CN101082517A - 一种特殊环境下物质重量的计量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种特殊环境下物质重量的计量方法，利用一种磁悬浮计量装置、智能控制器和电脑系统构成一个计量系统，使样品环境与测量环境分开；通过位置传感器和智能控制器的调控，实现磁悬浮状态；在实现正常环境下零点校正后，设定所需温度和压力，智能控制器根据电脑系统输出的调温、调压命令，智能调控计量装置上的调温装置和调压装置，实现设定环境下零点校正；在调整环境管内样品环境达到设定温度和压力后，环境管内物质重量通过环境管内永磁体和环境管外电磁铁构成的磁场力耦合作用无接触地传递到管外测量仪器，管外测量仪器将测量信号输送给电脑系统。

Description

一种特殊环境下物质重量的计量方法

技术领域

本发明涉及一种计量方法，具体地说，是涉及一种特殊环境下物质重量的计量方法。

背景技术

现有技术中的计量装置在测量样品的重量时，由于样品与测量仪器同在一个环境，所以当测量特殊环境下，如真空、特殊温度及压力范围内的物质重量时，计量者无法通过现有计量装置准确实现计量要求；另外，当计量有毒、腐蚀性介质时，恶劣的测量环境不仅对计量者的健康带来危害，也影响了测量仪器的精度和使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种特殊环境下物质重量的计量方法，以克服现有技术的缺陷，实现计量者对特殊环境中物质重量的测量要求。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

首先本发明人提供一种磁悬浮计量装置，该装置包括一个测量区、一个磁力传递区、一个工作状态转换区和一个样品区，其特征在于，还包括一个环境管、一根管外中心杆和一根管内中心杆，所述测量区设置在环境管外、工作状态转换区和样品区设置在环境管内、磁力传递区电磁铁部分在环境管外、其永磁体部分在环境管内，上述测量区、磁力传递区、工作状态转换区和样品区依自上而下顺序设置在同一中心轴线上，即测量区和磁力传递区的管外电磁铁部分由管外中心杆连接为一体，磁力传递区的管内永磁体部分和工作状态转换区及样品区由管内中心杆依次串接为一体，由此构成以电磁铁和永磁体为悬浮磁力组合形式的计量装置。

上述测量区包括一个负载测量变形体、一个电子天平秤体和两个抗震水平支架，负载测量变形体安装在电子天平秤体的中下部，固定在管外中心杆的顶端，抗震水平支架固定在电子天平秤体的底部。

上述磁力传递区包括电磁铁、永磁体和一组位置传感器，电磁铁通过管外中心杆固定在环境管顶端之上的外部位置，永磁体通过管内中心杆固定在环境管内，一组位置传感器一部分设置在环境管外，另一部分设置在环境管内。

上述工作状态转换区包括一个提架、一个升降架和一对托架，提架顶端固定在管内中心杆上，升降架底部固定在管内中心杆上，托架固定在环境管的两侧内壁上，提架在升降架的空腔内能上下运动并能提起升降架，当计量装置在非工作状态时，升降架搁置在托架上。

上述样品区包括一个制冷区和一个加热区，制冷装置安装在制冷区环境管外的两侧管壁上，制冷区与工作状态转换区通过管内中心杆相连接；加热装置安装在加热区环境管外的两侧管壁上，加热区的上部与制冷区的下部通过可拆卸的密封圈密封连接，加热区的下部与环境管的底部也通过可拆卸的密封圈密封连接；环境管的底部固定在两个抗震水平支架上。所述制冷区的环境管内上端设有一个高位压力变送器，制冷区与工作状态转换区的交接处设有一个高位流体泵；所述加热区的环境管内上端设有一个高位温度变送器，在其环境管内下端设有一个低位温度变送器和一个低位压力变送器，在高低位温度变送器之间的环境管内设有一个样品池，样品池的顶部通过挂钩固定在管内中心杆上，在环境管底部的中间位置设有一个低位流体泵。

利用本发明人提供的上述磁悬浮计量装置和智能控制器及电脑系统构成一个计量系统，使样品环境与测量环境分开；通过计量装置中位置传感器把变化的位置信号反馈给智能控制器，智能控制器自动调控计量装置中电磁铁线圈电流的大小，以维持悬浮体所受重力和磁场力的动态平衡，实现磁悬浮状态；将无样品的样品池通过挂钩挂在中心杆上，利用密封器协助构成封闭小环境，通过位置传感器感应相对位置，利用智能控制器在维持动态平衡的条件下，逐步加大电磁铁中的电流，使得提架逐渐上升直到提起升降架脱离托架，让整个悬浮体稳定悬浮在该位置，悬浮体的重量通过磁力传递给管外的重量测量机构，重量测量机构把其中负载变形体的状态设为零点，实现正常环境下零点校正；设定所需温度和压力，电脑系统将调温、调压命令输送给智能控制器，智能控制器结合压力变送器、温度变送器，智能调控计量装置上的加热器或制冷器和加压装置或抽真空装置，致使环境管内的环境条件达到设定值，然后利用位置传感器确认悬浮位置，确保位置传感器内外部分相对水平，实现设定环境下零点校正；在设定环境状态校零后，将样品放入样品池中挂上挂钩，利用密封器封闭环境管，再次调整环境管内环境达到设定温度和压力；环境管内物质重量通过环境管内永磁体和环境管外电磁铁构成的磁场力耦合作用无接触地传递到管外测量仪器，测量仪器将测量信号输送给电脑系统。

