CN102749119A - 液体容积的计量方法及连续计量方法 - Google Patents

Abstract

液体容积的计量方法及连续计量方法，涉及一种液体容积传感器的计量方法。本发明克服了现有玻璃量杯法、称重换算法、微流量传感器时流量计量法的不足。所述计量方法中的用于收集待测液体的计量筒底部与一个阀体连通，该阀体上设置有用于阻断阀体内部液体流通管路的电磁阀，电磁阀将液体流通管路分成测量腔体和排液腔体，测量腔体与计量筒连通；采用垂直设置的计量筒收集被测液体；采用微压传感器测量所述测量腔体中的压力信号，根据该压力信号换算获得液体容积，实现对被测液体容积的计量。基于上述计量方法实现连续计量的方法还包括排液过程和预备过程。本发明适用于对喷洒作业产品的每次液体喷洒量进行测量。

Description

液体容积的计量方法及连续计量方法

技术领域

本发明涉及一种液体容积传感器的计量方法，属于测量技术领域。

背景技术

现有液体容积计量的办法常用的容器测量方法、称重测量换算方法和采用流量传感器测量这三种方法。这三种方法中：

1、容器测量方法，是通过将液体装入带有刻度标记的容器中，然后采用人眼观察的读取刻度获得测量结果，该种方法不但测量精度不高，而且受测量操作人员的状态影响很大。并且该种液体容积测量方法还不容易与现有自动控制设备或方法结合使用。

2、称重测量换算方法，是通过精密的称重仪器测量获得被测液体的重量，采用该种方法测量液体容积时，需要采用容器来盛装待测液体，该种方式对于需要连续多次测量不同液体容积的场合，每次测量完液体容积之后，都需要将被测液体排出，如果采用将容器取下倒出测量完容积的液体，然后再将容器放回到称重仪器上测量下一批液体的方式，每次重新将容器放到称重仪器上，都需要进行一次调零操作，比较麻烦。而如果采用在容器上安装排放液体的结构的方式能够避免上述方法存在的缺陷，但是，随之又会产生新的问题，即：排放液体的装置需要延伸到称重仪器的称重面之外，该种结构会破坏称重传感器的平衡，进而影响测量重量的精度，即：不能够保证测量液体容积的精度。

3、采用流量传感器测量方法，该种方法测量的精度比较高，但是成本也比较高，并且需要被测量液体要有一定的流速、且压力必须稳定，如果压力不稳定、或者液体中参杂有气泡时均会严重影响测量结果。

上述三种方法尤其不适用于对喷洒作业产品每次的液体喷洒量进行测量，例如：采用上述三种方法应用到现有喷油器试验台噴油量的计量中，则：1，玻璃量筒法，需要在喷油器试验台中每缸的噴油量和回油量计量系统各放置一只玻璃量筒，玻璃量筒上面印有计量刻度，当噴油量达到某计量刻度，直接用肉眼观察显示喷油量。优点是简单直观，造价低。缺点是无法从玻璃量筒的刻度上引入喷油器试验台所需要的反馈控制信号，因此不适用。2，称重换算法，需要在喷油器试验台中每缸的噴油量和回油量计量系统各放置一只量筒，量筒的下面都放有称重传感器，称重传感器反馈信号通过电子电路的转换，然后通过数字显示噴油量。优点是准确度较高。缺点是电子电路转换较复杂，另外称重传感器的支点必须调平计量才能准确，而喷油器试验台称重传感器上面的量筒，需要接入放油管路，会破坏称重传感器的平衡，造成计量不准确，因此该种方法也不适用。3，喷油器试验台计量系统应用最多的是精密的微流量传感器，优点是在特定的环境下计量准确，控制简单，不需要计量筒，但缺点也不少，首先是价格昂贵，精密的微流量传感器一只都在万元以上，进口的甚至几万元。一台6缸机的喷油器试验台，如果噴油量与回油量都同时测量的话就要用12只微流量传感器，用在传感器上的成本可想而知。所以目前所有生产喷油器试验台的厂家都采用一只微流量传感器，各缸轮流使用的方法，各缸喷油器喷油时的互相切换增加了试验台精确控制的难度。由于微流量传感器采集的是瞬时流量信号，加上各缸喷油器喷油时轮流测试的燃油压力很难达到一致，造成计量不准确。还有很多因素引起计量不准，例如：喷油器喷油时流速大小，尤其是微小流量；喷油器喷出的油雾为泡沫状；微小流量时难免使排油管路中存在空气；油温的变化等。

