CN110987722A - 一种密度液位测量装置及其测量方法 - Google Patents

一种密度液位测量装置及其测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了密度液位测量装置及其测量方法。该测量装置包括勾形管、半导体制冷模块、第一电磁阀、第一压力表、第二压力表、液位传感器和温度传感器、进液管以及控制器，半导体制冷模块、第一电磁阀、第一压力表、第二压力表和温度传感器与控制器通信连接。所述测量方法包括将待测液体加热至预设温度值；获取第一压力表、第二压力表、液位传感器的读数；通过公式P1＝P2+ρgh，求出密度。本发明的密度液位测量装置，通过勾形管、压力表、温度传感器以及液位传感器的配合使用，同时测量待测液体的压力、温度，从而可以直接通过公式计算得出待测液体的密度，能够实时检测液体各个温度下的密度。

Description

一种密度液位测量装置及其测量方法
技术领域
本发明涉及测量仪器领域，尤其涉及一种密度液位测量装置及其 测量方法。
背景技术
密度是对特定体积内的质量的度量，密度等于物体的质量除以体 积，可以用符号ρ表示，国际单位制和中国法定计量单位中，密度的 单位为kg/m3，不论在科学、工业以及农业上物体的密度的应用多种 多样，例如鉴别物体的种类、计算物体中所含各个物质的成分、判断 土壤的肥力等，对于一些已知的物体，有密度表进行对照，但是对于 一些混合物，如混合液体，需要对其进行实际测量，测量液体密度时， 有通过密度计直接进行测量的，但是直接通过密度计测量测量的精度 不高，容易造成较大的误差。
发明内容
为解决测量误差大的技术问题，本发明提供一种密度液位测量装 置及其测量方法。
本发明采用以下技术方案实现：一种密度液位测量装置，其包括
勾形管，设置有勾形腔，所述勾形腔较低的一端封闭，而较高的 一端开口且设置有密封所述开口的密封盖，所述勾形腔内充满待测液 体；
半导体制冷模块，包裹于勾形管的外侧用于对勾形管内部的待测 液体进行加热或制冷；
第一压力表，设置于所述勾形管较低一端的顶部，其探测端伸入 所述勾形管内，用于测量所述待测液体在相应探测端上的压力P1；
第二压力表，设置于所述勾形管较高的一端的顶部，其探测端伸 入所述勾形管内，用于测量所述待测液体在相应探测端上的压力P2；
液位传感器，设置在所述勾形管的内部，用于测定所述待测液体 在较高一端相对于所述勾形管底面的液面高度h传；
多个温度传感器，均设置于所述勾形管的外侧用于检测所述勾形 管上相应位置处的温度T；
固定机构，其用于固定所述勾形管，所述固定机构包括支撑板、 第一伸缩杆和第二伸缩杆，所述第一伸缩杆固定连接在所述支撑板的 顶部，所述第二伸缩杆滑动连接于所述支撑板的顶部，所述第一伸缩 杆与第二伸缩杆顶部的相对一侧均设有连接杆，两个所述连接杆远离 所述第一伸缩杆和第二伸缩杆的一端均设有卡箍；
控制器，其用于计算所述待测液体在一个转换温度t转下的密度ρ： (1)根据多个温度T、一个预设温度t预控制所述半导体制冷模块对 所述待测液体进行加热或制冷：判断每个温度T是否与所述预设温度 t预相同，是，则控制所述半导体制冷模块停止，否则所述半导体制 冷模块稳定1-3min直至每个温度T与所述预设温度t预相同，其中， t转＝(1+f(X1))t预，式中f(X1)为勾形管的导热系数对待测液体温 度的影响函数，
Figure BDA0002312103580000031
式中，C为勾形管的导热系数 X1的标准差，C2为勾形管的导热系数X1的方差，d为勾形管的管壁厚 度；(2)根据
Figure BDA0002312103580000032
计算转换温度t转下的密度ρ，式中g是重力常 数，h是所述液位传感器测得的液面高度h传与所述勾形腔上较低一 端h低之间的高度差。
