CN217006106U - 一种非接触式液体蒸发温度测量装置 - Google Patents

Abstract

本新型涉及一种非接触式液体蒸发温度测量装置，包括热电堆测温传感器、控制面板、加热面板、蒸发容器，其特征在于还包括超声测距仪、微处理器，所述超声测距仪布置为用于测量被蒸发液体的液面高度，所述微处理器布置为用于根据所述超声测距仪测得的液面高度修正热电堆测温传感器测得的液体样品蒸发温度，所述热电堆测温传感器、控制面板、加热面板、超声测距仪以电连接的方式相互关联，本新型具有非接触式、精确度高、装置布置简单等优点。

Description

一种非接触式液体蒸发温度测量装置

技术领域

本新型涉及实验室装置领域，尤其涉及在蒸发时如何非接触地测试液体蒸发温度的测量装置，具体公开了一种非接触式液体蒸发温度测量装置。

背景技术

在环境监测领域，尤其是辐射环境监测领域，为了缩小液体样品的体积，通常需对样品进行加热蒸发浓集处理。为了避免样品损失，在处理过程中须防止样品爆沸溅射因此要防止温度过高，又对于某些分析项目，如碘的分析测量，在80℃以上进行加热蒸发浓缩容易导致碘的挥发，所以在对这些样品处理时，应将蒸发温度控制在所需的温度范围。

为确保液体样品均匀性和降低对蒸发容器的吸附性，在浓集前首先需要对样品进行酸化处理，所以对测温装置的要求一般为非接触式，这种方式还有一个优点就是避免样品的交叉污染。

加热蒸发的液态样品进行温度测量，一方面需要实时测量反馈，以保证温度的及时控制，另一方面，对于此类样品的温度测量，需要考虑蒸汽和液面变化的影响。

在公开可获得的设备或技术中，有通过控制加热面板温度来控制蒸发温度的，这种方法对温度变化的反应较慢，由于非直接测定溶液温度因此也很难做到蒸发温度的准确控制；有将测温装置与蒸发容器集成在一起的，然而因为经过酸化的液体样品的限定，实验室中最好是是用玻璃器皿来蒸发，因蒸发容器材质的局限性，难以制备集成一起的装置，因此限制了长期处理酸化样品。

如公开的中国发明专利CN103674312A公开了一种非接触测量温度的方法和装置，其针对的是热辊的温度测试，不是针对实验室蒸发过程的测试无干扰项，因此不适用于精准温度溶液蒸发的测试。

中国发明专利CN215178181U公开了一种非接触测量海水表面温度的装置，其主要是通过反射镜结构、聚焦镜、热电堆传感器、低噪声前置放大电路板、信号处理电路板、防水连接器和上位机实现测试海水表面温度，然而其没有对温度进行校正，难以保证温度的精准。

美国发明专利US20090304042A1公开了一种非接触式温度计，其依靠发射不同颜色的光波并对比温差阈值来检测目标温度，其同样没有对于测试温度进行校准。

然而上述现有技术中都无法对实验室情况下的精准控制蒸发温度。

发明人在进行蒸发实验过程中发现现有技术中的如下技术问题，在使用的热电堆测温传感器在受到被测物体辐射的红外线作用后，传感器产生电信号，被测物体温度越高，产生的电信号越强，同时该输出信号还受到环境温度影响，该影响可以通过传感器内部的内置温度测量补偿解决。热电堆测温传感器是非接触式测量，测量的并不是物体上一个点，而是一个区域，称之为光斑，对于固定的光学分辨率，理论上，热电堆测温传感器距离被测物体越近，光斑区域面积越小。

通常地，蒸发容器选择为烧杯，烧杯壁一面与液体样品接触，一面与环境空气直接接触，同时烧杯底部与加热面板直接接触，所以在烧杯壁上测量的光斑区域，受到液体样品温度、加热面板温度和环境温度的影响。还有需要考虑的重要方面，当液体样品随着蒸发过程进展，液面7缓慢通过热电堆测温传感器的测量光斑，最后逐渐低于光斑，基于上述问题，直接采用热电堆测温传感器对液体蒸发进行测量无法准确反应蒸发温度。

