CN110470572A - 溶液浓度检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种溶液浓度检测装置，用于检测目标溶液的浓度，其特征在于，包括:检测容器，包括用于容纳目标溶液的容纳腔；浮力检测组件，包括浮动件和压力传感器，浮动件位于容纳腔内并用于部分或全部浸入目标溶液中时承受浮力，压力传感器相对于检测容器固定且与浮动件连接，压力传感器用于检测浮动件受到的重力与浮力之差值；数据处理模块，用于接受差值再根据差值、浮动件的重量和浮动件浸入目标溶液的体积计算出目标溶液的密度，而后换算成目标溶液的浓度。溶液浓度检测装置通过利用压力传感器检测浮动件受到的重力与浮力之差值来获得溶液的密度，再换算成溶液浓度，能够连续检测液体浓度，且检测精度受环境影响较小。
Description
技术领域
本发明涉及纺织器械技术领域，尤其涉及的是一种溶液浓度检测装置。
背景技术
在纺织行业中，通常需要对织品进行染色。用于染色的溶液通常包含水和染料溶剂，其中染料溶剂在溶液中的浓度对织品的染色质量有较高的影响。因此，很有必要对染色溶液的浓度进行监控。
目前，工业上用于检测液体浓度的工具包括波美比重计和音叉浓度计。波美比重计通常是通过观察波美比重计上与液面平齐的刻度来获得液体浓度，需要耗费人力且不能连续监测。音叉浓度计利用液体浓度与声音频率的对应关系来检测液体浓度，其检测精度受环境噪音和溶液杂质的影响较大，不适合在噪音较大且灰尘较多的纺织车间尤其是染色车间使用。
因此，需要提供一种新的溶液浓度检测装置以解决上述问题。
发明内容
针对现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种能连续检测溶液浓度且检测精度受环境影响较小的溶液浓度检测装置。
本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：
一种溶液浓度检测装置，用于检测目标溶液的浓度，其特征在于，包括:检测容器，包括用于容纳所述目标溶液的容纳腔；浮力检测组件，包括浮动件和压力传感器，所述浮动件位于所述容纳腔内并用于部分或全部浸入所述目标溶液中时承受浮力，所述压力传感器相对于所述检测容器固定且与所述浮动件连接，所述压力传感器用于检测所述浮动件受到的重力与浮力之差值；数据处理模块，用于接受所述差值再根据所述差值、所述浮动件的重量和所述浮动件浸入所述目标溶液的体积计算出所述目标溶液的密度，而后换算成所述目标溶液的浓度。
优选地，所述溶液浓度检测装置还包括第一温度传感器，所述第一温度传感器用于与所述目标溶液接触并检测所述目标溶液的温度，所述数据处理模块用于接受所述温度再根据所述温度调整所述目标溶液的密度与浓度的换算关系。
优选地，所述浮动件的靠近所述容纳腔的底部的一端设有圆锥面。
优选地，所述浮力检测组件还包括传力件，所述传力件的两端分别与所述压力传感器和所述浮动件连接。
优选地，所述浮动件完全淹没于所述目标溶液中；所述浮动件的密度大于所述目标溶液的密度，或者，所述浮动件的密度小于所述目标溶液的密度且所述传力件呈刚性。
优选地，所述溶液浓度检测装置还包括盖板，所述检测容器在靠近所述压力传感器的一端设有与所述容纳腔连通的开口，所述盖板安装于所述检测容器并位于所述开口和所述压力传感器之间，所述盖板设有用于容纳所述传力件的通孔。
优选地，所述溶液浓度检测装置还包括水位管道和溢流管道，所述检测容器的侧壁设有与所述容纳腔连通的第一接口和第二接口，所述第一接口位于所述第二接口的远离所述容纳腔的底部的一侧，所述水位管道的两端分别与所述第一接口和所述第二接口连接，所述溢流管道的一端与所述水位管道连通，并且所述溢流管道离所述容纳腔的底部的距离小于所述第一接口离所述容纳腔的底部的距离。
