CN210719245U

CN210719245U - 一种多功能液体检测装置

Info

Publication number: CN210719245U
Application number: CN201921682547.9U
Authority: CN
Inventors: 宋荣; 杨黎; 曾启明; 余菲; 王哲锋; 罗伟程
Original assignee: Shenzhen Polytechnic
Current assignee: Shenzhen Polytechnic
Priority date: 2019-10-09
Filing date: 2019-10-09
Publication date: 2020-06-09
Anticipated expiration: 2029-10-09

Abstract

本实用新型公开一种多功能液体检测装置，包括单片机、称重模块、激光测距模块、红外透射传感器和电导率传感器，所述称重模块、激光测距模块、红外透射传感器、电导率传感器均与所述单片机相连接，将装有待测液体的量筒放置在所述称重模块上以测量出量筒内待测液体的质量，所述激光测距模块设置在所述量筒的上方对量筒内的待测液体液位进行测量，所述单片机通过对待测液体的质量及其液位所对应的体积推算出液体的密度，并结合所述红外透射传感器、电导率传感器所分析出待测液体的红外穿透性、电导率的特征，从而判别出待测液体的种类。本实用新型可代替人工检测，其检测方式简单、便捷，精度高，可大大减少分析溶液量，从而节省溶液。

Description

一种多功能液体检测装置

技术领域

本实用新型涉及液体检测技术领域，具体涉及一种多功能液体检测装置。

背景技术

现有对于液体的种类、密度、质量、液位都是通过人工进行检测，此检测方式繁琐、复杂，人工成本高，不能进行准确分析，且分析溶液量要多，造成溶液浪费。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种多功能液体检测装置，其可代替人工检测，该检测方式简单、便捷，精度高，可大大减少分析溶液量，从而节省溶液。

本实用新型的技术方案如下：

一种多功能液体检测装置，包括单片机、称重模块、激光测距模块、红外透射传感器和电导率传感器，所述称重模块、激光测距模块、红外透射传感器、电导率传感器均与所述单片机相连接，将装有待测液体的量筒放置在所述称重模块上以测量出量筒内待测液体的质量，所述激光测距模块设置在所述量筒的上方对量筒内的待测液体液位进行测量，所述单片机通过对待测液体的质量及其液位所对应的体积推算出液体的密度，并结合所述红外透射传感器、电导率传感器所分析出待测液体的红外穿透性、电导率的特征，从而判别出待测液体的种类。

进一步的，还包括语音传感器，所述语音传感器的输入端与所述单片机的输出端连接，在装置开始测量后，通过所述语音传感器播报液体种类、密度、质量和液位。

进一步的，所述单片机上设置有液晶显示模块，通过该液晶显示模块显示液体种类、密度、质量和液位。

进一步的，所述单片机采用STM32单片机。

进一步的，所述称重模块采用AD7190称重模块。

进一步的，所述激光测距模块采用L激光传感模块。

进一步的，所述红外透射传感器是由相对设置在量筒两侧面的红外发射管和红外接收管所组成的红外对管。

进一步的，所述电导率传感器中设有一高精密运放芯片OP07。

进一步的，所述激光测距模块通过支架固定。

相对于现有技术，本实用新型的有益效果在于：

本实用新型可根据不同液体在不同条件下的特征不同的原理，采用STM32单片机，并结合红外透射传感器、电导率传感器、语音传感器等电路，有效且精准的测量出液体的种类、密度、质量和液位等参数，实现了液体容器的多功能测试，其性能稳定、数据精确，液位测量绝对误差的绝对值≤1mm，重量测量绝对误差的绝对值≤0.1g，此外，在此基础上还添加了语音播报功能。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型提供的一种多功能液体检测装置的结构示意图；

图2为本实用新型提供的一种多功能液体检测装置的原理框图；

图3为本实用新型所述红外透射传感器的红外发射及红外接收的电路示意图；

图4为本实用新型所述电导率传感器的电路示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

为了说明本实用新型所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

实施例

请参阅图1、图2，本实施例提供的一种多功能液体检测装置，包括单片机1、称重模块2、激光测距模块3、红外透射传感器4和电导率传感器，所述称重模块2、激光测距模块3、红外透射传感器4、电导率传感器5均与所述单片机1相连接。

