CN113314774A - 一种自动吸液式铅酸蓄电池电解液密度的在线测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种自动吸液式铅酸蓄电池电解液密度的在线测量装置，包括漂浮式密度传感器；还包括：腔体；所述的腔体安装在待测的铅酸蓄电池上；将待测铅酸蓄电池的电解液抽入到腔体或者从腔体中排出到待测铅酸蓄电池内的泵；在所述的腔体顶上设置有采集漂浮式密度传感器漂浮在腔体内的数据采集装置。本发明采用取样电解液的方式进行密度测量，克服由于温度变化导致蓄电池内电解液液面高度变化而产生的误差的不足。
Description
技术领域
本发明涉及铅酸蓄电池电解液密度测量领域，特别是一种自动吸液式铅酸蓄电池电解液密度的在线测量装置。
背景技术
在铅酸蓄电池（尤其是开口电池）使用过程中，电解液密度高低是作为分析电池实际容量的重要依据。电解液密度随蓄电池充电程度增加而上升，随放电程度增加而降低。因为蓄电池充电，极板上的硫酸铅分解，电解液中硫酸含量增加，密度升高。蓄电池放电，两极板生成硫酸铅，电解液中硫酸含量减少，密度降低。此外，蓄电池在充电过程中，也会由析气导致电池缺水（尤其是开口电池），影响蓄电池电解液的密度。
因此，在对铅酸蓄电池进行在线检测时，往往也需要检测铅酸蓄电池的电解液的密度，中国发明专利授权公告号CN 105958141 B就公开了一种铅酸蓄电池智能检测装置，该智能检测装置中，设置有液位检测棒、密度传感器。在该铅酸蓄电池智能检测装置液位检测棒是设置在酸蓄电池内检测液位，而密度传感器漂浮于酸蓄电池内的电解液中的漂浮式密度传感器，通过漂浮在电解液面上的高度表示电解液的密度，浮出水面的部分越多则密度越大，浮出水面的部分越少则说明电解液的密度越小。
漂浮式液体密度传感器的结构比较简单，一般包括具有配重的球体，与球体相连的柱体，柱体的直径较球体的直径小，测量时，由于球体内具有配重，因此，球体一端向液体内沉，而柱体部分将有部分浮于液面，一般情况是柱体部分将垂直于水平面，通过调节配重，在测量时均可以使整个球体沉于水下，柱体部分伸出水面，通过测量柱体部分的高度就可以测量出液体的比重。
利用漂浮式密度传感器漂浮在铅酸蓄电池的液面上，可以通过实时测量其浮出液面的体积确定电解液的密度。目前，为了方便计量，一般采用测量漂浮式密度传感器的柱体部分的高度对应相应的密度，但是，在实时测量铅酸蓄电池的电解液时，由于温度不断变化，使液面高度也会不断变化，导致测量漂浮式密度传感器的柱体部分的高度也会随之而变化，在测量时产生误差。
发明内容
本发明针对目前漂浮式密度传感器检测铅酸蓄电池电解液密度时所产生的不足，提供一种自动吸液式铅酸蓄电池电解液密度的在线测量装置，该装置中在需要测量时自动取样一定量的电解液，对取样的电解液进行密度检测。
本发明实现其技术目的技术方案是：一种自动吸液式铅酸蓄电池电解液密度的在线测量装置，包括漂浮式密度传感器；还包括：腔体；所述的腔体安装在待测的铅酸蓄电池上；将待测铅酸蓄电池的电解液抽入到腔体或者从腔体中排出到待测铅酸蓄电池内的泵；在所述的腔体顶上设置有采集漂浮式密度传感器漂浮在腔体内的数据采集装置。
进一步的，上述的自动吸液式铅酸蓄电池电解液密度的在线测量装置中：所述的腔体为圆柱形腔体，底部设置有部分浸入铅酸蓄电池内电解液中的堵头；在腔体的顶部设置有活塞和带动所述活塞在腔体内上下滑动的电机。
进一步的，上述的自动吸液式铅酸蓄电池电解液密度的在线测量装置中：所述的腔体为柱形腔体，底部设置有部分浸入铅酸蓄电池内电解液中的堵头；所述泵设置在柱形腔体的上部侧壁上，包括与柱形腔体内连通的缸体，设置在缸体内的活塞，带动活塞在缸体内来回往复运动的电机。
进一步的，上述的自动吸液式铅酸蓄电池电解液密度的在线测量装置中：所述的腔体与缸体形成三通结构。
