CN105222849B - 一种玻璃量器容积测量系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种玻璃量器容积测量系统及方法，所述系统用于测量量器内液体的体积，包括用于测量液位高度的十字激光测量系统、用于测定十字激光测量系统精度的标准玻璃量器系统、用于输出定体积液体的标准金属量器系统、用于安装十字激光测量系统的工作平台，以及用于处理液体体积和液位高度、建立容积表的数据处理系统；基于数据处理系统建立的容积表以及标准玻璃量器系统测定的精度，结合十字激光测量系统测得的液位高度，来获得高精度的体积参数。本发明实现了液位、容量和温度等信号的自动读取以及数据的实时处理。与传统测量方法相比，本发明解决了常规测量中人为误差的技术瓶颈，大大的提高了测量的精度。

Description

一种玻璃量器容积测量系统及方法

技术领域

本发明涉及玻璃量器容积测量领域，具体涉及一种玻璃量器容积测量系统及方法。

技术背景

玻璃量器是一种测量液体体积的量器，在化学、物理学、生物学、地质学、医学和计量学等领域内应用十分广泛，在小容量计量领域中有着不可忽视的地位，因此有必要按照国家检定规程对其进行计量检定与校准。玻璃量器的检定与校准看起来似乎很简单，实际上却是一项很复杂的工作。目前玻璃量器检定与校准方法主要是衡量法和容量比较法，而且国内大部分检定部门都采用手动测量方式，这样使得检定人员的工作量大、效率较低、易出现误差。

测量原理是检定和校准的基础，本发明主要实现玻璃量器内液体体积的准确测量。在现有技术中，玻璃量器在测量时主要通过眼睛判断凹液面最低处和刻度线读数，这样只能粗略计算量筒内被测液体的体积，而且读数误差较大，不能使用这用普通测量原理进行检定。如果使用衡量法进行玻璃量器的检定与校准，这种测量原理简单精确，却不容易实现自动化。本发明使用标准金属量器和机器视觉技术，实现高精度自动化测量。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种玻璃量器容积测量系统及方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种玻璃量器容积测量系统，所述系统包括用于测量液位高度的十字激光测量系统、用于测定十字激光测量系统精度的标准玻璃量器系统、用于输出定体积液体的标准金属量器系统、用于安装十字激光测量系统的工作平台，以及用于处理液体体积和液位高度、建立容积表的数据处理系统；

所述十字激光测量系统包括玻璃量器、位于玻璃量器的两侧的十字激光器和屏幕、以及采集屏幕图像的摄像头，摄像头与数据处理系统相连；十字激光器向玻璃容器发射激光，在屏幕上得到激光线，摄像头获取屏幕上的激光线，并传输给数据处理系统；数据处理系统根据激光线的长度计算得到液位高度其中，B为激光线的长度,H为十字激光器的高度，C为玻璃量器与屏幕间的距离，D为十字激光器与屏幕间的距离。