基于上述问题，发明人提出如下解决办法。

发明内容

本新型的目的针对现有技术的不足，提出一种非接触式液体蒸发温度测量装置。

一种非接触式液体蒸发温度测量装置，包括热电堆测温传感器、控制面板、加热面板、蒸发容器，其特征在于还包括超声测距仪、微处理器，所述超声测距仪布置为用于测量被蒸发液体的液面高度，所述微处理器布置为用于根据所述超声测距仪测得的液面高度修正热电堆测温传感器测得的液体样品蒸发温度，所述热电堆测温传感器、控制面板、加热面板、超声测距仪以电连接的方式相互关联。

进一步地，所述热电堆测温传感器设置在蒸发容器的外部，所述热电堆测温传感器可以设置为一个或者多个，优选地，当热电堆测温传感器设置为多个时，多个所述热电堆测温传感器布置为在蒸发容器的高度方向上具有相同的水平位置；

进一步地，所述蒸发容器为实验室容器包括但不限于烧杯、试管、锥形瓶、烧瓶、蒸发皿等，优选地所述蒸发容器为玻璃、陶瓷、金属等材质的烧杯。

进一步地，所述热电堆测温传感器设置在蒸发容器的外部侧面，当蒸发容器选择为烧杯是，将热电堆测温传感器布置为在烧杯壁的外侧，且热电堆测温传感器和所述烧杯壁保持有第一距离，所述第一距离由热电堆测温传感器的光学分辨率决定，所述热电堆测温传感器距离所述加热面板的距离为第二距离，所述第二距离基于加热面板对热电堆测温传感器的影响确定，优选地第二距离保证加热面板不对热电堆测温传感器的工作造成影响。

进一步地，所述加热面板为非明火加热，可选地为电磁加热或者电热丝加热或者间壁式加热器或者换热器。

进一步地，所述超声测距仪安装在蒸发液面上方，对待蒸发的液体的液面高度进行测量，所述超声测距仪将测量数据反馈至微处理器，所述超声测距仪的安装高度确保液面在超声测量盲区之外。

进一步地，所述加热面板安装在蒸发容器下方紧邻蒸发容器，所述加热面板用于提供溶液蒸发所需热量，所述加热面板内部内置面板温度测量装置，用于测量加热面板的实时温度。

进一步地，所述微处理器接收热电堆测温传感器获得的蒸发容器侧壁温度信息，所述微处理器接收超声测距仪返回的蒸发液体的液面高度信息，以及加热面板内部内置温度测量装置返回的加热面板的温度信息，所述微处理器根据接收的蒸发容器侧壁温度信息，液面高度信息和加热面板的温度信息对数据进行处理修正，并将处理修正的结果显示在控制面板上。

进一步地，由于蒸发产生的蒸汽可能会对热电堆测温传感器的测量造成干扰，同时由于蒸发所产生的烟雾具有酸性因此会对热电堆测温传感器的耐腐蚀性能提出更高的要求，因此本新型不将热电堆测温传感器设置在蒸发液面之上。

本新型的另外一方面，还公开一种基于非接触式液体蒸发温度测量装置的非接触式液体蒸发温度测量方法，其特征在于：包括如下步骤：

热电堆测温传感器获取被测物体辐射的红外线，产生电信号；

超声测距仪获取被测液体的液面高度数据；

加热面板温度测量装置获取加热面板的温度数据；

所述热电堆测温传感器、加热面板温度测量装置将温度数据反馈给微处理器，所述超声测距仪将液面高度数据反馈给微处理器；

所述微处理器根据热电堆测温传感器反馈的温度数据、加热面板温度测量装置的温度数据和超声测距仪反馈的液面高度数据进行处理和修正；

在控制面板显示经过处理和修正的液体蒸发温度。

进一步地，所述处理和修正包括如下步骤：

S1：获取热电堆测温传感器、蒸发容器、加热面板的相对位置，获取热电堆测温传感器光斑高度数据，获取热电堆测温传感器的反射率，获取液面高度数据h，根据液面高度数据进行修正数据分段，定义光斑高度数据竖直方向上光斑最低点高度为h₀₀，光斑最高点高度为h₀₁；

