CN202256099U - 智能型浆液密度液位综合分析仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种智能型浆液密度液位综合分析仪，利用深度不等的2个压力传感器采集浆液不同深度的压力数据传给第一微控制器；第一微控制器根据2个压力传感器得到的压力数据以及压力传感器之间的高度差计算得到浆液的密度数字信号和液位数字信号，传送到显示器进行显示，同时将密度数字信号值转为密度模拟信号经第一供电模块输出；第二微控制器从第一微控制器接收液位数字信号，将液位数字信号转为液位模拟信号经第二供电模块输出。具备密度、液位双参数一体化测量，直接数字量输出显示，降低了测量成本，方便可行；采用压力传感器传感，利用压力差和高度计算密度值，替代放射性同位素密度计，避免了放射性物质对人体的危害。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种智能型浆液密度液位综合分析仪，用于各类浆液密度、液位的测量。
背景技术
目前，常见的液体密度计种类有浮子式密度计、静压式密度计、远传差压式密度计、振动式密度计和放射性同位素密度计。
浮子式密度计工作原理是：物体在流体内受到的浮力与流体密度有关，流体密度越大浮力越大。静压式密度计工作原理是：一定高度液柱的静压力与该液体的密度成正比，因此可根据压力测量仪表测出的静压数值来衡量液体的密度。膜盒(见膜片和膜盒)是一种常用的压力测量元件，用它直接测量样品液柱静压的密度计称为膜盒静压式密度计。另一种常用的是单管吹气式密度计，它以测量气压代替直接测量液柱压力，将吹气管插入被测液体液面以下一定深度，压缩空气通过吹气管不断从管底逸出，此时管内空气的压力便等于那段高度的样品液柱的压力，压力值可换算成密度。振动式密度计工作原理是：物体受激而发生振动时，其振动频率或振幅与物体本身的质量有关，如果在物体内充以一定体积的液体样品，则其振动频率或振幅的变化便反映一定体积的样品液体的质量或密度。放射性同位素密度计仪器内设有放射性同位素辐射源，它的放射性辐射(例如γ射线)，在透过一定厚度的被测样品后被射线检测器所接收，一定厚度的样品对射线的吸收量与该样品的密度有关，而射线检测器的信号则与该吸收量有关，因此反映出样品的密度。
上述密度计的缺点是非重复性大、迟滞误差大、受温度变化影响的不确定性大。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是：提供一种智能型浆液密度液位综合分析仪，能够密度、液位双参数一体化测量，并直接数字量输出。
本实用新型为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种智能型浆液密度液位综合分析仪，其特征在于：它包括机械部分和电路部分；
所述的机械部分包括壳体和长度不等且相互平行的第一管体、第二管体；壳体通过法兰分别与第一管体、第二管体的一端连接，第一管体、第二管体的另一端分别连接第一探头和 第二探头；
所述的电路部分包括第一信号采集系统、第二信号采集系统、信号处理系统、显示器和供电模块；第一信号采集系统和第二信号采集系统分别与信号处理系统电连接，信号处理系统与显示器电连接，信号处理系统通过供电模块输出密度值和液位值；
所述的第一信号采集系统和第二信号采集系统分别设置在第一探头和第二探头内；所述的信号处理系统、显示器和供电模块设置在壳体内。
按上述方案，所述的第一信号采集系统和第二采集系统包括型号相同的压力传感器。
按上述方案，所述的压力传感器包括与外界相通的压力感受端面，压力感受端面与探头之间通过O型密封圈密封。
按上述方案，所述的信号处理系统包括第一微处理器和第二微处理器，所述的供电模块包括第一供电模块和第二供电模块；其中所述的第一信号采集系统和第二信号采集系统与第一微处理器的输入端电连接，第一微处理器与所述显示器电连接；第一微处理器与第一供电模块通过HART通信模块连接，第二微处理器与第二供电模块通过HART通信模块连接，第一微处理器与第二微处理器之间通过RS232串口连接。
按上述方案，所述的第一微处理器的输入端与输入设备电连接。
一种智能型浆液密度液位综合分析方法，包括以下步骤：
1)深度不等的2个信号采集系统采集浆液不同深度的压力数据传给第一微控制器；