优选地，所述第一温度传感器安装于所述检测容器并且位于所述容纳腔的底部。
优选地，所述溶液浓度检测装置还包括支架和温控组件，所述检测容器、所述压力传感器和所述温控组件均安装于所述支架，所述温控组件包括导热部件、散热件和风扇，所述导热部件设于所述压力传感器旁边并与所述散热件连接，所述导热部件用于将所述压力传感器产生的热量传送至所述散热件，所述风扇用于对所述散热件通风以降温。
优选地，所述温控组件还包括控制器和第二温度传感器，所述导热部件包括导热体和半导体制冷片，所述导热体靠近所述压力传感器，所述半导体制冷片的两面分别与所述导热体和所述散热件连接，所述第二温度传感器设于所述压力传感器旁边并用于检测所述压力传感器的温度，所述第二温度传感器、所述半导体制冷片和所述风扇均与所述控制器电连接，所述控制器用于接收所述第二温度传感器的信号并控制所述半导体制冷片和所述风扇的工作。
与现有技术相比，本发明主要有以下有益效果：
所述溶液浓度检测装置通过利用压力传感器检测所述浮动件受到的重力与浮力之差值来获得溶液的密度，再换算成溶液浓度，能够连续检测液体浓度，且检测精度受环境影响较小。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一个简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明中所涉及的溶液浓度检测装置的结构示意图；
图2是本发明中所涉及的溶液浓度检测装置的爆炸图；
图3是本发明中所涉及的检测容器的剖视图；
图4是本发明中所涉及的电路原理图。
附图标记：
100-溶液浓度检测装置，10-支架，21-检测容器，211-容纳腔，212-第一接口，213-盖板，214-通孔，215-第二接口，216-水位管道，217-开口，218-进水管道，220-浮力检测组件，22-浮动件，221-圆锥面，23-压力传感器，24-传力件，25-第一温度传感器，30-温控组件，31-导热部件，311-导热体，312-半导体制冷片，32-散热件，33-风扇，34-第二温度传感器，40-控制组件，41-括控制器，42-扩展模块，43-变送器。
具体实施方式
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中在申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请；本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。本申请的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
图1是本发明中所涉及的溶液浓度检测装置100的结构示意图；图2是本发明中所涉及的溶液浓度检测装置100的爆炸图。
如图1和图2所示，本发明较佳实施例提供的一种溶液浓度检测装置100，用于检测目标溶液中某成分的浓度。在一些示例中，溶液浓度检测装置100可以用于检测纺织行业的染色溶液中染料溶剂的浓度，即目标溶液可以是染色溶液。溶液浓度检测装置100可以包括:支架10、检测容器21、浮力检测组件220、温控组件30和控制组件40。浮力检测组件220可以包括：浮动件22、压力传感器23和传力件24。控制组件40可以包括控制器41。
在本实施例中，支架10的主体可以由型材搭建而成或者由钢管焊接而成，用于给其他零部件提供支撑。支架10还可以包括用于安装其他零部件的板材或安装件。此外，支架10还可以包括设置在主体周边的钣金门和设置在主体底部的脚轮或脚杯。
图3是本发明中所涉及的检测容器21的剖视图.
