CN105675437A - 位移差溶液密度测量装置及其测量方法 - Google Patents

Abstract

一种位移差溶液密度测量装置包括第一浮子(1)和设于第一浮子(1)内腔的至少一个第二浮子(2)，第一浮子上设有线圈(4)，第二浮子上设有铁芯(3)，铁芯(3)穿过线圈(4)且可在线圈(4)所包含的范围内移动。处理电路和发射装置(5)与线圈(4)相连接用于向接收装置发射检测信号。一种利用该位移差溶液密度测量装置测量溶液密度的方法包括：检测线圈的电感量或电容量的变化量，获得第一浮子与第二浮子间的高度差Δh；根据溶液密度ρ与第一浮子质量W₁和截面积S₁、第二浮子质量W₂和截面积S₂、两个浮子间高度差Δh的关系，获得待测溶液密度ρ。适用于各种溶液密度的取样、在线检测，尤其适用于不便于取样、危险地点的溶液浓度在线检测、监测或遥测，检测精度高，装置结构简单。

Description

位移差溶液密度测量装置及其测量方法

技术领域

本发明涉及一种溶液密度(或浓度)的连续检测、显示或传送信号的智能化装置，具体是一种位移差溶液密度测量装置，用于精确测定溶液密度。本发明还涉及一种利用该位移差溶液密度测量装置来测量溶液密度的测量方法。

背景技术

在化工、酒类等行业生产以及环境监测、设备正常运行等应用中，需要检查、监测溶液的密度或浓度，其检测方式有取样法、在线法两种。目前，取样法有比重计法和化验分析法，虽然准确，但麻烦费时。在线法有超声波、远红外、电感、电导法等。中国实用新型专利CN201020141033采用静压平衡的原理通过位移差获得溶液密度，中国发明专利CN200510026120采用浮子通过杠杆检测位移或角位移，中国实用新型专利CN200920162897通过线缆上的多个固定位置的压力传感器获得的压力差得到溶液密度。这些方式虽然方便快捷，但是大多结构复杂，安装及使用场所限制较大，尤其是在溶液液位有较大变化的时候，其安装、制作成本增加，精度难以保证，环境温度也将直接影响其测量精度。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的不足，本发明提供一种位移差溶液密度测量装置及其测量方法，适用于各种溶液密度的取样、在线检测，检测精度高，结构简单，尤其适用于不便于取样、危险地点的溶液浓度在线检测、监测或遥测。

本发明的具体技术方案如下：

一种位移差溶液密度测量装置，包括第一浮子和至少一个第二浮子，所述第二浮子装设在所述第一浮子的中空内腔中。其中，所述第一浮子上设有线圈，所述第二浮子上设有铁芯，所述铁芯穿过所述线圈且可在所述线圈所包含的范围内移动；第一浮子内还设有一个处理电路和发射装置，该处理电路和发射装置与所述线圈相连接，用于向外部的接收装置发射检测信号。

进一步，所述线圈和铁芯分别设置在第一浮子的上端内部和第二浮子的上端。

进一步，所述线圈和铁芯分别设置在第一浮子的下端和第二浮子的下端。

进一步，所述第一浮子和第二浮子均为能够浮在液体表面的柱形体。

进一步，所述第一浮子为没有底面的中空柱形体。

进一步，设第一浮子的质量为W₁、截面积为S₁，第二浮子的质量为W₂、截面积为S₂，则需要满足两个浮子的质量与截面积之比不相等的条件，即

本发明还提供一种利用上述位移差溶液密度测量装置测量溶液密度的测量方法，包括如下步骤：

(1)通过检测所述线圈的电感量或电容量的变化量，获得第一浮子与第二浮子之间的高度差Δh；

(2)根据待测溶液密度ρ与第一浮子质量W₁和截面积S₁、第二浮子质量W₂和截面积S₂、第一浮子与第二浮子之间高度差Δh的关系获得待测溶液密度ρ。

本发明还提供一种利用上述位移差溶液密度测量装置测量溶液密度的测量方法，包括如下步骤：

(1)通过已知溶液密度ρ₀，检测所述线圈的电感量或电容量，标定出所述第一浮子与第二浮子之间的相应高度差Δh₀；

(2)检测待测溶液密度改变时的电感量或电容量，得到所述第一浮子与第二浮子之间改变了的高度差Δh；

(3)待测溶液密度ρ与已知溶液密度ρ₀、以及所述第一浮子与第二浮子在两种溶液密度下的高度差的关系为据此获得待测溶液密度ρ。

本发明的有益技术效果是：

本发明的位移差溶液密度测量装置及其测量方法，由不同质量、截面积比的两个或两个以上的浮子在不同溶液密度下产生的位移差，通过改变电感量或电容量变化获得位差信号，转换成溶液密度或浓度，由接收装置接收并通过显示装置直接显示溶液密度或浓度。

