CN110907505B - 一种非接触式在线实时水分检测仪 - Google Patents

一种非接触式在线实时水分检测仪 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种非接触式在线实时水分检测仪，其包括转换器和传感器，转换器包括采集模块、MCU模块和至少两个信号输出模块，传感器包括测量管道和沿测量管道外周贴合的一对测量电极；采集模块用于在相同温度下采集一对测量电极之间的空管电容值、满管电容值以及实际电容值；MCU模块用于根据空管电容值、满管电容值以及水的液相介电常数计算得到传感器的结构系数，根据实际电容值、空管电容值以及结构系数计算得到待测液体的实际介电常数，并计算实际介电常数与预设的固相介电常数之差与液相介电常数与固相介电常数之差的比值作为待测液体的含水率。本发明能够实现液体的非接触式测量，提高测量实时性，并提供多种输出方式。

Description

一种非接触式在线实时水分检测仪
技术领域
本发明涉及流量检测技术领域，特别是涉及一种非接触式在线实时水分检测仪。
背景技术
目前市面大部分的水分检测仪为离线检测形式，需对待测流体进行取样从而实现含水率的分析测量，此检测方法实时性差，无法及时获取待测流体的含水率。少部分在线含水率检测仪则多为带放射性的核子式装置，通过放射性射线来实现含水率的测量，此种方式成本较高，且对使用者有辐射危害。并且这些水分检测仪通常输出方式单一，适用工作情况窄，且仪器操作常需在设备本身操作，在安装环境狭窄情况下，操作与观察不便。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种非接触式在线实时水分检测仪，能够实现液体的非接触式测量，提高测量实时性，并提供多种输出方式。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种非接触式在线实时水分检测仪，包括转换器和传感器，所述转换器包括采集模块、MCU模块和至少两个信号输出模块，所述传感器包括测量管道和一对测量电极，所述一对测量电极沿所述测量管道外周贴合并且相对设置；所述采集模块用于在相同温度下采集所述测量管道为空时所述一对测量电极之间的空管电容值以及所述测量管道灌满水时所述一对测量电极之间的满管电容值，以及采集所述测量管道内流过待测液体时所述一对测量电极之间的实际电容值，并将所述空管电容值、满管电容值和实际电容值传输至所述MCU模块；所述MCU模块用于根据所述空管电容值、满管电容值以及水的液相介电常数计算得到所述传感器的结构系数，根据所述实际电容值、空管电容值以及结构系数计算得到待测液体的实际介电常数，并计算所述实际介电常数与预设的固相介电常数之差与所述液相介电常数与固相介电常数之差的比值作为待测液体的含水率，将所述含水率发送给所述至少一个信号输出模块；所述至少两个信号输出模块用于采用不同的信号输出方式对所述含水率进行信号输出。
作为本发明的一个优选实施例，所述传感器还包括温度测量计，所述温度测量计设于测量管道内，所述采集模块还用于采集所述测量管道内流过待测液体时所述温度测量计的温度测量值，并将所述温度测量值传输至所述MCU模块；所述MCU模块还用于在计算所述结构系数之前，根据所述温度测量值对所述液相介电常数进行校正。
作为本发明的一个优选实施例，所述温度测量计为热敏电阻，所述温度测量值为热敏电阻值。
作为本发明的一个优选实施例，所述信号输出模块为三个，信号输出方式分别为电流输出、无源脉冲输出、485输出。
作为本发明的一个优选实施例，所述转换器还包括近场通信模块，所述MCU模块还用于将所述含水率发送给所述近场通信模块；所述近场通信模块用于与第三方设备建立近场通信连接，并通过所述近场通信连接对所述含水率进行信号输出。
作为本发明的一个优选实施例，所述近场通信模块为蓝牙模块，所述近场通信连接为蓝牙连接。
作为本发明的一个优选实施例，所述近场通信模块还用于通过所述近场通信连接接收控制指令，并将所述控制指令发送给所述MCU模块；所述MCU模块还用于根据所述控制指令修改空管电容值和/或满管电容值。