在本实施例中，检测容器21可以呈一端开口的桶状。检测容器21包括用于容纳目标溶液的容纳腔211和与容纳腔211连通的开口217。检测容器21的侧壁设有与容纳腔211连通的第一接口212和第二接口215，第一接口212位于第二接口215的远离容纳腔211的底部的一侧，即以容纳腔211的底部为参考，第一接口212高于第二接口215。溶液浓度检测装置100还包括水位管道216和溢流管道81，水位管道216的两端分别与第一接口212和第二接口215连接，溢流管道81的一端与水位管道216连通。如图3所示，溢流管道81离容纳腔211的底部的距离D1小于第一接口212离容纳腔211的底部的距离D2。还可以在检测容器21的侧壁设置进水管道218，进水管道218与容纳腔211连通。可以通过进水管道218向容纳腔211注入目标液体。以容纳腔211的底部为参考，进水管道218高于溢流管道81。在另一些示例中，也可以直接从开口217向容纳腔211注入目标液体。在向容纳腔211注入目标液体的过程中，目标液体从第二接口215进入水位管道216并从溢流管道81溢出，由此，可以通过溢流管道81控制检测容器21内的液位，检测容器21内的液位与溢流管道81平齐。在另一些示例中，也可以去掉第一接口212和第二接口215，可以在检测容器21的侧壁设置溢流口(未图示)，直接通过溢流口控制检测容器21内的液位，这样的方案的问题是，目标溶液会直接通过溢流口溢出，在溢流口下面的目标溶液处于不流动的状态，导致目标溶液不均匀，从而对目标溶液的浓度的检测结果不可靠。如此相比，溶液浓度检测装置100设置有第一接口212、第二接口215、水位管道216和溢流管道81，其连接关系如上所述，此方案的优点在于，目标液体从第二接口215进入水位管道216并从溢流管道81溢出，即目标溶液在容纳腔211内是流动的、均匀的，因此对目标溶液的浓度的检测结果更加可靠。
在本实施例中，溶液浓度检测装置100还包括第一温度传感器25，第一温度传感器25安装于检测容器21的侧壁并且位于容纳腔211的底部。第一温度传感器25用于检测目标溶液的温度。如上所述，目标溶液从进水管道218或者开口217注入，从第二接口215进入水位管道216并从溢流管道81溢出，如果将第一温度传感器25设置于容纳腔211的上部，第一温度传感器25测得的将是刚注入的目标溶液的温度，不能代表目标溶液整体的温度，其检测结果不可靠。在本实施例中，将第一温度传感器25设置于容纳腔211的底部，有助于提高对目标溶液的温度的检测的可靠性。目标溶液的浓度通常随温度变化而变化，在浓度检测中有必要做温度补偿以提高检测精度。
检测容器21的开口上方可以设有盖板213，盖板213可以通过连接柱与检测容器21的桶身连接，盖板213上设有通孔214。盖板213位于开口217和压力传感器23之间。在染色过程中，目标溶液的温度通常很高，会产生高温水蒸气，盖板213可以用于遮挡水蒸气和目标溶液的热量以免损害压力传感器23。检测容器21的材料可以是金属或塑料。优选地，检测容器21的材料可以是金属，以提高防腐蚀能力。检测容器21可以架设在支架10上面。在另一些示例中，检测容器21可以放置在其他地方，例如可以放在地上或垫板上。
在本实施例中，浮力检测组件220可以包括：浮动件22、压力传感器23和传力件24。
在本实施例中，浮动件22位于容纳腔211内，用于接受目标溶液的浮力，浮动件22浸入目标溶液的体积不变。浮动件22可以具有密闭的空间以降低浮动件22的整体密度。浮动件22可以呈圆柱状。浮动件22的靠近容纳腔211的底部的一端设有圆锥面221，目标溶液对圆锥面221的浮力方向朝向浮动件22的内部，与平底或其他形状相比，圆锥面221能够提高浮动件22在液体中的稳定性。浮动件22的材料可以是金属或塑料。在另一些示例中，浮动件22也可以没有密闭空间而呈开放式的结构。
在本实施例中，压力传感器23用于检测浮动件22受到的重力与浮力之差值。压力传感器23位于浮动件22的远离容纳腔211的底部的一侧并通过传力件24与浮动件22连接。压力传感器23位于浮动件22的上方，可以安装于支架10，也可以安装于盖板213上。优选地，压力传感器23安装于支架10，传力件24穿过通孔214，传力件24的一端与浮动件22连接，另一端与压力传感器23连接。传力件24可以呈柔性或刚性。
为方便对浮动件22做受力分析，定义浮动件22的重力为G，浮动件22受到目标溶液的浮力为f，浮动件22受到压力传感器23的拉力为F1，浮动件22受到压力传感器23的推力为F2，目标溶液的密度为ρ，重力加速度为g，浮动件22浸入目标溶液的体积为v。
