CN111257167A - 一种利用拉力传感器的智能波美比重测量装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用拉力传感器的智能波美比重测量装置，包括外壳系统、拉力系统和智能系统，所述外壳系统的上侧安装有智能系统，所述外壳系统的下侧设置有拉力系统。该利用拉力传感器的智能波美比重测量装置和方法，不采用玻璃材料不易破碎，无需观察刻度，不怕因污染而无法读取数据；由于引了拉力传感器使其量程范围较广，可测各种不同密度的液体；不受容器大小的影响，无需取样，直接放入大容器，方便使用；不受液面的波动影响，测量时间较短；采用拉力传感器，使测量精度大大地提高；直接数码显示，减少人为误差，还可为自动控制提供实时信息。
Description
技术领域
本发明涉及工业应用技术领域，具体为一种利用拉力传感器的智能波美比重测量装置和方法。
背景技术
在现代科研、检测和企业生产，常需要对各种各样的溶液进行测量。如企业生产的浓缩检测、配制各种不同浓度溶液的，区分各种不同浓度废水溶液加以处理和利用等，都可以利用比重计快速获取数据信息。
比重计是根据阿基米德定律和物体浮在液面上平衡的条件制成的，是测定液体密度的一种仪器。
目前常用的比重计玻璃刻度为多，其中使用最多的就是波美比重计，波美比重计是以波美度为单位来测量溶液浓度、密度的方法。波美度是表示溶液浓度的一种方法，是法国化学家波美命名，用于测量比水重的液体，以20℃为标准，在蒸馏水中为0°Be；在15％氯化钠溶液中为15°Be。对刻度进行等分往下刻度值越大；另一种叫轻表，用于测量比水轻的液体，以浮在纯水中示值定为0，对刻度等分。
但是传统的波美比重计存在着如下缺点：
1）为玻璃产品，使用时常浸在被测液中，比重计易碎甚至污染不能读取数据。
2）测量容液的量程受限，被测液是一种未知密度的液体时，选取不合适量程的比重计会造成无法测。
3）需要水平读取数据，在较容量、容器读数读取数据困难，需要取样到小容量方可从水平面读数据，不方便。
4）由于液面的波动需要长时间等待液面静止方可读取，测量时间较长。
5）刻度读取精度比较粗糙，读取的数据精度低。
6）读取时需要人工读取，读取中易产生人为误差，不能为实现自动控制提供实时信息。
针对上述计数缺陷一种比重计，去解决以上问题，很有实际意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用拉力传感器的智能波美比重测量装置和方法，针对在现代科研、检测和企业生产，解决目前通常都使用波美比重计存在的不足。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种利用拉力传感器的智能波美比重测量装置，包括外壳系统、拉力系统和智能系统，所述外壳系统的上侧安装有智能系统，所述外壳系统的下侧设置有拉力系统。
优选的，所述外壳系统包括测量段和浮体段，所述浮体段位于测量段的上端内部。
优选的，所述拉力系统包括吊线、浮子和吊锤，所述吊线的下端连接有浮子，且浮子的下侧设置有吊锤，所述浮子为聚乙烯材料制成，所述吊锤为不锈钢金属材料制成。
优选的，所述智能系统包括支架、拉力传感器、智能模块和温度传感器，所述支架的上方安装有智能模块，且智能模块的下侧连接有拉力传感器，并且拉力传感器位于支架的下方中心位置，所述拉力传感器与穿过通孔A的吊线相连接。
优选的，所述测量段包括沉锤和进出口，所述沉锤位于测量段的底部，且沉锤的中间开设有进出口，所述沉锤的外形为锥形，且沉锤为不锈钢金属材料制成。
优选的，所述浮体段为聚乙烯材料制成，且浮体段中间开设有通孔A。
优选的，所述智能模块面板上设置有显示屏和按键，所述智能模块内部集成了单片机、AD数模转换模块串口蓝牙模块，所述温度传感器安装在浮体段底部，且温度传感器通过通孔A与智能模块电信号线连接。
一种利用拉力传感器的智能波美比重测量方法，包括如下步骤：
1）开机
第一步：按下按键的开机键A（NO/OFF）键第一次开机。
2）选择工作方式后，内部程序执行如下：
第二步：选择按下按键的C键（静态采集）、D键（动态采集）、E键（静态联机采集）、F键（动态联机采集）其中一个。
3）获取待测液的拉力Fn值，
第三步：在60秒内，迅速将测量装置浸入待测液中。
第四步：当C、D、E、F键其中一被按下时，智能模块的单片机内部程序，延时120秒后通过拉力传感器读取拉力F值，并付值Fn（Fn=F）。
