CN105157781A - 洁净罐体容积自动测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种洁净罐体容积自动测量装置，该装置包括：电子秤，待测罐体置于该电子秤上；罐盖，用于密封待测罐体管口；导液管，其下端从罐盖插入到待测罐体内，上端位于待测罐体外；导气管，其下端从所述罐盖插入到待测罐体内，上端位于待测罐体外；胶囊，设于待测罐体内，该胶囊的开口与导液管的下端连通；导液管用于向胶囊内注入液体，装满液体的胶囊能够与待测罐体的内壁全部贴合；导气管用于抽出所述待测罐体内的气体，或者向所述待测罐体内输入气体。本发明在向胶囊充入正压力液体的同时，通过导气管进行抽真空，使得胶囊与待测罐体内壁之间贴合时没有气泡存在，从而使得二者紧密贴合，提高测量精度，且能够通过控制器实现控制测量。

Description

洁净罐体容积自动测量装置及方法

技术领域

本发明涉及容积的自动测量，具体地指一种洁净罐体容积自动测量装置及方法。

背景技术

罐体作为存储容器或化学反应容器广泛地应用于化工、冶金、环保、电厂、制药、酿造、储运、石油、食品等行业，很多罐体在使用前需要测量容积，有的罐体由于行业要求甚至需要经常测量容积，但是这些罐体大小各异、形状各异，不易测量。

目前，容积测量方法和装置层出不穷，各有所长，例如：有充气法、充水法、充特殊液体法、弹性胶囊充液法，以及近年来随着激光技术的发展而快速兴起的激光测量法等，也有比较原始的依靠人工进行测量的几何法等。在科技高速发展的今天，人工法必然被自动化设备所取代，充气法、充水法、充特殊液体法，以及激光测量法也随着科技进步均有了相应的自动测量方法和装置。但是充水法和充特殊液体法均要求罐体和水或特殊液体有接触，而对于某些要求高度洁净的罐体来说，水和特殊液体都对罐体造成了二次污染，于是并不适用；充气法虽然可以做到洁净测量，但是气体本身的定量存在难度，高精度气体流量计非常昂贵，同时气体对于温度非常敏感，体积波动很大，即使有高精度流量计也没用，操作起来极易导致很大误差，甚至测量失败；激光测量法在洁净罐体的测量上很有优势，没有二次污染，但是设备庞大、复杂、购买和维护成本都很高，更重要的是激光在测量内壁时存在反射问题，精度很差，一般激光法都是通过外壁测量，然后通过计算去掉壁厚所占体积，间接地得出罐体容积，如果遇到壁厚不均匀的罐体，激光法将束手无策；弹性胶囊充液法很早就出现了，相对充液法只增加了一层弹性胶囊，很好的满足了洁净测量的要求，但是应用时问题很多，如胶囊和罐体难以贴合、难以实现自动化测量等，所以一直难以大范围应用。

发明内容

本发明的目的是解决上述现有对洁净罐体容积测量的不足，而提出一种洁净罐体容积自动测量方法，该方法不仅适用于内壁形状规则的洁净罐体测量，而且还适用于内壁形状不规则(或壁厚不均匀)的洁净罐体测量，具有广泛的应用范围。

实现本发明目的采用的技术方案是一种洁净罐体容积自动测量装置，该装置：

电子秤，待测罐体置于该电子秤上；

罐盖，用于密封所述待测罐体管口；

导液管，其下端从所述罐盖插入到待测罐体内，上端位于所述待测罐体外；

导气管，其下端从所述罐盖插入到待测罐体内，上端位于所述待测罐体外；以及

胶囊，设于所述待测罐体内，该胶囊的开口与所述导液管的下端连通；所述导液管用于向胶囊内注入液体，装满液体的胶囊能够与待测罐体的内壁全部贴合；所述导气管用于抽出所述待测罐体内的气体，或者向所述待测罐体内输入气体。