在一些示例中，浮动件22完全淹没于目标溶液中，且浮动件22的密度大于目标溶液的密度，压力传感器23受到浮动件22的作用力朝向浮动件22。如图2所示，传力件24可以是绳子。压力传感器23受到浮动件22的拉力。对浮动件22做受力分析，则有方程式：f＝ρgv，G＝ρgv+F1,ρ＝(G-F1)/gv。G、g和v为已知数，压力传感器23检测到F1，则可获得ρ的值。由此，可以通过压力传感器23检测到目标溶液的密度的变化。而目标溶液的密度与浓度强相关，从而可以通过压力传感器23检测到目标溶液的浓度的变化。
在另一些示例中，浮动件22完全淹没于目标溶液中，且浮动件22的密度小于目标溶液的密度，压力传感器23受到浮动件22的作用力背向浮动件22。传力件24可以是刚性件。压力传感器23受到浮动件22的推力。对浮动件22做受力分析，则有方程式：f＝ρgv，G+F2＝ρgv,ρ＝(G+F2)/gv。G、g和v为已知数，压力传感器23检测到F2，则可获得ρ的值。由此，可以通过压力传感器23检测到目标溶液的密度的变化。而目标溶液的密度与浓度强相关，从而可以通过压力传感器23检测到目标溶液的浓度的变化。
在另一些示例中，浮动件22也可以是部分浸入目标溶液中。可以在浮动件22上设置刻度，通过观察与液面平齐的刻度可以获得浮动件22浸入目标溶液中的体积。当然也可以通过其他测量方法获得浮动件22浸入目标溶液中的体积。此外，还可以通过控制目标溶液在检测容器21内的水位，令浮动件22浸入目标溶液的体积不变，从而预先获得浮动件22浸入目标溶液中的体积。总的来说，不管浮动件22是整体还是部分浸入目标溶液中，不管压力传感器23受到浮动件22的作用力是拉力还是推力，只要G、g和v为已知数，便可根据F1或F2算出ρ。即可以通过压力传感器23检测到目标溶液的密度的变化。而目标溶液的密度与浓度强相关，从而可以通过压力传感器23检测到目标溶液的浓度的变化。
在染色过程中，目标溶液的温度通常很高，为了保护压力传感器23以避免被高温损坏，通常需要对压力传感器23降温。温控组件30安装于支架10，并可以用于对压力传感器23降温。温控组件30包括导热部件31、散热件32和风扇33，导热部件31设置在压力传感器23的旁边并接近压力传感器23，导热部件31与散热件32连接并用于将压力传感器23产生的热量传送至散热件32，风扇33用于对散热件32吹风以降温。导热部件31包括导热体311和半导体制冷片312，导热体311靠近压力传感器23，半导体制冷片312的两面分别与导热体311和散热件32连接。导热体311和散热件32均设有铝制散热齿，以提高导热和散热性能。优选地，在散热件32上还可以设置多个铜管，铜管内含导热液体，铜管分别与半导体制冷片312和散热件32连接，以进一步提高导热性能，加快对压力传感器23的散热。优选地，温控组件30还包括第二温度传感器34，第二温度传感器34设置在压力传感器23的旁边并接近压力传感器23，第二温度传感器34用于检测压力传感器23的温度，第二温度传感器34、半导体制冷片312和风扇33均与控制器41电连接，控制器41用于接收第二温度传感器34的信号并控制半导体制冷片312和风扇33的工作。当第二温度传感器34检测到压力传感器23的温度较高，控制器41调高半导体制冷片312和风扇33的工作强度，由此，能够保护压力传感器23，亦有助于提高对目标溶液的浓度的检测精度。
图4是本发明中所涉及的电路原理图。图4(a)是本发明中所涉及的控制器41的电路原理图；图4(b)是本发明中所涉及的扩展模块42的电路原理图；图4(c)是本发明中所涉及的半导体制冷片312和风扇33的控制电路原理图。
在本实施例中，控制组件40可以包括控制器41、扩展模块42和变送器43。控制器41是可编程控制器PLC。可以理解的是，可编程控制器PLC含有数据处理模块，可编程控制器PLC可用于接受压力传感器23检测到的重力与浮力之差值再根据所述差值、浮动件22的重量和浮动件22浸入目标溶液的体积计算出目标溶液的密度，而后换算成目标溶液的浓度。可选地，控制器41可以选择品牌为台达、型号为DVP-12SE11R的可编程控制器PLC。扩展模块42与控制器41电连接，扩展模块42是对控制器41的输入输出端的扩展。如图4(a)所示，压力传感器23通过变送器43与控制器41电连接。如图4(b)所示，第一温度传感器25和第二温度传感器34通过扩展模块42与控制器41电连接。如图4(c)所示，半导体制冷片312和风扇33与控制器41电连接。控制器41接收第二温度传感器34的信号并控制半导体制冷片312和风扇33的工作。控制器41接收压力传感器23的信号，计算出目标溶液的密度，并根据第一温度传感器25反馈的信号对密度与浓度的换算增加温度补偿，从而能够获得目标溶液的浓度，实现对目标溶液的连续的在线检测。
