CN113237526B - 一种非接触式液体体积和质量自动测量装置及测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于液体物理参数测量技术领域，具体涉及一种非接触式液体体积和质量自动测量装置，装置包括：测量载体、平行板电容器、压力传感器、主控电路模块；测量方法包括在所述微处理器内建立并存储X种样品液体的体积与电容之间的X条第一函数关系式，具体如下：选择样品液体的种类、分别测量每种样品液体的Y种不同体积对应的Y项电容值、获取每种样品液体的第一函数关系式、选择样品液体、测量所选样品液体的Z种不同质量对应的Z项电阻值、获取所选样品液体的第二函数关系式；测量待测液体的体积和质量，具体如下：归零处理、选取对应第一函数关系式、获取待测液体的体积和质量。本发明结构简单、测量精度高可避免不同液体切换带来的交叉污染。
Description
技术领域
本发明属于液体物理参数测量技术领域，具体涉及一种非接触式液体体积和质量自动测量装置及测量方法。
背景技术
随着科学技术的发展，在工业和日常生活中，人们对于传感器的要求越来越高，无论是在精度、响应速度还是成本方面，均提出了较高要求。通过综合比较，电容传感器的优越性也突显出来。
液体各个基本参数的测量是生物化学及其他工科领域实验环节重要组成部分，也可为工业发展以及社会生产建设提供资料服务。液体测量是科研与生产中最频繁的测量项目之一，广泛应用于气象、水文、生化等专业，为各实验进行分析、决策提供重要数据。非接触式测量是一种在测量物体的物理属性时，测量仪器不与被测物体直接接触的测量方式。由于非接触式测量具有高效、方便、卫生等优点，非接触式测量已经成为了大部分测量仪器的首选测量方案。但由于现有仪器自身存在质量问题或者是由于仪器使用人员对仪器的基本结构、性能、工作原理和日常维护等方面的知识了解得不够，非接触式测量往往有很大的误差。
发明内容
本发明提供一种非接触式液体体积和质量自动测量装置及测量方法，结构简单、测量方便、测量精度高且可实现液体的非接触式测量，避免不同液体切换带来的交叉污染。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种非接触式液体体积和质量自动测量装置，包括：
测量载体，所述测量载体呈柱状杯体，其侧壁为双层中空结构，其底部设置有底座；
平行板电容器，所述平行板电容器为两块相对布置于所述双层中空结构内的电容极板；
压力传感器，所述压力传感器设置于所述底座上；
主控电路模块，所述主控电路模块包括电容转换电路、压力转换电路和微处理器；
所述电容转换电路用于接收所述平行板电容器采集到的实测电容信号且将其转换为数字电容信号并传递至所述微处理器；
所述压力转换电路用于接收所述压力传感器采集到的电阻信号且将其转换为电压信号并传递至所述微处理器；
所述微处理器分别与所述电容转换电路和所述压力转换电路电性连接。
作为本发明的进一步优选，所述测量载体侧壁的横截面包括圆形、矩形、椭圆形、平行四边形、六边形、八边形。
作为本发明的进一步优选，所述底座内部为空腔，所述主控电路模块布置在所述空腔内。
作为本发明的进一步优选，还包括电源和显示模块，所述电源设置于所述空腔内，且与所述主控电路模块连接，所述主控电路模块与所述显示模块连接，所述显示模块包括显示屏，所述显示屏朝向外部环境设置于所述底座侧壁上。
作为本发明的进一步优选，所述电容极板包括柔性PCB基板、铜箔金属箔以及金属导线，所述柔性PCB基板沿所述测量载体侧壁轴向设置，所述铜箔金属箔部分附着于所述柔性PCB基板表面，所述柔性PCB基板通过所述金属导线与所述主控电路模块连接。
