CN116519536A - 一种管道内液体比重测量设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管道内液体比重测量设备和方法，涉及测控技术领域，解决无法做到对配置过程中管道输送的溶液比重进行实时测量，所述检测组件包括音叉探头，所述音叉探头分为叉体一和叉体二；探头罩，所述探头罩上设置小圆孔，开孔方向延着溶液流动方向和垂直流动方向布置；表头，所述表头通过驱动组件与音叉探头连接，所述驱动组件包括探测杆，所述探测杆设置在表头的一侧；电机，所述电机设置在探测杆上；承载体，所述承载体设置在电机输出端上；伸缩杆，所述伸缩杆设置在承载体上；托板，所述托板设置在伸缩杆上，相对于传统音叉比重计只能用于容器溶液静态比重检测，可实现对管道动态流式溶液比重检测。

Description

一种管道内液体比重测量设备和方法

技术领域

本发明涉及测控技术领域，具体为一种管道内液体比重测量设备和方法。

背景技术

随着新能源锂电材料智能制造的发展，对于生产精细化管控越来越严格，品质要求不断提高，对于镍钴锰溶液的配置，需要对硫酸镍、硫酸钴、硫酸锰三种溶液从储槽中取样进行比重测量后，根据比重结果对该三种溶液中不合格的进行再补晶体颗粒进行溶解，之后再测量比重，比重不合格代表镍钴锰浓度不符合要求，影响后续生产过程，目前比重测量主要通过人工从溶解储槽中取样测量，无法做到对配置过程中管道输送的溶液比重进行实时测量，因此开发一种管道流式溶液比重测量的方法是目前解决溶液配置过程中溶液比重无法实时监测的难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种管道内液体比重测量设备和方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种管道内液体比重测量设备和方法，包括：

连接管体；

检测组件，所述检测组件的部分设置在连接管体内，另一部分设置在连接管体外；

搅拌组件，所述搅拌组件设置在连接管体内；

缓存管，所述缓存管设置在连接管体内。

根据上述技术方案，所述检测组件包括：

音叉探头，所述音叉探头分为叉体一和叉体二；

探头罩，所述探头罩上设置小圆孔，开孔方向延着溶液流动方向和垂直流动方向布置；

表头，所述表头通过驱动组件与音叉探头连接；

根据上述技术方案，所述驱动组件包括：

探测杆，所述探测杆设置在表头的一侧；

电机，所述电机设置在探测杆上；

承载体，所述承载体设置在电机输出端上；

伸缩杆，所述伸缩杆设置在承载体上；

托板，所述托板设置在伸缩杆上。

根据上述技术方案，所述连接管体的两端分别设置首端管体和末端管体，所述连接管体的两端均设置法兰盘二，所述连接管体为圆管形，过流通径两端小，中间大。

根据上述技术方案，所述首端管体通过法兰盘二与储液罐密封连接，所述首端管体与储液罐之间的连接通路上设置单向阀门；

所述储液罐中设置定量泵机。

根据上述技术方案，所述搅拌组件包括：

固定轴；

转杆一，所述转杆一设置在固定轴上；

转杆二，所述转杆二设置在固定轴上；

搅拌机一，所述搅拌机一设置在转杆一上；

搅拌机二，所述搅拌机二设置在转杆二上。

根据上述技术方案，所述搅拌组件还包括：

阻隔板一，所述阻隔板一设置在连接管体中；

阻隔板二，所述阻隔板二设置在连接管体中；

漏孔一，所述漏孔一设置在阻隔板一上；

漏孔二，所述漏孔二设置在阻隔板二上。

根据上述技术方案，所述表头可以输出modbus、Hart、Profibus PA等协议，支持G无线通讯，通过物联网技术连接设备表头。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明，通过设置有检测组件，相对于传统音叉比重计只能用于容器溶液静态比重检测，可实现对管道动态流式溶液比重检测；

通过物联网技术连接设备，可实现对比重值的实时监测。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的连接管体和储液罐整体正面剖视结构示意图；