综上所述，现有常用的三种液体容积测量方法不适于于对喷洒作业的产品的每次液体喷洒量的测量。

发明内容

为克服现有玻璃量杯法，称重换算法，微流量传感器瞬时流量计量法的不足，本发明提供一种液体容积的计量方法及连续计量方法。

本发明所述的液体容积的计量方法是基于下述设备实现，所述设备中用于收集待测液体的计量筒底部与一个阀体连通，该阀体上设置有用于阻断阀体内部液体流通管路的电磁阀，所述电磁阀将液体流通管路分成测量腔体和排液腔体，所述测量腔体与计量筒连通；基于上述设备的液体容积的计量方法为：

采用垂直设置的计量筒收集被测液体；

采用微压传感器测量所述测量腔体中的压力信号，

根据所述压力信号换算获得对应的液体容积信息，实现对计量筒内收集的被测液体的容积的计量。

上述方法中，在收集被测液体之前，使所述阀体的测量腔体内充满与待测液体相同的液体。

上述方法中，在采用微压传感器测量所述测量腔体中的压力信号之后，还要对所述压力信号进行判断，当该压力信号大于设定阈值时，提示测量超范围，不再进行容积换算，否则继续后续步骤。

上述方法中的根据所述压力信号换算获得对应的液体容积信息的过程是：采用V/F转换器将压力信号转换成频率信号，然后通过频率信号换算获得容积信息。

在采用V/F转换器将压力信号转换成频率信号的过程中，采用温度补偿的计算方法对换算结果进行修正。

基于上述液体容积的计量方法实现的液体容积连续计量的方法为：相邻两次计量过程之间，增加有如下过程：

排液过程，通过控制电磁阀使得测量腔体和排液腔体连通，排除本次待测液体，直至待测液体排出干净；

预备过程，控制电磁阀阻断测量腔体和排液腔体，准备下一次测量。

上述方法中，在排液过程中，通过阀体的排液腔体与测量腔体之间设置的多条弯曲的排液管路实现排液。

上述方法中在排液过程中，控制液体的流速由快变慢。

本发明所述的液体容积计量方法尤其适用于对喷洒作业产品的每次液体喷洒量进行测量。本发明所述的多次液体容积计量方法更适用于对喷洒作业产品的连续喷洒过程中、每次喷洒的液体量的连续测量。

附图说明

图1是实现具体实施方式九所述的计量方法以及连续计量方法的一种液体容积传感器的具体结构示意图。

图2是具体实施方式七所述的电路的原理示意图。

图3是实现具体实施方式十四所述排液过程的一种阀体3的结构示意图。

图4是图3的俯视图。

图5和图6采用图3所示的阀体3实现排液过程中，液体的流向示意图，图5是流速比较快的时候液体流向示意图，图6是流速比较慢时的液体流向示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式所述的液体容积的计量方法中，用于收集待测液体的计量筒4底部与一个阀体3连通，该阀体3上设置有用于阻断阀体3内部液体流通管路的电磁阀2，所述电磁阀2将液体流通管路分成测量腔体3-2和排液腔体3-1，所述测量腔体3-2与计量筒4连通，计量过程为：

采用垂直设置的计量筒4收集被测液体；

采用微压传感器测量所述测量腔体3-2中的压力信号，

根据所述压力信号换算获得对应的液体容积信息，实现对计量筒4内收集的被测液体的容积的计量。

本实施方式所述的计量方法中，采用在阀体3内部布设微压传感器来测量压力信号，便于每次计量完成之后液体的排放，即：每次计量完成之后，通过控制电磁阀2使阀体3中的液体流通管路畅通，进而将计量的液体排出，方便下一次的测量。

上述方法中，根据液体压力信息换算获得液体容积信息的方法采用现有公知的技术手段既可。

具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的液体容积的计量方法的进一步限定，上述计量方法中，在收集被测液体之前，使所述阀体3的测量腔体3-2内充满与待测液体相同的液体。