作为本发明的进一步优选，所述压力传感器采用薄膜电阻式压力传感器，所述薄膜电阻式压力传感器附着在所述底座顶面上。
作为本发明的进一步优选，还包括用于承载待测液体的承载容器，所述承载容器置于所述测量载体内部，所述承载容器的外壁与所述测量载体的内壁相贴合。
还提供了一种非接触式液体体积和质量自动测量方法，具体步骤如下：
步骤S1、在所述微处理器内建立并存储X种样品液体的体积与电容之间的X条第一函数关系式，具体建立方法，包括如下步骤：
S1-1、选择样品液体的种类：
将实验室中X种不同种类的常用液体作为样品液体的X种种类；
S1-2、分别测量每种样品液体的Y种不同体积对应的Y项电容值：
依次将X种样品液体分别置于放置在所述测量载体内部的所述承载容器内，向所述承载容器中缓慢注入预设初始体积的样品液体，所述平行板电容器测量所述测量载体内的样品液体的电容值，记录所述显示屏上显示的预设初始体积对应的电容值；
依次加入Y-1次同等体积的样品液体，并依次分别记录对应的电容值，从而得出每种样品液体的Y种不同体积对应的Y项电容值；
S1-3、获取每种样品液体的第一函数关系式：
将每种样品液体的Y种不同体积与Y种不同体积对应的Y项电容值通过线性回归方式拟合Y项电容值与Y种不同体积样品液体的函数关系，从而获取每种样品液体的第一函数关系式；
步骤S2、在所述微处理器内建立并存储样品液体的质量与电阻之间的第二函数关系式，具体建立方法，包括如下步骤：
S2-1、选择样品液体：
从步骤S1-1中的X种样品液体中选择任意一种样品液体；
S2-2、测量所选样品液体的Z种不同质量对应的Z项电阻值：
依次将所选样品液体置于放置在所述测量载体内部的所述承载容器内，向所述承载容器中缓慢注入预设初始质量的所选样品液体，所述压力传感器测量所述测量载体内的样品液体的电阻值，记录所述显示屏上显示的预设初始质量对应的电阻值；
依次加入Z-1次不同质量的所选样品液体，并依次分别记录对应的电阻值，从而得出所选样品液体的Z种不同质量对应的Z项电阻值；
S2-3、获取所选样品液体的第二函数关系式：
将所选样品液体的Z种不同质量与Z种不同质量对应的Z项电阻值通过线性回归方式拟合Z项电阻值与Z种不同质量所选样品液体的函数关系，从而获取所选样品液体的第二函数关系式；
步骤3、测量待测液体的体积和质量，具体包括步骤如下：
S3-1、归零处理：
将所述承载容器置于所述测量载体内部，然后将所述显示屏上显示的数据归零；
S3-2、选取对应第一函数关系式：
确定待测液体种类，从所述微处理器中选取对应待测液体种类的第一函数关系式；
S3-3、获取待测液体的体积和质量：
将待测液体缓慢注入所述承载容器中，所述平行板电容器测量注入所述承载容器中的待测液体电容值，所述微处理器将所述电容值带入步骤S3-2中选取的第一函数关系式，得到对应的体积值并在所述显示屏上显示；同时所述压力传感器测量注入所述承载容器中的待测液体的电阻值，所述微处理器将所述电阻值带入步骤S2-3中获取的第二函数关系式，得到对应的质量值并在所述显示屏上显示。
作为本发明的进一步优选，X、Y以及Z均为自然数，且X≥10，Y>5，Z>5。
作为本发明的进一步优选，步骤S1-1中所述常用液体包括水、大豆油、75％酒精、饱和氯化钠溶液、饱和硫酸铜溶液、碘液、36％盐酸、丙酮、苯、汽油。
通过以上技术方案，相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明利用平行板电容器电容介质改变造成两电容极板间电容量的变化测量液体的体积，利用薄膜电阻式压力传感器及数据转换电路获得液体质量，采用低功耗微处理器作为主控单元。相比边缘电容传感器，本发明所公开的自动测量装置结构简单、测量方便、测量精度高且可实现液体的非接触式测量，避免不同液体切换带来的交叉污染。
