粘度計的自動液位檢測裝置的製作方法

2023-05-30 23:55:11 3

專利名稱：粘度計的自動液位檢測裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種液位檢測裝置，具體地，涉及液體石油產品運動粘度測定用 的玻璃毛細管粘度計上的自動液位檢測裝置。
背景技術：
液體石油產品的運動粘度是在玻璃毛細管內測定的，其物理定義是指在某一恆定 的溫度下，一定量的液態石油完全在重力的作用下通過一段固定管徑的玻璃毛細管粘度計 的時間與該玻璃毛細管常數的乘積。由於玻璃毛細管常數是一個固定的值，故對於同一支 粘度計來說決定粘度數值測量重複性和一致性可靠的兩個關鍵的因素分別為「恆定的溫 度」和「流經毛細管的時間」。如果溫度能保持恆定，則影響其測量結果的唯一重要因素就 是時間。圖1是現有技術中粘度計的測量球泡部分截圖，上半部分為測量球泡1，下半部分 就是前面所述的毛細管2。在測量球泡1的上下兩端各有兩段刻線，即上刻度線3及下刻度 線4，液態石油通過上刻度線3開始計時，達到下刻度線4停止計時，如此就得出了 「流經毛 細管的時間」。手動的粘度儀器使用的人工秒表計時，這種肉眼觀測的方法給實驗的精確度帶來 了極大的誤差，而且不同的觀測者得出的實驗結論一定存在很大的差異。基於目前對粘度 測量的高精度要求，故自動時間測量已經成為趨勢。自動時間測量實際是通過自動檢測液 體的液面來實現的。目前，市場上的粘度計採用光電檢測手段的居多，有光纖對射法和紅外 對射法，這些方法檢測的優點是靈敏度高，快速反應。缺點是由於考慮到光電元件需要耐高 溫和耐腐蝕，所以成本太高，另外，此類器件的固定必然依靠夾具或者「基準」，體積龐大。

實用新型內容本實用新型的目的是提供有效的自動液位檢測裝置，該檢測裝置探測靈敏，精度 高，實現方式簡便，成本低，而且體積小，不影響肉眼的監測和觀察。為了達到上述目的，本實用新型提供了一種粘度計的自動液位檢測裝置，該自動 液位檢測裝置設置在粘度計上，該自動檢測裝置包含兩個熱敏電阻，該熱敏電阻分別設置 在粘度計測量球泡兩端的直管部位，熱敏電阻的探頭伸入到直管內，熱敏電阻的引出導線 分別與數據採集板電路連接，所述的熱敏電阻為負溫度係數熱敏電阻，且具有玻璃封裝。上述的粘度計的自動液位檢測裝置，其中，所述的粘度計的測量球泡的兩端直管 部位均設置有一個孔，所述熱敏電阻的探頭通過該孔伸入設置在粘度計直管部位的內部。上述的粘度計的自動液位檢測裝置，其中，所述熱敏電阻的探頭略微上翹，該探頭 與水平面之間的角度範圍為15°到45°。上述的粘度計的自動液位檢測裝置，其中，所述的孔與熱敏電阻的連接處通過耐 高溫、耐腐蝕且耐油的膠水密封，該膠水固化後呈彈性橡膠狀。上述的粘度計的自動液位檢測裝置，其中，在粘度計直管上，所述的每個孔的上下兩端分別套置有金屬環，該金屬環與粘度計直管焊接固定，熱敏電阻的引出導線與金屬環 焊接連接，金屬環通過氟塑料導線與數據採集板電路連接。上述的粘度計的自動液位檢測裝置，其中，所述的金屬環對稱設置在孔的上下兩端。上述的粘度計的自動液位檢測裝置，其中，所述的金屬環為銀環。上述的粘度計的自動液位檢測裝置，其中，所述的金屬環與粘度計直管採用瞬幹 膠固定密封。上述的粘度計的自動液位檢測裝置，其中，所述的兩個金屬環之間的粘度計表面 均塗設雙組分環氧膠，以封接整個自動液位檢測裝置，該膠水固化後剪切強度達到15MPa。本實用新型提供的一種玻璃毛細管粘度計的自動液位檢測裝置，其基本原理是在 玻璃毛細管的測量球泡的上下各埋入一隻負溫度係數熱敏電阻(下簡稱NTC)傳感器，利用 該傳感器在不同的介質中耗散係數的不同，自熱穩定之後的電阻也就不同，通過檢測該就 電阻的變化就能感知液面凹月面的到來，從而起到液位檢測的作用。該檢測裝置的液位傳 感器採用的是負溫度係數熱敏電阻，該NTC有靈敏度高，體積小，便於安裝，成本低的特點。 當液體流經NTC的時候，電信號的變化能感知其液位的到達。本實用新型提供的粘度計的自動液位檢測裝置，探測靈敏，實現方式簡單，且檢測 裝置體積小，也不影響實驗者肉眼監視和觀測。