作为上述方案的进一步改进，所述支撑板的侧面设有驱动组件， 所述驱动组件包括驱动电机、传动丝杆以及传动块，所述第二伸缩杆 的下方开设有位于支撑板上且向第一伸缩杆方向延伸的导向槽，所述 传动块滑动连接于所述导向槽内部，且其顶部伸出所述导向槽并与第 二伸缩杆的底部固定连接，所述驱动电机设置于所述支撑板的侧面， 所述驱动电机的输出轴伸入所述导向槽内部且与传动丝杆的一端固 定连接，所述传动丝杆的相对另一端贯穿所述传动块并向所述第一伸 缩杆延伸至与所述支撑板的内侧壁转动连接，所述传动丝杆与所述传 动块之间螺纹连接。
作为上述方案的进一步改进，所述温度传感器有四个，且四个温 度传感器从U形管较低的一端到较高的一端均匀分布。
作为上述方案的进一步改进，所述勾形管较高的一端的侧面设置 有刻度，所述刻度的起始点与所述较低一端的端面齐平，其终点至较 高一端的端面。
作为上述方案的进一步改进，所述勾形管较高一端的侧面连通有 滤液管。
作为上述方案的进一步改进，所述勾形管的底部设有出液管，所 述出液管上设有第二电磁阀，所述第二电磁阀通过控制器控制。
作为上述方案的进一步改进，所述密度液位测量装置还包括进液 管，所述进液管的一端安装在所述密封盖上且透过所述密封盖与所述 勾形腔相通，所述进液管的另一端为待测液体输入口。
作为上述方案的进一步改进，所述进液管的管路上设置有用于控 制所述待测液体在所述进液管内流通或截止的第一电磁阀。
作为上述方案的进一步改进，所述勾形管的外侧套设有保温套。
本发明还公开了一种密度液位的测量方法，所述测量方法的具体 步骤如下：
S1：根据多个温度T、一个预设温度t预控制所述半导体制冷模块 对所述待测液体进行加热或制冷；
S2：判断每个温度T是否与所述预设温度t预相同，是，则控制 所述半导体制冷模块停止，否则所述半导体制冷模块稳定1-3min直 至每个温度T与所述预设温度t预相同，其中，t转＝(1+f(X1))t预；
S3：根据
Figure BDA0002312103580000041
计算转换温度t转下的密度ρ。
本发明的一种密度液位测量装置，通过勾形管、压力表、温度传 感器以及液位传感器的配合使用，同时测量待测液体的压力、温度以 及液位，从而可以直接通过公式计算得出待测液体的密度，能够实时 检测液体各个环境下液体的密度，针对每个环境对各个参数进行重新 测量，再得出密度，从而提高了测量精度。
通过多个温度传感器对勾形管内各个点待测液体的温度进行测 量并进行转换，提高了温度测量的精度，从而使得密度测量更加准确； 且将温度传感器设置在勾形管的外侧壁上，在测量时不会腐蚀温度传 感器，从而延长了温度传感器的使用寿命；通过半导体制冷模块对待 测液体进行温度控制，由于半导体制冷模块具有一个较大的温度范围， 能够对待测液体加工至-100-100℃，因此扩大了密度测量的范围。
附图说明
图1为本发明一种密度液位测量装置的结构示意图；
图2为本发明一种密度液位测量装置的固定机构结构示意图；
图3为图2的剖视图。
其中：1勾形管、2半导体制冷模块、3第一压力表、4第二压力 表、5进液管、6第一电磁阀、7液位传感器、8温度传感器、9控制 器、10支撑板、11第一伸缩杆、12第二伸缩杆、13连接杆、14卡 箍、15驱动组件、151驱动电机、152传动丝杆、153传动块、154 导向槽、16刻度、17滤液管、18出液管、19第二电磁阀、20显示 器。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合 附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描 述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1，本发明的密度液位测量装置，包括勾形管1、半导 体制冷模块2、第一电磁阀6、第一压力表3、第二压力表4、液位传 感器7和温度传感器8、进液管5、控制器9以及驱动组件，半导体 制冷模块2、第一电磁阀6、第一压力表3、第二压力表4、液位传感 器7和温度传感器8与控制器9通信连接。
