液體容積的計量方法及連續計量方法

2023-09-17 20:32:55

專利名稱：液體容積的計量方法及連續計量方法
技術領域：
本發明涉及ー種液體容積傳感器的計量方法，屬於測量技術領域。
背景技術：
現有液體容積計量的辦法常用的容器測量方法、稱重測量換算方法和採用流量傳感器測量這三種方法。這三種方法中I、容器測量方法，是通過將液體裝入帶有刻度標記的容器中，然後採用人眼觀察的讀取刻度獲得測量結果，該種方法不但測量精度不高，而且受測量操作人員的狀態影響很大。並且該種液體容積測量方法還不容易與現有自動控制設備或方法結合使用。
2、稱重測量換算方法，是通過精密的稱重儀器測量獲得被測液體的重量，採用該種方法測量液體容積吋，需要採用容器來盛裝待測液體，該種方式對於需要連續多次測量不同液體容積的場合，毎次測量完液體容積之後，都需要將被測液體排出，如果採用將容器取下倒出測量完容積的液體，然後再將容器放回到稱重儀器上測量下ー批液體的方式，每次重新將容器放到稱重儀器上，都需要進行一次調零操作，比較麻煩。而如果採用在容器上安裝排放液體的結構的方式能夠避免上述方法存在的缺陷，但是，隨之又會產生新的問題，即排放液體的裝置需要延伸到稱重儀器的稱重面之外，該種結構會破壞稱重傳感器的平衡，進而影響測量重量的精度，即不能夠保證測量液體容積的精度。3、採用流量傳感器測量方法，該種方法測量的精度比較高，但是成本也比較高，並且需要被測量液體要有一定的流速、且壓カ必須穩定，如果壓カ不穩定、或者液體中參雜有氣泡時均會嚴重影響測量結果。上述三種方法尤其不適用於對噴灑作業產品毎次的液體噴灑量進行測量，例如採用上述三種方法應用到現有噴油器試驗臺噴油量的計量中，則1，玻璃量筒法，需要在噴油器試驗臺中每缸的噴油量和回油量計量系統各放置一隻玻璃量筒，玻璃量筒上面印有計量刻度，當噴油量達到某計量刻度，直接用肉眼觀察顯示噴油量。優點是簡單直觀，造價低。缺點是無法從玻璃量筒的刻度上引入噴油器試驗臺所需要的反饋控制信號，因此不適用。2，稱重換算法，需要在噴油器試驗臺中每缸的噴油量和回油量計量系統各放置一隻量筒，量筒的下面都放有稱重傳感器，稱重傳感器反饋信號通過電子電路的轉換，然後通過數字顯示噴油量。優點是準確度較高。缺點是電子電路轉換較複雜，另外稱重傳感器的支點必須調平計量才能準確，而噴油器試驗臺稱重傳感器上面的量筒，需要接入放油管路，會破壞稱重傳感器的平衡，造成計量不準確，因此該種方法也不適用。3，噴油器試驗臺計量系統應用最多的是精密的微流量傳感器，優點是在特定的環境下計量準確，控制簡單，不需要計量筒，但缺點也不少，首先是價格昂貴，精密的微流量傳感器一隻都在萬元以上，進ロ的甚至幾萬元。一臺6缸機的噴油器試驗臺，如果噴油量與回油量都同時測量的話就要用12隻微流量傳感器，用在傳感器上的成本可想而知。所以目前所有生產噴油器試驗臺的廠家都採用ー只微流量傳感器，各缸輪流使用的方法，各缸噴油器噴油時的互相切換增加了試驗臺精確控制的難度。由於微流量傳感器採集的是瞬時流量信號，加上各缸噴油器噴油時輪流測試的燃油壓カ很難達到一致，造成計量不準確。還有很多因素引起計量不準，例如噴油器噴油時流速大小，尤其是微小流量；噴油器噴出的油霧為泡沫狀；微小流量時難免使排油管路中存在空氣；油溫的變化等。綜上所述，現有常用的三種液體容積測量方法不適于于對噴灑作業的產品的毎次液體噴灑量的測量。

發明內容