进一步的，上述的自动吸液式铅酸蓄电池电解液密度的在线测量装置中：所述的漂浮式密度传感器的球体部分的直径小于柱形腔体的直径，还包括定位环，所述的定位环紧密固定于所述的漂浮式密度传感器的柱体部分中部。
进一步的，上述的自动吸液式铅酸蓄电池电解液密度的在线测量装置中：还包括漂浮于电解液面上用于指示电解液液面高度的浮漂，所述的浮漂设置在定位环下侧，套在所述的漂浮式密度传感器的柱体部分上。
进一步的，上述的自动吸液式铅酸蓄电池电解液密度的在线测量装置中：还包括设置在腔体底部防止漂浮式密度传感器掉出腔体的堵头，所述的堵头具有介入到电解液中的尖部，在堵头中间还具有电解液进入到腔体内的通道。
进一步的，上述的自动吸液式铅酸蓄电池电解液密度的在线测量装置中：所述的数据采集装置为电容式数据采集器，包括紧密固定于腔体顶端的电容器组件和设置在漂浮式密度传感器柱体部分顶部外侧的电极；所述的电容器组件包括相对设置的第一半圆环形电极和第二半圆环电极，在电解液的浮力作用下，漂浮式密度传感器柱体部分顶部外侧的电极伸入第一半圆环形电极和第二半圆环电极中间，还包括检测第一半圆环形电极和第二半圆环电极之间电容量的检测电路。
进一步的，上述的自动吸液式铅酸蓄电池电解液密度的在线测量装置中：所述的数据采集装置为光电式数据采集装置，包括设置在漂浮式密度传感器柱体部分顶上的遮光板和设置在遮光板两侧的至少两组由光电收发器组成的光电组件，所述的遮光板上具有不同高度的透光长孔，每组光电组件与一条透光长孔相对。
进一步的，上述的自动吸液式铅酸蓄电池电解液密度的在线测量装置中：所述的数据采集装置为光栅式数据采集装置，包括固定在腔体顶上的固定光栅，相对设置在固定光栅两侧的一对发送接收光电器件，设置在在漂浮式密度传感器柱体部分顶上的活动光栅，所述的活动光栅与固定光栅平行，所述活动光栅相对固定光栅做上下移动产生摩尔条纹；还包括检测所述的摩尔条纹的检测电路。
本发明采用取样电解液的方式进行密度测量，克服由于温度变化导致蓄电池内电解液液面高度变化而产生的误差的不足。
以下将结合附图和实施例，对本发明进行较为详细的说明。
附图说明
附图1为本发明实施例1自动吸液式铅酸蓄电池电解液密度的在线测量装置结构图。
附图2为本发明实施例1中使用的堵头结构图。
附图3为本发明实施例1中使用的定位环结构图。
附图4为本发明实施例1中电容式数据采集器结构图（一）。
附图5为本发明实施例1中电容式数据采集器结构图（二）。
附图6为本发明实施例2中光电式数据采集装置结构图（一）。
附图7为本发明实施例2中光电式数据采集装置结构图（二）。
附图8为本发明实施例2中遮光板结构图。
附图9为本发明实施例3中光电式数据采集装置结构图（一）。
附图10为本发明实施例3中光电式数据采集装置结构图（二）。
附图11为本发明实施例4自动吸液式铅酸蓄电池电解液密度的在线测量装置结构图。
具体实施方式
实施例1，本实施例是一种实时检测铅酸蓄电池电解液密度的自动吸液式铅酸蓄电池电解液密度的在线测量装置，它就是一种自动吸液式铅酸蓄电池电解液密度传感器，如图1所示，该密度传感器安装在铅酸蓄电池上，与铅酸蓄电池的电池管理系统相连。
本实施例中，在自动吸液式铅酸蓄电池电解液密度的在线测量装置中用于测量液体密度的是漂浮式密度传感器6；它是目前测量液体密度的常用密度传感器，如图1和图5所示，漂浮式密度传感器6主要由两部分组成，具有配重的球体部分6-1和与球体部分6-1相连的柱体部分6-2，由于球体部分6-1有配重，因此，将它悬浮在液面上时，球体部分6-1在下，柱体部分6-2在上，排出液体的重量就是漂浮式密度传感器6本身的总重量，由于漂浮式密度传感器6本身的总重量是不变的，因此，球体部分6-1与柱体部分6-2组合浮出液面的体积越多，则排出液体的体积越小，因此，液体的密度越大，反之亦然。因此，在本实施例中，测量电解液的密度归结于测量柱体部分6-2顶面的高度，高度越高，则电解液的密度越大。
