CN100357712C - 液滴的超声计量方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种液滴的超声计量方法及装置。本发明采用液罐的液体经节流管后形成下落液滴，继而使液滴垂直下落依次经过一个位置传感器和一个由超声发射端和超声接受端组成的超声传感器，由位置传感器测定开始检测液滴的时间，由超声传感器测定液滴落程中的光敏变化值，经一个转换器得到其转换值，用一个信号处理单元分别对从开始检测液滴至液滴经过了超声传感器的时间段和液滴离开超声传感器后的一时间段的两个时间段的转换器输出值进行积分，并计算两个积分值的相对变化值，从而得出当前液滴的体积。由于本发明用超声传感器对液滴进行体积计量，因此与液滴的介电系数无关，并体积小、精度高。

Description

液滴的超声计量方法及装置
技术领域
本发明涉及一种液滴的计量方法及装置，特别是一种液滴的超声计量方法及装置。
背景技术
现有的液滴的量计基本有二种。一种光电计数式液滴计量，虽然简单，但由于它只计量液滴数目而不计量液滴体积，因此精度和稳定性都较差；二是电容式液滴计量(专利申请号200410016262.3)，它采用电容检测液滴体积，因此液滴检测会受液滴介电系数的影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种液滴的超声计量方法及装置，其采用节流方式使液体转换为垂直下落液滴，利用液滴改变超声传感器超声接受端的信号大小和液滴间隙下落的特点，用超声传感器检测有液滴和无液滴两种情况下超声接受端信号相对变化值，实现对每个液滴体积的计量。且不受液滴介电系数影响。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种液滴的超声计量方法，采用液罐的液体经节流管后形成下落液滴，其特征在于继而使液滴垂直下落依次经过一个位置传感器和一个由超声发射端和超声接受端组成的超声传感器，由位置传感器测定开始检测液滴的时间，由超声传感器测定液滴落程中的超声波变化值，经一个转换器得到其转换值，用一个信号处理单元分别对从开始检测液滴至液滴经过了超声传感器的时间段和液滴离开超声传感器后的一时间段的两个时间段的转换器输出值进行积分，并计算两个积分值的相对变化值，从而得出当前液滴的体积。
上述方法对每个液滴的检测工作步骤如下：
a.液滴垂直下落经过超声传感器内的极板区域，使超声传感器的超声接受端的信号值C发生变化，转换器将信号值C转换为信号处理单元可接受的信号B；
b.位置传感器安装在超声传感器上面作为检测液滴进入超声传感器的时间起点，位置传感器在T0检测到有液滴时输出信号A告知信号处理单元开始对一个液滴进行计量，信号处理单元开始对转换器的输出值B进行积分计算，在液滴离开超声传感器后的时间T1得到的积分计算值X0按下式计算：
X 0 = ∫ T 0 T 1 Bdt
式中取 T 1 ≥ 2 · L 1 / g - 2 · L 0 / g , 其中L0是节流管出口到位置传感器的距离，L1是节流管出口到超声传感器出口的距离，g为重力加速度系数；
c.信号处理单元又从T1开始对转换器的输出值进行积分计算，到T1后的一个时间T2得到积分计算值X1：
X 1 = ∫ T 1 T 2 Bdt
式中T2的取值只要保证X1积分计算精度与X0积分计算精度基本相同；
计算X0和X1的相对变化值x：
x = a · X 1 - X 0 a · X 1 , 其中 a = T 2 - T 1 T 1 - T 0 ;
液滴相对变化值x与液滴体积Q直接对应。
液滴相对变化值x与液滴体积Q直接对应：
Q = Σ n = 0 3 c n x n
系数C0，C1，C2，C3通过实验得出。
一种用于上述方法的液滴的超声计量方法的装置，包括一个液罐下部连接一个节流管，其特征在于对准所述的节流管的下方，依次设置一个位置传感器和一个由超声发射端和超声接受端组成的超声传感器，所述的位置传感器的输出直接连接一个信号处理单元，所述的超声传感器的输出经一个转换器亦连接所述的信号处理单元；通过位置传感器测定开始检测液滴的时间，由超声传感器测定液滴落程中的超声波变化值，经转换器得到其转换值，由信号处理单元分别对从开始检测液滴至液滴经过超声传感器的时间段和液滴离开超声传感器后的一时间段的两个时间段的转换器输出值进行积分，并计算两个积分值的相对变化值，从而得出当前液滴的体积。
本发明与现有技术相比，具有如下突出实质性特点和显著优点：由于本发明用超声对液滴进行体积计量的，因此与液滴的介电系数无关。并且体积小，精度和可靠性高。
附图说明
附图是本发明的一个实施例的结构原理框图。
具体实施方式
本发明的一个优选实施例如下述：本实施例的液滴计量装置，包括一个盛液器1下端连接一个节流管2后形成下落液滴3，其特征在于在对准节流管2的垂直下方，依次安置一个位置传感器4和一个由超声发射端5.1和超声接受端5.2组成的超声传感器5，位置传感器4的输出口直接连接一个信号处理单元7的输入口，而超声传感器5的输出口经一个转换器6连接信号处理单元。本发明对每个液滴3的检测工作步骤如下：
a.液滴3垂直下落经过超声传感器5内的极板区域，使超声传感器5的超声接受端5.2的信号值C发生变化，转换器6将将信号值C转换为信号处理单元7可接受的信号B；
b.采用光电形式的位置传感器4安装在超声传感器5上面作为检测液滴3进入超声传感器5的时间起点，位置传感器4在T0检测到有液滴3时输出信号A告知信号处理单元7开始对一个液滴3进行计量，信号处理单元7开始对转换器6的输出值B进行积分计算，在液滴3离开超声传感器5后的时间T1得到积分计算值X0：
X 0 = ∫ T 0 T 1 Bdt
式中取 T 1 ≥ 2 · L 1 / g - 2 · L 0 / g ，其中L0是节流管2出口到位置传感器4的距离，L1是节流管2出口到超声传感器(5)出口的距离，g为重力加速度系数；
c.信号处理单元7又从T1开始对转换器6的输出值进行积分计算，到T1后的一个时间T2得到积分计算值X1：
X 1 = ∫ T 1 T 2 Bdt
式中T2的取值只要保证X1积分计算精度与X0积分计算精度基本相同；计算X0和X1的相对变化值x：
x = a · X 1 - X 0 a · X 1 , 其中 a = T 2 - T 1 T 1 - T 0 ;
液滴相对变化值x与液滴体积Q直接对应：
Q = Σ n = 0 3 c n x n
系数C0，C1，C2，C3通过实验得出。