4）计算待测液的波美度ρ0
第五步：获取Fn值后，程序由公式（4）计算出待测液波美度ρ0：
ρ0为待测液波美度，Fn为拉力Fn值，Kp为波美度标准常数
5）获取测量时温度Tn
第六步：程序计算待测液的波美度ρ0后，智能模块的单片机通过温度传感器读取温度T0值，并付值Tn（Tn=T0）值。
6）波美度转换密度D
第七步：程序付值Tn后，智能模块的单片机，程序由公式（5）计算出待测液体密度D：
7）显示ρ0、Tn、D值
第八步：单片机计算完成后自动将ρ0、Tn、D值发送到显示屏显示出来。
第九步：如果按下的是E、F键，单片机会自动通过蓝牙模块将ρ0、Tn、D值通过蓝牙模块输出数据。
第十步：如果按下的是D、F键，单片机会自动返回第四步开始循环执行。
7）关机
第九步：按下按键的开关键F（NO/OFF）键第二次关机。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：该利用拉力传感器的智能波美比重测量装置和方法；
1）不采用玻璃材料不易破碎，无需观察刻度，不怕因污染而无法读取数据；
2）由于引了拉力传感器使其量程范围较广，可测各种不同密度的液体；
3）不受容器大小的影响，无需取样，直接放入大容器，方便使用；
4）不受液面的波动影响，测量时间较短；
5）采用拉力传感器，使测量精度大大地提高；
6）直接数码显示，减少人为误差，还可为自动控制提供实时信息。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图；
图2为本发明外壳系统结构示意图；
图3为本发明拉力系统结构示意图；
图4为本发明智能系统结构示意图；
图5为本发明拉力系统受力分析示意图；
图6为本发明智能系统原理示意框图；
图7为本发明主剖结构示意图。
图中：1、外壳系统；11、测量段；111、沉锤；112、进出口；12、浮体段；121、通孔A；2、拉力系统；21、吊线；22、浮子；23、吊锤；3、智能系统；31、支架；32、拉力传感器；33、智能模块；331、显示屏；332、按键；34、温度传感器。
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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。
请参阅图1-7，本发明提供一种技术方案：一种利用拉力传感器的智能波美比重测量装置，如图1和图7所示，包括外壳系统1、拉力系统2和智能系统3，外壳系统1的上侧安装有智能系统3，外壳系统1的下侧设置有拉力系统2。
如图2所示，外壳系统1包括测量段11和浮体段12，浮体段12位于测量段11的上端内部，测量段11包括沉锤111和进出口112，沉锤111位于测量段11的底部，且沉锤111的中间开设有进出口112，沉锤111的外形为锥形，且沉锤111为不锈钢金属材料制成，浮体段12为聚乙烯材料制成，且浮体段12中间开设有通孔A121。
如图3所示，拉力系统2包括吊线21、浮子22和吊锤23，吊线21的下端连接有浮子22，且浮子22的下侧设置有吊锤23，浮子22为聚乙烯材料制成，吊锤23为不锈钢金属材料制成。
如图4所示，智能系统3包括支架31、拉力传感器32、智能模块33和温度传感器34，支架31的上方安装有智能模块33，且智能模块33的下侧连接有拉力传感器32，并且拉力传感器32位于支架31的下方中心位置，拉力传感器32与穿过通孔A121的吊线21相连接，智能模块33面板上设置有显示屏331和按键332，智能模块33内部集成了单片机、AD数模转换模块串口蓝牙模块，温度传感器34安装在浮体段12底部，且温度传感器34通过通孔A121与智能模块33电信号线连接。
外壳系统1结构原理如下：
沉锤111呈锥形和浮体段12结构使测量装置形成上轻下重下部结构，有以下优点：
1）使得测量仪器能垂直悬于待测量液中。
2）测量段11较重，居下方会完全浸入待测液中。
3）浮体段12较轻，底部沉浸到待测液，当下沉到重量与浮力相平衡时就不再下沉，而悬浮于待测液中，使得温度传感器34完全浸入待测液中。
测量装置放入待测液中时，待测液由进出口112自动进入，取出测量装置时，待测液由进出口112自动流出，使用方便无需要从大池取样到小容器中测量。