如图1所示，勾形管1内设置有用于盛装待测液体的勾形腔，且 勾形腔的两端存在高度差，其两端均设有封口，勾形管1的外侧包裹 有半导体制冷模块2，在本发明中主要选用半导体制冷片，其主要用 于对待测液体的加热或制冷，优点是没有滑动部件，应用在一些空间 受到限制，可靠性要求高，无制冷剂污染的场合，而且可以控制液体 的加热范围-100-100℃。勾形管1的两端分别设置有第一压力表3和 第二压力表4，其中第一压力表3设置于勾形管1较低的一端(图1 中的左端)，用于测量待测液体在相应探测端上的压力P1，第二压力 表4设置于勾形管1较高的一端(图1中的右端)，测量待测液体在 相应探测端上的压力P2。勾形管1较高的一端还设置有进液管5，进 液管5上设置有第一电磁阀6，控制待测液体的进入，勾形管1的内 部还设有液位传感器7，其用于测定待测液体在较高一端相对于勾形 管1底面的液面高度h传。
在本实施例中，如图1所示，液位传感器7设置于勾形管1较高 的一端腔体的内部，其外侧壁上还设置有多个温度传感器8，检测勾 形管1上相应位置处的温度T，温度传感器8设置在其勾形管1外侧 壁上的作用为防止待测液体将温度传感器8腐蚀，或内部进水，影响其测量精度，避免了温度传感器8的损失，从而延长了其使用寿命， 降低了设备的维护成本。本实施例中温度传感器8设置为4个，且4 个温度传感器8从勾形管1较低的一端到较高的一端均匀分布，用于 检测待测液体在勾形管1内各个位置内的温度。为了防止勾形管1装不下待测液体，勾形管1较高一端的侧面设置有滤液管17，当待测 液体装满时，待测液体会从滤液管17溢出，然后通过收集箱将待测 液体进行收集，勾形管1较高一端的侧面还设置有刻度16，刻度16 的起始点与较低一端的端面齐平，其终点至较高一端的端面，这样可 以直接读出液位，增加了一种获取液位的方式，勾形管1的底部还设 置有出液管18，出液管18上设置有第二电磁阀19，方便将勾形管1 内部的液体放出，该液体可以是待测液体，也可以是清洗时的水。勾 形管1的外侧还套设有保温套，能够对整个勾形管1进行保温，降低 检测时的热量损失，提高保温效率。
如图2所示，固定机构用于固定勾形管1。固定机构包括支撑板 10、第一伸缩杆11、第二伸缩杆12、连接杆13、卡箍14以及驱动 组件15。其中支撑板10用于对整个装置进行支撑，第一伸缩杆11 与第二伸缩杆12均设置在支撑板10的顶部，其中第一伸缩杆11与 支撑板10之间固定连接，第二伸缩杆12与支撑板10之间滑动连接， 第一伸缩杆11与第二伸缩杆12顶部的相对一侧均设有连接杆13， 两个连接杆13远离第一伸缩杆11和第二伸缩杆12的一端均设有卡 箍14，其分别用于固定勾形管1较低一端和较高一端。此外为了提 高对勾形管1的抓紧力，在卡箍14的内侧设置一橡胶圈，这样还可 以降低卡箍14对勾形管1的硬性力，降低勾形管1的损害。其中两 个伸缩杆分别用于对勾形管1较低一端和较高一端进行固定，其次伸 缩杆还可以伸缩，还将第二伸缩杆12与支撑板10滑动连接，以用于 适配不同大小型号的勾形管1，提高装置的实用性。
如图3所示，驱动组件15用于驱动第二伸缩杆12在支撑板10 上滑动。驱动组件15包括驱动电机151、传动丝杆152以及传动块 153。第二伸缩杆12的下方开设有位于支撑板10上且向第一伸缩杆 11方向延伸的导向槽154，传动块153滑动连接于导向槽154内部， 且其顶部伸出导向槽154并与第二伸缩杆12的底部固定连接，通过 传动块153的移动带动第二伸缩杆12向第一伸缩杆11的方向移动。 驱动电机151设置于支撑板10的侧面，驱动电机151的输出轴伸入 导向槽154内部且与传动丝杆152的一端固定连接，传动丝杆152 的相对另一端贯穿传动块153并向第一伸缩杆11延伸至与支撑板10 的内侧壁转动连接，传动丝杆152与传动块153之间螺纹连接。通过 丝杆传动原理带动第二伸缩杆12进行移动，从而调节两个伸缩杆之 间的距离，适应对不同的勾形管1进行适配。
