CN214794312U - 一种高温高压流体密度测量装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种高温高压流体密度测量装置，涉及流体密度测量技术领域，解决浮子法读数依赖液位刻度线的准确读取，容易出现误差的问题；本申请包括分析天平，分析天平的底部连接电磁组件，电磁组件的下方设有腔体，腔体内包括储液室，储液室内部设有永磁组件和浮子，永磁组件的底部连接浮子，且浮子能够在与永磁组件耦合时随着永磁组件向上移动；储液室的底部还设有位移传感器；腔体的开口处还设有至少两个管路连通着储液室，储液室通过管路分别连接平流泵和调压装置，储液室的底部还连接有排样管道，排样管道上设有排样口。本申请精准的控制浮子位置来确定装置所处工作状态，精准控制浮子位置，使得测量精度高准确性高。

Description

一种高温高压流体密度测量装置

技术领域

本申请涉及流体密度测量技术领域技术，尤其涉及一种高温高压流体密度测量装置。

背景技术

密度是材料的物理化学性质中一种十分重要的物理量，特别是对于液体，密度与液体的粘度、折射率、扩散性能等宏观性能密切相关。因此，准确测量液体在反应状态下的密度参数及其变化情况，对于拓展不同液体在生产和生活中的应用领域具有重要意义。

流体密度的测量尤其对于冶金、石油、化工、建材、煤炭等工业非常重要，高温高压密度测量装置是用来测量流体密度的仪器。

现有技术的密度测量仪器常出现有浮子法，音叉法等。浮子法读数依赖液位刻度线的准确读取，容易出现误差，导致测试数据出错。且浮子法密度计除以上系统误差外，还存在部分局限性。如已公开专利CN211263075U，待测样品局限于液体。音叉法如已公开专利CN211061369U，仍存在安装后不便调整叉体液位，在开放式容器中不便于安装以及在部分液体中振动时液体容易产生泡沫等问题。现有高温高压的密度测量仪器较少，常出现高温高压浮子式液位计。

实用新型内容

本申请实施例通过提供一种高温高压流体密度测量装置，解决了现有技术中浮子法读数依赖液位刻度线的准确读取，容易出现误差，导致测试数据出错，在高温高压条件下采用磁悬浮密度测量法，能够让待测试样置于密封腔体中，避免与分析天平接触且位移传感器与待测流体环境分离，不需要标定流体、精度高测量范围广。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种高温高压流体密度测量装置，包括分析天平、电磁组件、腔体、储液室、永磁组件、浮子、位移传感器和控制模块。

所述分析天平的底部连接所述电磁组件，所述电磁组件的下方设有所述腔体，所述腔体内包括所述储液室。

所述储液室内部设有所述永磁组件和所述浮子，所述永磁组件的底部连接所述浮子，且所述浮子能够在与所述永磁组件耦合时随着所述永磁组件向上移动。

所述储液室的底部还设有所述位移传感器，所述位移传感器用于感应所述浮子的位置。

所述腔体的开口处还设有至少两个管路，每个所述管路还连通所述储液室；所述储液室内通过其中一个管路连接有平流泵，通过另外的管路连接调压装置，所述平流泵和所述调压装置均位于所述腔体外部。

所述储液室的底部还连接有排样管道，所述排样管道上设有排样口。

所述控制模块能够通过控制电流大小来控制所述电磁组件和所述永磁组件之间的磁力大小，同时控制所述位移传感器的工作。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述永磁组件的底部连接有连接杆，所述连接杆的底部自由端连接有感应体。