图2是本发明的连接管体位置摆放示意图；

图3是本发明的搅拌组件示意图；

图4是本发明的连接管体与检测组件的位置分布示意图；

图5是本发明的图4中A区域放大示意图；

图6是本发明的图1中B区域放大示意图；

图7是本发明的图3中C区域放大示意图；

图8是本发明的检测方法流程示意图；

图9是本发明的音叉探头在连接管体内溶液满载情况下的位置示意图；

图10是本发明的音叉探头在连接管体内溶液未满载情况下的位置示意图；

图中：1、连接管体；11、首端管体；12、末端管体；13、阻隔板一；14、漏孔一；15、阻隔板二；16、漏孔二；17、固定轴；18、转杆一；181、搅拌机一；19、转杆二；191、搅拌机二；

2、缓存管；

3、探头罩；31、小圆孔；

4、音叉探头；41、叉体一；42、叉体二；

5、法兰盘一；51、法兰盘二；

6、表头；61、探测杆；62、电机；63、承载体；64、伸缩杆；65、托板； 7、储液罐；71、单向阀门。

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1-10，本发明提供技术方案：针对目前在溶液输送过程中，由于管道的密闭性和溶液的流动性，导致溶液密度无法测量问题，开发了一种管道流式溶液比重测量方法，实现了管道输送过程中溶液比重的测量一种管道内液体比重测量设备和方法，包括音叉探头4、探头罩3、缓存管2、连接管体1和表头6；

音叉探头4分为叉体一41和叉体二42，叉体一41和叉体二42均是由金属材质制成，叉体一41和叉体二42之间具有一定距离，表面镀膜，避免结晶，叉体一41和叉体二42夹片方向均平行于溶液流动方向，避免溶液对叉体一41和叉体二42的正面冲击，相对于传统音叉比重计只能用于容器溶液静态比重检测，将音叉探头设置在连接管体1内可实现对连接管体1内动态流式溶液比重检测；

探头罩3上均匀密集设置小圆孔31，开孔方向延着流动方向和垂直流动方向布置，有利于缓存溶液进入，且罩底封闭，减少溶液对音叉探头4的流动冲击；

表头6的测量原理为音叉探头4因位于齿根的一个压电晶体而产生振动，振动的频率通过另一个压电晶体检测出来，通过移相和放大电路，音叉探头4被稳定在固有谐振频率上，当介质流经音叉探头4时，因介质质量的改变，引起谐振频率的变化，表头6的一端设置贯穿进入缓存管2内的探测杆61，探测杆61的端头部位固定安装电机62，电机62的输出端上固定安装承载体63，承载体63的端部面上设置伸缩杆64，伸缩杆64的端部焊接托板65，叉体一41和叉体二42均固定设置在托板65的端面上，可兼容适应更多静态和动态溶液的比重检测；

探测杆61与缓存管2之间使用法兰盘一5进行固定，且在法兰盘一5内设置若干根密封条避免溶液泄露，探头罩3的底部固定安装在法兰盘一5的侧壁，为罩底封闭状态，起到减少对音叉探头4流动冲击的效果，综上，表头6、音叉探头4、探头罩3、缓存管2为一体，通过法兰盘一5与连接管体1连接，此种安装结构方便拆卸和检查维护；

连接管体1的两端分别设置首端管体11和末端管体12，连接管体1的两端均设置法兰盘二51，通过法兰盘二51与其它设备连接，且连接管体1为圆管形，过流通径两端小，中间大，使得溶液在中间腔体中也具有一定的缓存效果，首端管体11通过法兰盘二51与储液罐7密封连接，在首端管体11与储液罐7之间的连接通路上设置单向阀门71，单向阀门71用于控制储液罐7中的溶液流入连接管体1，储液罐7中储存镍钴锰的混合溶液或者单独的硫酸镍、硫酸钴、硫酸锰三种溶液中的一种，需要根据具体实施要求决定；

储液罐7中设置定量泵机，定量泵机用于排出溶液；

连接管体1从附图1中可知，是具备横向和竖向两种管体，其中缓存管2设置于横向管体中，缓存管2上设置液体疏导孔，方便溶液进入缓存区域，同时避免对探头罩的冲击，管长为100mm，有利于缓冲液的进出更新；

连接管体1中设置搅拌组件，搅拌组件包括固定在连接管体1侧壁上的固定轴17，固定轴17所处位置在横向管体与首端管体11之间，固定轴17上错层轴承安装转杆一18和转杆二19，转杆一18和转杆二19无接触，转杆一18上设置搅拌机一181，转杆二19上设置搅拌机二191，固定轴17内设置电路线，电路线的一端连接电源，另一端与转杆一18、转杆二19电性连接，继而为转杆一18和转杆二19的运动供能，搅拌机一181和搅拌机二191的搅拌力度小，避免对溶液在连接管体1内的运动造成阻碍；