此外，本发明还提供一种通过上述装置实现洁净罐体容积自动测量的方法，该方法包括：

通过导液管向胶囊内注入液体，同时通过导气管向待测罐体外抽气，直至胶囊膨胀至与待测罐体的内壁全部贴合；

当罐体内的液体逐渐充满时，罐体内液体的压力逐渐增大，直至与导液管内的液体压力相等，这时，液体因为没有压差，会停止注入到罐体，此时，测量胶囊内液体的体积即为待测罐体的容积。

附图说明

图1为本发明洁净罐体容积自动测量装置的结构示意图。

图2为本发明洁净罐体容积自动测量装置所用水箱结构示意图。

图3为本发明洁净罐体容积自动测量装置所用气压控制系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，本发明洁净罐体容积自动测量装置包括电子秤1，待测罐体2置于该电子秤1上。本发明测量装置还包括密封在待测罐体2罐口的罐盖3，以及导气管5和导液管6。导液管6的下端从罐盖3插入到待测罐体2内，上端位于待测罐体2外。

导气管5的下端从罐盖3插入到待测罐体2内，上端位于待测罐体2的外部。待测罐体2内设有一个胶囊4，胶囊4的开口与导液管6的下端连通。本发明实用新型所用胶囊4为类似气球的弹性薄膜制成，具有弹性良好不易破损的优点，在充入液体时，能够膨胀至与待测罐体2的内壁自然贴合，在抽出液体时，能够复原到自然状态。为了提高胶囊4与待测罐体2罐口之间的密封性，本发明采用如下方式实现两者的密封：罐盖的中部开有导液口(图中未示出)，导液口的四周有向外的突沿，胶囊4的底部从导液口装入待测罐体2内后，胶囊4的开口沿着四周向外翻折套在该突沿上，然后用o型密封圈压紧套在突沿上的胶囊4开口，o型密封圈上再通过压板固定。导液管6从导液口插入与所述胶囊连通。

如图2所示，洁净罐体容积自动测量装置还包括水箱7，水箱7内装有液体8。水箱7的底部设有出液管9，出液管9与导液管6的上端连通。水箱7的顶端设有进气管10，当从进气管10向水箱内通入正压气体时，将液体8从出液管9压入导液管6，使得液体最终进入到胶囊4内。反之，为了抽出胶囊4内的液体，使得进气管10内产生负压气体即可。第一二位三通电磁阀和第二二位三通电磁阀分别与控制器连接，通过控制器控制两个电磁阀的工作状态。

为了实现产生正压气体或负压气体，本发明还包括真空发生器11、第一输气管12、第二输气气管13、第一二位三通电磁阀14和第二二位三通电磁阀15。第一输气管12的一端与第一二位三通电磁阀14的出气端连接，另一端与进气管10连接；第二输气气管13的一端与第二二位三通电磁阀15的出气端连接，另一端与导气管5的上端连接。

作为本发明的一种优选实施方式，本发明可以使用多个导气管5，且多个导气管5呈对称地从罐盖3插入，且多个导气管5位于待测罐体外的部分相互连通，这样能够使得待测罐体2内的真空度尽量均匀。

此外，本发明的第一输气管12和第二输气气管13中分别设有压力传感器15，压力传感器12与控制器连接。压力传感器15将实时检测第一输气管12和第二输气气管13内的气压数据传输至控制器，从而分别得到待测罐体2和水箱7内的气压状况。

本发明通过上述自动测量装置实现洁净罐体容积自动测量的具体步骤如下：

启动真空发生器11，控制第二二位三通电磁阀15，使第二输气管12内出现负压，此时待测罐体2内的气体通过导气管5被抽出。同时，控制第一二位三通电磁阀14，使第一输气管12输出正压气压，正压气体从进气管10进入的将水箱7内的正压力液体从出液管9压入到导液管6，液体最后进入到胶囊4内，直到胶囊4膨胀至与待测罐体2的内壁全部贴合。测量流入到胶囊4内液体的体积即为待测罐体的容积。

待测罐体2的容积测完后，控制第一二位三通电磁阀14，使第一输气管12内产生负压，待测罐体2内的液体从出液管9被抽回水箱7。同时，控制第二二位三通电磁阀15，使第二输气管12内产生正压，即外部大气从导气管5进入待测罐体2内，从而有利于将胶囊4内的液体挤入水箱7内。