在一种可能的实现方式中，所述永磁组件的下方还设置有预热模块和加热模块；所述预热模块位于所述加热模块的上方，且所述预热模块和所述加热模块设置于所述连接杆上。

在一种可能的实现方式中，所述浮子位于所述加热模块的内部，并连接于所述连接杆；

所述连接杆的上端穿过所述加热模块连接于所述永磁组件，所述永磁组件与所述浮子的耦合力使得所述浮子在所述加热模块的内部向上移动。

在一种可能的实现方式中，所述永磁组件与所述预热模块之间还设有第一水冷装置，所述第一水冷装置连接于所述连接杆上。

在一种可能的实现方式中，所述调压装置所在的管路还设有真空口，所述平流泵所在的管路设有进样口。

在一种可能的实现方式中，所述位移传感器内包括位移传感线圈，所述位移传感器的外围还包括第二水冷装置。

本实用新型实施例中的分析天平是测量力的辅助装置，储液室是使得浮子产生浮力的必要环境，电磁组件和永磁组件是产生相互作用力的磁力组件，位移传感器是测量浮子具体位置的部件，控制模块控制电流大小，当未通电状态时，电磁组件和永磁组件之间没有作用力，当通电时，浮子与永磁组件未达到耦合状态时，即浮子与永磁组件之间没有受力，此时电磁组件和永磁组件有受力，通过分析天平的受力情况测出永磁组件在水中向下的合力，当浮子与永磁组件达到耦合状态时，即永磁组件和浮子向上稍微移动，此时永磁组件和浮子的在水中向下的合力可通过分析天平的受力情况测出，通过二者的差值即可计算出浮子在水中向下的合力大小，浮子在水中受到的向下的合力大小等于浮子受到向上的磁力大小，浮子的磁力方向向上；对于浮子而言，浮子在悬浮状态保持平衡时，又有浮子的磁力加上浮子的浮力等于浮子的重力，通过阿基米德原理，即可计算出液体的密度。

本实用新型实施例中的浮子与永磁组件未达到耦合状态时，通过控制模块控制电流大小来控制电磁组件的电量，进而控制永磁组件的位置，让永磁组件稍微向上移动而又不至于与浮子发生耦合，通过位移传感器感应到浮子的位置，就能了解永磁组件和浮子是否发生耦合，测出前述电磁组件对于永磁组件的力，及电磁组件对于永磁组件及浮子的力，就能计算出液体的密度，有效解决了现有技术中浮子法读数依赖液位刻度线的准确读取，容易出现误差，导致测试数据出错的问题，进而实现了精准的控制浮子位置来确定装置所处工作状态，精准控制浮子位置，使得测量精度高准确性高，重复性好。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对本实用新型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为本申请实施例提供的高温高压流体密度测量装置结构示意图；

图2为本申请实施例提供的温度模块的结构示意图。

图标：1-分析天平；2-电磁组件；3-腔体；31-储液室；311-永磁组件；312-浮子；313-连接杆；314-感应体；315-第一水冷装置；316-预热模块；317-加热模块；4-位移传感器；41-位移传感线圈；5-仪器；6-平流泵；7-调压装置；8-挂钩；9-排样口；10-控制模块；11-显示屏；12-真空口；13-进样口。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型实施例中的具体含义。

如图1所示，本实施例提供了一种高温高压流体密度测量装置，包括分析天平1、电磁组件2、腔体3、储液室31、永磁组件311、浮子312、位移传感器4和控制模块10。

分析天平1的底部连接有挂钩8，挂钩8连接电磁组件2，电磁组件2的下方设有腔体3，腔体3内包括储液室31；其中分析天平1的精度为0.0001g。

储液室31内部设有永磁组件311和浮子312，永磁组件311的底部连接浮子312，且浮子312能够在与永磁组件311耦合时随着永磁组件311向上移动；

储液室31的底部还设有位移传感器4，位移传感器4用于感应浮子312的位置；腔体3的开口处还设有至少两个管路，每个管路还连通储液室31；储液室31内通过其中一个管路连接有平流泵6，通过另外的管路连接调压装置7，平流泵6和调压装置7均位于腔体3外部，腔体3位于仪器5内；腔体3为黄铜制成，其导热性能优良，可减少温度传递时效，增加控温精度。此外，作为备选实施方式，腔体3也可改用316不锈钢材料，增加腔体的耐腐蚀性，扩大测量样品范围。