S2：定义热电堆测温传感器反馈给处理器的温度x₁，加热面板温度x₂，液体样品液面高度h，液体样品实际温度Y；

当h大于h₀₁，获取热电堆测温传感器反馈给处理器的温度x₁，获取加热面板温度x₂，则Y＝f(x₁)f(x₂)，在确定的蒸发容器材质和厚度的情况下，定义f(x₁)＝ax₁，在x₁获取时刻加热面板处于待机状态，Y一定范围内且准确已知情况下，Y小于100℃，同种材质等厚度蒸发容器下，测试并计算获得30组以上x₁和Y/x₁值，多项式拟合Y/x₁组求得a值；对于同材质不同厚度蒸发容器，增加补偿系数b，此时 f(x1)＝ax₁+b，在获得上述a值后，通过测试同材质不同厚度蒸发容器实际温度和x₁线性拟合求得b；

f(x₂)与x₁测量时刻加热面板是否工作有关，当加热面板处于待机状态时，f(x₂)＝1；当加热面板工作时，在上述数据a和b拟合数据获取过程中，在一定x₂范围值内(200-400℃)，同时获取加热面板工作时的x_1’，多项式拟合x₁/x_1’组求得f(x₂)；

当h小于h₀₁且h大于h₀₀，则Y＝f(x₁)f(x₂)f(h)；f(x₁)和f(x₂) 的获得方法如上所述，Y一定范围内且准确已知情况下，通过测试液面高度从h₀₁到h₀₀至少7个点f(h)计算值，通过两个变量的多项式拟合获得f(h)表达式；

当h小于h₀₀，则Y＝k*f(x₁)f(x₂)f(h)，其中k为经验修正因子，该参数通过加热面板低温且恒温状态下测试获得，可以测试3个以上加热面板温度相应k值，在这个温度范围内的其他温度值的k可通过内插法得到。

本申请还请求保护一种基于非接触式液体蒸发温度测量装置的应用，具体地应用于蒸发液体的过程中，液面变化的液体的温度的测量。

本新型的有益效果：

1)非接触式，液体样品除了与蒸发容器接触外，不与其他任何部件相接触，应用范围广，对液体样品要求不高，可以是酸性、碱性等腐蚀性液体，同时也避免了交叉污染的问题。

2)温度修正计算方法，根据蒸发液面高度，微处理器进行不同的修正方法，保证最终显示的液体样品蒸发温度结果更准确。

3)装置构成部件少、结构简单，维护成本低，对技术人员要求不高，根据需求，容易安装在所需设备上。

附图说明

为了更清楚地说明本新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述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为本新型的非接触式液体蒸发温度测量装置示意图；

图2为本新型的液面高度和光斑位置关系示意图；

图中：1.热电堆测温传感器；2.超声测距仪；3.处理器；4.控制面板；5.加热面板；6.蒸发容器；7.光斑；8.液面。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。

在本申请中，表示位置关系和连接关系的词语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。这些术语主要是为了更好地描述本新型及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图1～2，并结合实施例来详细说明本申请。

实施例

一种非接触式液体蒸发温度测量装置，包括热电堆测温传感器1、控制面板4、加热面板5、蒸发容器6，超声测距仪2、处理器3，超声测距仪2布置为用于测量被蒸发液体的液面高度，处理器3布置为用于根据超声测距仪2测得的液面高度修正热电堆测温传感器1测得的液体样品蒸发温度，所述热电堆测温传感器1、控制面板4、加热面板5、超声测距仪2以电连接的方式相互关联。