显然，以上所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例，附图中给出了本申请的较佳实施例，但并不限制本申请的专利范围。本申请可以以许多不同的形式来实现，相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容的理解更加透彻全面。尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本申请说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本申请专利保护范围之内。
Claims (10)
1.一种溶液浓度检测装置，用于检测目标溶液的浓度，其特征在于，包括:
检测容器，包括用于容纳所述目标溶液的容纳腔；
浮力检测组件，包括浮动件和压力传感器，所述浮动件位于所述容纳腔内并用于部分或全部浸入所述目标溶液中时承受浮力，所述压力传感器相对于所述检测容器固定且与所述浮动件连接，所述压力传感器用于检测所述浮动件受到的重力与浮力之差值；
数据处理模块，用于接受所述差值再根据所述差值、所述浮动件的重量和所述浮动件浸入所述目标溶液的体积计算出所述目标溶液的密度，而后换算成所述目标溶液的浓度。
2.根据权利要求1所述的溶液浓度检测装置，其特征在于，
还包括第一温度传感器，所述第一温度传感器用于与所述目标溶液接触并检测所述目标溶液的温度，所述数据处理模块用于接受所述温度再根据所述温度调整所述目标溶液的密度与浓度的换算关系。
3.根据权利要求1所述的溶液浓度检测装置，其特征在于，
所述浮动件的靠近所述容纳腔的底部的一端设有圆锥面。
4.根据权利要求1所述的溶液浓度检测装置，其特征在于，
所述浮力检测组件还包括传力件，所述传力件的两端分别与所述压力传感器和所述浮动件连接。
5.根据权利要求4所述的溶液浓度检测装置，其特征在于，
所述浮动件完全淹没于所述目标溶液中；
所述浮动件的密度大于所述目标溶液的密度，或者，
所述浮动件的密度小于所述目标溶液的密度且所述传力件呈刚性。
6.根据权利要求4所述的溶液浓度检测装置，其特征在于，
还包括盖板，所述检测容器在靠近所述压力传感器的一端设有与所述容纳腔连通的开口，所述盖板安装于所述检测容器并位于所述开口和所述压力传感器之间，所述盖板设有用于容纳所述传力件的通孔。
7.根据权利要求1所述的溶液浓度检测装置，其特征在于，
还包括水位管道和溢流管道，所述检测容器的侧壁设有与所述容纳腔连通的第一接口和第二接口，所述第一接口位于所述第二接口的远离所述容纳腔的底部的一侧，所述水位管道的两端分别与所述第一接口和所述第二接口连接，所述溢流管道的一端与所述水位管道连通，并且所述溢流管道离所述容纳腔的底部的距离小于所述第一接口离所述容纳腔的底部的距离。
8.根据权利要求7所述的溶液浓度检测装置，其特征在于，
所述第一温度传感器安装于所述检测容器并且位于所述容纳腔的底部。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的溶液浓度检测装置，其特征在于，
还包括支架和温控组件，所述检测容器、所述压力传感器和所述温控组件均安装于所述支架，所述温控组件包括导热部件、散热件和风扇，所述导热部件设于所述压力传感器旁边并与所述散热件连接，所述导热部件用于将所述压力传感器产生的热量传送至所述散热件，所述风扇用于对所述散热件通风以降温。
10.根据权利要求9所述的溶液浓度检测装置，其特征在于，
所述温控组件还包括控制器和第二温度传感器，所述导热部件包括导热体和半导体制冷片，所述导热体靠近所述压力传感器，所述半导体制冷片的两面分别与所述导热体和所述散热件连接，所述第二温度传感器设于所述压力传感器旁边并用于检测所述压力传感器的温度，所述第二温度传感器、所述半导体制冷片和所述风扇均与所述控制器电连接，所述控制器用于接收所述第二温度传感器的信号并控制所述半导体制冷片和所述风扇的工作。
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