CN105258760A - 一种可消除外界干扰的容器内液体体积测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可消除外界干扰的容器内液体体积测量方法，包括以下步骤，设置一运动件封闭容器的容器口；获取腔体内的气压值<i>P</i>₀；通过运动件相对容器口的运动增加密封腔体的体积，直至该腔体与外界连通，同时按照一定频率采集此过程中腔体内的气压值；获取腔体内的气压值<i>P</i>₁，其中气压值<i>P</i>₁的采集时刻为腔体气压等于外界气压之时的前一时刻；获取腔体在与外界连通之前所增加的体积值<i>V</i>_x；通过上述的气压值<i>P</i>₀、气压值<i>P</i>₁、体积值<i>V</i>_x以及容器的容积值获得液体的体积值。本发明可以有效地消除因温度、海拔、活塞压入角度、活塞压入速度及外界风力等多种因素引起的误差，且不受腔体形状限制，测量精度高，稳定性好。

Description

一种可消除外界干扰的容器内液体体积测量方法

技术领域

本发明涉及智能设备领域，尤其是涉及一种液体体积的测量方法。

背景技术

水作为生命之源，是人们生存必不可少的物质，正确的饮水方式有助于人们保持健康，然而以前人们仅依靠自身感觉来喝水，无法直观地了解自己的饮水量，随着人们健康意识的增强与技术的进步，智能饮水设备开始受到人们的欢迎，其可以精确测量人们一天所摄取的水量，从而使人们可以合理规划自身的饮水量，同时该饮水数据又将成为整个大健康数据中的重要组成部分。但是现有的智能饮水设备一般是在容器上设置测量装置，这种方式存在一些缺陷：一、容器因为有着防漏水、保温等方面的要求，其自身结构（包括形状、材质、功能等）具有一定的限制，因此测量装置的加入会进一步增加容器设计与制造的难度，增加产品成本；二、测量装置不具有通用性，每一款容器都需要单独设计，进一步增加生产成本；三、现有的测量装置一般为液位传感器，其稳定性差，容易因容器倾斜、容器形状不规则而导致测量误差，难以满足精确测量的要求。

现有一种基于气压变化来检测容器内液体体积的方法，其通过一活塞对容器内密封腔体中的气体进行压缩，获取气体被压缩的体积值以及压缩前后密封腔体内的气压值，通过上述参数便可以计算出压缩前密封腔体内气体的体积值，结合密封腔体的总容积便能得出液量，然而这种方式在实际的应用中经常会具有较大的误差，究其原因，是因为上述方式中的气压值会因为各种干扰而产生变化，比如当腔体内盛放高温液体时，内部气体会因受热膨胀而导致气压出现额外的升高；又比如不同纬度、不同海拔的地区的大气压力值也有所不同，同样也会影响到气压值的测量结果；此外，活塞在进行压缩时，其压入速度、角度甚至外界风力都会影响到空气的压入量，从而直接影响容器内的气压，这同样也是干扰因素之一，为此，本发明提供了一种液体体积测量方法，其可以消除上述因温度、外界气压、压缩动作等干扰因素引起的误差，实现液量的精确测量。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种可消除外界干扰的容器内液体体积测量方法，可以有效地消除因温度、海拔、活塞压入角度、活塞压入速度及外界风力等多种因素引起的误差，且不受腔体形状限制，测量精度高，稳定性好；可以应用在不同尺寸的容器上，普适性极强；操作简单，使用十分方便。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种可消除外界干扰的容器内液体体积测量方法，包括以下步骤，

