CN101762436A - 液体密度测量装置和测量方法 - Google Patents

Abstract

液体密度测量装置和测量方法，浮子、杠杆、支点拉线、测力拉线设置在容器内，浮子连在杠杆的一端上；支点拉线的一端与杠杆支点固连，另一端固定在杠杆下方容器内的固定点上；测力拉线的一端与力值传感器测力端固连，另一端与杠杆固连，力值传感器的电信号经放大、滤波和A/D转换后由单片机进行处理，并把测量结果在显示器上显示。本发明装置结构简单、测量准确、适用于动态或静态自动测量液体密度。

Description

液体密度测量装置和测量方法

技术领域

本发明涉及的是密度测量装置和测量方法，具体的是应用阿基米德浮力原理，能快速准确地测量液体密度的一种测量液体密度的装置和测量方法。

背景技术

目前测量液体密度可应用多种原理、方法多样，如应用阿基米德浮力定律的浮力法、应用管振动理论的谐振管法、应用超声波在不同密度液体中的传播速度与密度之间的关系的超声波法等。仪器更是多种多样，如浮子式密度计、谐振筒式液体密度计、超声波液体密度计等。但是上述多数仪器的示值误差难以满足±0.002％准确度要求，使其应用在一些要求高准确度测量液体密度的场合受到限制，且抗干扰能力及稳定性存在不同程度的缺欠和不足。

发明内容

本发明的目的是针对现有的液体密度自动测量仪器存在测量准确度低、稳定性差、结构复杂等技术问题，提供一种结构简单、测量准确、适用于动态或静态能自动测量的液体密度测量装置和测量方法。

采用的技术方案是：

液体密度测量装置由硬件和软件两部分所组成，硬件部分包括力值传感器、控制单元、容器及装设在容器内的浮子、杠杆、支点拉线和测力拉线；所述力值传感器位于容器的上面，与容器固定连接，力值传感器的输出端通过导线与控制单元的相应端子连接；测力拉线设置在容器内，测力拉线的上端与力值传感器的测力端固定连接，测力拉线的下端与杠杆的一端固定连接，杠杆的另一端与浮子固定连接；支点拉线的上端与杠杆，形成支点结构，支点拉线的下端与容器底面的固定点固定连接；

上述控制单元，包括信号放大电路、滤波电路、A/D转换电路、单片机和显示器；上述信号放大电路、滤波电路、A/D转换电路、单片机和显示器的连接电路为公知电路，电信号经放大、滤波和A/D转换后由单片机进行处理，并把测量结果在显示器上显示。

上述软件部分，包括采样子程序、数据处理子程序和显示子程序；采样子程序和显示子程序采用公知成型的基本程序，数据处理子程序中包括密度计算的数学模型；

液体密度测量方法是：当浮子和杠杆浸在被测液体中时，所产生的浮力克服浮子、杠杆和拉线的重量使浮子上升，在浮子上浮到某一高度时，杠杆受支点拉线和测力拉线长度的限制使杠杆保持水平；支点拉线的一端与杠杆的固连点自动形成支点，两拉线平行并与杠杆在同一铅垂面内，力值传感器可检测测力拉线上的张力。则：

(F-W)·l₁＝T·l₂

F＝T·l₂/l₁+W

式中：F-浸在被测液体中的浮子、杠杆、支点拉线和测力拉线所产生的浮力；

W-浮力系统的浮子、杠杆、支点拉线和测力拉线的重量；

T-测力拉线上的张力；l₁-浮力系统质心到支点的距离；l₂-测力拉线到支点的距离；

最后利用关系式得出液体密度：

ρ＝F/gV

式中：ρ-液体密度；

V-浸在被测液体中的浮子、杠杆、支点拉线和测力拉线的体积；g-当地重力加速度；

上述的控制单元包括单片机、显示器和控制线路板；所述控制线路板由信号放大、滤波和A/D转换三个部分组成，单片机、显示器为成型产品，控制线路板采用公知技术制成。

上述力值传感器为市售成品件。

上述软件编程在单片机中。

本发明的工作原理：

当被测液体的介质静置或流动经过容器时，因介质的密度不同而产生不同的浮力，浮力克服浮子、杠杆和拉线的重量使浮子上升，在浮子上浮到某一高度时，杠杆受支点拉线和测力拉线长度的限制使杠杆保持水平；支点拉线的一端与杠杆的固连点自动形成支点，支点拉线和测力拉线两拉线平行并与杠杆在同一铅垂面内，力值传感器3可检测测力拉线上的张力。

本发明的目的是提供一种浮子杠杆式高准确度液体密度测量装置和方法，其特点是杠杆的支点和测力点均为软连接、无机械摩擦，并可通过改变杠杆比的方法对浮子的浮力进行放大。因此，该装置具有测量准确度高(仪器示值误差优于±0.002％)、抗干扰能力强、稳定性好、结构简单等优点。