拉力系统2结构原理如下特点：
拉力系统2受力分析如图5所示，得到公式：
F为拉力系统2的拉力，Fg为拉力系统2的重力，Fl为拉力系统2的浮力。
吊线21将吊锤23吊置于测量段11中空间，使测量装置浸到待测液时，悬吊于待测液中间。
吊锤23较重并成锥形，使得吊锤23能够垂直吊拉于拉力传感器32保持测量的准确性。
浮子22用于增大拉力系统2的体积，使所受的浮力增大，提高测量的精度。
智能系统3原理框如图6所示。
获取该测量装置初始化或维护的波美度标准参数常量Kp，其操作步骤如下：
注1：只仅为该测量装置第一次使用时初始化和维护较准时做此操作，平常使用无需进行该操作。
1）准备
第一步：在实验室将准备好的蒸馏水和15％氯化钠溶液作为标准检测液。
第二步：在实验室将蒸馏水和15％氯化钠溶液，恒度到20℃。
2）开机
第三步：打开电源开关，并按下按键332的开关键A（NO/OFF）键第一次开机。
3）获取拉力系统2的重力Fg的值。
第四步：按下按键332的较准键B键第一次。
第五步：在60秒内，迅速将测量装置重直放置在平面空气中，在180秒后方可移动和执行下一步。
当B键第一次被按下时，智能模块33的单片机将内部程序，延时120秒后通过拉力传感器32读取拉力F值，并付值Fg（Fg=F）。
注2：此二步的作用是使按下按键332后60秒时间为人工操作放装置时间，60秒摆放后装置自我稳定的时间，60秒为保证程序的运行后的时间。
4）获取蒸馏水中的拉力F0
第六步：按下B键第二次时。
第七步：在60秒内，迅速将测量装置浸入蒸馏水中。
当B键第二次被按下时，智能模块33的单片机将内部程序，延时120秒后通过拉力传感器32读取拉力F值，并付值F0（F0=F）。
第八步：在180秒后方可将测量装置取出蒸馏水。
注3：与注2同理。
5）获取15％氯化钠溶液中的拉力F15
第九步：按下B键第三次时。
第十步：在60秒内，迅速将测量装置浸入15％氯化钠溶液中。
当B键第三次被按下时，智能模块33的单片机将内部程序，延时120秒后通过拉力传感器32读取信息，并付值F15（F15=F）。
第十一步：在180秒后放可将测量装置取出氯化钠溶液。
注4：与注2同理。
6）计算波美度标准常数Kp，并在显示屏331显示。
第十二步：完成第十一步后，按下B键第四次时计算Kp，并在显示屏331显示。
当B键第四次被按下时，智能模块（33）的单片机由公式（2）计算出Kp：
Kp为波美度标准常数，Fg为拉力系统2的重力，F0为蒸馏水中的拉力，F15为15％氯化钠溶液中的拉力。
单片机计算完成后自动将信息发送到显示屏331显示出来。
7）保存常量Fg和Kp。
第十三步：在显示出Kp值后，按下B键第五次
当B键第五次被按下时，把Fg和Kp值保存到单片机内部EEPROM里作为常量。
8）关机
第十四步：按下按键332的开关键F（NO/OFF）键第二次关机。
使用测量装置进行测量，其可以分为静态采集、动态采集、静态联机采集，动态联机采集四种工作方式，其各实施操作步骤如下：
1）开机
第一步：按下按键332的开机键A（NO/OFF）键第一次开机。
2）选择工作方式后，内部程序执行如下：
第二步：选择按下按键332的C键（静态采集）、D键（动态采集）、E键（静态联机采集）、F键（动态联机采集）其中一个。
3）获取待测液的拉力Fn值，
第三步：在60秒内，迅速将测量装置浸入待测液中。
第四步：当C、D、E、F键其中一被按下时，智能模块33的单片机内部程序，延时120秒后通过拉力传感器32读取拉力F值，并付值Fn（Fn=F）。
4）计算待测液的波美度ρ0
第五步：获取Fn值后，程序由公式（4）计算出待测液波美度ρ0：
ρ0为待测液波美度，Fn为拉力Fn值，Kp为波美度标准常数
5）获取测量时温度Tn
第六步：程序计算待测液的波美度ρ0后，智能模块33的单片机通过温度传感器34读取温度T0值，并付值Tn（Tn=T0）值。
6）波美度转换密度D
第七步：程序付值Tn后，智能模块33的单片机，程序由公式（5）计算出待测液体密度D：
7）显示ρ0、Tn、D值
第八步：单片机计算完成后自动将ρ0、Tn、D值发送到显示屏331显示出来。
第九步：如果按下的是E、F键，单片机会自动通过蓝牙模块将ρ0、Tn、D值通过蓝牙模块输出数据。
第十步：如果按下的是D、F键，单片机会自动返回第四步开始循环执行。
7）关机