S10设置一运动件封闭容器的容器口，以在容器内形成一密封的腔体；

S20获取腔体内的气压值P ₀；

S30通过运动件相对容器口的运动增加密封腔体的体积，直至该腔体与外界连通，同时按照一定频率采集此过程中腔体内的气压值；

S40获取腔体内的气压值P ₁，其中气压值P ₁的采集时刻为腔体气压等于外界气压之时的前一时刻；

S50获取腔体在与外界连通之前所增加的体积值V _x；

S60通过上述的气压值P ₀、气压值P ₁、体积值V _x以及容器的容积值获得液体的体积值。

作为上述方案的进一步改进方式，运动件包括一可插接入容器口内的活塞。

作为上述方案的进一步改进方式，活塞在腔体处于密封状态的5秒之后再从容器口中拔出。

作为上述方案的进一步改进方式，腔体增加体积值的获取方法为：首先预设活塞侵入容器的体积值并将该体积值固定，然后通过腔体增加的体积值等于侵入体积值的关系间接获得。

作为上述方案的进一步改进方式，活塞通过一导向套与容器口连接，以使活塞可沿垂直于容器口的方向拔出。

作为上述方案的进一步改进方式，导向套包括一承接板以及自承接板上伸出的筒体，筒体的外表面设有与容器口密封连接的第一密封圈，内表面设有与活塞密封连接的第二密封圈。

作为上述方案的进一步改进方式，包括设于步骤S20之前的检测步骤，该检测步骤用于界定气压值获取的起始时刻。

作为上述方案的进一步改进方式，气压值的获取方法为通过气压传感器检测。

作为上述方案的进一步改进方式，检测步骤通过设于运动件上的触摸感应器完成。

本发明的有益效果是：

可以有效地消除因温度、海拔、活塞压入角度、活塞压入速度及外界风力等多种因素引起的误差，且不受腔体形状限制，测量精度高，稳定性好；可以应用在不同尺寸的容器上，普适性极强；操作简单，使用十分方便。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是腔体处于常温状态下时气压与时间的曲线图；

图2是腔体处于高温状态下时气压与时间的曲线图；

图3是本发明导向套与活塞的组合示意图；

图4是本发明系统初始化的流程图；

图5是本发明测量的流程图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，如无特殊说明，当某一特征被称为“固定”、“连接”在另一个特征，它可以直接固定、连接在另一个特征上，也可以间接地固定、连接在另一个特征上。此外，本发明中所使用的上、下、左、右等描述仅仅是相对于附图中本发明各组成部分的相互位置关系来说的。

此外，除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与本技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例，而不是为了限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的组合。

根据常识，气体的气压与体积成反比，如果在容器内形成密封空间，并对该密封空间内的气体进行压缩，则空间内的气压也会相应的发生变化，因此，当气体被压缩的体积值、对应时刻气压的变化值以及容器的容积值均能够准确测量时，便可以得出容器所储存的液量，然而这种方式存在着缺陷，即上述方式中采用的气压值容易受到各种因素的干扰，比如当腔体内盛放高温液体时，内部气体会因受热而发生膨胀，这样会导致P0值比常温状态下的要高；又比如不同纬度、不同海拔的地区的大气压力值也有所不同，同样也会影响到测量结果。此外，即便是压缩动作的快慢，甚至外界空气流动都会导致产生极大误差。为了消除测量误差，本发明公开了一种高精度的测量方法，其包括以下步骤：

S10设置一运动件封闭容器的容器口，以在容器内形成一密封的腔体；

S20获取腔体内的气压值P ₀；

S30通过运动件相对容器口的运动增加密封腔体的体积，直至该腔体与外界连通，同时按照一定频率采集此过程中腔体内的气压值；

S40获取腔体内的气压值P ₁，其中气压值P ₁的采集时刻为腔体气压等于外界气压之时的前一时刻；

S50获取腔体在与外界连通之前所增加的体积值V _x；

S60通过上述的气压值P ₀、气压值P ₁、体积值V _x以及容器的容积值V获得液体的体积值。

优选的，本发明中的运动件包括一可插接入容器口内的活塞，可以理解的是，运动件也可以是其他形式，如可以是一包覆容器口的盖子。现以活塞为例对本发明进行详细说明，当活塞从容器口插入的过程中，腔体内的气压因为气体被压缩而不断升高，此时再抽出活塞（抽出的过程中活塞与容器口一直保持密封接触），腔体内的气压值则会随着腔体体积的增大而不断降低，直至活塞与容器口完全脱离时突变为环境气压。在上述过程中，即使腔体内的气体因受热膨胀而导致P ₀、P ₁的绝对数值升高，它们之间的相对差值仍会保持不变，即腔体气压的变化完全由腔体的体积决定，这样便可以将体积变化引起的气压变化从温度、外界气压等干扰因素中分离出来，从而实现液量的精确测量；此外，因为是在拔出时进行测量，故还可以消除因活塞压入角度、速度甚至外界风力等引起的测量误差。

计算相对差值的核心在于终点值P ₁的确定，由于活塞在拔出过程中一直与容器口密封连接，故将气压值P ₁的采集时刻确定为腔体气压等于外界气压之时的前一时刻。为便于直观说明，参照图1与图2，示出了腔体处于不同温度下状态的气压曲线，图1中腔体内的温度为25℃，图2中腔体内的温度为60℃。如图1所示，因为腔体内为常温，故气压不会因气体的受热膨胀而额外升高，因此当活塞完全拔出之前腔体内的气压已经十分接近环境气压，故曲线中不存在突变点。如图2所示，当活塞完全拔出之前腔体内的气压值仍然高于环境气压，故会在曲线中形成一个突变点，即在这一时刻腔体内的气压值突变为环境气压值，因此其前一时刻的气压值便可以作为计算相对差值的终点值。同时，由图2可以看出，即使腔体内的绝对气压值有所上升，P ₀、P ₁之间的相对差值仍保持不变，这也证明了上述方法能够消除干扰因素。