為克服現有玻璃量杯法，稱重換算法，微流量傳感器瞬時流量計量法的不足，本發明提供ー種液體容積的計量方法及連續計量方法。本發明所述的液體容積的計量方法是基於下述設備實現，所述設備中用於收集待測液體的計量筒底部與ー個閥體連通，該閥體上設置有用於阻斷閥體內部液體流通管路的電磁閥，所述電磁閥將液體流通管路分成測量腔體和排液腔體，所述測量腔體與計量筒連通；基於上述設備的液體容積的計量方法為 採用垂直設置的計量筒收集被測液體；採用微壓傳感器測量所述測量腔體中的壓カ信號，根據所述壓カ信號換算獲得對應的液體容積信息，實現對計量筒內收集的被測液體的容積的計量。上述方法中，在收集被測液體之前，使所述閥體的測量腔體內充滿與待測液體相同的液體。上述方法中，在採用微壓傳感器測量所述測量腔體中的壓カ信號之後，還要對所述壓カ信號進行判斷，當該壓カ信號大於設定閾值時，提示測量超範圍，不再進行容積換算，否則繼續後續步驟。上述方法中的根據所述壓カ信號換算獲得對應的液體容積信息的過程是採用V/F轉換器將壓カ信號轉換成頻率信號，然後通過頻率信號換算獲得容積信息。在採用V/F轉換器將壓カ信號轉換成頻率信號的過程中，採用溫度補償的計算方法對換算結果進行修正。基於上述液體容積的計量方法實現的液體容積連續計量的方法為相鄰兩次計量過程之間，増加有如下過程排液過程，通過控制電磁閥使得測量腔體和排液腔體連通，排除本次待測液體，直至待測液體排出乾淨；預備過程，控制電磁閥阻斷測量腔體和排液腔體，準備下一次測量。上述方法中，在排液過程中，通過閥體的排液腔體與測量腔體之間設置的多條彎曲的排液管路實現排液。上述方法中在排液過程中，控制液體的流速由快變慢。本發明所述的液體容積計量方法尤其適用於對噴灑作業產品的毎次液體噴灑量進行測量。本發明所述的多次液體容積計量方法更適用於對噴灑作業產品的連續噴灑過程中、毎次噴灑的液體量的連續測量。


圖I是實現具體實施方式
九所述的計量方法以及連續計量方法的ー種液體容積傳感器的具體結構示意圖。圖2是具體實施方式
七所述的電路的原理示意圖。圖3是實現具體實施方式
十四所述排液過程的一種閥體3的結構示意圖。圖4是圖3的俯視圖。圖5和圖6採用圖3所示的閥體3實現排液過程中，液體的流向示意圖，圖5是流速比較快的時候液體流向示意圖，圖6是流速比較慢時的液體流向示意圖。
具體實施例方式具體實施方式
一本實施方式所述的液體容積的計量方法中，用於收集待測液體的計量筒4底部與一個閥體3連通，該閥體3上設置有用於阻斷閥體3內部液體流通管路 的電磁閥2，所述電磁閥2將液體流通管路分成測量腔體3-2和排液腔體3-1，所述測量腔體3-2與計量筒4連通，計量過程為採用垂直設置的計量筒4收集被測液體；採用微壓傳感器測量所述測量腔體3-2中的壓カ信號，根據所述壓カ信號換算獲得對應的液體容積信息，實現對計量筒4內收集的被測液體的容積的計量。本實施方式所述的計量方法中，採用在閥體3內部布設微壓傳感器來測量壓力信號，便於每次計量完成之後液體的排放，即每次計量完成之後，通過控制電磁閥2使閥體3中的液體流通管路暢通，進而將計量的液體排出，方便下一次的測量。上述方法中，根據液體壓カ信息換算獲得液體容積信息的方法採用現有公知的技術手段既可。
具體實施方式
ニ本實施方式是對具體實施方式
一所述的液體容積的計量方法的進ー步限定，上述計量方法中，在收集被測液體之前，使所述閥體3的測量腔體3-2內充滿與待測液體相同的液體。本實施方式限定了在測量之前的初始狀態，即在測量之前測量壓カ的微壓傳感器所在腔體內已經充滿液體，使得其所在環境有一個初始的穩定壓力，並且，計量筒4底部也有一定高度的液體，在測量過程中，計量筒4注入的待測液體之後，使得計量筒4內部的液面升高，微壓傳感器的探頭處的壓カ也穩定生變化。該種方法，能夠有效的避免當微壓傳感器周圍沒有液體的情況下，注入液體時，液體流的前端對微壓傳感器的探頭表面產生不均勻的衝擊力，進而影響微壓傳感器的測量精度的問題。
具體實施方式
三本實施方式是對具體實施方式
一所述的液體容積的計量方法的進ー步限定，本實施方式中，在測量過程中，閥體3內部的液體流通管路與計量筒4相互垂
直設置。
具體實施方式
四本實施方式是對具體實施方式
一所述的液體容積的計量方法的進ー步限定，本實施方式中，在採用微壓傳感器測量所述測量腔體3-2中的壓カ信號之後，還要對所述壓カ信號進行判斷，當該壓カ信號大於設定閾值時，提示測量超範圍，不再進行容積換算，否則繼續後續步驟。