在上述过程中，通过控制器控制第一二位三通电磁阀14和第二二位三通电磁阀15，通过压力传感器将检测的气压数据传输至控制器，控制器根据气压状况判断工作是否正常，如出现气压异常，则发出警报。

在测量待测罐体的容积时，由于胶囊4存在一定的体积，而这部分体积会占据一定的液体体积，从而导致待测罐体2内实际充入的液体量比本应该充入的液体量略少；同时从导液管6进入到胶囊4内的液体，会因为待测罐体2已满而没有进入罐体2，但是这部分液体也有重量，使得电子秤1的测量值比真实值偏大。上述两项误差对于每次测量均为定值，可以作为系统误差，通过预先标定获得非常准确的值，其重量记为m，从总重量M中去掉这部分系统误差m，就是准确的待测罐体2实际充入的正压力液体的重量。因此，假设充入液体的密度为ρ，那么待测罐体2的容积为：

V＝(M-m)/ρ。

为了方便操作人员直观了解和操作本发明装置，本发明还包括人机界面，人机界面与控制器连接，人机界面包括显示屏、急停开关、电源开关、启动开关以及其它控制键。显示屏用来显示本发明装置的运行状态和信息提示，包括显示最终的测出的容积V；急停开关用来在紧急情况下，立即切断整个装置的电源；电源开关用以接通或关断整个装置的电源，启动开关用来在电源接通后启动测量程序；其它控制键用来配合完成显示屏提示需要进行的操作，例如向控制器发出控制命令，以控制第一二位三通电磁阀14和第二二位三通电磁阀15。

本发明解决了现有胶囊法测量容积精度不高，难以实现自动化控制的问题，具体为：

1、解决胶囊与待测罐体内壁贴合的问题

本发明在向胶囊4充入正压力液体的同时，通过导气管5进行抽真空，使得胶囊4与待测罐体2内壁之间贴合时没有气泡存在，从而使得二者紧密贴合，提高测量精度。

2、解决胶囊及导液管内气体残留的问题

由于第一次向气囊4内充入正压力液体时，胶囊4和导液管6内必然有气体残留，如果将这些气体充入到待测罐体2中时，必然会使被充入液体比应该充入的液体量偏少，造成容积测量值偏小，所以这些残留气体必须取出。本实施例采用的方法为：第一次进行正压力液体充入时，当液体充入到一定量时，停止充入，由于液体比气体重，在重力的作用下，胶囊4内会分层，上层为气体，下层为液体，这时将正压力液体的正压变为负压(可通过电磁阀换向实现，将液体的正压变为负压)，即将液体抽离胶囊4，由于气体在上，所以气体将在液体抽离胶囊4前，先被抽走，进入水箱7后会变成气泡从液面上方冒出，然后经过真空发生器13排到大气中，一定时间后，重新向胶囊4中充入正压力液体，这时胶囊4及导液管6内将无气体残留，即不会有气体充入胶囊4中影响测量结果。

3、解决自动化测量的问题

本发明采用了一种简洁的气动控制原理，容易实现，同时称重采用了电子秤，其测量数据可以通过相应接口读入控制器，公式V＝(M-m)/ρ及其中的常数可以预先编好程序写入控制器中，进而实现整个过程控制的自动化及测量结果的自动计算，从而解决了本方法的自动化测量问题。

4、解决误差问题

首先，采用正压力注入液体，并用抽真空的方法保持胶囊4与待测罐体2的真空度，最大程度地增加了胶囊4与待测罐体2内壁的贴合程度，提高了测量精度；其次，通过一次空循环将液体回路内的空气排出，消除了空气带来的测量误差；第三，通过引入系统误差m，通过预先标定的方法消除了胶囊4体积和导液管6内多余的液体量造成的误差。通过这些方法减小或消除了系统的误差，保证了系统能够测出非常精确的罐体容积。

相比其他方法通常用流量计来计算充填物的体积，然后再通过液位计等其它方法来反馈充填物是否将罐体充满，两个计量器具的使用使得它的测量精度为两个计量器具精度的叠加，如果两个计量器具的误差为5％，那么它们组合使用后的误差将达到10％。而本方法通过压力平衡原理来确定液体是否充满，从而只采用了电子秤1一个计量器具，就可得知结果，不存在叠加降低精度的问题，而电子秤作为常用产品，其精度普遍很高，因此本方法的测量精度可以非常高且很容易实现。