Claims (3)

1.一种液滴的超声计量方法，采用液罐(1)的液体经节流管(2)后形成下落液滴(3)，其特征在于继而使液滴(3)垂直下落依次经过一个位置传感器(4)和一个由超声发射端(5.1)和超声接受端(5.2)组成的超声传感器(5)，由位置传感器(4)测定开始检测液滴(3)的时间，由超声传感器(5)测定液滴(3)落程中的超声波变化值，经一个转换器(6)得到其转换值，用一个信号处理单元(7)分别对从开始检测液滴(3)至液滴(3)经过了超声传感器(5)的时间段和液滴(3)离开超声传感器(5)后的一时间段的两个时间段的转换器(6)输出值进行积分，并计算两个积分值的相对变化值，从而得出当前液滴(3)的体积。
2.根据权利要求1所述的液滴的超声计量方法，其特征在于对液滴(3)的检测工作步骤如下：
a.液滴(3)垂直下落经过超声传感器(5)内的极板区域，使超声传感器(5)的超声接受端(5.2)的信号值C发生变化，转换器(6)将信号值C转换为信号处理单元(7)可接受的信号B；
b.位置传感器(4)安装在超声传感器(5)上面作为检测液滴(3)进入超声传感器(5)的时间起点，位置传感器(4)在T0检测到有液滴(3)时输出信号A告知信号处理单元(7)开始对一个液滴(3)进行计量，信号处理单元(7)开始对转换器(6)的输出值B进行积分计算，在液滴(3)离开超声传感器(5)后的时间T1得到的积分计算值X0按下式计算：
X 0 = ∫ T 0 T 1 Bdt
式中取 T 1 ≥ 2 · L 1 / g - 2 · L 0 / g , 其中L0是节流管(2)出口到位置传感器(4)的距离，L1是节流管(2)出口到超声传感器(5)出口的距离，g为重力加速度系数；
c.信号处理单元(7)又从T1开始对转换器(6)的输出值进行积分计算，到T1后的一个时间T2得到积分计算值X1：
X 1 = ∫ T 1 T 2 Bdt
式中T2的取值只要保证X1积分计算精度与X0积分计算精度基本相同；
计算X0和X1的相对变化值x：
x = a · X 1 - X 0 a · X 1 , 其中 a = T 2 - T 1 T 1 - T 0
液滴相对变化值x与液滴体积Q直接对应：
Q = Σ n = 0 3 c n x n
系数C0，C1，C2，C3通过实验得出。
3.一种用于权利要求1所述液滴的超声计量方法的装置，包括一个液罐(1)下部连接一个节流管(2)，其特征在于对准所述的节流管(2)的下方，依次设置一个位置传感器(4)和一个由超声发射端(5.1)和超声接受端(5.2)组成的超声传感器(5)，所述的位置传感器(4)的输出直接连接一个信号处理单元(7)，所述的超声传感器(5)的输出经一个转换器(6)亦连接所述的信号处理单元(7)；通过位置传感器(4)测定开始检测液滴(3)的时间，由超声传感器(5)测定液滴(3)落程中的超声波变化值，经转换器(6)得到其转换值，由信号处理单元(7)分别对从开始检测液滴(3)至液滴(3)经过超声传感器(5)的时间段和液滴(3)离开超声传感器(5)后的一时间段的两个时间段的转换器(6)输出值进行积分，并计算两个积分值的相对变化值，从而得出当前液滴(3)的体积。
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