具体工作时，控制器9控制第一电磁阀6开启第二电磁阀18关 闭，将待测液体从进液管5放入勾形管1内部，放至勾形管1右端的 水位超出左端的水位即可。然后关闭第一电磁阀6停止放入待测液体， 根据多个温度传感器8的显示温度T、一个预设温度t预控制半导体 制冷模块2对待测液体进行加热或制冷：判断每个温度T是否与预设 温度t预相同，是，则控制半导体制冷模块停止，否则半导体制冷模 块2稳定1-3min直至每个温度T与预设温度t预相同，其中， t转＝(1+f(X1))t预，式中f(X1)为勾形管1的导热系数对待测液体 温度的影响函数，
Figure BDA0002312103580000091
式中，C为勾形管1的导热 系数X1的标准差，C2为勾形管1的导热系数X1的方差，d为勾形管1 的管壁厚度；(2)根据
Figure BDA0002312103580000092
计算转换温度t转下的密度ρ，式中g 是重力常数，h是液位传感器7测得的液面高度h传与勾形腔上较低 一端h低之间的高度差，即h＝h传-h低。
控制器9记录加热时间，并显示在显示器20上。为了更加直观、 清楚的显示，显示器20采用液晶显示器，显示器20上可显示各个温 度传感器8的信号值、各个压力表的信号值、液位传感器7的信号值 h传、转换后的温度值、以及勾形管1自身的参数，例如左端的高度h 低，以及右端的高度h高，当液位传感器7不工作时，还可以通过刻度 11读取读数，然后通过控制器9上的键盘进行输入，最后通过公式 P1＝P2+ρgh，推出
Figure BDA0002312103580000093
计算出密度即可。式中g为重力常数，这 里取9.8N/kg，h是液位传感器7测得的液面高度h传与勾形腔上较低 一端h低之间的高度差；即h＝h传-h低。
本实施例中还公开了一种密度液位测量装置的测量方法，其测量 方法如下：
a：根据多个温度T、一个预设温度t预控制半导体制冷模块2对 待测液体进行加热或制冷。
b：判断每个温度T是否与预设温度t预相同，是，则控制半导体 制冷模块2停止，否则半导体制冷模块稳定1-3min直至每个温度T 与预设温度t预相同，其中，t转＝(1+f(X1))t预，式中f(X1)为勾形 管1的导热系数X1对待测液体温度的影响函数，
Figure BDA0002312103580000101
式中：C为勾形管1导热系数X1的标准差，C2为勾形管1导热系数 X1的方差，d为勾形管1的厚度，t预为预设温度值。
c：根据
Figure BDA0002312103580000102
计算转换温度t转下的密度ρ。
式中：g为重力常数9.8N/kg，h是液位传感器7测得的液面高度 h传与勾形腔上较低一端h低之间的高度差，即h＝h传-h低。
从上式可得出
Figure BDA0002312103580000103
由于右边均为已知值，因此可以得 到所测的密度值。
需要说明的时，在本发明中，不仅可以通过对预设温度传感器8 的温度信号来对温度进行转换，而且还可以预设待测液体的温度，然 后根据t转＝(1-f(X1))t预来计算出温度传感器8的温度值，然后通 过控制器9控制半导体制冷模块2工作，多个温度传感器8测得的温 度T等于t转。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明， 凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等， 均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种密度液位测量装置，其特征在于，其包括：
勾形管，设置有勾形腔，所述勾形腔较低的一端封闭，而较高的一端开口且设置有密封所述开口的密封盖，所述勾形腔内充满待测液体；
半导体制冷模块，包裹于勾形管的外侧用于对勾形管内部的待测液体进行加热或制冷；
第一压力表，设置于所述勾形管较低一端的顶部，其探测端伸入所述勾形管内，用于测量所述待测液体在相应探测端上的压力P1；
