CN113588491A

CN113588491A - 一种基于图像处理的溶气液体密度测量装置及方法

Info

Publication number: CN113588491A
Application number: CN202110856501.XA
Authority: CN
Inventors: 刘向阳; 付泽祺; 何茂刚
Original assignee: Xian Jiaotong University
Current assignee: Xian Jiaotong University
Priority date: 2021-07-28
Filing date: 2021-07-28
Publication date: 2021-11-02
Anticipated expiration: 2041-07-28
Also published as: CN113588491B

Abstract

本发明公开了一种基于图像处理的溶气液体密度测量装置及方法，属于液体热物性测量技术领域，包括：密闭的溶气液体观察腔；溶气室，位于溶气液体观察腔内，并与溶气液体观察腔的内壁固定连接形成密闭空间；坩埚，坩埚位于溶气液体观察腔内；压力传感器，位于坩埚与溶气液体观察腔的底板之间；溶解气储存罐；供气管，的第一端与溶解气储存罐连通，供气管的第二端具有第一支路和第二支路；多个阀门，分别设置在供气管、第一支路、第二支路和排液管上；CCD相机，于溶气液体观察腔的外侧，并与视窗对应设置；控制模块，与压力传感器、CCD相机电连接。本发明能够测量气体溶解于液体后液体的密度，解决了溶气液体密度测量的难题，实现了高精度测量。

Description

一种基于图像处理的溶气液体密度测量装置及方法

技术领域

本发明属于液体热物性测量技术领域，具体涉及一种基于图像处理的溶气液体密度测量装置及方法。

背景技术

溶气液体常见于吸收式制冷和二氧化碳捕集等领域。溶气液体的热物理性质是工业过程设计的基础数据，而密度是基本的热物理性质之一。

常见的液体密度测量方法主要有：称重法、比重法、阿基米德定律法、U型管法等。但上述方法无法测量气体溶解于液体后液体的密度；同时，现有技术中也没有高精度溶气液体密度的测量方法。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明采取了如下技术方案：

一种基于图像处理的溶气液体密度测量装置，包括：

密闭的溶气液体观察腔，所述溶气液体观察腔具有用于观察的视窗；所述溶气液体观察腔的上端设置有与其连通的气体排出管；

溶气室，所述溶气室位于所述溶气液体观察腔内，并与所述溶气液体观察腔的内壁固定连接形成独立的密闭空间；所述溶气室的底部设置排液管；

坩埚，所述坩埚位于所述溶气液体观察腔内，并与所述排液管的排液口对应设置，放置在所述溶气液体观察腔的底板上；

压力传感器，所述压力传感器位于所述坩埚与所述溶气液体观察腔的底板之间；

溶解气储存罐；

供气管，所述供气管的第一端与所述溶解气储存罐连通，所述供气管的第二端具有第一支路和第二支路，所述第一支路与所述溶气液体观察腔连通；所述第二支路与所述溶气室连通；

多个阀门，分别设置在所述供气管、所述第一支路、所述第二支路和所述排液管上，用于控制所述供气管、所述第一支路、所述第二支路和所述排液管的通断；

CCD相机，所述CCD相机位于溶气液体观察腔的外侧，并与所述视窗对应设置；

控制模块，所述控制模块与所述压力传感器、所述CCD相机电连接。

进一步地，所述溶气室设置有用于加速气体溶解的搅拌器。

进一步地，还包括恒温槽，所述恒温槽设置在所述溶气液体观察腔的外侧，用于水浴加热改变所述溶气液体观察腔内的温度。

进一步地，所述溶气液体观察腔包括壳体和固定连接在所述壳体上端的法兰，所述壳体与所述法兰形成密闭的腔体；所述溶气室设置在所述法兰的下端，并与所述法兰组成独立的密闭空间。

进一步地，所述壳体的内壁设置有温度传感器，用于测量述溶气液体观察腔内的温度。

一种基于图像处理的溶气液体密度测量方法，使用上述任一项所述的基于图像处理的溶气液体密度测量装置测量，该方法包括以下步骤：

S10、将标定质量和容积的坩埚放置在溶气液体观察腔内，并位于视窗中心；

S20、接通溶解气体储存罐，打开第一阀门和第二阀门通过所述溶解气体储存罐的压力变化得到通入溶气室内溶解气的质量；

S30、打开搅拌器，加速溶解气的溶解过程；

S40、所述溶解气体储存罐的压力无变化后，打开第三阀门，待所述溶气液体观察腔的气体压力与所述溶气室的气体压力一致，再打开第四阀门，控制溶气液体滴入下方的所述坩埚内，液体需超出所述坩埚边缘；