本实施方式限定了在测量之前的初始状态，即：在测量之前测量压力的微压传感器所在腔体内已经充满液体，使得其所在环境有一个初始的稳定压力，并且，计量筒4底部也有一定高度的液体，在测量过程中，计量筒4注入的待测液体之后，使得计量筒4内部的液面升高，微压传感器的探头处的压力也稳定生变化。

该种方法，能够有效的避免当微压传感器周围没有液体的情况下，注入液体时，液体流的前端对微压传感器的探头表面产生不均匀的冲击力，进而影响微压传感器的测量精度的问题。

具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式一所述的液体容积的计量方法的进一步限定，本实施方式中，在测量过程中，阀体3内部的液体流通管路与计量筒4相互垂直设置。

具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式一所述的液体容积的计量方法的进一步限定，本实施方式中，在采用微压传感器测量所述测量腔体3-2中的压力信号之后，还要对所述压力信号进行判断，当该压力信号大于设定阈值时，提示测量超范围，不再进行容积换算，否则继续后续步骤。

本实施方式所述的设定阈值，是计量筒4内液面位于最高限时的压力信号值，即：在计算容积之前，首先判断被测液体的容积是否超过测量的量程，对于超量程的情况，不再换算获得容积。

具体实施方式五：本实施方式是对具体实施方式一所述的液体容积的计量方法的进一步限定，本实施方式中，根据所述压力信号换算获得对应的液体容积信息的过程是：采用V/F转换器将压力信号转换成频率信号，然后通过频率信号换算获得容积信息。

本实施方式的计量方法中，最终将压力信号转换成了频率信号，所述频率信号便于用导线传输。

具体实施方式六：本实施方式是对具体实施方式五所述的液体容积的计量方法的进一步限定，本实施方式中，在采用V/F转换器将压力信号转换成频率信号的过程中，采用温度补偿的计算方法对换算结果进行修正。

由于电子器件在不同的温度下，其性能会受到影响，因此本实施方式采用温度补偿对电压信号转换成频率信号过程进行修正，进而消除温度对电子器件性能的影响。

本实施方式所述的计量方法的原理是：计量筒4内液面高度对始终浸在液体中的微压传感器探头产生一个压强，浸在电磁阀2底座中微压传感器探头探测到压强并产生一个微弱的电压信号，微压传感器探头产生的压强与微弱的电压信号成比例和线性关系，这个微弱的电压信号经微压变送器模块中的电子电路放大数倍后，经微压变送器模块中的V/F［电压／频率］转换电路进行转换，使电压信号变成线性的频率信号，电压信号与频率信号承对应的线性关系，举例说明，假设计量筒4内在没有加入被测液体时，微压传感器探头上的初始电压为V，变送器模块中的V/F［电压／频率］转换电路进行转换频率为F，加入1毫升液体后，微压传感器探头上的电压升高到V1，对应的转换频率为F1，有V1－V＝V2，F1－F＝F2，得出加入1毫升液体后，V2为微压传感器探头上电压变化量，F2为V/F［电压／频率］转换电路进行对应转换频率变化量，把频率变化量F2作为1毫升液体的频率变化系数b＝1，计量筒4内每增加1毫升液体，等于b+1，之后再通过温度补偿的计算方法对获得的系数进行修正，通过修正后的系数计算获得对应的容积信息。

具体实施方式七：本实施方式是对具体实施方式五或六所述的液体容积的计量方法的进一步限定，本实施方式中，还采用显示器对最终的容量信息进行显示输出。

实现本实施方式所述的方法的根据所述压力信号换算获得对应的液体容积信息的过程可以采用下述电路实现：

参见图2说明所述电路，所述电路包括运算放大器5、V/F变换器6、温度补偿电路7、单片机控制电路9和显示器8，微压传感器输出的压力信号经运算放大器5放大之后发送给V/F变换器6，温度补偿电路7输出补偿信号给V/F变换器6，该V/F变换器6根据输入的补偿信号和电压信号输出的频率信号给单片机控制电路9，该单片机控制电路9用于对输入的频率信号进行运算获得被测液体的容积信息，该单片机控制电路9输出控制信号给显示器8，使其显示运算结果的容积信息。