2)第一微控制器根据2个信号采集系统得到的压力数据以及信号采集系统之间的高度差计算得到浆液的密度数字信号和液位数字信号，传送到显示器进行显示，同时将密度数字信号值转为密度模拟信号经第一供电模块输出；
3)第二微控制器从第一微控制器接收液位数字信号，将液位数字信号转为液位模拟信号经第二供电模块输出。
所述的步骤1)2个信号采集系统采集压力数据的同时采集对应的温度数据；所述的步骤2)第一微处理器根据采集的压力数据和对应的温度数据获得压力随温度变化的零点迁移数据，采用分段线性插值法得到压力随温度变化的零点迁移补偿函数，利用零点迁移函数对压力数据进行零点迁移补偿。
本实用新型的工作原理为：利用静压法原理ΔP＝ρ·g·Δh，通过检测压力差实现密度测量；其中ΔP为两只传感器承受压力的差值(P2-P1)；ρ为被测介质的密度值；g为重力加速度；Δh为2个信号采集系统之间的距离。再利用密度值通过公式 
计算，实 现液位的测量；P2为较深的传感器采集的压力数据；ρ为被测介质的密度值，由静压法测得；g为重力加速度。
本实用新型的有益效果为：
1、具备密度、液位双参数一体化测量，直接数字量输出显示，降低了测量成本，方便可行。
2、采用压力传感器传感，利用压力差和高度计算密度值，替代放射性同位素密度计，避免了放射性物质对人体的危害。
附图说明
图1为本实用新型一实施例的机械结构图。
图2为本实用新型一实施例的电路原理框图。
图3为本实用新型一实施例的密度电流环电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对实用新型进一步说明。
图1为本实用新型一实施例的机械结构图，包括壳体1和长度不等且相互平行的第一管体7、第二管体4；壳体1通过法兰3分别与第一管体7、第二管体4的一端连接，第一管体7、第二管体4的另一端分别连接第一探头6和第二探头5。为了使得壳体1更好的与法兰3连接，在壳体1与法兰3之间增设连接件2。测量时，将第一探头6和第二探头5插入浆液。
图2为本实用新型一实施例的电路原理框图，包括第一信号采集系统、第二信号采集系统、信号处理系统、LCD显示器和供电模块；第一信号采集系统和第二信号采集系统分别与信号处理系统电连接，信号处理系统与LCD显示器电连接，信号处理系统通过供电模块输出密度值和液位值。第一信号采集系统和第二信号采集系统分别设置在第一探头和第二探头内；所述的信号处理系统、LCD显示器和供电模块设置在壳体内。
第一信号采集系统和第二采集系统包括型号相同的压力传感器。压力传感器包括与外界相通的压力感受端面，压力感受端面与探头之间通过O型密封圈密封。压力传感器经严格筛选配对后，采用独特的封装工艺，使得两个敏感元件的压力曲线、温度曲线几乎完全一致，感受浆液压力变化，产生对应的模拟电信号。
信号处理系统包括第一微处理器和第二微处理器，所述的供电模块包括第一供电模块和第二供电模块；其中所述的第一信号采集系统和第二信号采集系统与第一微处理器的输入端电连接，第一微处理器与所述LCD显示器电连接；第一微处理器与第一供电模块通过HART通信模块电连接，第二微处理器与第二供电模块通过HART通信模块电连接，第一微处理器 与第二微处理器之间通过RS232串口连接。
第一微处理器的输入端与输入设备电连接，本实施例中的输入设备为键盘模块。
第一供电模块、第一DCDC模块、第一微处理器、LCD显示器、HART通信2模块、键盘模块、存储器EEPEOM1以及第一传感器、第二传感器组成密度电流环，如图3所示。第一供电模块通过第一DCDC模块为密度电流环各部分供3.3V直流电。第一微处理器对2个传感器采集的压力信号，依据静压法原理ΔP＝ρ·g·Δh，将信号采集系统传递的模拟电信号经过数字信号处理技术，第一微处理器再通过压力传感器采集的实时温度值获得压力随温度变化的零点迁移数据进行温度补偿。再通过密度值通过公式 
计算得到浆液的密度数字信号以及液位数字信号，并同时传送到LCD显示器进行显示。密度数字信号经电流环产生4～20mA密度模拟信号；液位数字信号经232串口传送到第二微处理器。
第二供电模块、第二DCDC模块、第二微处理器、HART通信1模块和存储器EEPEOM2组成液位电流环，之间的连接关系与第一供电模块、第一DCDC模块、第一微处理器、HART通信2模块、存储器EEPEOM1之间的连接关系相同。第二微处理器将液位数字信号转为液位模拟信号，经第二供电模块输出。