进一步地，所述十字激光测量系统还包括水平滑轨，玻璃量器、十字激光器和屏幕均安装在水平滑轨上，水平滑轨位于工作平台上。

进一步地，所述玻璃量器与屏幕间的距离C，十字激光器与屏幕间的距离D通过水平位移测量系统测量得到。

一种玻璃量器容积测量方法，所述方法基于上述测量系统上实现，包括以下步骤：

(1)用标准玻璃量器系统测量十字激光测量系统的精度；

(2)用标准金属量器系统向十字激光测量系统的玻璃量器中输入定体积的液体，十字激光测量系统测量该体积下的液位高度；

(3)重复步骤2，获得一系列体积下对应的液位高度；

(4)数据处理系统获取步骤3获得的一系列体积及对应的液位高度，输出V-h曲线，建立容积表；

(5)向玻璃量器输入待测体积的液体，用十字激光测量系统测量该体积下的液位高度h，根据步骤4建立的容积表得到液体体积的估计值；

(6)根据步骤1测得的精度，以及步骤5得到的体积估计值，得到待测体积的液体的真实体积。

与现有的技术相比，本发明有以下有益效果：

1、本发明主要是针对玻璃量器的容积测量装置，测量原理新颖，精度高，在小容量容积测量领域内是一项新的技术。

2、本发明消除了一般测量时因读取刻度值而带来的视觉误差，提高装置测量的准确性。

3、通过建立液位与容积对应关系的数据库，消除了因玻璃量器内部不规则而带来的测量误差。

4、操作简单，实用性强，能够实现自动化测量，大大提高了测量人员的工作效率。

附图说明

图1为十字激光测量系统的测量原理图；

图2为本发明标准玻璃量器系统示意图；

图3为本发明标准金属量器系统示意图；

图4为本发明水平滑轨和水平位移测量系统示意图；

图5为V-h曲线图；

其中，1、十字激光测量系统，3、工作平台，6、标准玻璃量器，7、高精度天平，8、基准点，9、间隙，10、发生折射的激光线，11、玻璃量器，12、十字激光器，13、屏幕，14、摄像头，15、水平滑轨，16、水平位移测量系统，17、上盖，18、溢流桶，19、溢流嘴，20、计量颈，21、浮子，22、温度传感器，23、进水管，24、放水管，25、放水嘴，26、调节脚，27、磁致伸缩液位计，28、玻璃管，29、读数装置，30、标尺，31、水准器，32、桶体，33、电磁阀，34、支架，35、光栅尺，36、光栅尺读数头，37、点状激光器，38、光栅尺数显表，A、十字激光器与液面间的垂直高度，B、A经过投影放大在屏幕上的长度，C、玻璃量器与屏幕间的距离，D、十字激光器与屏幕间的距离，H、十字激光器的高度，h、液位高度。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明进行更加详细的说明。

图1为十字激光测量系统1，包括玻璃量器11、位于玻璃量器的两侧的十字激光器12和屏幕13、以及摄像头14。摄像头14对准屏幕，用于采集屏幕13上的图像，且摄像头14与数据处理系统相连，将采集的图像传输给数据处理系统进行处理。下面结合图1说明十字激光测量系统1测量液位高度的原理：十字激光器12发射出波长为650nm的红色十字激光线，激光线穿过玻璃量器11后，投射在屏幕上，十字中心为基准点。当激光线射向玻璃量器内的液面时，由于折射现象的存在，导致这一部分的激光线发射折射，无法正常投射在屏幕13上，故屏幕13上的激光线会出现间隙。

根据相似三角形原理可得：

即：

h＝H-A…………………………………………(3)

液位高度通过计算A与H的差值得到。其中长度A，可由公式(2)计算得到，公式(2)中被测量均为常量。C、D为固定距离(为了保证系统的精度，采用光栅尺测量)，A经过投影放大得到B，公式(2)中(1-C/D)均为常量，是测量系统中的放大系数，可以提高测量的精度。摄像头采集屏幕上的图像，并将数据传给计算机进行图像识别，经图像处理后可以得到B。由公式(3)可以得到液位的高度。

液位高度还需要计算B像素数与实际长度的对应关系，通过图像采集与处理得到。因为激光具有高亮度、高方向性，便于采集投射在屏幕上的激光线，所以计算B的长度可以通过计算出采集到的图像上对应的像素数来确定。图像上的像素数可以由NI VisionBuilder软件处理得到。为了简化图像识别，可在屏幕先识别出标准1cm长度L所对应的像素数N₁，在计算出长度B对应的像素数N_B，根据如下公式：

通过图像处理计算B的像素数，进而得到B的实际长度，将得计算得到的实际长度B带入公式(2)中，进行液位高度计算，得到的值即为测量值。

如图4所示，为方便安装与测量，十字激光测量系统1的玻璃量器11、十字激光器12和屏幕13均安装在水平滑轨15上，水平滑轨15位于工作平台3上。

一般情况下，所述玻璃量器与屏幕间的距离C，十字激光器与屏幕间的距离D通过水平位移测量系统16测量得到。但不限于此，例如，可以在玻璃量器11、十字激光器12和屏幕13上安装距离传感器，通过声波或光波检测相邻两个部件之间的距离。