本实施例中，是通过对铅酸蓄电池内的电解液取样后进行密度测量的，因此，具有一个用于测量电解液的腔体1如图1所示，本实施例中，腔体1如试管体一般，漂浮式密度传感器6就设置在腔体1内，本实施例中，在腔体1的下端采用堵头7堵住，防止漂浮式密度传感器6从腔体1下端掉落，当本实施例的自动吸液式铅酸蓄电池电解液密度的在线测量装置安装时，堵头7部分将会淹没在铅酸蓄电池的电解液中，如果腔体1上部也密封，则当采用泵抽出受体内部部分空气时，将吸取铅酸蓄电池内的电解液进入腔体1内，本实施例中采用柱塞泵的方式抽出腔体内的空气进行吸液，如图1所示，吸液装置包括与腔体1内连通的缸体11，在缸体11内设置活塞10，利用一台电机12（本实施例中使用的是螺杆电机）带动活塞10在缸体11内快速往复运动，在缸体11上设置一个单向开关，每次往返一次，可以将腔体1内的空气抽一些出去，多次抽出以后，可以将电解液吸进腔内。对于口吸液装置，还可以有很多形式，如一台抽气机，从腔体1上端抽走部分空气。堵头7如图2所示，它中间有一个孔，它就是电解液进入到腔体1内的通道7-1，可以吸取铅酸蓄电池内的电解液。
如图1所示，本实施例中，为了防止漂浮式密度传感器6内倒伏，在腔体1内还设置定位环3，定位环3紧密固定于腔体1中部如图3所示，其作用是使漂浮式密度传感器6沿轴心上下运动不发生偏离，中间具有漂浮式密度传感器6柱形部分6-2穿过的通孔3-1。另外，还具有浮漂5，浮漂5为轻质材料，也可以如固定环一样为一环形，与腔体1及漂浮式密度传感器6有足够空隙，可漂浮于电解液面，采用上用于指示电解液液面高度，本实施例中，腔体1为一段玻璃管，可以在玻璃管外利用位置传感器4判断腔体1内液面的高度，这样，通过这个位置传感器4可以控制电机12的工作，使抽入到腔体1内的电解液达到测量标准即可，这样，可以利用在腔体1上端设置的检测装置也就是数据采集装置2测量准备。
本实施例中，腔体1与缸体11本身都可以采用玻璃或者其它透明的PVC等材料，实践中，腔体1与缸体11形成三通结构，如图1所示。
本实施例中数据采集装置2为电容式数据采集器如图4和图5所示，包括紧密固定于腔体1顶端的电容器组件和设置在漂浮式密度传感器6柱体部分6-2顶部外侧的电极2-3；电容器组件包括相对设置的第一半圆环形电极2-1和第二半圆环电极2-2，在电解液的浮力作用下，漂浮式密度传感器6柱体部分6-2顶部外侧的电极2-3伸入第一半圆环形电极2-2和第二半圆环电极2-3中间，漂浮式密度传感器6柱体部分6-2顶部外侧的电极2-3上下运动时改变第一半圆环形电极2-1和第二半圆环电极2-2之间电容量，还包括检测第一半圆环形电极2-1和第二半圆环电极2-2之间电容量的检测电路。
利用本实施例测量时，控制螺杆电机，将电解液由堵头7通道7-1吸入腔体1，直至浮漂5升起到指定位置（由位置传感器4定位，这一步骤的目的是使电解液高度为一固定值），测量第一半圆环形电极2-2和第二半圆环电极2-3之间的电容，换算出与之对应的电解液比重值。测量结束，控制螺杆电机，将电解液由堵头7通道7-1排出腔体进入到铅酸蓄电池中。
本实施例的自动吸液式铅酸蓄电池电解液密度的在线测量装置具有如下特点：
（1）可实现在线自动测量电解液比重。
（2）使得蓄电池组不断电自动化管理及控制成为可能。
（3）减少人力成本。
（4）精确测量电池性能。
（5）使得铅酸蓄电池的大数据分析和管理成为可能。
（6）仅在测量时将电解液吸入传感器腔体，消除电解液液面变化对测量精度的影响。
实施例2，如图6和图7所示，本实施例中与实施例1的区别在于本实施例采用的数据采集装置2为光电式数据采集装置，包括设置在漂浮式密度传感器6柱体部分6-2顶上的遮光板2-6和设置在遮光板2-6两侧的四组由光电收发器组成的光电组件2-4，遮光板2-6上具有不同高度的透光长孔2-6-1如图8所示，每组光电组件2-4与一条透光长孔2-6-1相对。