本實施方式所述的設定閾值，是計量筒4內液面位於最高限時的壓力信號值，SP 在計算容積之前，首先判斷被測液體的容積是否超過測量的量程，對於超量程的情況，不再換算獲得容積。
具體實施方式
五本實施方式是對具體實施方式
一所述的液體容積的計量方法的進ー步限定，本實施方式中，根據所述壓カ信號換算獲得對應的液體容積信息的過程是採用V/F轉換器將壓カ信號轉換成頻率信號，然後通過頻率信號換算獲得容積信息。本實施方式的計量方法中，最終將壓カ信號轉換成了頻率信號，所述頻率信號便於用導線傳輸。
具體實施方式
六本實施方式是對具體實施方式
五所述的液體容積的計量方法的進ー步限定，本實施方式中，在採用V/F轉換器將壓カ信號轉換成頻率信號的過程中，採用溫度補償的計算方法對換算結果進行修正。由於電子器件在不同的溫度下，其性能會受到影響，因此本實施方式採用溫度補 償對電壓信號轉換成頻率信號過程進行修正，進而消除溫度對電子器件性能的影響。本實施方式所述的計量方法的原理是計量筒4內液面高度對始終浸在液體中的微壓傳感器探頭產生一個壓強，浸在電磁閥2底座中微壓傳感器探頭探測到壓強並產生ー個微弱的電壓信號，微壓傳感器探頭產生的壓強與微弱的電壓信號成比例和線性關係，這個微弱的電壓信號經微壓變送器模塊中的電子電路放大數倍後，經微壓變送器模塊中的V/F [電壓/頻率]轉換電路進行轉換，使電壓信號變成線性的頻率信號，電壓信號與頻率信號承對應的線性關係，舉例說明，假設計量筒4內在沒有加入被測液體時，微壓傳感器探頭上的初始電壓為V，變送器模塊中的V/F [電壓/頻率]轉換電路進行轉換頻率為F，加入I毫升液體後，微壓傳感器探頭上的電壓升高到Vl，對應的轉換頻率為Fl，有Vl — V = V2，Fl —F = F2，得出加入I毫升液體後，V2為微壓傳感器探頭上電壓變化量，F2為V/F [電壓/頻率]轉換電路進行對應轉換頻率變化量，把頻率變化量F2作為I毫升液體的頻率變化係數b = 1，計量筒4內每增加I毫升液體，等於b+1，之後再通過溫度補償的計算方法對獲得的係數進行修正，通過修正後的係數計算獲得對應的容積信息。
具體實施方式
七本實施方式是對具體實施方式
五或六所述的液體容積的計量方法的進ー步限定，本實施方式中，還採用顯示器對最終的容量信息進行顯示輸出。實現本實施方式所述的方法的根據所述壓カ信號換算獲得對應的液體容積信息的過程可以採用下述電路實現參見圖2說明所述電路，所述電路包括運算放大器5、V/F變換器6、溫度補償電路
7、單片機控制電路9和顯示器8，微壓傳感器輸出的壓カ信號經運算放大器5放大之後發送給V/F變換器6，溫度補償電路7輸出補償信號給V/F變換器6，該V/F變換器6根據輸入的補償信號和電壓信號輸出的頻率信號給單片機控制電路9，該單片機控制電路9用於對輸入的頻率信號進行運算獲得被測液體的容積信息，該單片機控制電路9輸出控制信號給顯示器8，使其顯示運算結果的容積信息。
具體實施方式
八本實施方式是對具體實施方式
一所述的液體容積的計量方法的進ー步限定，本實施方式中，微壓傳感器的探頭的探測面與液體流通管路的軸線相垂直設置。
具體實施方式
九本實施方式是舉例說明，採用圖I所示的結構實現本發明所述的計量方法的具體過程，本實施方式中的測量對象是柴油，具體過程為參見圖I計量筒4中有被測液體,所述液體是水或者不帶有腐蝕性的任何液體。本實施方案中的計量筒4通過螺紋或焊接方法與閥體3垂直連接，電磁閥2用螺紋固定在閥體3上，電磁閥2不送電吋，電磁閥2上的耐油橡膠墊緊壓在閥體3的出油口上，使計量筒4中被測液面的液體不能按標註的液體流向流動，保證準確測量。如果把電磁閥2送電，電磁閥2中的電磁鐵芯吸合使電磁閥2上的耐油橡膠墊打開，計量筒4中被測液面的液體按標註的液體流向從排液ロ排出。微壓傳感器的探頭始終浸在閥體3的油道內，當計量筒4加入被測液體時，微壓傳感器的探頭與計量筒4中被測液面之間形成水平高度h，微壓傳感器的探頭上產生的壓強為P=P gh, p為壓強，g為常數9. 