本发明设计科学、合理、富有创意，整体结构紧凑、体积小、低功耗、成本低廉，性能稳定、可靠，实用性较强，具有较好的发展前景。适宜相关的工矿企业和计量监测部门使用。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的控制单元连接框图。

具体实施方式

液体密度测量装置由硬件和软件两部分所组成，硬件部分包括力值传感器3、控制单元、容器6及装设在容器6内的浮子1、杠杆2、支点拉线5和测力拉线4；所述力值传感器3位于容器6的上面，与容器6固定连接，力值传感器3为市售成品件，力值传感器3的输出端通过导线与控制单元的相应端子连接。测力拉线4设置在容器6内，测力拉线4的上端与力值传感器3的测力端固定连接，测力拉线4的下端与杠杆2的一端固定连接，杠杆2的另一端与浮子1固定连接；支点拉线5的上端与杠杆2的中间部位固定连接，形成支点结构，支点拉线5的下端与容器6底面的固定点固定连接；

上述控制单元，包括信号放大电路、滤波电路、A/D转换电路、单片机和显示器；上述信号放大电路、滤波电路、A/D转换电路、单片机和显示器的连接电路为公知电路，电信号经放大、滤波和A/D转换后由单片机进行处理，并把测量结果在显示器上显示。

上述软件部分，包括采样子程序、数据处理子程序和显示子程序；采样子程序和显示子程序采用公知成型的基本程序，数据处理子程序中包括密度计算的数学模型；

液体密度测量方法是：当浮子1和杠杆2浸在被测液体中时，所产生的浮力克服浮子1、杠杆2和拉线的重量使浮子1上升，在浮子1上浮到某一高度时，杠杆2受支点拉线5和测力拉线4长度的限制使杠杆2保持水平；支点拉线5的一端与杠杆2的固连点自动形成支点，两拉线平行并与杠杆2在同一铅垂面内，力值传感器3可检测测力拉线4上的张力。则：

(F-W)·l₁＝T·l₂

F＝T·l₂/l₁+W

式中：F-浸在被测液体中的浮子1、杠杆2和支点拉线5和测力拉线4所产生的浮力；

W-浮力系统浮子1、杠杆2和支点拉线5和测力拉线4的重量；

T-测力拉线4上的张力；l₁-浮力系统质心到支点的距离；l₂-测力拉线4到支点的距离；

最后利用关系式得出液体密度：

ρ＝F/gV

式中：ρ-液体密度；

V-浸在被测液体中的浮子1、杠杆2和支点拉线5和测力拉线4的体积；g-当地重力加速度。

Claims (1)

1.液体密度测量装置由硬件和软件两部分所组成，硬件部分包括力值传感器(3)、控制单元、容器(6)及装设在容器(6)内的浮子(1)、杠杆(2)、支点拉线(5)和测力拉线(4)；其特征在于：所述力值传感器(3)位于容器(6)的上面，与容器(6)固定连接，力值传感器(3)的输出端通过导线与控制单元的相应端子连接；测力拉线(4)设置在容器(6)内，测力拉线(4)的上端与力值传感器(3)的测力端固定连接，测力拉线(4)的下端与杠杆(2)的一端固定连接，杠杆(2)的另一端与浮子(1)固定连接；支点拉线(5)的上端与杠杆(2)的中间部位连接，形成支点结构，支点拉线(5)的下端与容器(6)底面的固定点固定连接；

上述软件部分，包括采样子程序、数据处理子程序和显示子程序；数据处理子程序中包括密度计算的数学模型；

液体密度测量方法是：当浮子(1)和杠杆(2)浸在被测液体中时，所产生的浮力克服浮子(1)、杠杆(2)和拉线的重量使浮子(1)上升，在浮子(1)上浮到某一高度时，杠杆(2)受支点拉线(5)和测力拉线(4)长度的限制使杠杆(2)保持水平；支点拉线(5)的一端与杠杆(2)的固连点自动形成支点，两拉线平行并与杠杆(2)在同一铅垂面内，力值传感器(3)可检测测力拉线(4)上的张力；则：

(F-W)·l₁＝T·l₂

F＝T·l₂/l₁+W

式中：F—浸在被测液体中的浮子(1)、杠杆(2)和支点拉线(5)和测力拉线(4)所产生的浮力；

W—浮力系统浮子(1)、杠杆(2)和支点拉线(5)和测力拉线(4)的重量；

T—测力拉线(4)上的张力；l₁—浮力系统质心到支点的距离；l₂—测力拉线(4)到支点的距离；

最后利用关系式得出液体密度：

ρ＝F/gV

式中：ρ—液体密度；

V—浸在被测液体中的浮子(1)、杠杆(2))和支点拉线(5)和测力拉线(4)的体积；g-当地重力加速度。

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