本实施例中，遮光板2-6结构如图8所示，遮光板2-6为纯黑色，上面开有4条长短不一的狭缝（透光长孔2-6-1），光电组件2-4中发射管处于狭缝位置时，接收器件输出数字量1；否则接收器件输出数字量0。本实施例中，光电组件2-4可以采用一对红外线接收二极管和红外线发射二极管，最短的狭缝对应光电开关1，最长的狭缝对应光电开关4，依次类推。当比重计从下（此时电解液比重最小）到上（此时电解液比重最大）移动时，相对地等于4组光电开关同时从上向下移动，通过不同的光电开关输出组合，即可获得电解液密度范围。
测量时，控制螺杆电机，将电解液由堵头7通道7-1吸入腔体1，直至浮漂5升起到指定位置，此时，浮漂5升起到指定位置（由位置传感器4定位，这一步骤的目的是使电解液高度为一固定值），通过不同的光电组件2-4输出组合，获得电解液密度范围（见表一）。测量结束，控制螺杆电机，将电解液由堵头开孔排出传感器腔体。
表一
本实施例的自动吸液式铅酸蓄电池电解液密度的在线测量装置具有如下特点：
（1）可实现在线自动测量电解液比重。
（2）使得蓄电池组不断电自动化管理及控制成为可能。
（3）减少人力成本。
（4）精确测量电池性能。
（5）使得铅酸蓄电池的大数据分析和管理成为可能。
（6）仅在测量时将电解液吸入传感器腔体，消除电解液液面变化对测量精度的影响。
实施例3，实施例3与前面两个实施例的区别在于数据采集装置2为光栅式数据采集装置如图9和图10。光栅式数据采集装置包括固定在腔体1顶上的固定光栅2-8，相对设置在固定光栅2-8两侧的一对发送接收光电器件2-7，设置在漂浮式密度传感器6柱体部分6-2顶上的活动光栅2-9，的活动光栅2-9与固定光栅2-8平行，所述活动光栅2-9相对固定光栅2-9做上下移动产生摩尔条纹；还包括检测所述的摩尔条纹的检测电路。
本实施例中，在漂浮式密度传感器6柱体部分6-2顶上高有活动光栅2-9，活动光栅2-9会随着漂浮式密度传感器6沉入电解液深度的不同，相对固定光栅2-8做上下移动并产生摩尔条纹，通过检测电路可产生与相对位移成正比的脉冲信号。测量脉冲信号的变化可计算出比重计高度变化，进而推算出电解液比重的变化。
测量时，控制螺杆电机，将电解液由堵头7通道7-1吸入腔体1，直至浮漂5升起到指定位置，直至浮漂升起到指定位置（由位置传感器定位，这一步骤的目的是使电解液高度为一固定值），此时，浮漂5升起到指定位置，同时测量光栅脉冲信号的变化可计算出比重计高度变化，进而推算出电解液比重的变化。测量结束，控制螺杆电机，将电解液由堵头开孔排出传感器腔体。
本实施例的自动吸液式铅酸蓄电池电解液密度的在线测量装置具有如下特点：
（1）本发明的关键点是 比重计 + 光栅式传感器 的传感器组合结构。
（2）比重计 + 光栅式组合传感器测量电解液比重的方法。
（3）光栅组件结构。
（4）定位环结构及使用方法。
（5）浮漂结构及使用方法。
（6）动光栅结构及使用方法。
（7）螺杆电机+活塞的结构及使用方法。
实施例4如图11所示，本实施例与前面实施例1、2、3、4的主要区别在于：为本发明实施例4中的自动吸液式铅酸蓄电池电解液密度的在线测量装置中，采用的柱塞泵的结构不同，本实施例中，泵安装在圆柱形的腔体1的顶部，包括一个以圆柱形的腔体1内壁为缸体的活塞10，带动活塞10沿圆柱形的腔体1内壁上下滑动的电机12，就像活塞10与圆柱形的腔体1一起组成一个吸筒，当活塞10在电机12带动下向上滑动时，圆柱体形的腔体1内空气压强减小，则浸入到铅酸蓄电池的电解液内的堵头7中间的通道7-1中，电解液从通道7-1中进入到圆柱形的腔体1内，注意观察浮漂5的高度，当其达到设定的高度时，停止电机，进行电解液密度测试。
Claims (10)
1.一种自动吸液式铅酸蓄电池电解液密度的在线测量装置，包括漂浮式密度传感器（6）；其特征在于：还包括：
腔体（1）；所述的腔体（1）安装在待测的铅酸蓄电池上；