8牛頓/公斤，P為液體的密度，以柴油為例，把I毫升的柴油加入到直徑20毫米的正方形計量筒4中，微壓傳感器的探頭與液面2之間形成水平高度h = 0.002米，已知常數g = 9. 8牛頓/公斤，柴油密度P = 0.82X10~3立方米/公斤，壓強=Pgh = 0. 82X1000X9.8X0. 002 = 16.07帕斯卡，微壓傳感器的探頭上產生的壓強為16. 07帕斯卡，這個測到的壓強被微壓傳感器轉換成電壓信號，已知微壓 傳感器的探頭壓強為0帕斯卡吋，輸出電壓信號2. 5V，最大測量壓強2000帕斯卡時輸出電壓信號4. 5V，微壓傳感器最大電壓變化範圍4. 5V-2. 50V=2. 00V，則I帕斯卡時電壓為
2.00V + 2000Pa=0. 001V,最後得到I毫升柴油在計量筒4中得到電壓0. 001VX 16. 07Pa =
0.016V，此時微壓傳感器的探頭輸出電壓信號為2. 5V+0. 016V=2. 516V，也是I毫升柴油在計量筒4中被檢測計算輸出，2. 516V電壓經精密運算放大器放大兩倍後變成5. 032V,
5.032V電壓經V/F [電壓/頻率]轉換器轉換為線性頻率信號被輸出，調整V/F [電壓/頻率]轉換器的轉換電壓0 IOV對應變化頻率為0 10000赫茲，則微壓傳感器的探頭輸出電壓信號5. 032V對應頻率為5032赫茲被輸出，同理輸出電壓信號5. 064V則對應頻率為5064赫茲，獲得的頻率信號通過單片機控制電路9進行處理之後，獲得容積信息，並控制顯示器8顯示容積信息，這樣，就能夠通過顯示器8直觀的獲得計量筒4內被測液體的實際容積。
具體實施方式
十本實施方式所述的是採用具體實施方式
一至八任意一個實施方式所述的液體容積的計量方法實現液體容積連續計量的方法，在相鄰兩次計量過程之間，增加有如下過程排液過程，通過控制電磁閥2使得測量腔體3-2和排液腔體3-1連通，排除本次待測液體，直至待測液體排出乾淨；預備過程，控制電磁閥2阻斷測量腔體3-2和排液腔體3-1，準備下一次測量。本實施方式是ー種連續計量的方法，在連續的兩次計量方法之間增加有排出液體和預備下次測量的過程。
具體實施方式
十一本實施方式是對具體實施方式
九所述的連續計量的方法的進一歩限定，在排液過程中，通過閥體3的排液腔體3-1與測量腔體3-2之間設置的多條彎曲的排液管路3-3實現排液。該種排液方法，能夠有效控制排液的流量，並且控制排液過程中排液流量的穩定變化，即控制排液過程中微壓傳感器的探頭所在位置壓カ的穩定變化。
具體實施方式
十二 本實施方式是對具體實施方式
十所述的連續計量的方法的進一歩限定，本實施方式中，在排液過程中，控制液體的流速由快變慢。
具體實施方式
十三本實施方式是對具體實施方式
十所述的連續計量的方法的進一歩限定，本實施方式中，在排液過程中，分為兩個階段，第二個階段的排液速度比第一個階段的排液速度慢。
具體實施方式
十四本實施方式是對具體實施方式
十所述的連續計量的方法的進ー步限定，本實施方式中，將所述多個彎曲的排液管路3-3分成兩組，其中每組排液管路3-3的入液ロ位於同一水平高度，並且其中ー組排液管路3-3的入液ロ的高度比另ー組排液管路3-3的入液ロ的高度低。本實施方式中，將多個彎曲的排液管路3-3分成兩組，並設置不同入液ロ的高度的目的在於，控制排液過程中液體流量的變化，具體可以採用圖3所述的閥體3結構實現，即排液過程的開始階段排液的速度快ー些，此時液體的流向參見圖5所示；然後速度變慢，此時液體的流向參見圖6所示，這樣，可以在排液過程接近結束吋，微壓傳感器處的壓カ變化速度變緩，進而使微壓傳感器很快的恢復到穩定狀態，能夠保證下一次測量的準確 性。微壓傳感器在測量壓力的過程中，如果所測量的壓カ變化速度過快，會使微壓傳感器處于震蕩狀態，並且所述微壓傳感器需要較長的時間才能夠從這種震蕩狀態回復的常態。如果在震蕩狀態下進行測量，會嚴重影響測量的準確性，因此，如要保證每次測量的準確性，就需要等待較長的時間，待微壓傳感器恢復到常態之後，才能夠進行下一次的測量。本實施方式中，通過控制排液過程中液體流量的變化，進而控制微壓傳感器所在環境的壓カ變化的速度，並且在將近排液結束的階段，降低了排液速度，即降低了壓カ變化速度，進而保證在每次測量完液體容積的排液過程結束時，微壓傳感器仍處於穩定狀態，進而能夠儘快實現下一次準確的測量。因此，本實施方式所述的結構更適用於連續多次測量的環境中使用。