具体实施方式八：本实施方式是对具体实施方式一所述的液体容积的计量方法的进一步限定，本实施方式中，微压传感器的探头的探测面与液体流通管路的轴线相垂直设置。

具体实施方式九：本实施方式是举例说明，采用图1所示的结构实现本发明所述的计量方法的具体过程，本实施方式中的测量对象是柴油，具体过程为：

参见图1计量筒4中有被测液体，所述液体是水或者不带有腐蚀性的任何液体。本实施方案中的计量筒4通过螺纹或焊接方法与阀体3垂直连接，电磁阀2用螺纹固定在阀体3上，电磁阀2不送电时，电磁阀2上的耐油橡胶垫紧压在阀体3的出油口上，使计量筒4中被测液面的液体不能按标注的液体流向流动，保证准确测量。如果把电磁阀2送电，电磁阀2中的电磁铁芯吸合使电磁阀2上的耐油橡胶垫打开，计量筒4中被测液面的液体按标注的液体流向从排液口排出。

微压传感器的探头始终浸在阀体3的油道内，当计量筒4加入被测液体时，微压传感器的探头与计量筒4中被测液面之间形成水平高度h，微压传感器的探头上产生的压强为：p=ρgh，p为压强，g为常数9.8牛顿/公斤,ρ为液体的密度，以柴油为例，把1毫升的柴油加入到直径20毫米的正方形计量筒4中，微压传感器的探头与液面2之间形成水平高度h＝0.002米，已知常数g＝9.8牛顿/公斤，柴油密度ρ＝0.82×10^3立方米/公斤，压强＝ρgh＝0.82×1000×9.8×0.002＝16.07帕斯卡，微压传感器的探头上产生的压强为16.07帕斯卡，这个测到的压强被微压传感器转换成电压信号，已知微压传感器的探头压强为0帕斯卡时，输出电压信号2.5V，最大测量压强2000帕斯卡时输出电压信号4.5V，微压传感器最大电压变化范围4.5V-2.50V=2.00V，则1帕斯卡时电压为2.00V÷2000Pa=0.001V，最后得到1毫升柴油在计量筒4中得到电压0.001V×16.07Pa＝0.016V，此时微压传感器的探头输出电压信号为2.5V+0.016V=2.516V，也是1毫升柴油在计量筒4中被检测计算输出，2.516V电压经精密运算放大器放大两倍后变成5.032V，5.032V电压经V/F［电压／频率］转换器转换为线性频率信号被输出，调整V/F［电压／频率］转换器的转换电压0～10V对应变化频率为0～10000赫兹，则微压传感器的探头输出电压信号5.032V对应频率为5032赫兹被输出，同理输出电压信号5.064V则对应频率为5064赫兹，获得的频率信号通过单片机控制电路9进行处理之后，获得容积信息，并控制显示器8显示容积信息，这样，就能够通过显示器8直观的获得计量筒4内被测液体的实际容积。

具体实施方式十：本实施方式所述的是采用具体实施方式一至八任意一个实施方式所述的液体容积的计量方法实现液体容积连续计量的方法，在相邻两次计量过程之间，增加有如下过程：

排液过程，通过控制电磁阀2使得测量腔体3-2和排液腔体3-1连通，排除本次待测液体，直至待测液体排出干净；

预备过程，控制电磁阀2阻断测量腔体3-2和排液腔体3-1，准备下一次测量。

本实施方式是一种连续计量的方法，在连续的两次计量方法之间增加有排出液体和预备下次测量的过程。

具体实施方式十一：本实施方式是对具体实施方式九所述的连续计量的方法的进一步限定，在排液过程中，通过阀体3的排液腔体3-1与测量腔体3-2之间设置的多条弯曲的排液管路3-3实现排液。

该种排液方法，能够有效控制排液的流量，并且控制排液过程中排液流量的稳定变化，即：控制排液过程中微压传感器的探头所在位置压力的稳定变化。

具体实施方式十二：本实施方式是对具体实施方式十所述的连续计量的方法的进一步限定，本实施方式中，在排液过程中，控制液体的流速由快变慢。

具体实施方式十三：本实施方式是对具体实施方式十所述的连续计量的方法的进一步限定，本实施方式中，在排液过程中，分为两个阶段，第二个阶段的排液速度比第一个阶段的排液速度慢。

具体实施方式十四：本实施方式是对具体实施方式十所述的连续计量的方法的进一步限定，本实施方式中，将所述多个弯曲的排液管路3-3分成两组，其中每组排液管路3-3的入液口位于同一水平高度，并且其中一组排液管路3-3的入液口的高度比另一组排液管路3-3的入液口的高度低。

