液體密度測量裝置和測量方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及的是密度測量裝置和測量方法，具體的是應用阿基米德浮力原理，能快速準確地測量液體密度的一種測量液體密度的裝置和測量方法。
【背景技術】
[0002]目前測量液體密度可應用多種原理、方法多樣，如應用阿基米德浮力定律的浮力法、應用管振動理論的諧振管法、應用超聲波在不同密度液體中的傳播速度與密度之間的關系的超聲波法等。儀器更是多種多樣，如浮子式密度計、諧振筒式液體密度計、超聲波液體密度計等。但是上述多數(shù)儀器的示值誤差難以滿足±0.002%準確度要求，使其應用在一些要求高準確度測量液體密度的場合受到限制，且抗干擾能力及穩(wěn)定性存在不同程度的缺欠和不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有的液體密度自動測量儀器存在測量準確度低、穩(wěn)定性差、結構復雜等技術問題，提供一種結構簡單、測量準確、適用于動態(tài)或靜態(tài)能自動測量的液體密度測量裝置和測量方法。
[0004]采用的技術方案是:
[0005]液體密度測量裝置由硬件和軟件兩部分所組成，硬件部分包括力值傳感器、控制單元、容器及裝設在容器內(nèi)的浮子、杠桿、支點拉線和測力拉線；所述力值傳感器位于容器的上面，與容器固定連接，力值傳感器的輸出端通過導線與控制單元的相應端子連接；測力拉線設置在容器內(nèi)，測力拉線的上端與力值傳感器的測力端固定連接，測力拉線的下端與杠桿的一端固定連接，杠桿的另一端與浮子固定連接；支點拉線的上端與杠桿，形成支點結構，支點拉線的下端與容器底面的固定點固定連接；
[0006]上述控制單元，包括信號放大電路、濾波電路、A / D轉換電路、單片機和顯示器；上述信號放大電路、濾波電路、A / D轉換電路、單片機和顯示器的連接電路為公知電路，電信號經(jīng)放大、濾波和A / D轉換后由單片機進行處理，并把測量結果在顯示器上顯示。
[0007]上述軟件部分，包括采樣子程序、數(shù)據(jù)處理子程序和顯示子程序；采樣子程序和顯示子程序采用公知成型的基本程序，數(shù)據(jù)處理子程序中包括密度計算的數(shù)學模型；
[0008]液體密度測量方法是:當浮子和杠桿浸在被測液體中時，所產(chǎn)生的浮力克服浮子、杠桿和拉線的重量使浮子上升，在浮子上浮到某一高度時，杠桿受支點拉線和測力拉線長度的限制使杠桿保持水平；支點拉線的一端與杠桿的固連點自動形成支點，兩拉線平行并與杠桿在同一鉛垂面內(nèi)，力值傳感器可檢測測力拉線上的張力。則:
[0009](F-W).I1 = T.I2
[0010]F-T.I2 / I!+W
[0011]式中:F_浸在被測液體中的浮子、杠桿、支點拉線和測力拉線所產(chǎn)生的浮力；
[0012]W-浮力系統(tǒng)的浮子、杠桿、支點拉線和測力拉線的重量；
[0013]T-測力拉線上的張力山-浮力系統(tǒng)質(zhì)心到支點的距離；12_測力拉線到支點的距離；
[0014]最后利用關系式得出液體密度:
[0015]P = F / gV
[0016]式中:P-液體密度；
[0017]V-浸在被測液體中的浮子、杠桿、支點拉線和測力拉線的體積；g_當?shù)刂亓铀俣龋?br>[0018]上述的控制單元包括單片機、顯示器和控制線路板；所述控制線路板由信號放大、濾波和A / D轉換三個部分組成，單片機、顯示器為成型產(chǎn)品，控制線路板采用公知技術制成。
[0019]上述力值傳感器為市售成品件。
[0020]上述軟件編程在單片機中。
[0021]本發(fā)明的工作原理:
[0022]當被測液體的介質(zhì)靜置或流動經(jīng)過容器時，因介質(zhì)的密度不同而產(chǎn)生不同的浮力，浮力克服浮子、杠桿和拉線的重量使浮子上升，在浮子上浮到某一高度時，杠桿受支點拉線和測力拉線長度的限制使杠桿保持水平；支點拉線的一端與杠桿的固連點自動形成支點，支點拉線和測力拉線兩拉線平行并與杠桿在同一鉛垂面內(nèi)，力值傳感器3可檢測測力拉線上的張力。
[0023]本發(fā)明的目的是提供一種浮子杠桿式高準確度液體密度測量裝置和方法，其特點是杠桿的支點和測力點均為軟連接、無機械摩擦，并可通過改變杠桿比的方法對浮子的浮力進行放大。因此，該裝置具有測量準確度高(儀器示值誤差優(yōu)于±0.002% )、抗干擾能力強、穩(wěn)定性好、結構簡單等優(yōu)點。
[0024]本發(fā)明設計科學、合理、富有創(chuàng)意，整體結構緊湊、體積小、低功耗、成本低廉，性能穩(wěn)定、可靠，實用性較強，具有較好的發(fā)展前景。適宜相關的工礦企業(yè)和計量監(jiān)測部門使用。
【附圖說明】
[0025]圖1是本發(fā)明的結構示意圖。
[0026]圖2是本發(fā)明的控制單元連接框圖。
【具體實施方式】