优选的，活塞在腔体处于密封状态的5秒之后再从容器口中拔出，此时腔体内的温度与气压将趋于稳定，以进一步提升测量的准确性。

本实施例中气压值的获取方法为通过气压传感器检测，优选可将气压传感器集成在活塞上。而腔体增加的体积值可以通过活塞间接得出：即首先固定活塞侵入容器的体积值，然而通过预先设计或者测量的方式获取该体积值，则增加的体积值就等于侵入的体积值。

此外，除了上述的温度、环境气压等干扰因素外，活塞在进行压缩时也难以保证每次压入的气体量都恰好相等，这同样也会影响测量结果。为消除这一干扰因素，活塞通过一导向套与容器口连接，参照图3，导向套包括一承接板1以及自承接板上伸出的筒体2，筒体2的外表面设有与容器口密封连接的第一密封圈3，内表面设有与活塞密封连接的第二密封圈4。使用时先将活塞插入至导向套的筒体2内，然后一同插入在容器口，此时第一密封圈3和第二密封圈4分别实现活塞与导向套之间以及导向套与容器口之间的密封，最后单独拔出活塞以保证活塞的插入与拔出地角度；此外，活塞还可以匹配不同外径的导向套，以适应不同尺寸的容器，普适性高。

还包括设于步骤S20之前的检测步骤，该检测步骤用于界定获取气压值的起始时刻，优选的，检测步骤通过设于运动件上的触摸感应器完成。

参照图4与图5，示出了本发明的流程示意图，其详细过程如下：首先进行系统的初始化，再当触摸感应器感知到用户的触摸动作时，立刻通过气压传感器采集一个气压值，此气压值即为P ₀。紧接着，通过气压传感器周期性地采集腔体内部的气压值，并将新采集到的气压值存储起来，形成一个气压值数列，直到气压传感器采集到的气压值等于当地大气压P _A时停止采集（在实际使用中，可以适当放宽停止的条件，不要求严格地等于当地大气压，只要十分接近当地大气压即可），最后在气压值数列中寻找气压值突变点，通过该突变点确定气压值P ₁，在获取了P ₀、P ₁、V和V _x之后，便可以根据公式：

公式①：

V ₀=P ₁ V _x /(P ₀ -P ₁)

与公式②：

V ₁=V-V ₀

得出液量值V ₁。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (9)

1.一种可消除外界干扰的容器内液体体积测量方法，包括以下步骤，

S10设置一运动件封闭容器的容器口，以在容器内形成一密封的腔体；

S20获取腔体内的气压值P ₀；

S30通过运动件相对容器口的运动增加密封腔体的体积，直至该腔体与外界连通，同时按照一定频率采集此过程中腔体内的气压值；

S40获取腔体内的气压值P ₁，其中气压值P ₁的采集时刻为腔体气压等于外界气压之时的前一时刻；

S50获取腔体在与外界连通之前所增加的体积值V _x；

S60通过上述的气压值P ₀、气压值P ₁、体积值V _x以及容器的容积值获得液体的体积值。

2.根据权利要求1所述的可消除外界干扰的容器内液体体积测量方法，其特征在于，所述运动件包括一可插接入容器口内的活塞。

3.根据权利要求2所述的可消除外界干扰的容器内液体体积测量方法，其特征在于，所述活塞在腔体处于密封状态的5秒之后再从容器口中拔出。

4.根据权利要求2所述的可消除外界干扰的容器内液体体积测量方法，其特征在于，腔体增加体积值的获取方法为：首先预设活塞侵入容器的体积值并将该体积值固定，然后通过腔体增加的体积值等于侵入体积值的关系间接获得。

5.根据权利要求2所述的可消除外界干扰的容器内液体体积测量方法，其特征在于，所述活塞通过一导向套与容器口连接，以使活塞可沿垂直于容器口的方向拔出。

6.根据权利要求5所述的可消除外界干扰的容器内液体体积测量方法，其特征在于，所述导向套包括一承接板以及自所述承接板上伸出的筒体，所述筒体的外表面设有与容器口密封连接的第一密封圈，内表面设有与活塞密封连接的第二密封圈。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的可消除外界干扰的容器内液体体积测量方法，其特征在于，包括设于步骤S20之前的检测步骤，该检测步骤用于界定气压值获取的起始时刻。

8.根据权利要求7所述的可消除外界干扰的容器内液体体积测量方法，其特征在于，气压值的获取方法为通过气压传感器检测。

9.根据权利要求7所述的可消除外界干扰的容器内液体体积测量方法，其特征在于，所述检测步骤通过设于运动件上的触摸感应器完成。