S50、压力传感器输出液体质量的信号；

S60、CCD相机拍摄图像，记录液体轮廓信息；

S70、通过控制模块中的溶气液体密度计算处理程序计算溶气液体密度。

进一步地，通过恒温槽对所述溶气液体观察腔进行加热，得到预设温度下溶气液体的密度；利用溶解气对所述溶气液体观察腔加压，得到预设压力下溶气液体的密度。

有益效果：

本发明提供了一种基于图像处理的溶气液体密度测量装置及方法，并通过溶气液体密度测量装置合理的结构设置以及合理的安排测量方法步骤，能够测量气体溶解于液体后液体的密度，解决了溶气液体密度测量的难题，实现了高精度测量。

附图说明

图1为本发明提供的基于图像处理的溶气液体密度测量装置结构示意图；

图2为本发明的图像处理程序示意图；

其中，1、溶气液体观察腔；2、溶解气体储存罐；3、CCD相机；4、供气管；5、气体排出管；6、溶气室；7、温度传感器；8、第一阀门；9、坩埚；10、压力传感器；11、视窗；12、搅拌器；13、第二阀门；14、第三阀门；15、第四阀门；16、第二支路；17、第一支路；18、法兰；19、恒温槽；20、第五阀门。

具体实施方式

实施例1

一种基于图像处理的溶气液体密度测量装置(参见图1)，包括：

密闭的溶气液体观察腔1，溶气液体观察腔1具有用于观察的视窗11；溶气液体观察腔1的上端设置有与其连通的气体排出管5；

溶气室6，溶气室6位于溶气液体观察腔1内，并与溶气液体观察腔1的内壁固定连接形成独立的密闭空间；溶气室6设置有用于加速气体溶解的搅拌器12；溶气室6的底部设置排液管；

坩埚9，坩埚9位于溶气液体观察腔1内，并与排液管的排液口对应设置，放置在溶气液体观察腔1的底板上；

压力传感器10，压力传感器10位于坩埚9与溶气液体观察腔1的底板之间；

溶解气储存罐2；

供气管4，供气管4的第一端与溶解气储存罐2连通，供气管4的第二端具有第一支路17和第二支路16，第一支路17与溶气液体观察腔1连通；第二支路16与溶气室6连通；

多个阀门，分别设置在供气管4、第一支路17、第二支路16和排液管上，用于控制供气管4、第一支路17、第二支路16和排液管的通断；

CCD相机3，CCD相机3位于溶气液体观察腔1的外侧，并与视窗11对应设置；

控制模块，控制模块与压力传感器10、CCD相机3电连接。

在本实施例提供的基于图像处理的溶气液体密度测量装置还包括恒温槽19，恒温槽19设置在溶气液体观察腔1的外侧，用于水浴加热改变溶气液体观察腔1内的温度。

其中，溶气液体观察腔1包括壳体和固定连接在壳体上端的法兰18，壳体与法兰18形成密闭的腔体；溶气室6设置在法兰18的下端，并与法兰18组成独立的密闭空间。

壳体的内壁设置有温度传感器7，用于测量述溶气液体观察腔1内的温度。

在本实施例中，压力传感器10将压力变化转为形变，压力传感器内形变引起电阻变化，得到压力与质量的函数关系，以实现液体质量的测量。

在本实施例中，通过测量溶解气体储存罐2的罐内压力变化，计算进入溶气室6内溶解气的质量。

在本实施例中，坩埚9放在视窗11的中心，与CCD相机3对应设置。

在本实施例中，供气管4靠近溶解气体储存罐2的主管路上设置有第一阀门8；第一支路17、第二支路16和排液管分别设置有第二阀门13、第三阀门14和第四阀门15。

CCD相机3用于拍摄排液管滴落至坩埚9内的液体，由液体图像来记录液体轮廓信息。其中，CCD相机3的像素要足够高以获取清晰的图像边缘信息，提高密度测量精度。

其中，位于溶气室6的溶气液体溶解充分后经排液管滴入坩埚9。

在本实施例中，温度传感器7为热电偶或铂电阻温度计，优选为热电偶。

其中，溶解气储存罐2经第一支路17供至溶气液体观察腔1内的溶解气，负责提供溶气液体观察腔1需求压力氛围，即控制溶气液体观察腔1进出口气体流量使溶气液体观察腔1内压力达到目标压力；热电偶负责输出温度信号，压力传感器10负责输出液体质量信号，搅拌器12负责加速溶解过程，CCD相机3负责拍摄液体轮廓。