本发明采用柔性PCB制成的电容极板进行电容量的采集，采用电容数字转换芯片读取电容数据,具有良好的抗电磁干扰性能，即使在高噪声环境下也能保持稳定的性能。
本方案采用柔性PCB作为平行板电容器极板，在使用时紧密安装于液体容器载体空心夹层内，可以有效消除空气对系统的测量影响。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是现有技术中的边缘电容传感器的结构示意图；
图2是本发明的侧壁横截面为圆形时结构示意图；
图3是本发明的侧壁横截面为椭圆形时结构示意图；
图4是本发明的侧壁横截面为正方形时结构示意图；
图5是本发明的电路框架示意图；
图6是本发明的平行板电容器的结构示意图；
图7是本发明的压力传感器的结构示意图；
图8是本发明的待测液体为纯水时所测的实验参数；
图9是本发明的待测液体为大豆油时所测的实验参数；
图10是本发明的待测液体为75％酒精时所测的实验参数；
图11是本发明的待测液体为饱和氯化钠溶液时所测的实验参数；
图12是本发明的待测液体为饱和硫酸铜溶液时所测的实验参数；
图13是本发明的待测液体为碘液时所测的实验参数；
图14是本发明的待测液体为36％盐酸时所测的实验参数；
图15是本发明的待测液体为丙酮时所测的实验参数；
图16是本发明的待测液体为苯时所测的实验参数；
图17是本发明的待测液体为汽油时所测的实验参数；
图18是本发明的获得第二函数关系式时所测的实验参数。
图中：1、测量载体；2、平行板电容器；3、压力传感器；4、主控电路模块；5、显示模块；6、电源；7、柔性PCB基板；8、金属箔；9、金属导线。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1所示，现有的电容传感非接触式液体测量装置多数利用电容的边缘效应进行测量，其中，边缘电容传感器由激励极板与接收极板构成，极板间由接地屏蔽层隔离，通过激励极板与接收极板间形成的电场变化进行测量。该方案的激励信号在穿透深度、信号强度方面受多种外部因素影响过大，直接影响系统信噪比；在实施时需要较大的空间，由于极板间开放空间较大，易受外部因素的干扰，尤其对潮湿环境的灵敏度过高。并且使用该技术需要不稳定、高阻抗的电路，在具体实施时具有较高难度；同时非接触式液体测量装置本身具有测量不精确的缺陷，需要一种能实现简洁方便并能进一步减小误差的非接触式液体测量装置。
实施例1
本实施例提供一种优选实施方案，如图2至图7所示，一种非接触式液体体积和质量自动测量装置，包括测量载体1、平行板电容器2、压力传感器3、主控电路模块4、电源6、显示模块5、承载容器，其中：
测量载体1呈顶部敞口、底部封闭的柱状杯体，测量载体1侧壁为双层中空结构，测量载体1侧壁的横截面包括但不限于圆形、矩形、椭圆形、平行四边形、六边形、八边形。测量载体1底部设置有底座，底座内部为空腔，测量载体1底部空腔容纳压力传感器3、主控电路模块4以及电源6。
平行板电容器2为两块相对布置于双层中空结构内的电容极板，可通过胶水进行固定。电容极板包括柔性PCB基板7、金属箔8以及金属导线9，柔性PCB基板7沿测量载体1侧壁轴向设置；金属箔8部分附着于柔性PCB基板7表面，具体可采用腐蚀或者电镀工艺，柔性PCB基板7一端引出金属导线9，通过金属导线9与空腔内的主控电路模块4连接。金属箔8可采用铜箔、铁箔、铝箔等，经过实验对比，铜箔对于铁箔、铝箔电容量变化范围大，更易于后期数据的处理，实施例中优选铜箔。值得注意的是，在柔性PCB板表面铺设金属箔8时，注意避开靠近金属导线9区域，以避免金属导线9对实际测量产生影响。电容器极板采用柔性PCB制作，在保证测量精度的前提下有效地消除了极板间空气带来的测量误差。