原理：将装有待测液体的量筒6放置在所述称重模块2上以测量出量筒6内待测液体的质量，所述激光测距模块3通过支架7固定在所述量筒6的上方对量筒6内的待测液体液位进行测量，所述单片机1通过对待测液体的质量及其液位所对应的体积推算出液体的密度，并结合所述红外透射传感器4、电导率传感器所分析出待测液体的红外穿透性、电导率的特征，从而判别出待测液体的种类。

进一步的，还包括语音传感器8，所述语音传感器8的输入端与所述单片机1的输出端连接，在装置开始测量后，通过所述语音传感器8播报液体种类、密度、质量和液位。

进一步的，所述单片机1上设置有液晶显示模块11，通过该液晶显示模块11显示液体种类、密度、质量和液位。

本实施例，所述单片机1采用STM32单片机。STM32单片机是ST意法半导体公司生产的32位高性能，低成本，低功耗的增强型单片机，内核采用ARM公司最新生产的Cortex-M3架构，片上集成通信接口有两个I2C、三个SPI、五个USART、一个USB、一个CAN和一个SDIO，并集成有三个ADC和一个DAC，具有80个IO端口，端口多，速度较快。

所述称重模块2采用AD7190称重模块。AD7190称重模块是一款适合高精密测量应用的低噪声完整模拟前端。它集成一个低噪声、24位Σ-Δ型模数转换器(ADC)。片内低噪声增益级意味着可直接输入小信号。并且，针对要求所有转换均需建立的应用，AD7190具有零延迟特性。

所述激光测距模块3采用L激光传感模块。该模块是一款稳定、精准、可灵活应用的工业模块。配合强反光板可测量更远距离，支持二次开发，通过发送指令可设置量程值，设置范围可以高达80米，精度为毫米级，更切近本项目对精度的要求。该模块在工作时向目标射出一束很细的激光，由光电元件接收目标反射的激光束，计时器测定激光束从发射到接收的时间，从而计算出从观测者到目标的距离。

激光测距原理：激光测距是以激光器作为光源进行测距。激光测距仪在工作时向目标射出一束很细的激光，由光电元件接收目标反射的激光束，计时器测定激光束从发射到接收的时间，计算出从观测地到目的地的距离。

激光测距是光波测距中的一种测距方式，如果光以速度c在空气中传播在A、B两点间往返一次所需时间为t，则A、B两点间距离D的计算公式为：D＝ct/2(D：测站点A、B两点间距离，c：速度，t：光往返A、B一次所需的时间)。

所述红外透射传感器4是由相对设置在量筒两侧面的红外发射管和红外接收管所组成的红外对管。如图3所示，主要原理是：先利用三极管对信号进行放大调变，然后将此电信号(脉冲波)经有红外发射管(940nm波长)转变为光信号发射出去；红外接收管接收到红外发射管发射出的光信号后转换为电信号。

红外线发射管与光敏接收管，或者红外线接收管，或者红外线接收头配合在一起使用时候的总称也叫：红外对管。在光谱中波长自0.76至400微米的一段称为红外线。

如图4所示，所述电导率传感器5中设有一高精密运放芯片OP07，利用该方式测得的数据最为精确和稳定，为电路测量的精准提供了保障；同时还添加了一个E0505S-2W系列的模块，为精密运放OP07提供正负15V的稳定电压。电路中主要利用了一个PNP型三极管9012控制电路是否导通，当三极管的集电极为低电平时三极管导通，可测得R3与Rx1所在支路电流相同，同时由电导率原理可推出如下公式：

V1/(R+Rx)-V2/Rx；

Rx-RV2/(V1-V2)；

1/Rx-(V1-V2)/RV2。

电导率原理：电导率，也称导电率，一个用来表示溶液传导电流的能力的物理量。

公式：σ＝1/ρ。(电导率σ的标准单位是西门子/米)。

电导和电阻也有关系，如果R是一个组件和设备的电阻(单位欧姆Ω)，电导为G(单位西门子S)，则：G＝1/R。

电导率与温度紧密相关。金属的电导率随着温度的增高而降低。半导体的电导率随着温度的增高而增高。在一段温度值域内，电导率可以被近似为与温度成正比。因此，为了要比较物质在不同温度状况的电导率，必须设定一个共同的参考温度。