若是固定区域搅拌，则会有部分液体从搅拌机的两侧不经搅拌流走，转杆一18、转杆二19均可以独立运行转动则带动搅拌机一181和搅拌机二191独立转动，增加可搅拌区域面积；

连接管体1中设置阻隔板一13和阻隔板二15，阻隔板一13表面均匀设置漏孔一14，阻隔板二15表面均匀设置漏孔二16，漏孔一14与漏孔二16为错位布置，经过搅拌机搅动的溶液运动速度会有提升，通过错位布置的漏孔一14与漏孔二16通过阻隔板一13和阻隔板二15，降低溶液的流动速度，溶液此时未经过音叉探头4的检测，溶液运动速度过高则会干扰音叉探头4的检测结果；

阻隔板一13的侧壁上设置液位感应器，液位感应器用于实测连接管体1中的溶液液位；

表头6可以输出modbus、Hart、Profibus PA等协议，支持4G无线通讯，通过物联网技术连接设备表头6，可实现对溶液比重值的实时检测；

检测流程为，第一步，先将连接管体1内填充满溶液，避免音叉探头4空测，第二步，溶液从连接管体1中流过，其流通路径与所测管道布置方向一致，通过法兰相连接，便于保持溶液流动一致性，第三步，溶液进入缓存管2，在溶液流动的过程中，缓存管2可有效阻挡溶液的正面流过冲击振动音叉探头4，第四步，缓存管2被溶液充满以后，溶液通过液体疏导孔进入探头罩3中，探头罩3的多孔可有效地避免音叉探头4被溶液冲击振动，实现比重检测的准确性，第五步，探头罩3内的溶液，在音叉探头4之间测量，基于探头齿根的一个压电晶体而产生振动，振动的频率通过另一个压电晶体检测出来，通过移相和放大电路，叉体探头被稳定在固有谐振频率上，当介质流经叉体探头时，因介质质量的改变，引起谐振频率的变化，第六步，表头6根据介质的密度与振动频率数学关系测出溶液的当前密度：D=K0+K1×T+K2×T2，其中：D=被测介质的密度，T=叉体的固有频率，T2=被测介质流经叉体时的频率（K0、K1、K2=常数），根据此关系通过电子处理单元即可计算出准确的介质密度值，第七步，表头6根据检测结果，通过模数变换，输出比重值。

设置连接管体1内的合格溶液密度为P1-P2区间，通过音叉探头4实时检测得到的连接管体1内的溶液密度为P3，若是P3小于P1，则表示连接管体1内的溶液密度小于合格密度，则此时表头6内的系统控制与连接管体1管道连接的单向阀门71打开，同时泵机打开，从储液罐7中补充溶液至连接管体1中，通过持续补充溶液提高连接管体1内溶液的密度，直至连接管体1内的溶液密度被音叉探头4检测得出处于P1-P2区间内，表头6内的系统控制单向阀门71和泵机关闭，实现全程溶液密度检测和补充自动化，定量泵机的设置可以精准补充溶液，单次定量补充，避免一次性补充溶液过量；

音叉探头4在检测溶液密度时会遇见连接管体1内的溶液不满管的情况，音叉探头4需要处于溶液中间位置，测出的溶液密度才精准，液位感应器实时检测溶液液位高度K，设定溶液液位高度的最低数值为Kn，则若是K小于Kn则表头6显示连接管体1内的溶液高度过低，不进行比重检测，若是K大于等于Kn，则表头6内的系统驱动伸缩杆64升降带动托板65升降，继而叉体一41和叉体二42跟随升降，保证叉体一41和叉体二42处于溶液K/2的位置，使得叉体一41和叉体二42始终处于溶液中间位置，检测密度数值维持高精准性；

音叉探头4检测溶液比重时，检测方法为，表头6内的系统控制电机62先按照附图9的位置摆放叉体一41和叉体二42，进行检测一次，再通过电机运动带动承载体63转动180度，承载体63转动带动伸缩杆64转动，伸缩杆64转动带动托板65转动，托板65转动带动叉体一41和叉体二42转动，使得叉体一41和叉体二42位置互换，进行一次检测，两次检测数值相同确认检测数值正确，否则需要重新检测。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，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 (7)