作为本发明的一个优选实施例，所述转换器还包括电源模块，所述电源模块用于对市电进行电压转换，以为所述MCU模块、采集模块和至少两个信号输出模块供电。
作为本发明的一个优选实施例，所述至少两个信号输出模块对所述含水率进行信号输出时，按照预定加密算法对所述含水率进行加密。
区别于现有技术的情况，本发明的有益效果是：
1.实现在线实时测量；
2.流体无需与传感器直接接触，实现非接触式测量；
3.在测量电容值的同时，可以测量流体温度，利用温度对含水率进行补偿；
4.信号输出方式有至少一种，适配于多种通讯装置，适用面广；
5.通过蓝牙连接来传输含水率，同时可对转换器进行远程操控，可以实现检测仪的远程操控，无需直接接触观察检测仪本身；
6.含水率采用加密算法加密后再传输，可以保证数据安全性，确保测量数据安全可靠，防止恶意篡改。
附图说明
图1是本发明实施例的非接触式在线实时水分检测仪的架构示意图。
图2是本发明实施例的非接触式在线实时水分检测仪的传感器的截面示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参阅图1和图2，本发明实施例的非接触式在线实时水分检测仪包括转换器10和传感器20，转换器10包括采集模块12、MCU模块11和至少两个信号输出模块13，传感器20包括测量管道21和一对测量电极22，一对测量电极22沿测量管道21外周贴合并且相对设置。
采集模块12用于在相同温度下采集测量管道21为空时一对测量电极22之间的空管电容值以及测量管道21灌满水时一对测量电极22之间的满管电容值，以及采集测量管道21内流过待测液体时一对测量电极22之间的实际电容值，并将空管电容值、满管电容值和实际电容值传输至MCU模块11。
MCU模块11用于根据空管电容值、满管电容值以及水的液相介电常数计算得到传感器20的结构系数，根据实际电容值、空管电容值以及结构系数计算得到待测液体的实际介电常数，并计算实际介电常数与预设的固相介电常数之差与液相介电常数与固相介电常数之差的比值作为待测液体的含水率，将含水率发送给至少一个信号输出模块13。预设的固相介电常数为混合液体(例如水泥)中固体的固相介电常数，由检测人员预先导入MCU模块11。其中，在理想状态下，实际介电常数与实际电容值之间的关系如下：
C＝ATC*ε (1)
式中，C为实际电容值，ATC为结构系数，ε为实际介电常数。
然而，在实际测量中，寄生电容难以避免，可以通过电容差的计算来消除寄生电容。
C＝ATC*ε+CS；C0＝ATC*ε0+CS (2)
联立可得：
ε＝(C-C0)/ ATC+ε0 (3)
式中，ε0为测量管道21为空时的空气介电常数，为已知，C0为空管电容值。因此，需要获得式中ATC的值才能得到实际介电常数。
由于空管电容值、满管电容值以及水的液相介电常数已知，则由(2)式可知：
CL＝ATC*εL+CS；C0＝ATC*ε0+CS (4)
联立可得：
ATC＝(CL-C0)/(εL-ε0) (5)
式中，εL为测量管道21灌满水时水的液相介电常数，CL为满管电容值。
由(3)式和(5)式求得实际介电常数ε。
由此，含水率＝(ε-εS)/(εL-εS)，其中，εS为预设的固相介电常数。
至少两个信号输出模块13用于采用不同的信号输出方式对含水率进行信号输出。信号输出模块13为三个，信号输出方式分别为电流输出、无源脉冲输出、485输出。考虑到数据和通讯安全，至少两个信号输出模块13对含水率进行信号输出时，还按照预定加密算法对含水率进行加密。
考虑到温度对测量结果有一些影响，在温度变化时需要对测量结果进行补偿，在本实施例中，传感器20还包括温度测量计23，温度测量计23设于测量管道21内，采集模块12还用于采集测量管道21内流过待测液体时温度测量计23的温度测量值，并将温度测量值传输至MCU模块11。温度测量计23例如为热敏电阻，温度测量值为热敏电阻值。
MCU模块11还用于在计算结构系数之前，根据温度测量值11对液相介电常数进行校正。MCU模块11可以保存液相介电常数与温度的线性关系表，通过查表的方式确定温度测量值对应的液相介电常数，然后将水的液相介电常数改为查表得到的液相介电常数。