在图3密度电流环原理图中，单片机U4(即第一微处理器)，管脚18经电阻R25与第一传感器的SV+相连，管脚19经电阻R26与第二传感器的SV2+相连，管脚20与第一传感器的SS+相连，管脚21与第一传感器的SS-相连，管脚22与第一传感器的ST相连，管脚23与第二传感器的SS2+相连，管脚24与第二传感器的SS2-相连，管脚25与第二传感器的ST2相连。
单片机U4，管脚44、管脚55、管脚56、管脚3、管脚4与接线端子P4、232通讯1模块相连接，并将上述的密度数字信号以及液位数字信号传送给LCD显示器，而液位数字信号经232通讯1模块、232通讯2模块传送到第二微处理器。
单片机U4，管脚6、管脚7、管脚8分别与电流环芯片U2的管脚5、管脚6、管脚7相连接，完成密度数字信号的传送；单片机U4，管脚59、管脚60、管脚63分别与Hart专用芯片U1的管脚25、管脚23、管脚26相连接，完成密度数字信号的Hart通信。
单片机U4，管脚52、管脚53、管脚54分别与键盘模块相连接，可以通过按键进行现场参数设置，或完成零点的无源标定；单片机U4，管脚51与存储器U3的管脚7相连接，实时读写密度、液位范围、压力传感器量程、输出电信号范围等参数。
单片机U4管脚52、53、54是通过电阻R13、R14、R15接电源VCC，该节点通过串接按键开关连接到地，当无按键按下时为高电平，当有按键按下时为低电平。单片机U4通过高低 电平来判断键盘信号。
电流环芯片U2与Q1相连接，产生4～20mA密度模拟信号。第一供电模块主要由P1、D1、D2、D3、F1、F2、Z1、PU1、PU2等组成，为整个电路提供工作电源。D3瞬态电压抑制器防雷电。F1、F2、Z1形成变压器，与外电源物理磁隔离。
PU1——TPS79733：10mA、3.3V微功耗LDO稳压器。
PU2——LTC3642高效率、高电压、50mA同步降压型转换器特点宽输入电压范围：4.5V至45V能够承受60V的输入瞬态电压具有内部高压侧和低压侧电源开关无需进行补偿50mA输出电流低压差操作：100％占空比低静态电流：12μA 0.8V反馈电压基准。
U5、U6——ADR5041精密、微功耗、分流模式基准电压源，具有低温度漂移、优于0.1％的初始精度和快速建立时间特性。
为了能够得到更准确的数据结果，所述的第一、第二信号采集系统分别包括数字温度传感器，在测得压力数据的同时获得对应的温度数据，第一微处理器根据采集的压力数据和对应的温度数据获得压力随温度变化的零点迁移数据，采用分段线性插值法得到压力随温度变化的零点迁移补偿函数，利用零点迁移函数对压力数据进行零点迁移补偿。
Claims (5)
1.一种智能型浆液密度液位综合分析仪，其特征在于：它包括机械部分和电路部分；
所述的机械部分包括壳体和长度不等且相互平行的第一管体、第二管体；壳体通过法兰分别与第一管体、第二管体的一端连接，第一管体、第二管体的另一端分别连接第一探头和第二探头；
所述的电路部分包括第一信号采集系统、第二信号采集系统、信号处理系统、显示器和供电模块；第一信号采集系统和第二信号采集系统分别与信号处理系统电连接，信号处理系统与显示器电连接，信号处理系统通过供电模块输出密度值和液位值；
所述的第一信号采集系统和第二信号采集系统分别设置在第一探头和第二探头内；所述的信号处理系统、显示器和供电模块设置在壳体内。
2.根据权利要求1所述的智能型浆液密度液位综合分析仪，其特征在于：所述的第一信号采集系统和第二采集系统包括型号相同的压力传感器。
3.根据权利要求2所述的智能型浆液密度液位综合分析仪，其特征在于：所述的压力传感器包括与外界相通的压力感受端面，压力感受端面与探头之间通过O型密封圈密封。
4.根据权利要求1或2或3所述的智能型浆液密度液位综合分析仪，其特征在于：所述的信号处理系统包括第一微处理器和第二微处理器，所述的供电模块包括第一供电模块和第二供电模块；其中所述的第一信号采集系统和第二信号采集系统与第一微处理器的输入端电连接，第一微处理器与所述显示器电连接；第一微处理器与第一供电模块通过HART通信模块连接，第二微处理器与第二供电模块通过HART通信模块连接，第一微处理器与第二微处理器之间通过RS232串口连接。
5.根据权利要求4所述的智能型浆液密度液位综合分析仪，其特征在于：所述的第一微处理器的输入端与输入设备电连接。
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