储液室31的底部还连接有排样管道，排样管道上设有排样口9。

控制模块10能够通过控制电流大小来控制电磁组件2和永磁组件311之间的磁力大小，同时控制位移传感器4的工作。

通过上述方案，分析天平1用来测量永磁组件311的在水中向下的合力m_tare，此时永磁组件311和浮子312没有耦合，浮子312在第一位置处；另外，当永磁组件311和浮子312有耦合力，永磁组件311带动浮子312向上移动，浮子312在第二位置处，且永磁组件311与电磁组件2之间的作用力保持平衡，此时分析天平1测出永磁组件311和浮子312共同向下的合力m_total，而m_total-m_tare差值计算出浮子312在水中向下的合力，而浮子312保持平衡，还受到永磁组件311对其向上的磁力，浮子312在水中向下的合力m_total-m_tare就是浮子312受到向上的磁力。

浮子312向上的磁力+浮子312的浮力＝浮子312的重力，浮子312的重力是m_sink，体积是v_sink，具体的m_total-m_tare+ρ_液v_排g＝m_sinkg，v_sink＝v_排,m_total-m_tare用分析天平1可以测量出来，那么可以计算出液体的密度ρ液。

上述方案采用磁悬浮法，通过精准的控制浮子312位置来确定装置所处工作状态；也避免了流体与天平接触，天平与待测流体环境分离，不需要标定流体、精度高测量范围广。

其中，控制模块10分别与电磁组件2、永磁组件311电连接，并同时连接显示屏11，显示屏11与分析天平1电连接。

永磁组件311的底部连接有连接杆313，连接杆313的底部自由端连接有感应体314；其中位移传感器4与感应体314电连接，通过感应体314来感应浮子312的位置；位移传感器4采用聚四氟乙烯骨架和漆包线绕制的结构，解决了耐温性，而且选用差动电感式位移传感器4，其结构可靠牢固，灵敏度高，分辨率高，受温度和湿度影响小，可实现非接触测量。以上特点使得磁力调节时可快速准确的测量当前浮子312的位置。

永磁组件311的下方还设置有预热模块316和加热模块317；预热模块316位于加热模块317的上方，且预热模块316和加热模块317设置于连接杆313上。

通过上述方案，解决了常规高温高压条件下的流体密度测量问题；加热模块317再增加预热模块316，保证上部分冷的流体达到测量温度，不会影响测量部分。其中，加热模块317采用高精度增量式PID控制，可大幅度提高测量精度。

浮子312位于加热模块317的内部，并连接于连接杆313；连接杆313的上端穿过加热模块317连接于永磁组件311，永磁组件311与浮子312的耦合力使得浮子312在加热模块317的内部向上移动，即浮子312能够随着永磁组件311向上移动，在连接杆313上向上移动。

因为浮子312与永磁组件311发生耦合后只会向上移动很小的一段距离，实验中一般是1-2mm的距离，所以浮子312的外围设有加热模块317并不会影响浮子312向上移动。

永磁组件311与预热模块316之间还设有第一水冷装置315，第一水冷装置315连接于连接杆313上。第一水冷装置315可以减少上部分析天平1受到的高温影响。

调压装置7所在的管路还设有真空口12，平流泵6所在的管路设有进样口13。管路上接平流泵6端的进样口13可以用于向腔体3内加入待测流体；平流泵6能够提供0.001～30.000ml/min液态体积流量的稳定输出；调压装置7能够提供最小精度为0.1MPa的压力调节。

