CN102062628B - 粘度计的自动液位检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种粘度计的自动液位检测装置，该自动液位检测装置设置在粘度计上，该自动检测装置包含两个热敏电阻，该热敏电阻分别设置在粘度计测量球泡两端的直管部位，热敏电阻的探头伸入到直管内，热敏电阻的引出导线分别与数据采集板电路连接，所述的热敏电阻为负温度系数热敏电阻，且具有玻璃封装。本发明提供的自动液位检测装置探测灵敏，实现方式简单，且检测装置体积小，也不影响实验者肉眼监视和观测。

Description

粘度计的自动液位检测装置

技术领域

本发明涉及一种液位检测装置，具体地，涉及液体石油产品运动粘度测定用的玻璃毛细管粘度计上的自动液位检测装置。

背景技术

液体石油产品的运动粘度是在玻璃毛细管内测定的，其物理定义是指在某一恒定的温度下，一定量的液态石油完全在重力的作用下通过一段固定管径的玻璃毛细管粘度计的时间与该玻璃毛细管常数的乘积。由于玻璃毛细管常数是一个固定的值，故对于同一支粘度计来说决定粘度数值测量重复性和一致性可靠的两个关键的因素分别为“恒定的温度”和“流经毛细管的时间”。如果温度能保持恒定，则影响其测量结果的唯一重要因素就是时间。

图1是现有技术中粘度计的测量球泡部分截图，上半部分为测量球泡1，下半部分就是前面所述的毛细管2。在测量球泡1的上下两端各有两段刻线，即上刻度线3及下刻度线4，液态石油通过上刻度线3开始计时，达到下刻度线4停止计时，如此就得出了“流经毛细管的时间”。

手动的粘度仪器使用的人工秒表计时，这种肉眼观测的方法给实验的精确度带来了极大的误差，而且不同的观测者得出的实验结论一定存在很大的差异。基于目前对粘度测量的高精度要求，故自动时间测量已经成为趋势。自动时间测量实际是通过自动检测液体的液面来实现的。目前，市场上的粘度计采用光电检测手段的居多，有光纤对射法和红外对射法，这些方法检测的优点是灵敏度高，快速反应。缺点是由于考虑到光电元件需要耐高温和耐腐蚀，所以成本太高，另外，此类器件的固定必然依靠夹具或者“基准”，体积庞大。

发明内容

本发明的目的是提供有效的自动液位检测装置，该检测装置探测灵敏，精度高，实现方式简便，成本低，而且体积小，不影响肉眼的监测和观察。 

为了达到上述目的，本发明提供了一种粘度计的自动液位检测装置，该自动液位检测装置设置在粘度计上，该自动检测装置包含两个热敏电阻，该热敏电阻分别设置在粘度计测量球泡两端的直管部位，热敏电阻的探头伸入到直管内，热敏电阻的引出导线分别与数据采集板电路连接，所述的热敏电阻为负温度系数热敏电阻，且具有玻璃封装。

上述的粘度计的自动液位检测装置，其中，所述的粘度计的测量球泡的两端直管部位均设置有一个孔，所述热敏电阻的探头通过该孔伸入设置在粘度计直管部位的内部。

上述的粘度计的自动液位检测装置，其中，所述热敏电阻的探头略微上翘，该探头与水平面之间的角度范围为15°到45°。

上述的粘度计的自动液位检测装置，其中，所述的孔与热敏电阻的连接处通过耐高温、耐腐蚀且耐油的胶水密封，该胶水固化后呈弹性橡胶状。

上述的粘度计的自动液位检测装置，其中，在粘度计直管上，所述的每个孔的上下两端分别套置有金属环，该金属环与粘度计直管焊接固定，热敏电阻的引出导线与金属环焊接连接，金属环通过氟塑料导线与数据采集板电路连接。