第九步：按下按键332的开关键F（NO/OFF）键第二次关机。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例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同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种利用拉力传感器的智能波美比重测量装置，包括外壳系统（1）、拉力系统（2）和智能系统（3），其特征在于：所述外壳系统（1）的上侧安装有智能系统（3），所述外壳系统（1）的下侧设置有拉力系统（2）。
2.根据权利要求1所述的一种利用拉力传感器的智能波美比重测量装置，其特征在于：所述外壳系统（1）包括测量段（11）和浮体段（12），所述浮体段（12）位于测量段（11）的上端内部。
3.根据权利要求1所述的一种利用拉力传感器的智能波美比重测量装置，其特征在于：所述拉力系统（2）包括吊线（21）、浮子（22）和吊锤（23），所述吊线（21）的下端连接有浮子（22），且浮子（22）的下侧设置有吊锤（23），所述浮子（22）为聚乙烯材料制成，所述吊锤（23）为不锈钢金属材料制成。
4.根据权利要求2所述的一种利用拉力传感器的智能波美比重测量装置，其特征在于：所述智能系统（3）包括支架（31）、拉力传感器（32）、智能模块（33）和温度传感器（34），所述支架（31）的上方安装有智能模块（33），且智能模块（33）的下侧连接有拉力传感器（32），并且拉力传感器（32）位于支架（31）的下方中心位置，所述拉力传感器（32）与穿过通孔A（121）的吊线（21）相连接。
5.根据权利要求2所述的一种利用拉力传感器的智能波美比重测量装置，其特征在于：所述测量段（11）包括沉锤（111）和进出口（112），所述沉锤（111）位于测量段（11）的底部，且沉锤（111）的中间开设有进出口（112），所述沉锤（111）的外形为锥形，且沉锤（111）为不锈钢金属材料制成。
6.根据权利要求2所述的一种利用拉力传感器的智能波美比重测量装置，其特征在于：所述浮体段（12）为聚乙烯材料制成，且浮体段（12）中间开设有通孔A（121）。
7.根据权利要求4所述的一种利用拉力传感器的智能波美比重测量装置，其特征在于：所述智能模块（33）面板上设置有显示屏（331）和按键（332），所述智能模块（33）内部集成了单片机、AD数模转换模块串口蓝牙模块，所述温度传感器（34）安装在浮体段（12）底部，且温度传感器（34）通过通孔A（121）与智能模块（33）电信号线连接。
8.一种利用拉力传感器的智能波美比重测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）开机
第一步：按下按键（332）的开机键A（NO/OFF）键第一次开机；
2）选择工作方式后，内部程序执行如下：
第二步：选择按下按键（332）的C键（静态采集）、D键（动态采集）、E键（静态联机采集）、F键（动态联机采集）其中一个；
3）获取待测液的拉力Fn值，
第三步：在60秒内，迅速将测量装置浸入待测液中；
第四步：当C、D、E、F键其中一被按下时，智能模块（33）的单片机内部程序，延时120秒后通过拉力传感器（32）读取拉力F值，并付值Fn（Fn=F）；
4）计算待测液的波美度ρ0
第五步：获取Fn值后，程序由公式（4）计算出待测液波美度ρ0：
ρ0为待测液波美度，Fn为拉力Fn值，Kp为波美度标准常数
5）获取测量时温度Tn
第六步：程序计算待测液的波美度ρ0后，智能模块（33）的单片机通过温度传感器（34）读取温度T0值，并付值Tn（Tn=T0）值；
6）波美度转换密度D
第七步：程序付值Tn后，智能模块（33）的单片机，程序由公式（5）计算出待测液体密度D：
7）显示ρ0、Tn、D值
第八步：单片机计算完成后自动将ρ0、Tn、D值发送到显示屏（331）显示出来；
第九步：如果按下的是E、F键，单片机会自动通过蓝牙模块将ρ0、Tn、D值通过蓝牙模块输出数据；
第十步：如果按下的是D、F键，单片机会自动返回第四步开始循环执行；
7）关机
第九步：按下按键（332）的开关键F（NO/OFF）键第二次关机。
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