压力传感器3采用薄膜电阻式压力传感器，薄膜电阻式压力传感器附着在底座顶面上，薄膜电阻式压力传感器的输出端与主控电路模块4相连。测量时压力传感器3与承载待测液体的承载容器相接触，用于获得所测液体的质量数据。
主控电路模块4位于底座的空腔内，与压力传感器3、平行板电容器2与显示模块5相连。主控电路模块4用于接收平行板电容器2采集到的实测电容信号和压力传感器3采集到的电阻信号，并通过预先存储的函数关系计算待测液体的体积和质量。主控电路模块4包括电容转换电路、压力转换电路和具有若干输入端的微处理器，电容转换电路用于接收平行板电容器2采集到的实测电容信号且将其转换为数字电容信号并传递至微处理器；压力转换电路用于接收压力传感器3采集到的电阻信号且将其转换为电压信号并传递至微处理器。电容转换电路的输入端连接平行板电容器2，电容转换电路的输出端与微处理器的一个输入端连接；压力转换电路的输入端连接压力传感器3，压力转换电路输出端与微处理器的另一个输入端连接；微处理器的输出端连接显示模块5。
微处理器内部预先建立并存储的X种样品液体的体积与电容之间的X条第一函数关系式计算待测液体的体积，以及基于内部预先建立并存储的待测液体质量与电压之间的第二函数关系式计算待测液体的质量，同时基于计算得到的待测液体的质量和体积计算待测液体的密度。考虑到本方案需要对快速变化的物理量进行精密测量并支持多种传感器的连接，微处理器需选择具有计算能力强、支持多种协议的特点，例如：STM32F1系列微处理器或者MSP430系列微处理器。
主控电路模块4与显示模块5电性连接，显示模块5包括显示屏，显示屏朝向外部环境设置于底座侧壁上。显示模块5显示微处理器测得和计算得到的待测液体的各项参数(各项参数包括：电容值、电阻值、体积、质量、密度)；也可以将主控电路模块4输出端外接显示设备或移动终端，从而省去显示模块5的设置。
电源6设置于空腔内，且与主控电路模块4电性连接，可以采用锂电池、镍氢电池或干电池，用于为主控电路模块4、压力传感器3以及平行板电容器2进行供电。电源6也可以外置，使用交流电源适配器为本装置供电。
可在测量载体1内部放置承载容器来承载待测液体，承载容器的外壁与测量载体1的内壁相贴合，也就是承载容器的形状及大小与测量载体1形状及大小相适应。承载容器可实现非接触式测量，从而减少因不同液体切换测量导致的交叉污染等不可控风险。
本实施方案还提供了一种非接触式液体体积和质量自动测量方法，具体步骤如下：
步骤S1、在所述微处理器内建立并存储X种样品液体的体积(X为10)与电容之间的10条第一函数关系式，具体建立方法，包括如下步骤：
S1-1、选择样品液体的种类：
将实验室中水、大豆油、75％酒精、饱和氯化钠溶液、饱和硫酸铜溶液、碘液、36％盐酸、丙酮、苯、汽油10种不同种类的常用液体作为样品液体的10种种类；
S1-2、分别测量每种样品液体的Y种不同体积(Y为10)对应的10项电容值：
依次将10种样品液体分别置于放置在所述测量载体内部的所述承载容器内，向所述承载容器中缓慢注入预设初始体积的样品液体(预设初始体积为50ml)，所述平行板电容器测量所述测量载体内的样品液体的电容值，记录所述显示屏上显示的预设初始体积50ml对应的电容值；
再依次加入9次同等体积的样品液体(本实施例选择每次加入50ml的样品液体)，并依次分别记录对应的电容值，从而得出每种样品液体的10种不同体积对应的10项电容值；
S1-3、获取每种样品液体的第一函数关系式：
