮轴33是在轴承34中转动，轴承34是装在轴承座20上，在上框架的下方装有滑轮13和滑轮16，滑轮13与拉力传感器15连接，在蓄水器的内底部装有滑轮3和滑轮27，在蓄水器上部的左右两侧分别装有挂钩8和挂钩22，高强度尼龙丝17是固结在绕线盘18上并通过滑轮16和滑轮13，当被测工件9的比重大于水时，工件装在高强度尼龙网6中，直接悬挂在高强度尼龙丝17的末端；当被测工件的比重小于水时，高强度尼龙丝7从挂钩8上摘下与尼龙丝17的末端连接，尼龙丝23从挂钩22上摘下与装有工件的尼龙网的末端连接，此时工件9移至工件24的位置，尼龙丝便可通过滑轮27和3作用在拉力传感器15上。
拉力传感器的输出信号与放大器连接，并通过A\D转换电路输入单片机，步进电机驱动电路的输出端接于步进电机的输入端，并且也与单片机连接，受单片机的控制，单片机还连接数据采集与处理系统和显示记录系统。
本发明的有益效果是：
1.仪器结构简单、易于加工制造、投资小、效益大。
2.测量精度高、操作简便，而且对环境无污染，对操作人员无很高的技术要求。
附图说明：
图1是本发明的任意形状体积测量仪各系统的总体组合图。
图2.1是本发明的任意形状体积测量仪主机的主视图；
图2.2是图2.1的侧视图；
图2.3是图2.1的俯视图。
图3是本发明的任意形状体积测量仪的步进电机驱动电路图。
图4是本发明的任意形状体积测量仪的传感器信号放大电路图。
图5是本发明的任意形状体积测量仪的A\D转换电路图。
图6是本发明的任意形状体积测量仪的单片机的电路图。
图7是本发明的任意形状体积测量仪的LED显示和记录电路图。
图8是本发明任意形状体积测量仪的电路与控制系统实施例的电路图。
下面结合附图对本发明做进一步的描述：
其中：1是下框架、2是滑轮支架、3是滑轮、4是水、5是蓄水器、6是尼龙丝网、7是尼龙丝、8是挂钩、9是待测工件、10是立柱、11是上框架、12是槽钢梁、13是滑轮、14是传感器支座、15是传感器、16是滑轮、17是尼龙丝、18是绕线轮、19是大齿轮、20是轴承座、21是步进电机、22是挂钩、23是尼龙丝、24是待测工件、25是尼龙丝网、26是尼龙丝、27是滑轮、28是滚轮支撑座、29是滚轮、30是导轨、31是步进电机输出轴、32是小齿轮、33是大齿轮轴、34是轴承。
具体实施方式：
主机的整体结构和尺寸，可依据待测工件的重量和大小按系列划分。
线路中各元件的型号和数值列于实施例的电路图中，其中：R12、R13、R14要在拉力传感器的量程确定后才能确定。
本发明的测量方法如下：
1、测量比重大于水的工件的体积和密度：先用润湿后的毛巾将整个待测工件9擦拭一遍，再将工件装入尼龙网中，将其悬挂在高强度尼龙丝17的末端，由于工件的重量同时作用在拉力传感器15上，于是在显示记录系统中便显示记录了待测工件的重量，然后，启动步进电机，把待测工件9全部浸入水中，关闭步进电机，此时，显示记录系统中又记录了待测工件在水中的重量，两者之差便是待测工件的体积，用待测工件的体积除以工件在空气中的重量，便是工件材料的密度。
2、测量比重小于水的工件的体积和密度：把待测工件9悬挂在尼龙丝17的下端，由于工件的重量同时作用在拉力传感器15上，在显示记录系统中便显示记录了待测工件在空气中的重量，然后将待测工件摘下，把尼龙丝7从挂钩8上摘下与尼龙丝17的下端扣接，尼龙丝23本来是通过滑轮3和滑轮27挂在挂钩22上的，从挂钩22上把尼龙丝23摘下连接到装有待测工件的尼龙网的下端，然后启动步进电机，于是连接待测工件的尼龙丝便通过滑轮27、滑轮3、滑轮13和滑轮16在绕线盘的旋转过程中被拉入水中，当待测工件全部没入水中时关闭电机，拉力传感器15便通过显示记录系统显示了工件在水中的浮力，该浮力便是工件的体积，用工件的体积除以工件在空气中的重量便是工件的密度。
3、工件局部体积的测量：只要把被测工件局部没入水中，该部分减轻的重量(比重大于水)或该部分的浮力(比重小于水)测得，便是对应部分的体积。