CN103162754A - 液体质量流测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种实时的精确液体质量流量测定装置，该装置用于测量液体瞬时质量流量、体积流量和平均比重。该装置由两个液体盛液罐、两个载荷传感器或重量传感器、两个液体泵、四个电磁阀、两个单向阀、一个实时体积流量计和一个温度传感器组成。液体从装置入口进入，通过液体泵被注入盛液罐中，通个对电磁阀的控制，盛液罐被选择用来给该质量流测量装置下游的仪器或设备提供所需液体。载荷传感器或重量传感器记录了相应盛液罐的瞬时质量，从而通过计算得出液体瞬时质量变化和瞬时质量流量。本发明的最大特点在于它采用了直接测量液体质量变化的方法得到液体的质量流量，它可以用于测量单一液体或多种液体混合物。
Description
技术领域
本发明涉及精确测量液体实时质量流量的一种装置。
背景技术
液体流量计被广泛地应用于测量和计量液体流量，大多数这些不同种类的流量计通过测量液体流速，或流经变直径通道时的压力变化，或通过测量液体流经转轮或蜗轮时转轮或蜗轮的转速等，从而计算液体的实时流量。这些测量方法大多可以准确测量液体的体积流量。为了得到液体的质量流量，还必须知道液体的比重。等式1表达了从液体体积流量转换成液体质量流量的方法。g是在某一时刻时的质量流量, Q是在同一时刻时的体积流量，ρ是同一时刻时的比重(可以从测量或经验公式计算得来)。
通常，液体比重与液体温度压力有着密切联系，在多数情况下，随着液体温度升高（低于沸点温度），液体比重会下降，反之，液体温度降低（高于液体冰点温度），液体比重会升高。综上所述，在同一体积流量时，由于液体温度和压力不同，液体的质量流量不同。根据质量守恒定律，在任何与周围隔绝的物质系统（孤立系统）中，不论发生何种变化或过程，其总质量保持不变。换而言之，在研究一个系统时，其质量是不变的，但是其体积却可能随周围环境而变化。由此可见，用质量流量来表征液体流量与体积流量表征的液体流量相比，据有无可比拟的优点。
目前，由多种液体的混合而成的混合液体被广泛用作工作液体，比如，在日常生活中的汽油，柴油，生物燃油等，均由多种不同液体混合而成。这些混合物的比重除了和温度压力有关外，还和液体的混合均匀程度有着密切的关系，如这些不同液体的混合物很稳定并能保证不变的混合度，混合物可能有着比较稳定的比重，否则，由于变换不定的液体比重，很难精确测量液体的质量流量，从而为液体流量测量带来很大的误差，为日常的工作，科研以及应用带来了很大的不便。
因此，有必要发明一种流量测量装置，它对液体自身物理特性---温度压力和比重，均匀混合程度等没有依赖性，这种装置应能够更准确和可靠地描述系统内液体的特性。
发明内容
本发明提供一种直接测量的方法以精确测量实时液体质量流量，它可以用于测量单一液体质量流量和混合液体质量流量。与此同时，该装置也精确测量瞬时液体体积流量，并根据所实测瞬时液体质量流量和体积流量计算单一或混合液体的平均比重。
一种用于测量液体瞬时质量流量、体积流量和平均比重的液体质量流测量装置，所述液体质量流测量装置包括：
以将液体流经第一电磁阀或第二电磁阀泵入第一盛液罐或第二盛液罐的第一液体泵；
连接至所述第一液体泵的下游以控制液体是否能从其通过的第一电磁阀；
连接至所述第一电磁阀以盛装液体的第一盛液罐；
将所述第一盛液罐安装于其上以精确测量所述第一盛液罐的实时重量的第一载荷传感器或重量传感器；
连接至所述第一盛液罐的出口以控制液体是否能从其通过的第三电磁阀；
连接至所述第一液体泵的下游以控制液体是否能从其通过的第二电磁阀；
连接至所述第二电磁阀以盛装液体的第二盛液罐；