本实施方式中，将多个弯曲的排液管路3-3分成两组，并设置不同入液口的高度的目的在于，控制排液过程中液体流量的变化，具体可以采用图3所述的阀体3结构实现，即：排液过程的开始阶段排液的速度快一些，此时液体的流向参见图5所示；然后速度变慢，此时液体的流向参见图6所示，这样，可以在排液过程接近结束时，微压传感器处的压力变化速度变缓，进而使微压传感器很快的恢复到稳定状态，能够保证下一次测量的准确性。

微压传感器在测量压力的过程中，如果所测量的压力变化速度过快，会使微压传感器处于震荡状态，并且所述微压传感器需要较长的时间才能够从这种震荡状态回复的常态。如果在震荡状态下进行测量，会严重影响测量的准确性，因此，如要保证每次测量的准确性，就需要等待较长的时间，待微压传感器恢复到常态之后，才能够进行下一次的测量。

本实施方式中，通过控制排液过程中液体流量的变化，进而控制微压传感器所在环境的压力变化的速度，并且在将近排液结束的阶段，降低了排液速度，即：降低了压力变化速度，进而保证在每次测量完液体容积的排液过程结束时，微压传感器仍处于稳定状态，进而能够尽快实现下一次准确的测量。因此，本实施方式所述的结构更适用于连续多次测量的环境中使用。

Claims (10)

1.液体容积的计量方法，其特征在于，所述计量方法基于下述设备实现，所述设备中用于收集待测液体的计量筒（4）底部与一个阀体（3）连通，该阀体（3）上设置有用于阻断阀体（3）内部液体流通管路的电磁阀（2），所述电磁阀（2）将液体流通管路分成测量腔体（3-2）和排液腔体（3-1），所述测量腔体（3-2）与计量筒（4）连通，基于上述设备的液体容积的计量方法为：

采用垂直设置的计量筒（4）收集被测液体；

采用微压传感器测量所述测量腔体（3-2）中的压力信号，

根据所述压力信号换算获得对应的液体容积信息，实现对计量筒（4）内收集的被测液体的容积的计量。

2.根据权利要求1所述的液体容积的计量方法，其特征在于，在收集被测液体之前，使所述阀体（3）的测量腔体（3-2）内充满与待测液体相同的液体。

3.根据权利要求1所述的液体容积的计量方法，其特征在于，在采用微压传感器测量所述测量腔体（3-2）中的压力信号之后，还要对所述压力信号进行判断，当该压力信号大于设定阈值时，提示测量超范围，不再进行容积换算，否则继续后续步骤。

4.根据权利要求1所述的液体容积的计量方法，其特征在于，根据所述压力信号换算获得对应的液体容积信息的过程是：采用V/F转换器将压力信号转换成频率信号，然后通过频率信号换算获得容积信息。

5.根据权利要求4所述的液体容积的计量方法，其特征在于，在采用V/F转换器将压力信号转换成频率信号的过程中，采用温度补偿的计算方法对换算结果进行修正。

6.根据权利要求1所述的液体容积的计量方法，其特征在于，微压传感器的探头的探测面与液体流通管路的轴线相垂直设置。

7.采用权1至6任意一项权利要求所述的液体容积的计量方法实现液体容积连续计量的方法，其特征在于，在相邻两次计量过程之间，增加有如下过程：

排液过程，通过控制电磁阀（2）使得测量腔体（3-2）和排液腔体（3-1）连通，排除本次待测液体，直至待测液体排出干净；

预备过程，控制电磁阀（2）阻断测量腔体（3-2）和排液腔体（3-1），准备下一次测量。

8.根据权利要求7所述的液体容积的计量方法，其特征在于，在排液过程中，通过阀体（3）的排液腔体（3-1）与测量腔体（3-2）之间设置的多条弯曲的排液管路3-3实现排液。

9.根据权利要求7所述的液体容积的计量方法，其特征在于，在排液过程中，控制液体的流速由快变慢。

10.根据权利要求1所述的液体容积的计量方法，其特征在于，在排液过程中，分为两个阶段，其中第二个阶段的排液速度比第一个阶段的排液速度慢。

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