圖1為現有技術的粘度計測量球泡部分的結構示意圖。圖2為本實用新型的粘度計的自動液位檢測裝置的結構示意圖。圖3為本實用新型的粘度計的自動液位檢測裝置的NTC熱敏電阻結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖詳細說明本實用新型的具體實施方式
。本實用新型的具體實施例中採用粘度計的是烏氏毛細管粘度計(下簡稱烏氏粘度 計)。如圖2所示為本實用新型的粘度計的自動液位檢測裝置的結構示意圖，該自動檢 測裝置設置在烏氏粘度計上，該自動檢測裝置包含兩個負溫度係數熱敏電阻(下簡稱NTC) 20，所述的烏氏粘度計的測量球泡10的上下兩端的直管部位30，分別設置有一個直徑為 l-2mm的圓孔31，所述NTC的探頭22通過該圓孔31伸入設置在粘度計直管30的內部。所述的圓孔31與熱敏電阻20的連接處通過耐高溫、耐腐蝕且耐油的膠水密封，該 膠水固化後呈彈性橡膠狀。使用耐高溫、耐腐蝕且耐油的膠水均勻塗在圓孔31之中，目的 是為了將NTC熱敏電阻20和圓孔31之間固定牢靠。該膠水在常溫下的粘度需非常大，否 則會通過圓孔流入粘度計的內壁，從而影響檢測。在每個圓孔31的上下距離圓孔2_8mm處套有兩個銀環32 (沒有銀環採用任何可 以錫焊的金屬即可)。銀環的直徑不宜太大，套銀環的主要目的是過渡NTC的引出導線21， 因為NTC的引出導線21非常細，直接引出至數據採集板40很容易被折斷。銀環32套在粘 度計上之後可採用瞬幹膠固定，但該瞬幹膠需耐溫耐油。[0025]將NTC20埋入圓孔31之中，埋入的深度不應超過毛細管內徑的1/2，且埋入後應保 證探頭22微微上翹一定角度，目的是為了讓探頭的感溫節第一時間檢測到液體的凹月面 到來。該探頭與水平面的角度為15°、5°。調整完畢後需用錫焊NTC的引出導線21至 之前固定好的銀環32上，焊接完畢後將多餘的引出導線21剪去。使用氟塑料高溫導線33從銀環32上的其它焊點焊接出來，此時過渡的目的已經 達到，該氟塑料高溫導線33是和數據採集板40連接的。使用耐高溫、耐油的膠水塗在粘度計的外表面。該膠水的塗接面積需擴張至銀環 32的兩端(包含之前焊接的氟塑料高溫導線33)，目的是封接整個自動液位檢測裝置，使美 觀度大大增加。該膠水固化後要求剪切強度能達到15MPa以上。且能保證其在高溫下不脫 落，不軟化。本實用新型的檢測裝置的液位傳感器採用的是負溫度係數熱敏電阻，該NTC有靈 敏度高，體積小，便於安裝，成本低的特點。當液體流經NTC的時候，電信號的變化能感知其 液位的到達。液體在玻璃毛細管中流動的形態呈凹月面狀(下簡稱凹月面)，中間的低谷為 凹月面的最低點。NTC傳感器就是為了捕捉這個凹月面的最低點。現詳細介紹本實用新型使用的NTC傳感器NTC又叫負溫度係數熱敏電阻，是一種電阻性電子元件，其電阻的變化是隨其感知 溫度的升高而降低，故稱其是負溫度係數熱敏電阻。圖中的NTC屬玻璃封裝，由於傳感器是 要浸沒在液體中感知液位，玻璃封裝的探頭有耐腐蝕，耐油，耐高溫的特性，適合玻璃毛細 管的實際應用場合。NTC有諸多特性，此實用新型應用了 NTC的其中一種自熱特性，自熱是指將NTC通 以一定量的電流，該電流會導致NTC自身發熱，使得其阻止下降。