将所述第二盛液罐安装于其上以精确测量所述第二盛液罐的实时重量的第二载荷传感器或重量传感器；
连接至所述第二盛液罐的出口以控制液体是否能从其通过的第四电磁阀；
连接至所述第三电磁阀和所述第四电磁阀的下游以测量液体体积的体积流量计；
连接至所述体积流量计出口以将液体泵入下游仪器的第二液体泵；
通过所述载荷传感器或重量传感器计算得出液体瞬时质量变化和瞬时质量流量，与此同时，所述体积流量计测量液体瞬时体积流量，从体积流量和质量流量以精确计算液体的瞬时比重。
所述液体质量流测量装置还包括连接在所述第三电磁阀和第四电磁阀的下游与所述体积流量计之间以测量液体的瞬时温度的温度传感器。
所述液体质量流测量装置还包括连接至所述第一液体泵下游用于将液体引向所述第一液体泵上游以保护所述第一液体泵及整个装置的第一单向阀。
所述液体质量流测量装置还包括连接至所述第二液体泵下游用于将液体引向所述第二液体泵上游以保护所述第二液体泵及整个装置的第二单向阀。
所述第三电磁阀和第四电磁阀重叠开启来控制液体持续供应以保护下游设备不受影响。
所述第一盛液罐和第二盛液罐及其中液体的最大重量和最小重量根据下游设备对液体消耗量来设定，最大重量根据罐中液面到达盛液罐所允许的最高液位时的重量来设定，最低液面为盛液罐所允许的最低液面时的重量。
一种液体质量流测量装置使用方法，包括以下步骤：
第一步：预热，用于使系统达到正常工作温度，并对传感器作必要的标定；
第二步：自动或手动检查所述第一盛液罐和第二盛液罐的重量并将其调整至预期的重量；
第三步：第一电磁阀、第二电磁阀和第四电磁阀关闭，第三电磁阀开启，第一液体泵停机，第二液体泵启动；第二液体泵通过第三电磁阀从第一盛液罐抽出液体，液体流经第三电磁阀，体积流量计，进入第二液体泵，然后向下游仪器或设备提供液体；
第四步：当第一盛液罐和其中液体重量达到或低于所设定的最低第一盛液罐和其中液体总重量，第四电磁阀开启；此时，第一盛液罐和第二盛液罐同时向下游设备提供液体；
随后，第三电磁阀关闭，第四电磁阀仍然开启，此时，第二盛液罐向下游设备提供液体，直至第二盛液罐和其中液体重量达到或低于所设定的最低第二盛液罐和其中液体总重量；
在第三电磁阀关闭的同时，第一电磁阀开启，第一液体泵启动，液体通过第一液体泵向第一盛液罐注入液体直至达到所设定的最大第一盛液罐和其中液体总重量；
第五步：当第二盛液罐和其中液体重量达到或低于所设定的最低第二盛液罐和其中液体总重量，第三电磁阀开启。此时，第二盛液罐和第一盛液罐同时向下游设备提供液体；
随后，第四电磁阀关闭，第三电磁阀仍然开启，第一盛液罐向下游设备提供液体，直至第一盛液罐和其中液体重量达到或低于所设定的最低第一盛液罐和其中液体总重量。
在第四电磁阀关闭的同时，第二电磁阀开启，第一液体泵启动，液体通过第一液体泵向第二盛液罐注入液体直至达到所设定的最大第二盛液罐和其中液体总重量。
所述第二步具体是：如发现重量低于设定的最大重量，第一电磁阀或第二电磁阀开启，第一液体泵启动并向第一盛液罐或第二盛液罐注入所需液体；当装置探测到所需液体达到所期望的重量，第一盛液泵停止运转，第一电磁阀和第二电磁阀均关闭。
所述液体质量流测量装置使用方法还包括：当第一电磁阀或第二电磁阀和第一液体泵之间的压力高于第一单向阀的开启压力，第一单向阀开启，液体从第一单向阀流回第一液体泵上游，从而降低了第一液体泵和第一电磁阀和第二电磁阀之间的压力；一旦该压力低于第一单向阀开启压力，第一单向阀关闭。
当第二液体泵出口至下游仪器或设备之间的压力高于第二单向阀所设定开启压力，第二单向阀开启，液体流回第二液体泵上游，从而第二液体泵，下游仪器或设备和第二单向阀之间的压力下降，从而保护第二液体泵和其下游仪器或设备，一旦该压力低于第二单向阀开启压力，第二单向阀关闭。