此外，由于本发明自动测量装置是一个自封闭系统，不存在泄漏，不会给被测体带来二次污染；而且测量介质能够循环使用，不仅节约了资源，而且不会发生泄漏污染环境。

本发明自动测量装置涉及到抽真空和正压力液体，其中，抽真空所需的负压可以通过气源经过真空发生器获得，而正压力液体所需的正压则可通过气源直接获得，即整个方法运行的动力只需气源即可，容易实现自动化测量。

Claims (8)

1.一种洁净罐体容积自动测量装置，其特征在于，包括：

电子秤，待测罐体置于该电子秤上；

罐盖，用于密封所述待测罐体管口；

导液管，其下端从所述罐盖插入到待测罐体内，上端位于所述待测罐体外；

导气管，其下端从所述罐盖插入到待测罐体内，上端位于所述待测罐体外；以及

胶囊，设于所述待测罐体内，该胶囊的开口与所述导液管的下端连通；所述导液管用于向胶囊内注入液体，装满液体的胶囊能够与待测罐体的内壁全部贴合；所述导气管用于抽出所述待测罐体内的气体，或者向所述待测罐体内输入气体。

2.根据权利要求1所述洁净罐体容积自动测量装置，其特征在于，还包括：

真空发生器；

水箱，所述水箱的顶端通有进气管，底部设有出液管，出液管与所述导液管的上端连通；

第一二位三通电磁阀，其两个进气端分别与气源和真空发生器连接；

第一输气管，其一端与所述第一二位三通电磁阀的出气端连接，另一与所述进气管连接；

第二二位三通电磁阀，其两个进气端分别与大气和真空发生器连接；

第二输气管，其一端与所述第二二位三通电磁阀的出气端连接，另一端与所述导气管上端连接；以及

控制器，分别与所述第一二位三通电磁阀和第二二位三通电磁阀连接。

3.根据权利要求2所述洁净罐体容积自动测量装置，其特征在于：所述导气管和进气管中分别设有压力传感器，所述压力传感器与控制器连接。

4.根据权利要求3所述洁净罐体容积自动测量装置，其特征在于：所述导气管为多个，对称地从罐盖插入，且所述多个导气管位于待测罐体外的部分相互连通。

5.根据权利要求1～4任一项所述洁净罐体容积自动测量装置，其特征在于：所述罐盖的中部开有导液口，所述导液口的四周有向外的突沿；所述胶囊从导液体口装入所述待测罐体内后，胶囊开口向外套在所述突沿上；所述导液管从导液口插入与所述胶囊连通。

6.一种通过权利要求1所述装置实现洁净罐体容积自动测量的方法，其特征在于：

通过导液管向胶囊内注入液体，同时通过导气管向待测罐体外抽气，直至胶囊膨胀至与待测罐体的内壁全部贴合；

当罐体内的液体逐渐充满时，罐体内液体的压力逐渐增大，直至与导液管内的液体压力相等，这时，液体因为没有压差，会停止注入到罐体，此时，测量胶囊内液体的体积即为待测罐体的容积。

7.根据权利要求6所述装置实现洁净罐体容积自动测量的方法，其特征在于：

启动真空发生器，控制第二二位三通电磁阀向导气管产生负压，待测罐体内的气体从导气管被抽出；同时，控制第一二位三通电磁阀，使第一输气管输入正压气体，从进气管进入的正压气体将水箱内的液体从出液管压入到导液管，最后进入到胶囊内，直到胶囊膨胀至与待测罐体的内壁全部贴合。

8.根据权利要求7所述装置实现洁净罐体容积自动测量的方法，其特征在于：测完胶囊内液体的体积后，控制第二二位三通电磁阀，使第二输气管产生正压，大气从导气管进入待测罐体内；同时，控制第一二位三通电磁阀，使第一输气管产生负压气体，待测罐体内的液体从出液管被压回水箱。