在本实施例中，转换器还包括近场通信模块14，MCU模块11还用于将含水率发送给近场通信模块14，近场通信模块14用于与第三方设备建立近场通信连接，并通过近场通信连接对含水率进行信号输出。近场通信模块14例如为蓝牙模块，近场通信连接为蓝牙连接，第三方设备可以通过蓝牙连接查看含水率，在安装环境较为恶劣的场合，极大提高了使用便利性。进一步的，近场通信模块14还用于通过近场通信连接接收控制指令，并将控制指令发送给MCU模块11，MCU模,11还用于根据控制指令修改空管电容值和/或满管电容值。此外，还可以通过控制指令修改结构系数、近场通信配置参数等信息。
考虑到转换器10需要供电，在本实施例中，转换器10还包括电源模块15，电源模块15用于对市电进行电压转换，以为MCU模块11、采集模块12和至少两个信号输出模块13供电。
通过上述方式，本发明的非接触式在线实时水分检测仪通过实时测量液体的电容值，将电容值转换为介电常数，再利用传感器的结构系数计算得到含水率，并以多种信号输出方式进行输出，由于液体从测量管道流过，未与测量电极直接接触，能够实现液体的非接触式测量，提高测量实时性，且因为不带有任何放射性设备，不存在任何辐射危害。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种非接触式在线实时水分检测仪，其特征在于，包括转换器和传感器，所述转换器包括采集模块、MCU模块和至少两个信号输出模块，所述传感器包括测量管道和一对测量电极，所述一对测量电极沿所述测量管道外周贴合并且相对设置；
所述采集模块用于在相同温度下采集所述测量管道为空时所述一对测量电极之间的空管电容值以及所述测量管道灌满水时所述一对测量电极之间的满管电容值，以及采集所述测量管道内流过待测液体时所述一对测量电极之间的实际电容值，并将所述空管电容值、满管电容值和实际电容值传输至所述MCU模块；
所述MCU模块用于根据所述空管电容值、满管电容值以及水的液相介电常数计算得到所述传感器的结构系数，根据所述实际电容值、空管电容值以及结构系数计算得到待测液体的实际介电常数，并计算所述实际介电常数与预设的固相介电常数之差与所述液相介电常数与固相介电常数之差的比值作为待测液体的含水率，将所述含水率发送给所述至少一个信号输出模块；
所述至少两个信号输出模块用于采用不同的信号输出方式对所述含水率进行信号输出；
其中，在理想状态下，实际介电常数与实际电容值之间的关系如下：
C＝ATC*ε (1)
式中，C为实际电容值，ATC为结构系数，ε为实际介电常数；
然而，在实际测量中，寄生电容难以避免，可以通过电容差的计算来消除寄生电容；
C＝ATC*ε+CS；C0＝ATC*ε0+CS (2)
联立可得：
ε＝(C-C0)/ATC+ε0 (3)
式中，ε0为测量管道为空时的空气介电常数，为已知，C0为空管电容值；因此，需要获得式中ATC的值才能得到实际介电常数；
由于空管电容值、满管电容值以及水的液相介电常数已知，则由(2)式可知：
CL＝ATC*εL+CS；C0＝ATC*ε0+CS (4)
联立可得：
ATC＝(CL-C0)/(εL-ε0) (5)
式中，εL为测量管道灌满水时水的液相介电常数，CL为满管电容值；
由(3)式和(5)式求得实际介电常数ε；
由此，含水率＝(ε-εs)/(εL-εs)，其中，εs为预设的固相介电常数。
2.根据权利要求1所述的非接触式在线实时水分检测仪，其特征在于，所述传感器还包括温度测量计，所述温度测量计设于测量管道内，所述采集模块还用于采集所述测量管道内流过待测液体时所述温度测量计的温度测量值，并将所述温度测量值传输至所述MCU模块；
所述MCU模块还用于在计算所述结构系数之前，根据所述温度测量值对所述液相介电常数进行校正。
3.根据权利要求2所述的非接触式在线实时水分检测仪，其特征在于，所述温度测量计为热敏电阻，所述温度测量值为热敏电阻值。
4.根据权利要求1至3任一项所述的非接触式在线实时水分检测仪，其特征在于，所述信号输出模块为三个，信号输出方式分别为电流输出、无源脉冲输出、485输出。
5.根据权利要求4所述的非接触式在线实时水分检测仪，其特征在于，所述转换器还包括近场通信模块，所述MCU模块还用于将所述含水率发送给所述近场通信模块；