蒸发容器6紧邻加热面板5的上部，加热面板5电连接处理器3，处理器3控制控制面板4、超声测距仪2和热电堆测温传感器1，

所述热电堆测温传感器1设置在蒸发容器烧杯6的外部，所述热电堆测温传感器1设置为一个；蒸发容器6为实验室容器烧杯，耐热玻璃材质，侧壁厚度为0.34cm。

所述热电堆测温传感器1设置在的壁的外侧，且热电堆测温传感器1和蒸发容器6的壁保持有第一距离，本实施例中第一距离为9cm，热电堆测温传感器1距离加热面板5的距离为第二距离2.5cm。

加热面板5为非明火加热，为电热丝加热。

超声测距仪2安装在蒸发液面上方，对待蒸发的液体的液面高度进行测量，所述超声测距仪2将测量数据反馈至微处理器3，超声测距仪2距离液面距离为5-40cm。

所述微处理器3接收热电堆测温传感器1获得的液体蒸发容器侧壁的温度信息，所述微处理器3接收超声测距仪2返回的蒸发液体的液面高度信息和加热面板5内部内置温度测量装置返回的加热面板5 的温度信息，所述微处理器3根据接收的液体蒸发容器侧壁温度信息，液面高度信息和加热面板的温度信息对数据进行处理修正，并将处理修正的结果显示在控制面板4上。

本实施例中使用的热电堆测温传感器型号为ABSD10A4；超声波测距仪的型号为LGCB1000；处理器可以是单片机或者其他运算能力更强的微处理器。

本实用新型的工作过程：

基于上述装置的非接触式液体蒸发温度测量方法，包括如下步骤：

热电堆测温传感器1获取被测蒸发容器6辐射的红外线，产生电信号；

超声测距仪2获取被测液体的液面高度数据h；

加热面板5的温度测量装置获取加热面板的温度数据x₂；

所述热电堆测温传感器1、加热面板5的温度测量装置将温度数据反馈给微处理器3，所述超声测距仪2将液面高度数据反馈给微处理器3；

所述微处理器3根据热电堆测温传感器1反馈的温度数据x₁、加热面板的温度测量装置的温度数据x₂和超声测距仪反馈的液面高度数据h进行处理和对温度数据进行修正；

在控制面板4显示经过处理和修正的液体蒸发温度。

进一步地，所述处理和修正包括如下步骤：

S1：获取热电堆测温传感器1、蒸发容器6、加热面板5的相对位置，获取热电堆测温传感器1光斑高度数据，获取热电堆测温传感器1的反射率，本实施例中热电堆测温传感器1的反射率为0.95，也可以选择为可调反射率的热电堆测温传感器，获取液面高度数据h，根据液面高度数据h进行修正数据分段，定义光斑高度数据竖直方向上光斑最低点高度为h₀₀，光斑最高点高度为h₀₁；