上述的粘度计的自动液位检测装置，其中，所述的金属环对称设置在孔的上下两端。

上述的粘度计的自动液位检测装置，其中，所述的金属环为银环。

上述的粘度计的自动液位检测装置，其中，所述的金属环与粘度计直管采用瞬干胶固定密封。

上述的粘度计的自动液位检测装置，其中，所述的两个金属环之间的粘度计表面均涂设双组分环氧胶，以封接整个自动液位检测装置，该胶水固化后剪切强度达到15MPa。 

本发明提供的一种玻璃毛细管粘度计的自动液位检测装置，其基本原理是在玻璃毛细管的测量球泡的上下各埋入一只负温度系数热敏电阻（下简称NTC）传感器，利用该传感器在不同的介质中耗散系数的不同，自热稳定之后的电阻也就不同，通过检测该就电阻的变化就能感知液面凹月面的到来，从而起到液位检测的作用。该检测装置的液位传感器采用的是负温度系数热敏电阻，该NTC有灵敏度高，体积小，便于安装，成本低的特点。当液体流经NTC的时候，电信号的变化能感知其液位的到达。

本发明提供的粘度计的自动液位检测装置，探测灵敏，实现方式简单，且检测装置体积小，也不影响实验者肉眼监视和观测。

附图说明

图1为现有技术的粘度计测量球泡部分的结构示意图。

图2为本发明的粘度计的自动液位检测装置的结构示意图。

图3为本发明的粘度计的自动液位检测装置的NTC热敏电阻结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图详细说明本发明的具体实施方式。

本发明的具体实施例中采用粘度计的是乌氏毛细管粘度计（下简称乌氏粘度计）。

如图2所示为本发明的粘度计的自动液位检测装置的结构示意图，该自动检测装置设置在乌氏粘度计上，该自动检测装置包含两个负温度系数热敏电阻（下简称NTC）20，所述的乌氏粘度计的测量球泡10的上下两端的直管部位30，分别设置有一个直径为1-2mm的圆孔31， 所述NTC的探头22通过该圆孔31伸入设置在粘度计直管30的内部。

所述的圆孔31与热敏电阻20的连接处通过耐高温、耐腐蚀且耐油的胶水密封，该胶水固化后呈弹性橡胶状。使用耐高温、耐腐蚀且耐油的胶水均匀涂在圆孔31之中，目的是为了将NTC热敏电阻20和圆孔31之间固定牢靠。该胶水在常温下的粘度需非常大，否则会通过圆孔流入粘度计的内壁，从而影响检测。 

在每个圆孔31的上下距离圆孔2-8mm处套有两个银环32（没有银环采用任何可以锡焊的金属即可）。银环的直径不宜太大，套银环的主要目的是过渡NTC的引出导线21，因为NTC的引出导线21非常细，直接引出至数据采集板40很容易被折断。银环32套在粘度计上之后可采用瞬干胶固定，但该瞬干胶需耐温耐油。

将NTC20埋入圆孔31之中，埋入的深度不应超过毛细管内径的1/2，且埋入后应保证探头22微微上翘一定角度，目的是为了让探头的感温节第一时间检测到液体的凹月面到来。该探头与水平面的角度为15°~45°。调整完毕后需用锡焊NTC的引出导线21至之前固定好的银环32上，焊接完毕后将多余的引出导线21剪去。

使用氟塑料高温导线33从银环32上的其它焊点焊接出来，此时过渡的目的已经达到，该氟塑料高温导线33是和数据采集板40连接的。

使用耐高温、耐油的胶水涂在粘度计的外表面。该胶水的涂接面积需扩张至银环32的两端（包含之前焊接的氟塑料高温导线33），目的是封接整个自动液位检测装置，使美观度大大增加。该胶水固化后要求剪切强度能达到15MPa以上。且能保证其在高温下不脱落，不软化。

本发明的检测装置的液位传感器采用的是负温度系数热敏电阻，该NTC有灵敏度高，体积小，便于安装，成本低的特点。当液体流经NTC的时候，电信号的变化能感知其液位的到达。液体在玻璃毛细管中流动的形态呈凹月面状（下简称凹月面），中间的低谷为凹月面的最低点。NTC传感器就是为了捕捉这个凹月面的最低点。