将每种样品液体的10种不同体积与10种不同体积对应的10项电容值通过线性回归方式拟合10项电容值与10种不同体积样品液体的函数关系，从而获取每种样品液体的第一函数关系式；
步骤S2、在所述微处理器内建立并存储样品液体的质量与电阻之间的第二函数关系式，具体建立方法，包括如下步骤：
S2-1、选择样品液体：
从步骤S1-1中的10种样品液体中选择任意一种样品液体；
S2-2、测量所选样品液体的Z种不同质量(z为9)对应的9项电阻值：
依次将所选样品液体置于放置在所述测量载体内部的所述承载容器内，向所述承载容器中缓慢注入预设初始质量的所选样品液体(预设初始质量为50g)，所述压力传感器测量所述测量载体内的样品液体的电阻值，记录所述显示屏上显示的预设初始质量50g对应的电阻值；
依次加入8次不同质量的所选样品液体(分别加入50g、30g、40g、30g、30g、40g、30g、10g)，并依次分别记录对应的电阻值，从而得出所选样品液体的9种不同质量对应的9项电阻值；
S2-3、获取所选样品液体的第二函数关系式：
将所选样品液体的9种不同质量与9种不同质量对应的9项电阻值通过线性回归方式拟合9项电阻值与9种不同质量所选样品液体的函数关系，从而获取所选样品液体的第二函数关系式，获取的所选样品液体的第二函数关系式等同于任意液体质量与电阻值之间的函数关系；
步骤3、测量待测液体的体积和质量，具体包括步骤如下：
S3-1、归零处理：
将所述承载容器置于所述测量载体内部，然后将所述显示屏上显示的数据归零；
S3-2、选取对应第一函数关系式：
确定待测液体种类，从所述微处理器中选取对应待测液体种类的第一函数关系式；
S3-3、获取待测液体的体积和质量：
将待测液体缓慢注入所述承载容器中，所述平行板电容器测量注入所述承载容器中的待测液体电容值，所述微处理器将所述电容值带入步骤S3-2中选取的第一函数关系式，得到对应的体积值并在所述显示屏上显示；同时所述压力传感器测量注入所述承载容器中的待测液体的电阻值，所述微处理器将所述电阻值带入步骤S2-3中获取的第二函数关系式，得到对应的质量值并在所述显示屏上显示。
上述中X、Y以及Z均为自然数，且X≥10，Y>5，Z>5；本实施例液体的体积单位为ml，液体的质量单位为g；步骤S1-1中所述常用液体包括但不限于纯水、大豆油、75％酒精、饱和氯化钠溶液、饱和硫酸铜溶液、碘液、36％盐酸、丙酮、苯、汽油。
基于上述实施例所公开的非接触式液体体积和质量自动测量装置，可采用平行板电容器2来进行液体体积的测量，即：用两片电容极板作为电容信号采集单元，当两电容极板之间的液体体积改变，会引起两电容极板间的介电常数ε发生改变，从而使得两电容极板间电容值改变。主控电路模块4通过电容转换电路作为读取极板间的电容值。电容转换电路包括电容数字转换芯片，电容数字转换芯片为核心部分，可基于IIC协议通信，并采用EMI架构(Electromagnetic Interference，抗电磁干扰架构)，例如，可采用FDC2214、FDC2112等型号的电容数字转换芯片。此类芯片具有功耗低、多通道的特点，同时还具有良好的抗电磁干扰性能，即使在高噪声环境下也能保持稳定的性能。
电容转换电路将两电容极板间电容值C0等效成一个高精度的数字电容值DATAX。当液体放到两电容极板之间后，在电容转换芯片内部发生简谐变化产生一个谐振频率，通过公式(1)计算将频率转化成一个等效的数字电容值DATAX：
公式(1)中，DATAX表示数字电容值，
表示电容转换芯片内部的谐振频率，fREF表示参考频率(参考频率是电容转换芯片电路中的一个固有频率，为40MHz)。