在某一特點的環境下，自 熱使得NTC的溫度會比環境高出幾度，然後達到平衡，這就是所謂的自熱平衡。這裡再引出 了耗散係數的概念，其定義是指使得NTC的溫度上升1°C所需要的功率，單位是mW/°C。液 位檢測原理就是利用NTC在兩種不同的介質中自熱達到穩定之後，根據在空氣和在液體中 NTC的耗散係數不同的原理，在相同的電流激勵下，自熱平衡的溫度也就不同，實際測量到 的阻值也就不同。如此就區分了氣體和液體這兩種不同的介質，感知玻璃毛細管內部液位 的變化，從而達到了液位檢測的效果。圖3中探頭22中間的「方塊」代表感溫節23，是該NTC的最重要單元。「方塊」， 即感溫節23的兩邊各引出一根引出導線21穿過玻璃封裝作為可焊接導線。由於NTC是 埋入玻璃毛細管內部來檢測液位的，所以它的尺寸是受毛細管管徑的限制的，一般玻璃毛 細管測量球泡部分的管徑是3-8mm，故其探頭的尺寸需符合以下規定，探頭直徑D的範圍是 0. 4-lmm,探頭的長度T的範圍是0. 5-3. 5mm,探頭的引線直徑d和引線的長度F是根據不 同的焊接面定義的。探頭的引線必須是從同一端引出的，目的是便於焊接。圖3中長度F 一般在5-60mm。而其直徑d—般在0. 1_0. 2mm。以上尺寸是可以根據實際的應用靈活調節 的。本實用新型的實施例所選用的NTC傳感器的機械性能該傳感器為玻璃封裝，能 耐腐蝕，且能耐300°C的高溫。該傳感器探頭部分的長度T為2mm，探頭的直徑D為0. 9mm,探 頭的引線為裸銅導線，長度F為60mm，直徑為0. 15mm。該NTC傳感器的電性能阻值(25°C 下)為IOK歐姆，其材料係數(簡稱B值)為3980，材料係數越大，溫度-電阻曲線越陡。在
5空氣中的耗散係數為0. 3mW/°C。極限功率為15mW。本實用新型的自動液位檢測裝置的安裝包含以下具體步驟步驟1，將烏氏粘度計使用酒精清洗乾淨，在烏氏粘度計的測量球泡的上下兩端直 管部位開設直徑為1. 5mm的圓孔。步驟2，將內徑為IOmm的銀環套在距離其中一個圓孔上下對稱5mm的位置。由於 金屬銀有一定的柔軟性，所以製作銀環時可以不用閉合。使用杜邦的瞬幹膠將銀環緊密固 定在烏氏粘度計上。由於瞬幹膠一般粘度都比較小，流速很快，而此時封接面為圓形，所以 在保證銀環和烏氏粘度計的緊密貼合下，使用針頭將膠水由貼合的縫隙中滴入，少量即可， 在表面張力的作用下，膠水會繞銀環一周瞬間固化。步驟3，將NTC熱敏電阻埋入烏氏粘度計的圓孔內，埋入的長度為1.5mm，埋入結束 後使用錫焊將引出導線和銀環焊接，焊接牢靠後用探針調整NTC探頭的角度，使得其略微 上翹，與水平面呈30度角。採用道康寧的有機矽膠塗入圓孔之內，使得圓孔和NTC傳感器 能緊密封接，在注膠時，選用的出膠槍的直徑需大於烏氏粘度計上圓孔的直徑，保證膠水不 從圓孔中滲漏到粘度計內部。步驟4，在上下兩銀環的其他焊點處各焊接一根氟塑料高溫導線，完成傳感器的引 線過渡。步驟5，待矽膠幹透後(其最終形態應為彈性橡膠狀)，使用杜邦的雙組分環氧膠進 行表面封接，使得所有的器件再次牢固，也可視為「全部封裝在膠水中」。該膠水固化後在高 溫下的剪切力仍然大於20MP，且穩定不易老化。待膠水幹透後，整個工藝結束。本實用新型的粘度計的自動液位檢測裝置的工作流程(具有自動液位檢測裝置的 烏氏粘度計處於恆溫槽中)如下首先，液體的凹月面初始位置處於具有自動液位檢測裝置的烏氏粘度計的緩衝球 泡，且充滿測量球泡，液體在重力作用下緩緩下降。