[0027]液體密度測量裝置由硬件和軟件兩部分所組成，硬件部分包括力值傳感器3、控制單元、容器6及裝設在容器6內(nèi)的浮子1、杠桿2、支點拉線5和測力拉線4 ;所述力值傳感器3位于容器6的上面,與容器6固定連接,力值傳感器3為市售成品件,力值傳感器3的輸出端通過導線與控制單元的相應端子連接。測力拉線4設置在容器6內(nèi)，測力拉線4的上端與力值傳感器3的測力端固定連接，測力拉線4的下端與杠桿2的一端固定連接，杠桿2的另一端與浮子I固定連接；支點拉線5的上端與杠桿2的中間部位固定連接，形成支點結構，支點拉線5的下端與容器6底面的固定點固定連接；
[0028]上述控制單元，包括信號放大電路、濾波電路、A / D轉換電路、單片機和顯示器；上述信號放大電路、濾波電路、A / D轉換電路、單片機和顯示器的連接電路為公知電路，電信號經(jīng)放大、濾波和A / D轉換后由單片機進行處理，并把測量結果在顯示器上顯示。
[0029]上述軟件部分，包括采樣子程序、數(shù)據(jù)處理子程序和顯示子程序；采樣子程序和顯示子程序采用公知成型的基本程序，數(shù)據(jù)處理子程序中包括密度計算的數(shù)學模型；
[0030]液體密度測量方法是:當浮子I和杠桿2浸在被測液體中時，所產(chǎn)生的浮力克服浮子1、杠桿2和拉線的重量使浮子I上升，在浮子I上浮到某一高度時，杠桿2受支點拉線5和測力拉線4長度的限制使杠桿2保持水平；支點拉線5的一端與杠桿2的固連點自動形成支點，兩拉線平行并與杠桿2在同一鉛垂面內(nèi)，力值傳感器3可檢測測力拉線4上的張力。則:
[0031]Ll1 = Pl2
[0032]F = T.I2 / I!+W
[0033]式中:F_浸在被測液體中的浮子1、杠桿2和支點拉線5和測力拉線4所產(chǎn)生的浮力；
[0034]W-浮力系統(tǒng)浮子1、杠桿2和支點拉線5和測力拉線4的重量；
[0035]T-測力拉線4上的張力；1「浮力系統(tǒng)質(zhì)心到支點的距離；12-測力拉線4到支點的距離；
[0036]最后利用關系式得出液體密度:
[0037]P = F/gV
[0038]式中:P-液體密度；
[0039]V-浸在被測液體中的浮子1、杠桿2和支點拉線5和測力拉線4的體積；g_當?shù)刂亓铀俣取?br>【主權項】
1.液體密度測量裝置由硬件和軟件兩部分所組成，硬件部分包括力值傳感器(3)、控制單元、容器(6)及裝設在容器(6)內(nèi)的浮子(I)、杠桿(2)、支點拉線(5)和測力拉線⑷；其特征在于:所述力值傳感器(3)位于容器￠)的上面，與容器￠)固定連接，力值傳感器(3)的輸出端通過導線與控制單元的相應端子連接；測力拉線(4)設置在容器￠)內(nèi)，測力拉線(4)的上端與力值傳感器(3)的測力端固定連接，測力拉線(4)的下端與杠桿(2)的一端固定連接，杠桿(2)的另一端與浮子(I)固定連接；支點拉線(5)的上端與杠桿(2)的中間部位連接，形成支點結構，支點拉線(5)的下端與容器(6)底面的固定點固定連接；上述軟件部分，包括采樣子程序、數(shù)據(jù)處理子程序和顯示子程序；數(shù)據(jù)處理子程序中包括密度計算的數(shù)學模型； 液體密度測量方法是:當浮子(I)和杠桿(2)浸在被測液體中時，所產(chǎn)生的浮力克服浮子(I)、杠桿(2)和拉線的重量使浮子(I)上升，在浮子(I)上浮到某一高度時，杠桿(2)受支點拉線(5)和測力拉線⑷長度的限制使杠桿(2)保持水平；支點拉線(5)的一端與杠桿(2)的固連點自動形成支點，兩拉線平行并與杠桿(2)在同一鉛垂面內(nèi)，力值傳感器(3)可檢測測力拉線(4)上的張力；則: (F-W).I1 = T.I。F = T.I2 / I!+W 式中:F-浸在被測液體中的浮子(I)、杠桿(2)和支點拉線(5)和測力拉線(4)所產(chǎn)生的浮力； W-浮力系統(tǒng)浮子(I)、杠桿(2)和支點拉線(5)和測力拉線(4)的重量； T-測力拉線(4)上的張力；lr浮力系統(tǒng)質(zhì)心到支點的距離；12-測力拉線(4)到支點的距離； 最后利用關系式得出液體密度:P = F / gV式中:P -液體密度； V-浸在被測液體中的浮子(I)、杠桿(2))和支點拉線(5)和測力拉線(4)的體積；g-當?shù)刂亓铀俣取?br>【專利摘要】液體密度測量裝置和測量方法，浮子、杠桿、支點拉線、測力拉線設置在容器內(nèi)，浮子連在杠桿的一端上；支點拉線的一端與杠桿支點固連，另一端固定在杠桿下方容器內(nèi)的固定點上；測力拉線的一端與力值傳感器測力端固連，另一端與杠桿固連，力值傳感器的電信號經(jīng)放大、濾波和A／D轉換后由單片機進行處理，并把測量結果在顯示器上顯示。本發(fā)明裝置結構簡單、測量準確、適用于動態(tài)或靜態(tài)自動測量液體密度。
【IPC分類】G01N9-10
【公開號】CN104568656
【申請?zhí)枴緾N201310496262
【發(fā)明人】不公告發(fā)明人
【申請人】西安群豐電子信息科技有限公司
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2013年10月20日