测量中数据会有微小的波动，所以读三次数作为一组测量结果，三次读数之间存在一定时间间隔，在三次读数时对电容值进行数据采样，得到一组原始数据集，然后对此原始数据集通过一阶平滑滤波处理后间接消除电容信号中偶然因素的影响，再通过卡尔曼滤波算法进一步消除系统中的噪声和干扰，使数据可信度更高。通过主控电路模块4中微处理器内置的线性回归算法计算即可得到第一函数关系式，从而获得电容值对应的液体体积值。
本装置使用压力传感器3及压力转换电路测量液体质量。本发明使用薄膜电阻式压力传感器，薄膜电阻式压力传感器具有开发成本低、制备简单、低污染的优势。将一定的压力施加在压力传感器3的感测区域，压力传感器3两极间电阻会有显著改变。将实际液体质量与电阻值数据对进行线性回归以得到质量与电阻的函数关系，进而在压力传感器3量程范围内得到液体质量。
在实际测量时，薄膜电阻式压力传感器作为敏感元件，在受到外力作用时，其中的两个引脚间电阻阻值会发生变化，阻值通过压力转换电路进行处理。压力转换电路由运算放大器构成，将电阻阻值的变化转换为电压的变化并将转换后的电压送入微处理器。通过线性回归方式拟合电压值与液体质量的函数关系得到第二函数关系式，从而获得液体质量。
在得出液体体积和液体质量后，通过公式(2)即可计算得到液体密度：
公式(2)中，ρ表示密度，m表示质量，v表示体积。
下面给出获取第一函数关系式和第二函数关系式的操作过程示例。将待测液体容器置于测量载体1中，向承载容器中缓慢注入一定体积的待测液体(此处体积通过精密滴管进行操作，确定注入待测液体的体积)，记录显示屏上显示的该体积对应的电容值。继续加入液体，并记录各预设体积对应的电容值。将液体体积及其对应的电容值输入Excel、matlab等数据分析软件进行线性回归，即可得到待测液体体积与电容值之间的函数关系。将此函数关系输入微处理器，在后续测量时即可自动计算出电容值对应的液体体积。
以下以纯水、大豆油、75％酒精、饱和氯化钠溶液、饱和硫酸铜溶液、碘液、36％盐酸、丙酮、苯、汽油，这10种液体作为示例，计算得出相应的第一函数关系式：
1、待测液体为纯水
如图8所示，可得纯水体积y纯水与电容值x纯水的关系为：
y纯水＝3.2237x纯水+9.4172
2、待测液体为大豆油
如图9所示，可得大豆油体积y大豆油与电容值x大豆油的关系为：
y大豆油＝2.1423x大豆油+120.7
3、待测液体为75％酒精
如图10所示，可得75％酒精体积y75％酒精与电容值x75％酒精的关系为：
y75％酒精＝5.6812x75％酒精+264.34
4、待测液体为饱和氯化钠溶液
如图11所示，可得饱和氯化钠溶液体积y饱和氯化钠溶液与电容值x饱和氯化钠溶液的关系为：
y饱和氯化钠溶液＝2.4555x饱和氯化钠溶液+90.78
5、待测液体为饱和硫酸铜溶液
如图12所示，可得饱和硫酸铜溶液体积y饱和硫酸铜溶液与电容值x饱和硫酸铜溶液的关系为：
y饱和硫酸铜溶液＝5.0832x饱和硫酸铜溶液+121.2
6、待测液体为碘液
如图13所示，可得碘液体积y碘液与电容值x碘液的关系为：
y碘液＝4.1812x碘液+0.14
7、待测液体为36％盐酸
如图14所示，可得36％盐酸体积y36％盐酸与电容值x36％盐酸的关系为：
y36％盐酸＝3.1897x36％盐酸+56.23
8、待测液体为丙酮
如图15所示，可得丙酮体积y丙酮与电容值x丙酮的关系为：
y丙酮＝4.0567x丙酮+123.23
9、待测液体为苯
如图16所示，可得苯体积y苯与电容值x苯的关系为：
y苯＝1.9875x苯+0.1211
10、待测液体为汽油
如图17所示，可得汽油体积y汽油与电容值x汽油的关系为：
y汽油＝4.99x汽油+340.32