本发明适用于各种溶液密度的取样和在线检测，检测精度高，结构简单，尤其适用于不便于取样、危险地点的溶液浓度在线检测、监测或遥测，被检测溶液与检测信号不直接接触，避免了腐蚀、电化学腐蚀等缺陷。

附图说明

图1为本发明位移差溶液密度测量装置的实施例一的结构示意图；

图2为本发明位移差溶液密度测量装置的实施例二的结构示意图；

图3为本发明的测量原理示意图。

图中：1-第一浮子，2-第二浮子，3-铁芯，4-线圈，5-处理电路和发射装置，6-溶液。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述和说明。

实施例一

如图1所示，本发明的位移差溶液密度测量装置包括第一浮子1、至少一个第二浮子2、铁芯3、线圈4以及相关的处理电路和发射装置5。其中，第二浮子2设置在第一浮子1的中空内腔中，铁芯3安装在第二浮子2的上端，线圈4安装在第一浮子1的上端内部，铁芯3穿过线圈4且可在线圈4所包含的范围内移动。处理电路和发射装置5固设在第一浮子1的上端并与线圈4相连接，该处理电路和发射装置5用于向所述测量装置外部的接收装置发射检测信号。整个位移差溶液密度测量装置被放置在溶液6中。

本发明的第一浮子1、第二浮子2均为能够浮在液体表面的柱形体，可采用金属材料(如铝材)制造成圆柱形空心体，以增加浮力。优选地，第一浮子1为没有底面的中空柱形体。

实施例二

如图2所示，第二浮子2设置在第一浮子1的中空内腔中，处理电路和发射装置5安装在第一浮子1的上端内部。本实施例与实施例一的区别在于：铁芯3设置在第二浮子2的下端，并通过第一硬杆固定在第二浮子2上；线圈4设置在第一浮子1的下端，并通过第二硬杆固定在第一浮子1上。与实施例一相同，铁芯3穿过线圈4并可在线圈4所包含的范围内移动，并将获得的信号引入处理电路和发射装置5。

这里，铁芯和线圈的质量大于两个浮子的质量，有利于整体定向。

当第一浮子1和第二浮子2共同浸入不同密度的液体中时，由于浮力的变化，使第一浮子1和第二浮子2产生相对移动，其移动量通过铁芯3体现，由线圈4获得信号，并通过处理电路和发射装置5传送给外部的接收装置或显示装置，接收装置或显示装置即可获得溶液的密度。

下面结合图3，详细说明本发明的测量原理和测量方法。

参见图3，设第一浮子1的质量为W₁、截面积为S₁，第二浮子2的质量为W₂、截面积为S₂，若已知溶液密度(即“标定密度”)为ρ₀，则此时两个浮子之间的高度差Δh₀为：

${\mathrm{\Δh}}_0=\frac{1}{{\mathrm{\ρ}}_0}\·(\frac{W_1}{S_1}-\frac{W_2}{S_2})---\left(1\right)$

可见，需要满足两个浮子的质量与截面积之比不相等的条件，即：

$\frac{W_1}{S_1}\≠\frac{W_2}{S_2}---\left(2\right)$

本发明的检测方法之一是：通过检测电感量(或电容量)的变化量获得两个浮子之间的高度差Δh，如图2所示，待测溶液密度ρ与浮子的质量W和截面积S、浮子之间的高度差Δh的关系为：

$\mathrm{\ρ}=\frac{1}{\mathrm{\Δ}h}(\frac{W_1}{S_1}-\frac{W_2}{S_2})---\left(3\right)$

根据上式(3)，即可获得待测溶液密度ρ。可见，两个浮子的质量与截面积之比的差值越大，两个浮子之间的高度差越大，则检测精度越高。

本发明的检测方法之二是：通过已知溶液密度(即“标定密度”)ρ₀，检测电感量(或电容量)，根据上式(1)标定出相应的高度差Δh₀；当待测溶液密度变化为ρ时：

$\mathrm{\Δ}h=\frac{1}{\mathrm{\ρ}}(\frac{W_1}{S_1}-\frac{W_2}{S_2})=\frac{{\mathrm{\ρ}}_0}{\mathrm{\ρ}}{\mathrm{\Δh}}_0---\left(4\right)$