根据环境管中流体的密度，可调整流体泵作为流体的出入口，一般密度较小，低位作为流体入口、高位作为流体出口，密度较大则相反。

根据环境管中压力状况，流体泵可作为调压装置，一般环境管内压力比环境大，则流体泵为加压作用，如果压力比环境小则为抽真空作用。

上述智能控制器可采用PID自适应控制或FUZZ模糊控制或两者结合控制结构。

上述电脑系统可实时显示特殊环境下样品的温度、压力和重量变化。

附图说明

图1为本发明计量系统示意图；

图2为本发明计量系统工作状态示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细、完整地说明：

实施例1

参见图1，本实施例提供的磁悬浮计量装置包括一个测量区、一个磁力传递区、一个工作状态转换区、一个样品区、一个环境管41、一根管外中心杆231和一根管内中心杆232，所述测量区由一个负载测量变形体11、一个电子天平秤体12和两个抗震水平支架13构成，所述磁力传递区包括电磁铁21、永磁体22和一组位置传感器24，所述工作状态转换区包括一个提架31、一个升降架32和一对托架33，所述样品区包括一个制冷区和一个加热区，制冷区的环境管内上端设有一个高位压力变送器52，制冷区与工作状态转换区的交接处设有一个高位流体泵71；加热区的环境管内上端设有一个高位温度变送器54，在其环境管内下端设有一个低位温度变送器53和一个低位压力变送器51，在高低位温度变送器之间的环境管内设有一个样品池61，样品池的顶部通过挂钩63固定在管内中心杆上232，在环境管底部的中间位置设有一个低位流体泵72。环境管41根据具体实验要求可更换材质，在其管壁上的制冷器42和加热器43可调节环境管内温度，可拆卸的密封器44可协助更换样品；环境管内设置的低位压力变送器51、高位压力变送器52、低位温度变送器53和高位温度变送器54，可监测环境管内温度和压力状态；样品池61和挂钩63为样品装卸提供便利；高位流体泵71和低位流体泵72，可提供各种形式环境管内流体的流动状态；永磁体22、管内中心杆232、提架31、升降架32、样品池61、样品62和挂钩63组成测量时中心悬浮体。

上述测量区设置在环境管外、工作状态转换区和样品区设置在环境管内、磁力传递区一部分在环境管外、另一部分在环境管内，测量区、磁力传递区、工作状态转换区和样品区依自上而下顺序设置在同一中心轴线上，即测量区和磁力传递区的管外电磁铁部分由管外中心杆连接为一体，磁力传递区的管内永磁体部分和工作状态转换区及样品区由管内中心杆依次串接为一体，由此构成以电磁铁和永磁体为悬浮磁力组合形式的计量装置。

利用上述磁悬浮计量装置与智能控制器和电脑系统构成一个计量系统，使用该计量系统测量特殊温度、压力下物质重量的过程包括以下步骤：

(1)磁悬浮状态的实现：电磁铁21和永磁体22构成一对磁场力，它们之间间距和磁场大小共同影响磁场力大小，电磁铁21的磁场大小可以根据其线圈电流大小连续调节。由于悬浮体悬浮时处于非稳定状态，位置传感器24把微小的位移偏离信号反馈给智能控制器，PID/FUZZ控制器智能调节电磁铁中电流大小，把电磁铁21和永磁体22之间间距调回设定位置，以维持悬浮体所受重力和磁场力的动态平衡。

(2)校零状态的实现：如图2所示，在非工作状态下，升降架32搁在托架33上，无力的传递和耦合作用。在校零状态下，先将无样品的样品池61通过挂钩63挂在管内中心杆232上，再利用密封器44协助构成封闭小环境。通过位置传感器24感应相对位置，利用智能控制器在维持动态平衡的条件下，逐步加大电磁铁21中的电流，使得提架31逐渐上升直至提起升降架32脱离托架33，让整个悬浮体稳定悬浮在该位置，此时，环境管内的永磁体和环境管外电磁铁处于电磁吸引的平衡状态，悬浮体的重量通过磁力传递给管外的重量测量机构，重量测量机构把其中负载变形体11的状态设为零点，实现正常环境下零点校正。不同环境下的零点有一定偏移，此时可调节环境设定状态下的零点，步骤是先调节正常环境下零点，再设定所需温度和压力，智能控制器结合低位压力变送器51、高位压力变送器52、低位温度变送器53和高位温度变送器的数据调节制冷器42和加热器43、高位流体泵71和低位流体泵72的工作状态，使环境管内的环境条件逐步逼近设定状态。达到设定值后，再次利用位置传感器确认悬浮位置，确保位置传感器内外部分相对水平，实现设定环境下零点校正。