排样口9、真空口12和进样口13的阀门均选用针阀，针阀的调节精度也较高，并且对于高压的腔体3，针阀更倾向于缓慢释放压力，在一定程度上可减少人身伤害。

位移传感器4内包括位移传感线圈41，位移传感器4的外围还包括第二水冷装置。第二水冷装置保证线圈不会温度过高。

测量待测流体密度时，将排样口9和真空口12的阀门关闭，打开进样口13的阀门，通过管路进样，并同时使用平流泵6加压，待压力温度稳定后，通过软件下发指令到电路的下位机，电路板电磁力使得浮子312达到称量的第一位置，浮子312的位置较低，永磁组件311与浮子312此时没有耦合力，用分析天平1测出来永磁组件311在水中的重力是m_tare，然后电路板控制电磁力使得浮子312达到第二位置，永磁组件311此时与浮子312存在耦合力，永磁组件311带动浮子312向上移动，分析天平1可以测出永磁组件311与浮子312在水中的重力为m_total，即可算出浮子312在受到永磁组件311的耦合力时，浮子312在水中向下的合力为浮子312在水中的重力m_total-m_tare，也可以理解成浮子312的重力减去浮力就是浮子312在水中的重力，而浮子312在水中向上的力等于浮子312向上的磁力，浮子312在水中向下的力与浮子312向上的磁力保持平衡，即浮子312受到向上的磁力为m_total-m_tare，在真空下浮子312的重量m_sink、体积v_sink，又有浮子312向上的磁力+浮子312向上的浮力＝浮子312的重力，根据m_total-m_tare+ρ_液v_排g＝m_sinkg，得出

参考图1和图2，测量完毕后，先打开真空口12的阀门，使得腔体3内的压力恢复正常。再打开排样口9的阀门能够使腔体3里的液体从排样口9排出。

本说明书中的各个实施方式采用递进的方式描述，各个实施方式之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施方式重点说明的都是与其他实施方式的不同之处。

以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对本申请限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种高温高压流体密度测量装置，其特征在于，包括分析天平（1）、电磁组件（2）、腔体（3）、储液室（31）、永磁组件（311）、浮子（312）、位移传感器（4）和控制模块（10）；

所述分析天平（1）的底部连接所述电磁组件（2），所述电磁组件（2）的下方设有所述腔体（3），所述腔体（3）内包括所述储液室（31）；

所述储液室（31）内部设有所述永磁组件（311）和所述浮子（312），所述永磁组件（311）的底部连接所述浮子（312），且所述浮子（312）能够在与所述永磁组件（311）耦合时随着所述永磁组件（311）向上移动；

所述储液室（31）的底部还设有所述位移传感器（4），所述位移传感器（4）用于感应所述浮子（312）的位置；

所述腔体（3）的开口处还设有至少两个管路，每个所述管路还连通所述储液室（31）；所述储液室（31）内通过其中一个管路连接有平流泵（6），通过另外的管路连接调压装置（7），所述平流泵（6）和所述调压装置（7）均位于所述腔体（3）外部；

所述储液室（31）的底部还连接有排样管道，所述排样管道上设有排样口（9）；

所述控制模块（10）能够通过控制电流大小来控制所述电磁组件（2）和所述永磁组件（311）之间的磁力大小，同时控制所述位移传感器（4）的工作。

2.根据权利要求1所述的高温高压流体密度测量装置，其特征在于，所述永磁组件（311）的底部连接有连接杆（313），所述连接杆（313）的底部自由端连接有感应体（314）。

3.根据权利要求2所述的高温高压流体密度测量装置，其特征在于，所述永磁组件（311）的下方还设置有预热模块（316）和加热模块（317）；

所述预热模块（316）位于所述加热模块（317）的上方，且所述预热模块（316）和所述加热模块（317）设置于所述连接杆（313）上。

4.根据权利要求3所述的高温高压流体密度测量装置，其特征在于，所述浮子（312）位于所述加热模块（317）的内部，并连接于所述连接杆（313）；

所述连接杆（313）的上端穿过所述加热模块（317）连接于所述永磁组件（311），所述永磁组件（311）与所述浮子（312）的耦合力使得所述浮子（312）在所述加热模块（317）的内部向上移动。

5.根据权利要求4所述的高温高压流体密度测量装置，其特征在于，所述永磁组件（311）与所述预热模块（316）之间还设有第一水冷装置（315），所述第一水冷装置（315）连接于所述连接杆（313）上。

6.根据权利要求1所述的高温高压流体密度测量装置，其特征在于，所述调压装置（7）所在的管路还设有真空口（12），所述平流泵（6）所在的管路设有进样口（13）。

7.根据权利要求1所述的高温高压流体密度测量装置，其特征在于，所述位移传感器（4）内包括位移传感线圈（41），所述位移传感器（4）的外围还包括第二水冷装置。

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