然后，检测溶液密度改变时的电感量(或电容量)，得到两个浮子之间改变了的高度差Δh，则待测溶液密度ρ与已知溶液密度ρ₀、浮子在两种密度ρ与ρ₀下的高度差Δh和Δh₀的关系为：

$\mathrm{\ρ}={\mathrm{\ρ}}_0\frac{{\mathrm{\Δh}}_0}{\mathrm{\Δ}h}---\left(5\right)$

根据上式(5)，即可获得待测溶液密度ρ。可见，两个浮子之间的高度差随密度变化而变化，测得不同密度下两个浮子之间的高度差Δh，以及已知溶液密度(标定密度)ρ₀及其相应测得的浮子之间高度差Δh₀，即可得到待测溶液密度ρ。其中，浮子的质量W₁、W₂及截面积S₁、S₂，只影响两个浮子间的初始高度差Δh₀。计算表明，初始高度差Δh₀越大，测量精度越高。

本发明的检测方法至少设有2个浮子，通过浮于液面的浮子在不同溶液密度下的高度差比较来获得待测溶液密度。

为了提高测量精度，本发明可以设置多个具有不同的质量与截面积比的浮子，相互修正。

本发明可以根据单一物质或已知多种物质的密度转换成相应物质的百分比含量或浓度。

虽然已经对本发明的优选实施例进行了详细的描述和说明，但是本发明并不局限于此。应当知道，本领域的技术人员可以在不背离本发明的精神和原理的条件下进行多种修改和变化，而不脱离其由权利要求书所限定的本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种位移差溶液密度测量装置，包括第一浮子(1)和至少一个第二浮子(2)，所述第二浮子(2)装设在所述第一浮子(1)的中空内腔中，其特征在于：所述第一浮子(1)上设有线圈(4)，所述第二浮子(2)上设有铁芯(3)，所述铁芯(3)穿过所述线圈(4)且可在所述线圈(4)所包含的范围内移动；第一浮子(1)内还设有一个处理电路和发射装置(5)，该处理电路和发射装置(5)与所述线圈(4)相连接，用于向外部的接收装置发射检测信号。

2.根据权利要求1所述的位移差溶液密度测量装置，其特征在于：所述线圈(4)和铁芯(3)分别设置在所述第一浮子(1)的上端内部和所述第二浮子(2)的上端。

3.根据权利要求1所述的位移差溶液密度测量装置，其特征在于：所述线圈(4)和铁芯(3)分别设置在所述第一浮子(1)的下端和所述第二浮子(2)的下端。

4.根据权利要求2或3所述的位移差溶液密度测量装置，其特征在于：所述第一浮子(1)和第二浮子(2)均为能够浮在液体表面的柱形体。

5.根据权利要求4所述的位移差溶液密度测量装置，其特征在于：所述第一浮子(1)为没有底面的中空柱形体。

6.根据权利要求4所述的位移差溶液密度测量装置，其特征在于：设所述第一浮子(1)的质量为W₁、截面积为S₁，所述第二浮子(2)的质量为W2、截面积为S₂，则需要满足所述质量与截面积之比不相等的条件，即

7.一种利用权利要求1-6任一项所述的位移差溶液密度测量装置测量溶液密度的测量方法，包括如下步骤：

(1)通过检测所述线圈(4)的电感量或电容量的变化量，获得所述第一浮子(1)与第二浮子(2)之间高度差Δh；

(2)根据待测溶液密度ρ与所述第一浮子(1)的质量W₁和截面积S₁、所述第二浮子(2)的质量W₂和截面积S₂、所述第一浮子(1)与第二浮子(2)之间高度差Δh的关系 $\mathrm{\ρ}=\frac{1}{\mathrm{\Δ}h}(\frac{W_1}{S_1}-\frac{W_2}{S_2}),$ 获得待测溶液密度ρ。

8.一种利用权利要求1-6任一项所述的位移差溶液密度测量装置测量溶液密度的测量方法，包括如下步骤：

(1)通过已知溶液密度ρ₀，检测所述线圈(4)的电感量或电容量，标定出所述第一浮子(1)与第二浮子(2)之间的相应高度差Δh₀；

(2)检测待测溶液密度改变时的电感量或电容量，得到所述第一浮子(1)与第二浮子(2)之间改变了的高度差Δh；

(3)待测溶液密度ρ与已知溶液密度ρ₀、以及所述第一浮子(1)与第二浮子(2)在两种溶液密度下的高度差的关系为据此获得待测溶液密度ρ。