同样的，进行第二函数关系式的确定，如图18所示，本示例选取纯水为例，将承载容器置于测量载体1中，向承载容器中缓慢注入一定质量的纯水，记录显示屏上显示的该质量对应相应的电阻值。继续加入液体，并记录各预设体积对应的电阻值。(其中先将承载容器放置与电子天平上进行去皮，然后加入一定质量的纯水，每次增加纯水时均需将承载容器先放置与电子天平进行称量，得到所需质量的纯水再进行电阻的测量)将液体质量—压力值输入Excel、matlab等数据分析软件进行线性回归，即可得到液体质量与电阻值之间的函数关系。将此函数关系输入微处理器，在后续测量时即可自动计算出电阻值对应的液体质量。
通过线性回归分析可得纯水质量y质量与电阻值x质量的关系为：
y质量＝-0.4131x质量+389.6
在进行待测液体体积和质量的测量时，首先进行归零处理：将所述承载容器置于所述测量载体内部，然后将显示屏上显示的数据归零；选取对应第一函数关系式：确定待测液体种类，从微处理器中选取对应待测液体种类的第一函数关系式；获取待测液体的体积和质量：将待测液体缓慢注入承载容器中，平行板电容器测量注入承载容器中的待测液体电容值，微处理器将电容值带入选取的第一函数关系式中，得到对应的体积值并在显示屏上显示；同时压力传感器测量注入承载容器中的待测液体的电阻值，微处理器将电阻值带入第二函数关系式中，得到对应的质量值并在显示屏上显示。根据得到的体积和质量，微处理器可以直接计算得出被测液体的密度(因多数液体在不同湿度、温度下密度会发生变化，所以密度依旧需要再进行测量)。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本申请中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。
本申请中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (9)
1.一种非接触式液体体积和质量自动测量方法，其特征在于，本测量方法利用非接触式液体体积和质量自动测量装置进行测量，所述测量装置包括：
测量载体，所述测量载体呈柱状杯体，其侧壁为双层中空结构，其底部设置有底座；
平行板电容器，所述平行板电容器为两块相对布置于所述双层中空结构内的电容极板；
压力传感器，所述压力传感器设置于所述底座上；
主控电路模块，所述主控电路模块包括电容转换电路、压力转换电路和微处理器；
所述电容转换电路用于接收所述平行板电容器采集到的实测电容信号且将其转换为数字电容信号并传递至所述微处理器；
所述压力转换电路用于接收所述压力传感器采集到的电阻信号且将其转换为电压信号并传递至所述微处理器；
所述微处理器分别与所述电容转换电路和所述压力转换电路连接；
本测量方法具体步骤如下：
步骤S1、在所述微处理器内建立并存储X种样品液体的体积与电容之间的X条第一函数关系式，具体建立方法，包括如下步骤：
S1-1、选择样品液体的种类：
将实验室中X种不同种类的常用液体作为样品液体的X种种类；
S1-2、分别测量每种样品液体的Y种不同体积对应的Y项电容值：
依次将X种样品液体分别置于放置在所述测量载体内部的所述承载容器内，向所述承载容器中缓慢注入预设初始体积的样品液体，所述平行板电容器测量所述测量载体内的样品液体的电容值，记录所述显示屏上显示的预设初始体积对应的电容值；
依次加入Y-1次同等体积的样品液体，并依次分别记录对应的电容值，从而得出每种样品液体的Y种不同体积对应的Y项电容值；
S1-3、获取每种样品液体的第一函数关系式：
将每种样品液体的Y种不同体积与Y种不同体积对应的Y项电容值通过线性回归方式拟合Y项电容值与Y种不同体积样品液体的函数关系，从而获取每种样品液体的第一函数关系式；
