CN106568678B - 基于末端动态数据分析技术的微动锤液体密度计 - Google Patents
基于末端动态数据分析技术的微动锤液体密度计 Download PDFInfo
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Abstract
本发明所述基于末端动态数据分析技术的微动锤液体密度计是利用完全浸没在液体中的物体在体积一定和重力加速度一定的情况下受到的浮力与液体的密度成正比的原理设计的密度计量器具，它的物理结构部分包含电子测力计（1）、稳液筒（2）、连动杆（3）、测量锤（4）、拉力簧（5）、数据处理装置（6）、电源装置（7）等五个部分。
Description
技术领域
本发明涉及一种连续测量并变送液体密度的测量装置。
背景技术
工农业生产、科学研究和日常生活中很多场合都需要对涉及的液体密度进行连续测量，但是目前对液体密度进行连续测量的方法和工具均非常有限，仅有的一种是吹气测量，其方法是利用一种专用压缩机将压缩空气吹向需要测量的液体工质，利用液体工质对压缩空气的阻力换算成液体工质的密度，但是这种测量液体工质密度的方法和工具有如下几个问题：一是适用范围有限，因为这种方法必然涉及的一种介质就是空气，而很多时候，很多液体是不能接触外界空气的，否则就会产生污染、爆炸、纯度降低、变质等问题；二是精度差，在液体流动、深浅变化不定及工质为淀粉浆糊、原油、油漆等粘稠物品的情况下，被测工质对吹来的压缩气体的阻力是起伏波动的，这样测量的液体密度即使是同一种工质也无法形成稳定的读数，这种差异对正确判断工质密度显然影响很大，很多时候甚至会做出完全错误的判断；三是测量工具的体积较大，空间适应性较差，这种方法必不可少的一个器材是压缩机，而压缩机的基本物理属性决定其体积不可能太小；四是能耗高，用这种方法连续测量工质密度，需要压缩机连续吹出压缩空气，这就需要压缩机一直处于工作状态，从而需要不断的消耗能量，造成不小的能耗；本发明正是为解决上述各类问题而开发的一种全新技术方案。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有连续监测液体密度的密度计在技术和性能上的不足和问题，提供一种适用范围广、测量精度高、性能稳定、体积小巧、几乎没有能耗且可对液体密度进行连续测量的技术方案，所述技术方案的基本原理是阿基米德定理，根据阿基米德定理，F浮=ρ液gV排，由这个公式可以知道ρ液= F浮/gV排，，也就是说液体的密度等于浮力与重力加速度和置于液体中的物体排液体积乘积之间的比值，根据这一定理，本发明设计了一套技术方案，这个技术方案的基本内容是：设计一个物理装置，这个物理装置具有如下几个功能：（1）可以测定液体浮力；（2）可以提供一个物理环境相对稳定的测试空间；（3）可以将测到的浮力转换为电信号输出；（4）有数据处理装置，这个装置可以接收模拟电信号、可以将模拟电信号转换为数字信号，具有运算功能，可以将浮力数据直接转换为密度数据输出。
如附图1所示，本发明所述基于末端动态数据分析技术的微动锤液体密度计所采用的技术方案是：所述基于末端动态数据分析技术的微动锤液体密度计包含电子测力计（1）、稳液筒（2）、连动杆（3）、测量锤（4）、拉力簧（5）、数据处理装置（6）和电源装置（7）。
所述电子测力计（1）测量出所述测量锤（4）、所述拉力簧（5）和被测工质浮力的合力，所述稳液筒（2）外壁有若干用于导入被测工质的透液孔，其作用是保持被测工质的测量物理环境的稳定，所述连动杆（3）连接所述测量锤（4）和所述拉力簧(5)并将所述测量锤（4）、所述拉力簧（5）产生的重力和拉力与被测工质产生的浮力所产生的合力传递给所述电子测力计（1），所述测量锤（4）是一个具有确定体积的金属圆柱筒，可以是实心金属圆柱筒或空心金属圆柱筒，其作用是用于测定被测工质的浮力，所述拉力簧（5）是一根普通金属弹簧，用于保持所述测量锤（4）的垂直稳定，所述数据处理装置（6）用于接收所述电子测力计（1）发来的模拟信号、将接收到的模拟信号进行数字化处理，完成将所述电子测力计（1）测量的浮力换算成测量工质密度的运算及进行数据分析的任务，最后将数字化处理后的信息向外发送，所述电源装置（7）为所述数据处理装置（6）和所述电子测力计（1）提供合适的电源。
所述电子测力计（1）是一个可以测量力并将测量结果转化成电信号后传给所述数据处理装置（6）的电子计量装置，在基于末端动态数据分析技术的微动锤液体密度计中，所述电子测力计（1）与所述稳液筒（2）的开口部分通过螺丝紧密连接构成一个相对密闭的整体。