所述近场通信模块用于与第三方设备建立近场通信连接，并通过所述近场通信连接对所述含水率进行信号输出。
6.根据权利要求5所述的非接触式在线实时水分检测仪，其特征在于，所述近场通信模块为蓝牙模块，所述近场通信连接为蓝牙连接。
7.根据权利要求5所述的非接触式在线实时水分检测仪，其特征在于，所述近场通信模块还用于通过所述近场通信连接接收控制指令，并将所述控制指令发送给所述MCU模块；
所述MCU模块还用于根据所述控制指令修改空管电容值和/或满管电容值。
8.根据权利要求1所述的非接触式在线实时水分检测仪，其特征在于，所述转换器还包括电源模块，所述电源模块用于对市电进行电压转换，以为所述MCU模块、采集模块和至少两个信号输出模块供电。
9.根据权利要求1所述的非接触式在线实时水分检测仪，其特征在于，所述至少两个信号输出模块对所述含水率进行信号输出时，按照预定加密算法对所述含水率进行加密。
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2251723Y (zh) * 1995-06-22 1997-04-09 大庆石油管理局油田建设设计研究院 智能化螺旋电容式油中含水检测仪
CN101839881A (zh) * 2010-04-14 2010-09-22 南京工业大学 气固两相流在线标定电容层析成像系统及在线标定方法
WO2010109317A1 (en) * 2009-03-26 2010-09-30 Pricol Limited Capacitive measurement of fuel level and dielectric constant
CN104280430A (zh) * 2014-10-14 2015-01-14 西安理工大学 一种原油含水率测量装置及测量方法
CN105158578A (zh) * 2015-08-25 2015-12-16 北京工业大学 一种基于电桥法测量生物体介电常数装置
CN107490604A (zh) * 2017-07-29 2017-12-19 安徽金大仪器有限公司 含水分析仪及利用阻抗式原理测量含水率测量方法
CN109884134A (zh) * 2019-04-03 2019-06-14 哈尔滨理工大学 一种电极式原油含水率实时检测仪

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101224362B1 (ko) * 2008-11-06 2013-01-21 노스이스턴 유니버시티 2상류의 상농도 검출 장치, 2상류의 유동 파라미터 검출 시스템 및 그 방법

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2251723Y (zh) * 1995-06-22 1997-04-09 大庆石油管理局油田建设设计研究院 智能化螺旋电容式油中含水检测仪
WO2010109317A1 (en) * 2009-03-26 2010-09-30 Pricol Limited Capacitive measurement of fuel level and dielectric constant
CN101839881A (zh) * 2010-04-14 2010-09-22 南京工业大学 气固两相流在线标定电容层析成像系统及在线标定方法
CN104280430A (zh) * 2014-10-14 2015-01-14 西安理工大学 一种原油含水率测量装置及测量方法
CN105158578A (zh) * 2015-08-25 2015-12-16 北京工业大学 一种基于电桥法测量生物体介电常数装置
CN107490604A (zh) * 2017-07-29 2017-12-19 安徽金大仪器有限公司 含水分析仪及利用阻抗式原理测量含水率测量方法
CN109884134A (zh) * 2019-04-03 2019-06-14 哈尔滨理工大学 一种电极式原油含水率实时检测仪

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