S2：定义热电堆测温传感器反馈给处理器的温度x₁，加热面板温度x₂，液体样品液面高度h，液体样品实际温度Y；

当h大于h₀₁，获取热电堆测温传感器反馈给处理器的温度x₁，获取加热面板温度x₂，则Y＝f(x₁)f(x₂)；

此时f(x₁)为：f(x₁)＝1.169x₁，具体计算方法，根据新型内容中的计算方法获得；

当加热面板工作时，f(x₂)＝0.985(加热面板温度范围200-400℃)，

当加热面板待机时，f(x₂)＝1；

当h小于h₀₁且h大于h₀₀，则Y＝f(x₁)f(x₂)f(h)；

此时f(x₁)为：f(x₁)＝1.169x₁；

当加热面板工作时，f(x₂)＝0.985(加热面板温度范围200-400℃)，

当加热面板待机时，f(x₂)＝1；

此时f(h)为：f(h)＝0.4℃/mm(光斑直径10mm)；

当h小于h₀₀，则Y＝k*f(x₁)f(x₂)f(h)，其中k为经验修正因子。

此时f(x₁)为：f(x₁)＝1.169x₁，

此时f(x₂)为：当加热面板工作时，f(x₂)＝0.985(加热面板温度范围200-400℃)，

当加热面板未工作时，f(x₂)＝1；

此时f(h)为：f(h)＝0.4℃/mm(光斑直径10mm)；

K的取值范围为：1.15(加热面板恒温200℃)。

采用本申请的方法进行测试得到的非接触式液体蒸发温度和直接接触测量的温度值相比较，相对偏差可控制在4％以下，本新型的测温手段可以避免温度计直接和被蒸发液体的接触，避免了对蒸发液体的污染，避免了腐蚀性或者酸性液体对温度计的损坏。

以上仅为本新型的较佳实施例而已，并不用以限制本新型，凡在本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，均应包含在本新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种非接触式液体蒸发温度测量装置，包括热电堆测温传感器、控制面板、加热面板、蒸发容器，其特征在于：还包括超声测距仪、微处理器，所述超声测距仪布置在蒸发容器的上方用于测量被蒸发液体的液面高度，所述热电堆测温传感器非接触地布置在蒸发容器的侧壁外部，所述微处理器布置为用于根据所述超声测距仪测得的液面高度修正热电堆测温传感器测得的液体样品蒸发温度，所述蒸发容器设置在加热面板上，所述微处理器电连接超声测距仪、加热面板、热电堆测温传感器和控制面板。

2.根据权利要求1所述的非接触式液体蒸发温度测量装置，其特征是：所述热电堆测温传感器可以设置为一个或者多个，多个所述热电堆测温传感器布置为在蒸发容器的高度方向上具有相同的水平位置。

3.根据权利要求1所述的非接触式液体蒸发温度测量装置，其特征是：所述加热面板为非明火加热，为电磁加热或者电热丝加热或者间壁式加热器任一种。

4.根据权利要求1所述的非接触式液体蒸发温度测量装置，其特征是：所述超声测距仪安装在蒸发液面上方，对待蒸发的液体的液面高度进行测量，所述超声测距仪将测量数据反馈至微处理器。

5.根据权利要求1所述的非接触式液体蒸发温度测量装置，其特征是：所述加热面板安装在蒸发容器下方紧邻蒸发容器，所述加热面板用于提供溶液蒸发所需热量，所述加热面板内部内置面板温度测量装置，用于测量加热面板的实时温度，所述面板温度测量装置将测量数据反馈至微处理器。

6.根据权利要求1所述的非接触式液体蒸发温度测量装置，其特征是：所述微处理器接收热电堆测温传感器获得的液体蒸发容器侧壁的温度信息，所述微处理器接收超声测距仪返回的蒸发液体的液面高度信息，以及加热面板内部内置温度测量装置返回的加热面板的温度信息，所述微处理器根据接收的液体蒸发容器侧壁温度信息，液面高度信息和加热面板的温度信息对数据进行处理修正，并将处理修正的结果显示在控制面板上。

7.根据权利要求1所述的非接触式液体蒸发温度测量装置，其特征是：所述蒸发容器设置为烧杯。

8.根据权利要求1所述的非接触式液体蒸发温度测量装置，其特征是：所述热电堆测温传感器非接触地设置在的蒸发容器的壁外侧，且热电堆测温传感器和蒸发容器的壁保持有第一距离，所述第一距离为5-12cm。

9.根据权利要求1所述的非接触式液体蒸发温度测量装置，其特征是：热电堆测温传感器距离加热面板的距离为第二距离，所述第二距离为1-5cm。

10.根据权利要求8-9任一项所述的非接触式液体蒸发温度测量装置，其特征是：第一距离为9cm，第二距离为2.5cm。

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