所述稳液筒（2）是一个下端密闭，上部开口的圆柱筒容器，开口部分与所述电子测力计（1）紧密连接构成一个相对密闭的整体，底部有一个固定扣环，用于固定所述拉力簧（5），上部和下部均有若干细小的透液孔，工作时，被测工质从透液孔中流入所述稳液筒（2）内至完全浸没所述测量锤（4）整体，当所述稳液筒（2）外的工质密度有变化时，所述稳液筒（2）所受的浮力也随之变化，从而导致所述稳液筒（2）内的原有工质随浮力的变化而从上部或下部的透液孔中透出，具有新的密度的工质则从下部或上部被导入到所述稳液筒（2）内，所述测力计（1）在具有新的密度的工质被导入所述稳液筒（2）内的同时测出新的浮力，新的浮力被转换成电信号后被发给所述数据处理装置（6），所述数据处理装置（6）获得新的浮力数据后通过运算和数据分析处理得出新的密度并向外发送，从而实现对测量工质密度的连续监测。
所述连动杆（3）是一根连接所述电子测力计（1）与所述测量锤（4）的细小连接杆，所述连动杆（3）将所述测量锤（4）、所述拉力簧（5）和工质浮力的合力传给所述电子测力计（1）。
所述测量锤（4）是一个有固定体积的实心或空心金属圆柱筒，通过所述连接杆（3）与所述电子测力计（1）连接，并与固定在所述稳液筒（2）底部的所述拉力簧（5）紧密连接成一条与所述电子测力计（1）底面和所述稳液筒底面（2）垂直的直线，所述测量锤（4）的作用是 用于计量被测工质的浮力。
所述拉力簧（5）是一个固定在所述稳液筒（2）底部的普通金属弹簧，所述拉力簧（5）通过一个挂扣与所述测量锤（4）紧密连接，用于稳定测量锤的空间状态。
所述数据处理装置（6）由一个信号调整电路、模数转换电路、微控制器、通讯电路和现场数据库等五个部分构成，是一个接收模拟电信号、将模拟电信号转换为数字信号，并通过存储于现场数据库中的标定参数和状态方程执行运算和数据分析任务，获得实际液体密度并向外传输的数据处理装置，通过数据传输线缆与所述电子测力计（1）连接。
所述电源装置（7）是所述基于动态数据分析技术的微动锤液体密度计的供电装置，输入电压为AC110/220V, 输出电压为DC5V,工作时直接与所述数据处理装置（6）连接供电。
附图说明
图1：运行示意图：①：电子测力计；②：稳液筒；③：连动杆；④：测量锤；⑤：拉力簧；⑥：数据处理装置；⑦：电源装置。
具体实施方式
实施例：
如图1所示，本实施例中所述基于末端动态数据分析技术的微动锤液体密度计中的所述电子测力计（1）是一个可以测量力并将测量结果转换为电信号后传给所述数据处理装置（6）的电子计量装置，优化地，为了使所述电子测力计（1）做到价廉物美、维护方便、一般采用应变梁电子测力计、力敏电阻桥电子测力计、应变电容电子测力计、滑线弹簧电子测力计等常见电子测力计，所述电子测力计（1）通过螺丝与所述稳液筒开口端紧密连接，构成一个具有相对稳定的物理环境的测量容器，所述稳液筒（2）底部密封，侧面上部和下部壁面均有若干细小的透液孔，透液孔的用途一是在开始工作时用于导入测量工质至所述稳液筒（2）内，二是在所述稳液筒（2）外的工质密度变化时，通过上部或下部的透液孔实现所述稳液筒（2）内的原有工质与外部具有新的密度的工质的交换，使所述测力计（1）测到新的浮力，透液孔的大小可根据测量工质的物理特性调整，所述稳液筒（2）底端内部有一个扣环，用于固定所述拉力簧（5），优化地，所述稳液筒（2）可根据测试液体的化学性质选用不锈钢管、碳钢管、镀锌管等金属材质或PVC管、PPR管等塑料材质的管件等不同的材料制备，所述电子测力计（1）下部通过与其紧密相连的所述连动杆（3）与所述测量锤（4）紧密连接，优化地，所述连动杆（2）选用不锈钢等硬质金属杆制备，所述测量锤（4）选用规则的正圆柱形不锈钢等金属材质制备，所述测量锤（4）底部与固定在所述稳液筒（2）底部的所述拉力簧（5）紧密相连，所述拉力簧（5）将所述测力锤（4）和所述连动杆（3）拉紧成一条直线垂直于所述电子测力计（1）底面和所述稳液筒（2）底端平面，所述数据处理装置（6）通过数据线与所述电子测力计（1）连接，接收所述电子测力计（1）发来的电信号，所述数据处理装置（6）将来自所述电子测力计（1）发来的电信号转换成数字信号，并根据存储于现场数据库中的标定参数和状态方程进行数学运算和数据分析，进而获得实际液体密度并向外发送，优化地，所述数据处理装置一般选用AD623芯片构建信号调整电路、选用ADS1115构建模数转换电路、选用STM8S003芯片构建微控制器执行运算、数据分析、数据库任务，选用CAN总线收发器构建通讯电路执行通讯任务，所述电源装置（7）直接与所述数据处理装置（6）连接，为基于末端动态数据分析技术的微动锤液体密度计提供电源，优化地，所述电源装置（7）采用输入电压为AC110/220V, 输出电压为DC5V的电源输入和输出电源装置。