第一盛液罐和第二盛液罐及其中液体的最大重量和最小重量可以根据下游设备对液体消耗量来设定，最大重量根据所述第一盛液罐和第二盛液罐中液面到达盛液罐所允许的最高液位时的重量来设定，最低液面为所允许的最低液面时的重量。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
第一或第二载荷传感器或重量传感器记录了相应第一或第二盛液罐的瞬时质量，从而通过计算得出液体瞬时质量变化和瞬时质量流量。与此同时，体积流量计测量液体瞬时体积流量，从体积流量和质量流量可以精确计算液体在所测温度下的瞬时比重。本发明的最大特点在于它采用了直接测量液体质量变化的方法得到液体的质量流量，它可以用于测量单一液体或多种液体混合物；即使混合液体混合不均匀，该装置也能精确地测量液体质量流量。
附图说明：
图1根据本发明的优选实施例设计而成的液体质量流测量装置。
具体实施方式
下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
本发明提供一种直接测量的方法以精确测量实时液体质量流量，它可以用于测量单一液体质量流量和混合液体质量流量。与此同时，该装置也精确测量瞬时液体体积流量，并根据所实测瞬时液体质量流量和体积流量计算单一或混合液体的平均比重。图1是该装置结构原理图。
本装置由两个液体泵，两个单向阀，两个盛液罐，四个电磁阀，两个载荷传感器或重力传感器，一个体积流量计，和一个温度传感器组成。
其中的部件具体可以描述为：
所述液体质量流测量装置包括：
以将液体流经第一电磁阀或第二电磁阀泵入第一盛液罐或第二盛液罐的第一液体泵1；
连接至所述第一液体泵的下游以控制液体是否能从其通过的第一电磁阀2；
连接至所述第一电磁阀以盛装液体的第一盛液罐6；
将所述第一盛液罐6安装于其上以精确测量所述第一盛液罐6的实时重量的第一载荷传感器或重量传感器7；
连接至所述第一盛液罐6的出口以控制液体是否能从其通过的第三电磁阀4；
连接至所述第一液体泵1的下游以控制液体是否能从其通过的第二电磁阀3；
连接至所述第二电磁阀3以盛装液体的第二盛液罐8；
将所述第二盛液罐8安装于其上以精确测量所述第二盛液罐8的实时重量的第二载荷传感器或重量传感器9；
连接至所述第二盛液罐8的出口以控制液体是否能从其通过的第四电磁阀5；
连接至所述第三电磁阀4和所述第四电磁阀5的下游以测量液体体积的体积流量计10；
连接至所述体积流量计10出口以将液体泵入下游仪器的第二液体泵11；
连接在所述第三电磁阀和第四电磁阀的下游与所述体积流量计之间以测量液体的瞬时温度的温度传感器12；
通过所述载荷传感器或重量传感器7和9计算得出液体瞬时质量变化和瞬时质量流量，与此同时，所述体积流量计10测量液体瞬时体积流量，从体积流量和质量流量以精确计算液体的瞬时比重。
该装置可由手动或计算机控制。
在正常运行本装置时，系统需预热。预热的目的是给系统通电，使系统达到正常工作温度，并对传感器作必要的标定。
在预热结束之前，装置自动或手动检查盛液罐的重量。如发现重量低于设定的最大重量，第一电磁阀2或第二电磁阀3开启，第一液体泵1启动并向第一盛液罐6或第二盛液罐8注入所需液体。当装置探测到所需液体达到所期望的重量，第一液体泵1停止运转，第一和第二电磁阀2、3均关闭，并且装置预热完成。通常，此预热过程需几分种完成。
在第一液体泵1下游，安装了第一单向阀13，所述第一单向阀13的作用是保护第一液体泵1和整个装置。当第一电磁阀2或第二电磁阀3和第一液体泵1之间的压力高于第一单向阀13的开启压力，第一单向阀13开启，液体从第一单向阀13流回第一液体泵1上游，从而降低了第一液体泵1和第一和第二电磁阀2、3之间的压力，从而保护了第一液体泵1和第一和第二电磁阀2、3。通常，此类情况在第一或第二电磁阀2、3无法正常开启时发生。