将待测铅酸蓄电池的电解液抽入到腔体（1）或者从腔体（1）中排出到待测铅酸蓄电池内的泵；
在所述的腔体（1）顶上设置有采集漂浮式密度传感器（6）漂浮在腔体（1）内的数据采集装置（2）。
2.根据权利要求1所述的自动吸液式铅酸蓄电池电解液密度的在线测量装置，其特征在于：所述的腔体（1）为圆柱形腔体，底部设置有部分浸入铅酸蓄电池内电解液中的堵头（7）；在腔体（1）的顶部设置有活塞（10）和带动所述活塞（10）在腔体（1）内上下滑动的电机（12）。
3.根据权利要求1所述的自动吸液式铅酸蓄电池电解液密度的在线测量装置，其特征在于：所述的腔体（1）为圆柱形腔体，底部设置有部分浸入铅酸蓄电池内电解液中的堵头（7）；所述泵设置在柱形腔体（1）的上部侧壁上，包括与柱形腔体（1）内连通的缸体（10），设置在缸体（10）内的活塞（11），带动活塞（11）在缸体（10）内来回往复运动的电机（12）。
4.根据权利要求3所述的自动吸液式铅酸蓄电池电解液密度的在线测量装置，其特征在于：所述的腔体（1）与缸体（10）形成三通结构。
5.根据权利要求3所述的自动吸液式铅酸蓄电池电解液密度的在线测量装置，其特征在于：所述的漂浮式密度传感器（6）的球体部分（6-1）的直径小于柱形腔体（1）的直径，还包括定位环（3），所述的定位环（3）紧密固定于所述腔体（1）的中部内壁，且与所述的漂浮式密度传感器（6）的柱体部分（6-2）有一定的间隙。
6.根据权利要求5所述的自动吸液式铅酸蓄电池电解液密度的在线测量装置，其特征在于：还包括漂浮于电解液面上用于指示电解液液面高度的浮漂（5），所述的浮漂（5）设置在定位环（3）下侧，套在所述的漂浮式密度传感器（6）的柱体部分（6-2）上。
7.根据权利要求5所述的自动吸液式铅酸蓄电池电解液密度的在线测量装置，其特征在于：还包括设置在腔体（1）底部防止漂浮式密度传感器（6）掉出腔体（1）的堵头（7），所述的堵头（7）具有介入到电解液中的尖部，在堵头（7）中间还具有电解液进入到腔体（1）内的通道（7-1）。
8.根据权利要求1至7中任一所述的自动吸液式铅酸蓄电池电解液密度的在线测量装置，其特征在于：
所述的数据采集装置（2）为电容式数据采集器，包括紧密固定于腔体（1）顶端的电容器组件和设置在漂浮式密度传感器（6）柱体部分（6-2）顶部外侧的电极（2-3）；所述的电容器组件包括相对设置的第一半圆环形电极（2-1）和第二半圆环电极（2-2），在电解液的浮力作用下，漂浮式密度传感器（6）柱体部分（6-2）顶部外侧的电极（2-3）伸入第一半圆环形电极（2-2）和第二半圆环电极（2-3）中间，还包括检测第一半圆环形电极（2-1）和第二半圆环电极（2-2）之间电容量的检测电路。
9.根据权利要求1至7中任一所述的自动吸液式铅酸蓄电池电解液密度的在线测量装置，其特征在于：
所述的数据采集装置（2）为光电式数据采集装置，包括设置在漂浮式密度传感器（6）柱体部分（6-2）顶上的遮光板（2-6）和设置在遮光板（2-6）两侧的至少两组由光电收发器组成的光电组件（2-4），所述的遮光板（2-6）上具有不同高度的透光长孔（2-6-1），每组光电组件（2-4）与一条透光长孔（2-6-1）相对。
10.根据权利要求1至7中任一所述的自动吸液式铅酸蓄电池电解液密度的在线测量装置，其特征在于：
所述的数据采集装置（2）为光栅式数据采集装置，包括固定在腔体（1）顶上的固定光栅（2-8），相对设置在固定光栅（2-8）两侧的一对发送接收光电器件（2-7），设置在在漂浮式密度传感器（6）柱体部分（6-2）顶上的活动光栅（2-9），所述的活动光栅（2-9）与固定光栅（2-8）平行，所述活动光栅（2-9）相对固定光栅（2-9）做上下移动产生摩尔条纹；还包括检测所述的摩尔条纹的检测电路。
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