權利要求
1.液體容積的計量方法，其特徵在於，所述計量方法基於下述設備實現，所述設備中用於收集待測液體的計量筒(4)底部與一個閥體(3)連通，該閥體(3)上設置有用於阻斷閥體(3)內部液體流通管路的電磁閥(2)，所述電磁閥(2)將液體流通管路分成測量腔體(3-2)和排液腔體(3-1)，所述測量腔體(3-2)與計量筒(4)連通，基於上述設備的液體容積的計量方法為 採用垂直設置的計量筒(4)收集被測液體； 採用微壓傳感器測量所述測量腔體(3-2)中的壓カ信號， 根據所述壓カ信號換算獲得對應的液體容積信息，實現對計量筒(4)內收集的被測液體的容積的計量。
2.根據權利要求I所述的液體容積的計量方法，其特徵在於，在收集被測液體之前，使所述閥體(3)的測量腔體(3-2)內充滿與待測液體相同的液體。
3.根據權利要求I所述的液體容積的計量方法，其特徵在於，在採用微壓傳感器測量所述測量腔體(3-2)中的壓カ信號之後，還要對所述壓カ信號進行判斷，當該壓カ信號大於設定閾值時，提示測量超範圍，不再進行容積換算，否則繼續後續步驟。
4.根據權利要求I所述的液體容積的計量方法，其特徵在於，根據所述壓カ信號換算獲得對應的液體容積信息的過程是採用V/F轉換器將壓カ信號轉換成頻率信號，然後通過頻率信號換算獲得容積信息。
5.根據權利要求4所述的液體容積的計量方法，其特徵在於，在採用V/F轉換器將壓カ信號轉換成頻率信號的過程中，採用溫度補償的計算方法對換算結果進行修正。
6.根據權利要求I所述的液體容積的計量方法，其特徵在於，微壓傳感器的探頭的探測面與液體流通管路的軸線相垂直設置。
7.採用權I至6任意一項權利要求所述的液體容積的計量方法實現液體容積連續計量的方法，其特徵在於，在相鄰兩次計量過程之間，増加有如下過程 排液過程，通過控制電磁閥(2)使得測量腔體(3-2)和排液腔體(3-1)連通，排除本次待測液體，直至待測液體排出乾淨； 預備過程，控制電磁閥(2)阻斷測量腔體(3-2)和排液腔體(3-1)，準備下一次測量。
8.根據權利要求7所述的液體容積的計量方法，其特徵在於，在排液過程中，通過閥體(3)的排液腔體(3-1)與測量腔體(3-2)之間設置的多條彎曲的排液管路3-3實現排液。
9.根據權利要求7所述的液體容積的計量方法，其特徵在於，在排液過程中，控制液體的流速由快變慢。
10.根據權利要求I所述的液體容積的計量方法，其特徵在於，在排液過程中，分為兩個階段，其中第二個階段的排液速度比第一個階段的排液速度慢。
全文摘要
液體容積的計量方法及連續計量方法，涉及一種液體容積傳感器的計量方法。本發明克服了現有玻璃量杯法、稱重換算法、微流量傳感器時流量計量法的不足。所述計量方法中的用於收集待測液體的計量筒底部與一個閥體連通，該閥體上設置有用於阻斷閥體內部液體流通管路的電磁閥，電磁閥將液體流通管路分成測量腔體和排液腔體，測量腔體與計量筒連通；採用垂直設置的計量筒收集被測液體；採用微壓傳感器測量所述測量腔體中的壓力信號，根據該壓力信號換算獲得液體容積，實現對被測液體容積的計量。基於上述計量方法實現連續計量的方法還包括排液過程和預備過程。本發明適用於對噴灑作業產品的每次液體噴灑量進行測量。
文檔編號G01F22/02GK102749119SQ20121025752
公開日2012年10月24日 申請日期2012年7月24日 優先權日2012年7月24日
發明者于欣龍 申請人:哈爾濱奧松機器人科技有限公司