在预热完成后并且装置开始正常运转，第一、第二和第四电磁阀2、3、5关闭，第三电磁阀4开启，第一液体泵1停机，但第二液体泵11启动。第二液体泵11通过第三电磁阀4从第一盛液罐6抽出液体，液体流经第三电磁阀4，温度传感器12，体积流量计10，进入第二液体泵11，然后向下游仪器或设备提供液体。
同时，第二单向阀14被安装在第二液体泵11的下游，并用于保护第二液体泵11和其下游仪器或设备。当第二液体泵11出口至下游仪器或设备之间的压力高于第二单向阀14所设定开启压力，第二单向阀14开启，液体流回第二液体泵11上游，从而第二液体泵11，下游仪器或设备和单向阀14之间的压力下降，从而保护第二液体泵11和其下游仪器或设备。一旦该压力低于单向阀14开启压力，单向阀14关闭。
载荷传感器或重力传感器用于测量盛液罐和液体的重量。第一盛液罐6和第二盛液罐8分别安装于第一载荷传感器或重力传感器7和第二载荷传感器或重力传感器9之上，其瞬时重量能被载荷传感器或重力传感器精确测量。
第一或第二载荷传感器或重力传感器7、9是一种能够精确测量瞬时载荷或重量的传感器，其工作形式或原理也许不相同，但它们已经被广泛地用于载荷和重量的测量之中。比如，在内燃机测功设备中，载荷传感器被用来测量发动机运转时的实时扭矩。同时，载荷传感器也在一些大型称重设备中用于测量被称重物体的重量。
第一载荷传感器或重量传感器7精确地测量第一盛液罐6和其中液体的重量，在时刻i,假设第一载荷传感器或重量传感器7测得第一盛液罐6和其中液体的总重量为G1i，时刻i-1是时刻i之前的时间，此时第一盛液罐6和其中液体重量变为G1(i-1),由于第二液体泵11下游的设备消耗了第一盛液罐6中的液体，G1(i-1) 大于G1i,如i-1和i之间的时间差为 △t，则所测的液体实时质量流量gi可由等式2计算：
当第一盛液罐6和其中液体重量达到或低于所设定的最低第一盛液罐6和其中液体总重量，第四电磁阀5开启。此时，第一盛液罐6和第二盛液罐8同时向下游设备提供液体。假如在时刻j，第一载荷传感器或重量传感器7测得第一盛液罐6和其中液体重量为G1j，第二载荷传感器或重量传感器9测得第二盛液罐8和其中液体重量为G2j，在时刻j-1，其重量分别为G1(j-1)和G2(j-1)，如时刻j-1和j的时间间隔为△t，则实时质量流量gj可由等式3计算：
在几秒钟或几分钟之后，第三电磁阀4关闭，第四电磁阀5仍然开启。此时，只有第二盛液罐8向下游设备提供液体，直至第二盛液罐8和其中液体重量达到或低于所设定的最低第二盛液罐8和其中液体总重量。让第三电磁阀4和第四电磁阀5在第三电磁阀4关闭前有一个短暂的重叠，其目的是为了避免第三和第四电磁阀4、5突然开启和关闭使下游设备出现没有足够液体的情况，从而对设备造成影响。在第三电磁阀4关闭的同时，第一电磁阀2开启，第一液体泵1启动，液体通过第一液体泵1向第一盛液罐6注入液体直至达到所设定的最大第一盛液罐6和其中液体总重量。为了保证装置正常工作，第一盛液罐6的加注时间必需小于第二盛液罐8中液体的消耗时间。
在第三电磁阀4关闭后，第四电磁阀5仍然开启，只有第二盛液罐8向下游设备提供液体。假如在时刻k，第二载荷传感器或重量传感器9测得第二盛液罐8和其中液体重量为G2k，时刻k-1是时刻k之前的时间，此时第二盛液罐8和其中液体重量变为G2(k-1),由于第二液体泵11下游的设备消耗了第二盛液罐8中的液体，G2(k-1) 大于G2k,如k-1和k之间的时间差为 △t，则所测的液体实时质量流量gk可由等式4计算：