密度计算与分析：

密度是对特定体积内的质量的度量，物体中任一点的密度定义为：

ρ＝M/V(ρ表示密度、M表示质量、V表示体积)。

根据压强公式还可以得到液体密度：

ρ＝P/gh(P表示压强，g表示重力加速度，h表示液体深度)。

由上式可知：物体的密度不仅由物体本身的质量和体积所决定，受温度、压强等外界的影响。因此，在根据密度公式求得所测液体的密度时，需要控制所测液体所处的环境一致，排除温度、压强等的干扰和影响。

同时，根据压强公式以及液体密度表，可以辨别出所测液体的类别，甚至是区不同浓度的同种液体。例如：当密度ρ为1x103kg/m3时，可得该液体为纯水；当确定液体为盐水时，密度ρ1为1.071g/cm3，ρ2为1.148g/cm3时可知液体1是浓度为10％的盐水，液体2是浓度为20％的盐水。

装置在开始测量后，语音播报液体类别，显示液体种类、密度、质量、液位等。通过分析液体在密度、电导率、红外穿透性的特征，采用单片机、传感器等技术，正确地判别了液体的种类。通过检查与调试，本装置性能非常稳定、数据精确，很好的实现了基本和发挥两部分的要求。在创新方面：本装置在实现基本功能的基础上添加了语音传感器，在测量过程中通过语音播报液体的种类；液位和重量测量的精度提高了，液位测量绝对误差的绝对值≤1mm，重量测量绝对误差的绝对值≤0.1g。

该装置可根据不同液体在不同条件下的特征不同的原理，采用STM32单片机，并结合红外透射传感器、电导率传感器、语音传感器等电路，有效且精准的测量出液体的种类、密度、质量和液位等参数，实现了液体容器的多功能测试。

综上所述，该多功能液体检测装置采用激光测距、红外透射技术、称重传感器，语音播报等技术，通过STM32单片机处理实现液体体重测量、液体密度测量、液体液位测量和语音播报等功能，并且能播报所识别液体的类别。测量精度满足题目的基本要求，其中，重量测量绝对误差的绝对值比题目的基本要求小了一个数量级，测量结果更为精准，作为发挥的一部分。通过测试，各项指标均达到基本部分和发挥部分要求。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种多功能液体检测装置，其特征在于：包括单片机、称重模块、激光测距模块、红外透射传感器和电导率传感器，所述称重模块、激光测距模块、红外透射传感器、电导率传感器均与所述单片机相连接，将装有待测液体的量筒放置在所述称重模块上以测量出量筒内待测液体的质量，所述激光测距模块设置在所述量筒的上方对量筒内的待测液体液位进行测量，所述单片机通过对待测液体的质量及其液位所对应的体积推算出液体的密度，并结合所述红外透射传感器、电导率传感器所分析出待测液体的红外穿透性、电导率的特征，从而判别出待测液体的种类。

2.根据权利要求1所述的一种多功能液体检测装置，其特征在于：还包括语音传感器，所述语音传感器的输入端与所述单片机的输出端连接，在装置开始测量后，通过所述语音传感器播报液体种类、密度、质量和液位。

3.根据权利要求1所述的一种多功能液体检测装置，其特征在于：所述单片机上设置有液晶显示模块，通过该液晶显示模块显示液体种类、密度、质量和液位。

4.根据权利要求1所述的一种多功能液体检测装置，其特征在于：所述单片机采用STM32单片机。

5.根据权利要求1所述的一种多功能液体检测装置，其特征在于：所述称重模块采用AD7190称重模块。

6.根据权利要求1所述的一种多功能液体检测装置，其特征在于：所述激光测距模块采用L激光传感模块。

7.根据权利要求1所述的一种多功能液体检测装置，其特征在于：所述红外透射传感器是由相对设置在量筒两侧面的红外发射管和红外接收管所组成的红外对管。

8.根据权利要求1所述的一种多功能液体检测装置，其特征在于：所述电导率传感器中设有一高精密运放芯片OP07。

9.根据权利要求1所述的一种多功能液体检测装置，其特征在于：所述激光测距模块通过支架固定。