根据上述系统，本发明测量体积的方法如下：

(1)用标准玻璃量器系统测量十字激光测量系统1的精度；

标准玻璃量器系统为本领域常用的校准系统，如图2所示，包括标准玻璃量器6和高精度天平7，标准玻璃量器内表面为标准圆柱面可以根据体积公式计算体积，使用衡量法对十字激光测量系统1进行检定。按照检定规程，玻璃量器内液体的标准值，使用十字激光测量系统1测量玻璃量器内的液位高度，根据体积公式计算玻璃量器内液体体积的测量值，然后进行误差与不确定度分析。

(2)用标准金属量器系统向十字激光测量系统1的玻璃量器中输入定体积的液体，十字激光测量系统1测量该体积下的液位高度；

标准金属量器系统为本领域常用的量器系统，，如图3所示，包括上盖17，溢流桶18，溢流嘴19，计量颈20，浮子21，温度传感器22，进水管23，放水管24，放水嘴25，调节脚26，磁致伸缩液位计27，玻璃管28，读数装置29，标尺30，水准器31，桶体32、，电磁阀33，支架34。通过水泵、进水管23和电磁阀33向标准金属量器内输入液体(如果液体超过最大容量，由溢流嘴19排出)，磁致伸缩液位计27记录当前液位值，通过放水管24、放水嘴25和电磁阀33向玻璃量器内输入定量液体，磁致伸缩液位计再次记录当前液位值，根据两次差值以及体积公式计算出输出液体的标准值，温度传感器22可以进行温度补偿，玻璃管28、读数装置29和标尺30可以进行辅助测量，水准器31、调节脚33和支架34用于标准金属量器的固定和调整。

(3)重复步骤2，获得一系列体积下对应的液位高度，如下表所示：

(4)数据处理系统获取步骤3获得的一系列体积及对应的液位高度，输出V-h曲线，如图5所示，建立容积表；

(5)向玻璃量器11输入待测体积的液体，用十字激光测量系统1测量该体积下的液位高度h，根据步骤4建立的容积表得到液体体积的估计值；

(6)根据步骤1测得的精度，以及步骤5得到的体积估计值，得到待测体积的液体的真实体积。

Claims (4)

1.一种玻璃量器容积测量系统，其特征在于，所述系统包括用于测量液位高度的十字激光测量系统(1)、用于测定十字激光测量系统(1)精度的标准玻璃量器系统、用于输出定体积液体的标准金属量器系统、用于安装十字激光测量系统(1)的工作平台(3)，以及用于处理液体体积和液位高度、建立容积表的数据处理系统；

所述十字激光测量系统(1)包括玻璃量器(11)、位于玻璃量器的两侧的十字激光器(12)和屏幕(13)、以及采集屏幕图像的摄像头(14)，摄像头(14)与数据处理系统相连；十字激光器(12)向玻璃量器(11)发射激光，在屏幕(13)上得到激光线，摄像头(14)获取屏幕(13)上的激光线，并传输给数据处理系统；数据处理系统根据激光线的长度计算得到液位高度其中，B为激光线的长度,H为十字激光器的高度，C为玻璃量器与屏幕间的距离，D为十字激光器与屏幕间的距离。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述十字激光测量系统(1)还包括水平滑轨(15)，玻璃量器(11)、十字激光器(12)和屏幕(13)均安装在水平滑轨(15)上，水平滑轨(15)位于工作平台(3)上。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述玻璃量器与屏幕间的距离C，十字激光器与屏幕间的距离D通过水平位移测量系统(16)测量得到。

4.一种玻璃量器容积测量方法，其特征在于，所述方法在权利要求1所述的测量系统上实现，该方法包括以下步骤：

(1)用标准玻璃量器系统测量十字激光测量系统(1)的精度；

(2)用标准金属量器系统向十字激光测量系统(1)的玻璃量器中输入定体积的液体，十字激光测量系统(1)测量该体积下的液位高度；

(3)重复步骤2，获得一系列体积下对应的液位高度；

(4)数据处理系统获取步骤3获得的一系列体积及对应的液位高度，输出V-h曲线，建立容积表；

(5)向玻璃量器(11)输入待测体积的液体，用十字激光测量系统(1)测量该体积下的液位高度h，根据步骤4建立的容积表得到液体体积的估计值；

(6)根据步骤1测得的精度，以及步骤5得到的体积估计值，得到待测体积的液体的真实体积。