当第二盛液罐6和其中液体重量达到或低于所设定的最低第二盛液罐6和其中液体总重量，第三电磁阀4开启。此时，第二和第一盛液罐6、8同时向下游设备提供液体。假如在时刻m，第二载荷传感器或重量传感器9测得第二盛液罐8和其中液体重量为G2m，第一载荷传感器或重量传感器7测得第一盛液罐6和其中液体重量为G1m，在时刻m-1，其重量分别为G1(m-1)和G2(m-1)，如时刻m-1和m的时间间隔为△t，则实时质量流量gm可由等式5计算：
在几秒钟或几分钟之后，第四电磁阀5关闭，第三电磁阀4仍然开启。此时，只有第一盛液罐6向下游设备提供液体，直至第一盛液罐6和其中液体重量达到或低于所设定的最低第一盛液罐6和其中液体总重量。同样，让第三和第四电磁阀4、5在第四电磁阀5关闭前有一个短暂的重叠，其原因是为了避免第三和第四电磁阀4、5突然开启和关闭使下游设备出现没有足够液体的情况，从而对设备造成影响。在第四电磁阀5关闭的同时，第二电磁阀3开启，第一液体泵1启动，液体通过第一液体泵1向第二盛液罐8注入液体直至达到所设定的第二最大盛液罐8和其中液体总重量。为了保证装置正常工作，第二盛液罐8的加注时间必需小于第一盛液罐6中液体的消耗时间。
在第四电磁阀5关闭后，第三电磁阀4仍然开启，只有第一盛液罐6向下游设备提供液体,第一载荷传感器或重量传感器7测量第一盛液罐6和其中液体实时重量, 液体实时质量流量可由等式2计算。新发明液体质量流量测量装置重复以上过程，所测液体质量流量可分别由等式2，3，4，5来计算。此重复过程可由手动或计算机自动控制。
在整个过程中，液体的体积流量和温度分别由体积流量计10和温度传感器12实时测量。假如在同一时刻，液体的体积流量为Q，质量流量为g，则液体比重ρ可由等式1来计算。
第一和第二盛液罐6、8及其中液体的最大重量和最小重量可以根据下游设备对液体消耗量来设定，通常，最大重量根据罐中液面到达盛液罐所允许的最高液位时的重量来设定，最低液面为所允许的最低液面时的重量。
Claims (10)
1. 一种用于测量液体瞬时质量流量、体积流量和平均比重的液体质量流测量装置，其特征在于，所述液体质量流测量装置包括：
以将液体流经第一电磁阀或第二电磁阀泵入第一盛液罐或第二盛液罐的第一液体泵；
连接至所述第一液体泵的下游以控制液体是否能从其通过的第一电磁阀；
连接至所述第一电磁阀以盛装液体的第一盛液罐；
将所述第一盛液罐安装于其上以精确测量所述第一盛液罐的实时重量的第一载荷传感器或重量传感器；
连接至所述第一盛液罐的出口以控制液体是否能从其通过的第三电磁阀；
连接至所述第一液体泵的下游以控制液体是否能从其通过的第二电磁阀；
连接至所述第二电磁阀以盛装液体的第二盛液罐；
将所述第二盛液罐安装于其上以精确测量所述第二盛液罐的实时重量的第二载荷传感器或重量传感器；
连接至所述第二盛液罐的出口以控制液体是否能从其通过的第四电磁阀；
连接至所述第三电磁阀和所述第四电磁阀的下游以测量液体体积的体积流量计；
连接至所述体积流量计出口以将液体泵入下游仪器的第二液体泵；
通过所述载荷传感器或重量传感器计算得出液体瞬时质量变化和瞬时质量流量，与此同时，所述体积流量计测量液体瞬时体积流量，从体积流量和质量流量以精确计算液体的瞬时比重。
2.如权利要求1所述的液体质量流测量装置，其特征在于，所述液体质量流测量装置还包括连接在所述第三电磁阀和第四电磁阀的下游与所述体积流量计之间以测量液体的瞬时温度的温度传感器。
3.如权利要求1所述的液体质量流测量装置，其特征在于，所述液体质量流测量装置还包括连接至所述第一液体泵下游用于将液体引向所述第一液体泵上游以保护所述第一液体泵及整个装置的第一单向阀。