1.一种管道内液体比重测量设备，其特征在于，包括：

连接管体（1）；

检测组件，所述检测组件的部分设置在连接管体（1）内，另一部分设置在连接管体（1）外；

搅拌组件，所述搅拌组件设置在连接管体（1）内；

缓存管（2），所述缓存管（2）设置在连接管体（1）内；

音叉探头（4），所述音叉探头（4）分为叉体一（41）和叉体二（42）；

探头罩（3），所述探头罩（3）上设置小圆孔（31），开孔方向延着溶液流动方向和垂直流动方向布置；

表头（6），所述表头（6）通过驱动组件与音叉探头（4）连接；

探测杆（61），所述探测杆（61）设置在表头（6）的一侧；

电机（62），所述电机（62）设置在探测杆（61）上；

承载体（63），所述承载体（63）设置在电机（62）输出端上；

伸缩杆（64），所述伸缩杆（64）设置在承载体（63）上；

托板（65），所述托板（65）设置在伸缩杆（64）上；

所述缓存管（2）长度为100mm，避免对探头罩（3）的冲击，有利于缓冲液的进出更新。

2.根据权利要求1所述的一种管道内液体比重测量设备，其特征在于，所述连接管体（1）的两端分别设置首端管体（11）和末端管体（12），所述连接管体（1）的两端均设置法兰盘二（51），所述连接管体（1）为圆管形，过流通径两端小，中间大。

3.根据权利要求2所述的一种管道内液体比重测量设备，其特征在于，所述首端管体（11）通过法兰盘二（51）与储液罐（7）密封连接，所述首端管体（11）与储液罐（7）之间的连接通路上设置单向阀门（71）；

所述储液罐（7）中设置定量泵机。

4.根据权利要求1所述的一种管道内液体比重测量设备，其特征在于，所述搅拌组件包括：

固定轴（17）；

转杆一（18），所述转杆一（18）设置在固定轴（17）上；

转杆二（19），所述转杆二（19）设置在固定轴（17）上；

搅拌机一（181），所述搅拌机一（181）设置在转杆一（18）上；

搅拌机二（191），所述搅拌机二（191）设置在转杆二（19）上。

5.根据权利要求4所述的一种管道内液体比重测量设备，其特征在于，所述搅拌组件还包括：

阻隔板一（13），所述阻隔板一（13）设置在连接管体（1）中；

阻隔板二（15），所述阻隔板二（15）设置在连接管体（1）中；

漏孔一（14），所述漏孔一（14）设置在阻隔板一（13）上；

漏孔二（16），所述漏孔二（16）设置在阻隔板二（15）上。

6.根据权利要求5所述的一种管道内液体比重测量设备，其特征在于，所述表头（6）用于输出modbus、Hart、Profibus PA协议，支持4G无线通讯，通过物联网技术连接设备表头（6）。

7.一种用于根据权利要求6所述的管道内液体比重测量设备的方法，其特征在于，步骤S1，先将连接管体（1）内填充满溶液；

步骤S2，溶液从连接管体（1）中流过，其流通路径与所测管道布置方向一致，通过法兰相连接，便于保持溶液流动一致性；

步骤S3，溶液进入缓存管（2），在溶液流动的过程中，缓存管（2）可有效阻挡溶液的正面流过冲击振动音叉探头（4）；

步骤S4，缓存管（2）被溶液充满以后，溶液通过液体疏导孔进入探头罩（3）中，探头罩（3）的多孔可有效地避免音叉探头（4）被溶液冲击振动，实现比重检测的准确性；

步骤S5，探头罩（3）内的溶液，在音叉探头（4）之间测量，基于探头齿根的一个压电晶体而产生振动，振动的频率通过另一个压电晶体检测出来，通过移相和放大电路，叉体探头被稳定在固有谐振频率上，当介质流经叉体探头时，因介质质量的改变，引起谐振频率的变化；

步骤S6，表头（6）根据介质的密度与振动频率数学关系测出溶液的当前密度：D=K0+K1×T+K2×T2，其中：D=被测介质的密度，T=叉体的固有频率，T2=被测介质流经叉体时的频率K0、K1、K2=常数，根据此关系通过电子处理单元即可计算出准确的介质密度值；

步骤S7，表头（6）根据检测结果，通过模数变换，输出比重值。