(3)连续变化测试状态的实现：在设定环境状态校零后，将样品62放入样品池61中挂上挂钩63，利用密封器44封闭环境管41，逐步调整环境达到设定温度和压力，由于有试样存在需要提供相对较大的磁场力，因此永磁体离电磁铁相对位置较近，通过位置传感器和智能控制器作用逐步增加电流，悬浮体动态平衡下逐步提升，悬浮体最终在较高设定位置下平衡。接着利用电脑系统和智能控制器，逐步调控样品的特殊环境，具体过程是：计量装置中环境管内的温度变送器将环境管内的实际温度信号反馈给智能控制器，智能控制器输送给电脑系统，然后根据电脑系统输出的调温命令(如等速升温或降温、梯度升温或降温等)调控计量装置管壁上的加热器或制冷器，从而实现样品测量所需的特殊温度要求；计量装置中环境管内的压力变送器将环境管内的实际压力信号反馈给智能控制器，智能控制器输送给电脑系统，然后根据电脑系统输出的调压命令(如等速加压或减压、梯度加压或减压等)启动连接在计量装置上的流体泵，如果环境管内压力比环境大则流体泵为加压作用，如果压力比环境小则为抽真空作用，从而实现样品测量所需的特殊压力要求；环境管内物质重量通过环境管内永磁体和环境管外电磁铁构成的磁场力耦合作用无接触地传递到管外测量仪器，测量仪器将测量信号输送给电脑系统；特殊环境下样品的温度、压力和重量变化可通过电脑系统进行实时显示分析。

实施例2

本实施例所使用的计量系统同实施例1，使用所述计量系统测量特殊温度、压力下流体重量的过程同实施例1所述的步骤，不同之处在于：

根据环境管中流体的密度，调整高位流体泵71和低位流体泵72作为流体的出入口，如果密度较小，低位作为流体入口高位作为流体出口，密度较大则相反。

Claims (5)

1.一种特殊环境下物质重量的计量方法，其特征在于：

利用一种磁悬浮计量装置、智能控制器和电脑系统构成一个计量系统，使样品环境与测量环境分开；

通过计量装置中位置传感器把变化的位置信号反馈给智能控制器，智能控制器自动调控计量装置中电磁铁线圈电流的大小，以维持悬浮体所受重力和磁场力的动态平衡，实现磁悬浮状态；

将无样品的样品池通过挂钩挂在中心杆上，利用密封器协助构成封闭小环境，通过位置传感器感应相对位置，利用智能控制器在维持动态平衡的条件下，逐步加大电磁铁中的电流，使得提架逐渐上升直到提起升降架脱离托架，让整个悬浮体稳定悬浮在该位置，悬浮体的重量通过磁力传递给管外的重量测量机构，重量测量机构将负载变形体的状态设为零点，实现正常环境下零点校正；

设定所需温度和压力，电脑系统将调温、调压命令输送给智能控制器，智能控制器结合压力变送器、温度变送器，智能调控计量装置上的加热装置或制冷装置和加压装置或抽真空装置，致使环境管内的环境条件达到设定值，然后利用位置传感器确认悬浮位置，确保位置传感器内外部分相对水平，实现设定环境下零点校正；

在设定环境状态校零后，将样品放入样品池中挂上挂钩，利用密封器封闭环境管，再次调整环境管内环境达到设定温度和压力；

环境管内物质重量通过环境管内永磁体和环境管外电磁铁构成的磁场力耦合作用，无接触地传递到管外测量仪器，管外测量仪器将测量信号输送给电脑系统。

2.根据权利要求1所述的特殊环境下物质重量的计量方法，其特征在于，根据环境管中流体的密度，流体泵可作为流体的出入口。

3.根据权利要求1所述的特殊环境下物质重量的计量方法，其特征在于，根据环境管中压力状况，流体泵可作为调压装置。

4.根据权利要求1所述的特殊环境下物质重量的计量方法，其特征在于，所述智能控制器可采用PID自适应控制或FUZZ模糊控制或两者结合控制结构。

5.根据权利要求1所述的特殊环境下物质重量的计量方法，其特征在于，电脑系统可实时显示特殊环境下样品的温度、压力和重量变化。