第二压力表，设置于所述勾形管较高的一端的顶部，其探测端伸入所述勾形管内，用于测量所述待测液体在相应探测端上的压力P2；
液位传感器，设置在所述勾形管的内部，用于测定所述待测液体在较高一端相对于所述勾形管底面的液面高度h传；
多个温度传感器，均设置于所述勾形管的外侧用于检测所述勾形管上相应位置处的温度；
固定机构，其用于固定所述勾形管，所述固定机构包括支撑板、第一伸缩杆和第二伸缩杆，所述第一伸缩杆固定连接在所述支撑板的顶部，所述第二伸缩杆滑动连接于所述支撑板的顶部，所述第一伸缩杆与第二伸缩杆顶部的相对一侧均设有连接杆，两个所述连接杆远离所述第一伸缩杆和第二伸缩杆的一端均设有卡箍；以及
控制器，其用于计算所述待测液体在一个转换温度t转下的密度ρ：(1)根据多个温度、一个预设温度t预控制所述半导体制冷模块对所述待测液体进行加热或制冷：判断每个温度是否与所述预设温度t预相同，是，则控制所述半导体制冷模块停止，否则所述半导体制冷模块稳定1-3min直至每个温度与所述预设温度t预相同，其中，t转＝(1+f(X1))t预，式中f(X1)为勾形管的导热系数对待测液体温度的影响函数，
Figure FDA0002312103570000021
式中，C为勾形管的导热系数X1的标准差，C2为勾形管的导热系数X1的方差，d为勾形管的管壁厚度；(2)根据
Figure FDA0002312103570000022
计算转换温度t转下的密度ρ，式中g是重力常数，h是所述液位传感器测得的液面高度h传与所述勾形腔上较低一端h低之间的高度差。
2.如权利要求1所述的密度液位测量装置，其特征在于：所述支撑板的侧面设有驱动组件，所述驱动组件包括驱动电机、传动丝杆以及传动块，所述第二伸缩杆的下方开设有位于支撑板上且向第一伸缩杆方向延伸的导向槽，所述传动块滑动连接于所述导向槽内部，且其顶部伸出所述导向槽并与第二伸缩杆的底部固定连接，所述驱动电机设置于所述支撑板的侧面，所述驱动电机的输出轴伸入所述导向槽内部且与传动丝杆的一端固定连接，所述传动丝杆的相对另一端贯穿所述传动块并向所述第一伸缩杆延伸至与所述支撑板的内侧壁转动连接，所述传动丝杆与所述传动块之间螺纹连接。
3.如权利要求1所述的密度液位测量装置，其特征在于：所述温度传感器有四个，且四个温度传感器从勾形管较低的一端到较高的一端均匀分布。
4.如权利要求1所述的密度液位测量装置，其特征在于：所述勾形管较高的一端的侧面设置有刻度，所述刻度的起始点与所述较低一端的端面齐平，其终点至较高一端的端面。
5.如权利要求1所述的密度液位测量装置，其特征在于：所述勾形管较高一端的侧面连通有滤液管。
6.如权利要求1所述的密度液位测量装置，其特征在于：所述勾形管的底部设有出液管，所述出液管上设有第二电磁阀，所述第二电磁阀通过控制器控制。
7.如权利要求1所述的密度液位测量装置，其特征在于：所述密度液位测量装置还包括进液管，所述进液管的一端安装在所述密封盖上且透过所述密封盖与所述勾形腔相通，所述进液管的另一端为待测液体输入口。
8.如权利要求7所述的密度液位测量装置，其特征在于：所述进液管的管路上设置有用于控制所述待测液体在所述进液管内流通或截止的第一电磁阀。
9.一种如权利要求1所述的密度液位测量装置，其特征在于：所述勾形管的外侧套设有保温套。
10.一种如权利要求1-9中任一项所述的密度液位测量装置的测量方法，其特征在于：所述测量方法的具体步骤如下：
S1：根据多个温度T、一个预设温度t预控制所述半导体制冷模块对所述待测液体进行加热或制冷；
S2：判断每个温度T是否与所述预设温度t预相同，是，则控制所述半导体制冷模块停止，否则所述半导体制冷模块稳定1-3min直至每个温度T与所述预设温度t预相同，其中，t转＝(1+f(X1))t预；
S3：根据
Figure FDA0002312103570000041
计算转换温度t转下的密度ρ。
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