步骤S2、在所述微处理器内建立并存储样品液体的质量与电阻之间的第二函数关系式，具体建立方法，包括如下步骤：
S2-1、选择样品液体：
从步骤S1-1中的X种样品液体中选择任意一种样品液体；
S2-2、测量所选样品液体的Z种不同质量对应的Z项电阻值：
依次将所选样品液体置于放置在所述测量载体内部的所述承载容器内，向所述承载容器中缓慢注入预设初始质量的所选样品液体，所述压力传感器测量所述测量载体内的样品液体的电阻值，记录所述显示屏上显示的预设初始质量对应的电阻值；
依次加入Z-1次不同质量的所选样品液体，并依次分别记录对应的电阻值，从而得出所选样品液体的Z种不同质量对应的Z项电阻值；
S2-3、获取所选样品液体的第二函数关系式：
将所选样品液体的Z种不同质量与Z种不同质量对应的Z项电阻值通过线性回归方式拟合Z项电阻值与Z种不同质量所选样品液体的函数关系，从而获取所选样品液体的第二函数关系式；
步骤3、测量待测液体的体积和质量，具体包括步骤如下：
S3-1、归零处理：
将所述承载容器置于所述测量载体内部，然后将所述显示屏上显示的数据归零；
S3-2、选取对应第一函数关系式：
确定待测液体种类，从所述微处理器中选取对应待测液体种类的第一函数关系式；
S3-3、获取待测液体的体积和质量：
将待测液体缓慢注入承载容器中，所述平行板电容器测量注入所述承载容器中的待测液体电容值，所述微处理器将所述电容值带入步骤S3-2中选取的第一函数关系式，得到对应的体积值并在显示屏上显示；同时所述压力传感器测量注入所述承载容器中的待测液体的电阻值，所述微处理器将所述电阻值带入步骤S2-3中获取的第二函数关系式，得到对应的质量值并在所述显示屏上显示。
2.根据权利要求1所述的一种非接触式液体体积和质量自动测量方法，其特征在于：X、Y以及Z均为自然数，且X≥10，Y>5，Z>5。
3.根据权利要求2所述的一种非接触式液体体积和质量自动测量方法，其特征在于：步骤S1-1中所述常用液体包括水、大豆油、75%酒精、饱和氯化钠溶液、饱和硫酸铜溶液、碘液、36%盐酸、丙酮、苯、汽油。
4.根据权利要求3所述的一种非接触式液体体积和质量自动测量方法，其特征在于：所述测量载体侧壁的横截面包括圆形、矩形、椭圆形、平行四边形、六边形、八边形。
5.根据权利要求3所述的一种非接触式液体体积和质量自动测量方法，其特征在于：所述底座内部为空腔，所述主控电路模块布置在所述空腔内。
6.根据权利要求5所述的一种非接触式液体体积和质量自动测量方法，其特征在于：还包括电源和显示模块，所述电源设置于所述空腔内，且与所述主控电路模块连接，所述主控电路模块与所述显示模块连接，所述显示模块包括显示屏，所述显示屏朝向外部环境设置于所述底座侧壁上。
7.根据权利要求3所述的一种非接触式液体体积和质量自动测量方法，其特征在于：所述电容极板包括柔性PCB基板、金属箔以及金属导线，所述柔性PCB基板沿所述测量载体侧壁轴向设置，所述金属箔部分附着于所述柔性PCB基板表面，所述柔性PCB基板通过所述金属导线与所述主控电路模块连接。
8.根据权利要求3所述的一种非接触式液体体积和质量自动测量方法，其特征在于：所述压力传感器采用薄膜电阻式压力传感器，所述薄膜电阻式压力传感器附着在所述底座顶面上。
9.根据权利要求3所述的一种非接触式液体体积和质量自动测量方法，其特征在于：还包括用于承载待测液体的承载容器，所述承载容器置于所述测量载体内部，所述承载容器的外壁与所述测量载体的内壁相贴合。
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