Claims (8)
1.一种基于末端动态数据分析技术的微动锤液体密度计，其特征在于：它包括一个电子测力计（1）、稳液筒（2）、连动杆（3）、测力锤（4）、拉力簧（5）、数据处理装置（6）、和电源装置（7），所述电子测力计（1）是一个可以测量力，将测量到的力转换为电信号并传输给所述数据处理装置（6）的一个电子装置，所述电子测力计（1）下端与所述稳液筒（2）的开口端通过螺丝紧密相连，构建出一个物理状态基本稳定的相对密闭空间，所述稳液筒（2）是一个底部密封，上部开口的圆柱管筒，其侧壁高于所述测力锤（4）上部平面部分和低于所述测力锤（4）下部平面部分分别有若干细小的透液孔，透液孔的作用一是在开始时用于导入测量工质至所述稳液筒（2）内，使测量工质在测量时有一个稳定的物理环境，保证测量精度，二是在所述稳液筒（2）外的工质密度变化时，通过上部或下部的透液孔实现所述稳液筒（2）内外工质的互换，进而使所述电子测力计（1）测到新的浮力，进而实现对工质密度的连续监测，所述稳液筒（2）内部底端有一个扣环固定所述拉力簧（5），所述电子测力计（1）通过与其紧密连接的所述连动杆（3）与所述测力锤（4）紧密连接，所述测力锤（4）与所述拉力簧（5）紧密连接，所述拉力簧（5）将所述测力锤（4）和所述连动杆（3）拉直紧绷成一条与所述电子测力计（1）底部平面和所述稳液筒（2）底部平面垂直的直线，工作时，所述稳液筒（2）及其内含部分置于待测工质中，待测工质的液面应将所述测力锤（4）及其以下部分完全覆盖，此时，所述电子测力计（1）将测量到工质施加给所述测力锤（4）的浮力，测量到浮力的所述电子测力计（1）将浮力转换为模拟电信号并发送给所述数据处理装置（6），所述数据处理装置（6）通过数据线与所述电子测力计（1）连接，接收来自所述电子测力计（1）发送的模拟信号，将接收的模拟信号转换为数字信号、完成浮力转换成密度的数学运算和数据分析，将分析结果向外输出显示，所述电源装置（7）是一个电源供应装置，为所述数据处理装置（6）和所述电子测力计（1）提供DC5V的电源，所述电源装置的输入电压为AC110/220V电源。
2.根据权利要求1所述的基于末端动态数据分析技术的微动锤液体密度计，其特征在于：所述电子测力计（1）是可以测量力，将测量的力转换为模拟电信号并向数据处理装置发送的电子计量装置，采用应变梁测力计、力敏电阻桥测力计、应变电容测力计、滑线弹簧测力计或其他可以测量力的电子测力计。
3.根据权利要求2所述基于末端动态数据分析技术的微动锤液体密度计，其特征在于：所述稳液筒（2）是一个底部密封、上部开口并有可供其与所述电子测力计（1）用螺丝连接的固定接口的圆柱形容器，其底部内有一个固定所述拉力簧（5）的扣环，侧壁上部和下部分别有若干用于导入工质的透液孔，根据情况选用金属或塑料制作。
4.根据权利要求1-3任一项所述基于末端动态数据分析技术的微动锤液体密度计，其特征在于所述连动杆（3）是一根硬质连接杆。
5.根据权利要求1-3任一项所述基于末端动态数据分析技术的微动锤液体密度计，其特征在于：所述测力锤（4）是具有固定体积的圆柱形物体，为不锈钢圆柱体，根据情况选用空心或实心圆柱形物体。
6.根据权利要求1-3任一项所述基于末端动态数据分析技术的微动锤液体密度计，其特征在于：所述拉力簧（5）是一个可将所述连动杆（3）和所述测力锤（4）紧绷拉直成一条与所述电子测力计（1）底部平面和所述稳液筒（2）底部平面垂直直线的弹簧。
7.根据权利要求1-3任一项所述基于末端动态数据分析技术的微动锤液体密度计，其特征在于：所述数据处理装置（6）是具有接收模拟电信号、将模拟信号转为数字信号、有数据库功能，可以执行数学运算和数据分析任务并向外传输数字信号的电子装置。
8.根据权利要求1-3任一项所述基于末端动态数据分析技术的微动锤液体密度计，其特征在于：所述电源装置（7）是一种可以向所述数据处理装置（6）和所述电子测力计（1）供电的装置。
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