坩埚9在使用前需要标定质量与容积。

在本实施例中，控制模块内设置有溶气液体密度计算处理程序(参见图2)，其中，溶气液体密度计算处理程序包括以下步骤：将CCD相机3拍摄的液体图片输入溶气液体密度计算处理程序中，溶气液体密度计算处理程序自动将图片转化灰度图，并提取液体轮廓图；对液体溢出区域选择，并自动计算液体体积，通过压力传感器10输入的溶气液体质量，计算得到目标温度压力下的溶气液体密度。

更佳地，溶气液体密度计算处理程序中选用合适的算子算法对图像进行降噪滤波处理，得到更高精度的轮廓信息，以提高溶气液体密度的测量精度。

在本实施例中，控制模块还与温度传感器7电连接。

实施例2

一种基于图像处理的溶气液体密度测量方法，使用实施例1提供的基于图像处理的溶气液体密度测量装置测量，该方法包括以下步骤：

S10、将标定质量和容积的坩埚9放置在溶气液体观察腔1内，并位于视窗11中心；

S20、接通溶解气体储存罐2，打开第一阀门8和第二阀门13通过溶解气体储存罐2的压力变化得到通入溶气室6内溶解气的质量；

S30、打开搅拌器12，加速溶解气的溶解过程；

S40、溶解气体储存罐2的压力无变化后，打开第三阀门14，将溶气液体观察腔1中的空气排出后，关闭第五阀门20；待溶气液体观察腔1的气体压力与溶气室6的气体压力一致，再打开第四阀门15，控制溶气液体滴入下方的坩埚9内，液体需超出坩埚9边缘；

S50、压力传感器10输出液体质量的信号；

S60、CCD相机3拍摄图像，记录液体轮廓信息；

在本实施例中，通过恒温槽19对溶气液体观察腔1进行加热，得到预设温度下溶气液体的密度；利用溶解气对溶气液体观察腔1加压，得到预设压力下溶气液体的密度。

在本实施例中，位于溶气室6内的液体选用季磷类离子液体：三甲基丁基膦磷酸二甲酯盐C₁₅H₃₆O₄P₂。

其中，坩埚9的质量需测量，容积利用去离子水标定。然后将坩埚9放在视窗11中心，将溶气液体观察腔1置于水浴恒温槽19中，温度范围设置为30℃～70℃，间隔10℃拍摄图像。

在本实施例中，溶解气选用二氧化碳，目标压力设置为3MPa～5MPa。

打开搅拌器12加速二氧化碳溶于液体。

待溶气液体观察腔1的压力稳定后，打开第四阀门15，液体缓慢滴入坩埚9内。

压力传感器10输出液体的质量信号。

以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围。

Claims

1.一种基于图像处理的溶气液体密度测量装置，其特征在于，包括：

溶解气储存罐；

2.根据权利要求1所述的基于图像处理的溶气液体密度测量装置，其特征在于，所述溶气室设置有用于加速气体溶解的搅拌器。

3.根据权利要求1所述的基于图像处理的溶气液体密度测量装置，其特征在于，还包括恒温槽，所述恒温槽设置在所述溶气液体观察腔的外侧，用于水浴加热改变所述溶气液体观察腔内的温度。

4.根据权利要求3所述的基于图像处理的溶气液体密度测量装置，其特征在于，所述溶气液体观察腔包括壳体和固定连接在所述壳体上端的法兰，所述壳体与所述法兰形成密闭的腔体；所述溶气室设置在所述法兰的下端，并与所述法兰组成独立的密闭空间。

5.根据权利要求4所述的基于图像处理的溶气液体密度测量装置，其特征在于，所述壳体的内壁设置有温度传感器，用于测量述溶气液体观察腔内的温度。

6.一种基于图像处理的溶气液体密度测量方法，其特征在于，使用权利要求1至5任一项所述的基于图像处理的溶气液体密度测量装置测量，该方法包括以下步骤：

S30、打开搅拌器，加速溶解气的溶解过程；

S50、压力传感器输出液体质量的信号；

S60、CCD相机拍摄图像，记录液体轮廓信息；

7.根据权利要求6所述基于图像处理的溶气液体密度测量方法，其特征在于，通过恒温槽对所述溶气液体观察腔进行加热，得到预设温度下溶气液体的密度；利用溶解气对所述溶气液体观察腔加压，得到预设压力下溶气液体的密度。