4.如权利要求1所述的液体质量流测量装置，其特征在于，所述液体质量流测量装置还包括连接至所述第二液体泵下游用于将液体引向所述第二液体泵上游以保护所述第二液体泵及整个装置的第二单向阀。
5.如权利要求1所述的液体质量流测量装置，其特征在于，所述第三电磁阀和第四电磁阀重叠开启来控制液体持续供应以保护下游设备不受影响。
6.如权利要求1所述的液体质量流测量装置，其特征在于，所述第一盛液罐和第二盛液罐及其中液体的最大重量和最小重量根据下游设备对液体消耗量来设定，最大重量根据罐中液面到达盛液罐所允许的最高液位时的重量来设定，最低液面为盛液罐所允许的最低液面时的重量。
7.液体质量流测量装置使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步：预热，用于使系统达到正常工作温度，并对传感器作必要的标定；
第二步：自动或手动检查所述第一盛液罐和第二盛液罐的重量并将其调整至预期的重量；
第三步：第一电磁阀、第二电磁阀和第四电磁阀关闭，第三电磁阀开启，第一液体泵停机，第二液体泵启动；第二液体泵通过第三电磁阀从第一盛液罐抽出液体，液体流经第三电磁阀，体积流量计，进入第二液体泵，然后向下游仪器或设备提供液体；
第四步：当第一盛液罐和其中液体重量达到或低于所设定的最低第一盛液罐和其中液体总重量，第四电磁阀开启；此时，第一盛液罐和第二盛液罐同时向下游设备提供液体；
随后，第三电磁阀关闭，第四电磁阀仍然开启，此时，第二盛液罐向下游设备提供液体，直至第二盛液罐和其中液体重量达到或低于所设定的最低第二盛液罐和其中液体总重量；
在第三电磁阀关闭的同时，第一电磁阀开启，第一液体泵启动，液体通过第一液体泵向第一盛液罐注入液体直至达到所设定的最大第一盛液罐和其中液体总重量；
第五步：当第二盛液罐和其中液体重量达到或低于所设定的最低第二盛液罐和其中液体总重量，第三电磁阀开启；
此时，第二盛液罐和第一盛液罐同时向下游设备提供液体；
随后，第四电磁阀关闭，第三电磁阀仍然开启，第一盛液罐向下游设备提供液体，直至第一盛液罐和其中液体重量达到或低于所设定的最低第一盛液罐和其中液体总重量；
在第四电磁阀关闭的同时，第二电磁阀开启，第一液体泵启动，液体通过第一液体泵向第二盛液罐注入液体直至达到所设定的最大第二盛液罐和其中液体总重量。
8. 如权利要求7所述的液体质量流测量装置使用方法，其特征在于，所述第二步具体是：如发现重量低于设定的最大重量，第一电磁阀或第二电磁阀开启，第一液体泵启动并向第一盛液罐或第二盛液罐注入所需液体；当装置探测到所需液体达到所期望的重量，第一液体泵停止运转，第一电磁阀和第二电磁阀均关闭。
9.如权利要求7所述的液体质量流测量装置使用方法，其特征在于，所述液体质量流测量装置使用方法还包括：当第一电磁阀或第二电磁阀和第一液体泵之间的压力高于第一单向阀的开启压力，第一单向阀开启，液体从第一单向阀流回第一液体泵上游，从而降低了第一液体泵和第一电磁阀和第二电磁阀之间的压力；一旦该压力低于第一单向阀开启压力，第一单向阀关闭；
当第二液体泵出口至下游仪器或设备之间的压力高于第二单向阀所设定开启压力，第二单向阀开启，液体流回第二液体泵上游，从而第二液体泵，下游仪器或设备和第二单向阀之间的压力下降，从而保护第二液体泵和其下游仪器或设备，一旦该压力低于第二单向阀开启压力，第二单向阀关闭。
10.一种盛液罐最高和最低液面的设定方法，其特征在于，第一盛液罐和第二盛液罐及其中液体的最大重量和最小重量可以根据下游设备对液体消耗量来设定，最大重量根据所述第一盛液罐和第二盛液罐中液面到达盛液罐所允许的最高液位时的重量来设定，最低液面为所允许的最低液面时的重量。
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