现详细介绍本发明使用的NTC传感器：

NTC又叫负温度系数热敏电阻，是一种电阻性电子元件，其电阻的变化是随其感知温度的升高而降低，故称其是负温度系数热敏电阻。图中的NTC属玻璃封装，由于传感器是要浸没在液体中感知液位，玻璃封装的探头有耐腐蚀，耐油，耐高温的特性，适合玻璃毛细管的实际应用场合。

NTC有诸多特性，此发明应用了NTC的其中一种自热特性，自热是指将NTC通以一定量的电流，该电流会导致NTC自身发热，使得其阻止下降。在某一特点的环境下，自热使得NTC的温度会比环境高出几度，然后达到平衡，这就是所谓的自热平衡。这里再引出了耗散系数的概念，其定义是指使得NTC的温度上升1℃所需要的功率，单位是mW/℃。液位检测原理就是利用NTC在两种不同的介质中自热达到稳定之后，根据在空气和在液体中NTC的耗散系数不同的原理，在相同的电流激励下，自热平衡的温度也就不同，实际测量到的阻值也就不同。如此就区分了气体和液体这两种不同的介质，感知玻璃毛细管内部液位的变化，从而达到了液位检测的效果。

图3中探头22中间的“方块”代表感温节23，是该NTC的最重要单元。“方块”，即感温节23的两边各引出一根引出导线21穿过玻璃封装作为可焊接导线。由于NTC是埋入玻璃毛细管内部来检测液位的，所以它的尺寸是受毛细管管径的限制的，一般玻璃毛细管测量球泡部分的管径是3-8mm，故其探头的尺寸需符合以下规定，探头直径D的范围是0.4-1mm，探头的长度T的范围是0.5-3.5mm，探头的引线直径d和引线的长度F是根据不同的焊接面定义的。探头的引线必须是从同一端引出的，目的是便于焊接。图3中长度F一般在5-60mm。而其直径d一般在0.1-0.2mm。以上尺寸是可以根据实际的应用灵活调节的。

本发明的实施例所选用的NTC传感器的机械性能：该传感器为玻璃封装，能耐腐蚀，且能耐300℃的高温。该传感器探头部分的长度T为2mm，探头的直径D为0.9mm，探头的引线为裸铜导线，长度F为60mm，直径为0.15mm。该NTC传感器的电性能：阻值（25℃下）为10K欧姆，其材料系数（简称B值）为3980，材料系数越大，温度-电阻曲线越陡。在空气中的耗散系数为0.3mW/℃。极限功率为15mW。

本发明的自动液位检测装置的安装包含以下具体步骤：

步骤1，将乌氏粘度计使用酒精清洗干净，在乌氏粘度计的测量球泡的上下两端直管部位开设直径为1.5mm的圆孔。

步骤2，将内径为10mm的银环套在距离其中一个圆孔上下对称5mm的位置。由于金属银有一定的柔软性，所以制作银环时可以不用闭合。使用杜邦的瞬干胶将银环紧密固定在乌氏粘度计上。由于瞬干胶一般粘度都比较小，流速很快，而此时封接面为圆形，所以在保证银环和乌氏粘度计的紧密贴合下，使用针头将胶水由贴合的缝隙中滴入，少量即可，在表面张力的作用下，胶水会绕银环一周瞬间固化。

步骤3，将NTC热敏电阻埋入乌氏粘度计的圆孔内，埋入的长度为1.5mm，埋入结束后使用锡焊将引出导线和银环焊接，焊接牢靠后用探针调整NTC探头的角度，使得其略微上翘，与水平面呈30度角。采用道康宁的有机硅胶涂入圆孔之内，使得圆孔和NTC传感器能紧密封接，在注胶时，选用的出胶枪的直径需大于乌氏粘度计上圆孔的直径，保证胶水不从圆孔中渗漏到粘度计内部。

步骤4，在上下两银环的其他焊点处各焊接一根氟塑料高温导线，完成传感器的引线过渡。

步骤5，待硅胶干透后（其最终形态应为弹性橡胶状），使用杜邦的双组分环氧胶进行表面封接，使得所有的器件再次牢固，也可视为“全部封装在胶水中”。该胶水固化后在高温下的剪切力仍然大于20MP，且稳定不易老化。待胶水干透后，整个工艺结束。

本发明的粘度计的自动液位检测装置的工作流程（具有自动液位检测装置的乌氏粘度计处于恒温槽中）如下：

首先，液体的凹月面初始位置处于具有自动液位检测装置的乌氏粘度计的缓冲球泡，且充满测量球泡，液体在重力作用下缓缓下降。

然后，当凹月面抵达测量球泡上方传感器的瞬间，NTC电阻值迅速发生变化，NTC电阻值变小，表明液体进入测量区域，此时可以使用启动计时之类的记录方式；当凹月面抵达测量球泡下方传感器的瞬间，NTC电阻值迅速发生变化，NTC电阻值变小，表明液体已经通过了测量区域，此时可以停止计时完成记录，得到固定体积的液体通过固定长度的毛细管的时间。

最后，通过粘度计算公式运算，可以得到该液体的粘度值。

本发明提供的玻璃毛细管粘度计的自动液位检测装置，是在粘度计玻璃毛细管的测量球泡的上下各埋入一只NTC热敏电阻传感器，利用该传感器在不同的介质中耗散系数的不同，自热稳定之后的电阻也就不同的特性，通过检测该就电阻的变化就能感知液面凹月面的到来。从而完成液位的自动检测。该检测装置探测灵敏，实现方式简单，且检测装置体积小，也不影响实验者肉眼监视和观测。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。 

Claims (4)

1.粘度计的自动液位检测装置，该自动液位检测装置设置在粘度计上，其特征在于，该自动检测装置包含两个热敏电阻（20），该热敏电阻（20）分别设置在粘度计测量球泡（10）两端的直管部位（30），该热敏电阻（20）包含探头（22）及设置在探头（22）内的感温节（23），该感温节（23）的两边分别引出导线（21）；所述的粘度计的测量球泡（10）的两端直管部位（30）均设置有一个孔（31），所述热敏电阻的探头（22）通过该孔（31）伸入设置在粘度计直管部位（30）的内部；所述的热敏电阻（20）的引出导线（21）分别与数据采集板（40）电路连接，所述的热敏电阻（20）为负温度系数热敏电阻，且具有玻璃封装；其中，所述的探头（22）的直径D为0.4~1mm，探头（22）的长度T为0.5~3.5mm，所述的引出导线（21）的直径d为0.1~0.2mm；在粘度计直管上，所述的每个孔（31）的上下两端分别对称套置有金属环（32），该金属环（32）与粘度计直管焊接固定，热敏电阻的引出导线（21）与金属环（32）焊接连接，金属环（32）通过氟塑料导线（33）与数据采集板（40）电路连接，所述的金属环（32）为银环。

2.如权利要求1所述的粘度计的自动液位检测装置，其特征在于，所述热敏电阻的探头（22）上翘，该探头（22）与水平面之间的角度范围为15°到45°。

3.如权利要求2所述的粘度计的自动液位检测装置，其特征在于，所述的金属环（32）与粘度计直管采用瞬干胶固定密封。

4.如权利要求3所述的粘度计的自动液位检测装置，其特征在于，所述的孔（31）与热敏电阻（20）的连接处通过耐高温、耐腐蚀且耐油的胶水密封，该胶水固化后呈弹性橡胶状；所述的两个金属环（32）之间的粘度计表面均涂设双组分环氧胶，以封接整个自动液位检测装置，该胶水固化后剪切强度达到15MPa。

Images