然後，當凹月面抵達測量球泡上方傳感器的瞬間，NTC電阻值迅速發生變化，NTC 電阻值變小，表明液體進入測量區域，此時可以使用啟動計時之類的記錄方式；當凹月面抵 達測量球泡下方傳感器的瞬間，NTC電阻值迅速發生變化，NTC電阻值變小，表明液體已經 通過了測量區域，此時可以停止計時完成記錄，得到固定體積的液體通過固定長度的毛細 管的時間。最後，通過粘度計算公式運算，可以得到該液體的粘度值。本實用新型提供的玻璃毛細管粘度計的自動液位檢測裝置，是在粘度計玻璃毛細 管的測量球泡的上下各埋入一隻NTC熱敏電阻傳感器，利用該傳感器在不同的介質中耗散 係數的不同，自熱穩定之後的電阻也就不同的特性，通過檢測該就電阻的變化就能感知液 面凹月面的到來。從而完成液位的自動檢測。該檢測裝置探測靈敏，實現方式簡單，且檢測 裝置體積小，也不影響實驗者肉眼監視和觀測。儘管本實用新型的內容已經通過上述優選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上 述的描述不應被認為是對本實用新型的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容後，對於 本實用新型的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本實用新型的保護範圍應由所附 的權利要求來限定。
權利要求1.粘度計的自動液位檢測裝置，該自動液位檢測裝置設置在粘度計上，其特徵在於，該 自動檢測裝置包含兩個熱敏電阻(20)，該熱敏電阻(20)分別設置在粘度計測量球泡(10) 兩端的直管部位(30)，熱敏電阻(20)的探頭(22)伸入到直管內，熱敏電阻(20)的引出導線 (21)分別與數據採集板(40)電路連接，所述的熱敏電阻(20)為負溫度係數熱敏電阻，且具 有玻璃封裝。
2.如權利要求1所述的粘度計的自動液位檢測裝置，其特徵在於，所述的粘度計的測 量球泡(10 )的兩端直管部位(30 )均設置有一個孔(31)，所述熱敏電阻的探頭(22 )通過該 孔(31)伸入設置在粘度計直管部位(30 )的內部。
3.如權利要求2所述的粘度計的自動液位檢測裝置，其特徵在於，所述熱敏電阻的探 頭(22)上翹，該探頭(22)與水平面之間的角度範圍為15°到45°。
4.如權利要求2所述的粘度計的自動液位檢測裝置，其特徵在於，所述的孔(31)與熱 敏電阻(20)的連接處通過耐高溫、耐腐蝕且耐油的膠水密封，該膠水固化後呈彈性橡膠狀。
5.如權利要求2所述的粘度計的自動液位檢測裝置，其特徵在於，在粘度計直管上，所 述的每個孔(31)的上下兩端分別套置有金屬環(32)，該金屬環(32)與粘度計直管焊接固 定，熱敏電阻的引出導線(21)與金屬環(32)焊接連接，金屬環(32)通過氟塑料導線(33) 與數據採集板(40)電路連接。
6.如權利要求5所述的粘度計的自動液位檢測裝置，其特徵在於，所述的金屬環(32) 對稱設置在孔(31)的上下兩端。
7.如權利要求5所述的粘度計的自動液位檢測裝置，其特徵在於，所述的金屬環(32) 為銀環。
8.如權利要求5所述的粘度計的自動液位檢測裝置，其特徵在於，所述的金屬環(32) 與粘度計直管採用瞬幹膠固定密封。
9.如權利要求5所述的粘度計的自動液位檢測裝置，其特徵在於，所述的兩個金屬環 (32)之間的粘度計表面均塗設雙組分環氧膠，以封接整個自動液位檢測裝置，該膠水固化 後剪切強度達到15MPa。
專利摘要本實用新型涉及一種粘度計的自動液位檢測裝置，該自動液位檢測裝置設置在粘度計上，該自動檢測裝置包含兩個熱敏電阻，該熱敏電阻分別設置在粘度計測量球泡兩端的直管部位，熱敏電阻的探頭伸入到直管內，熱敏電阻的引出導線分別與數據採集板電路連接，所述的熱敏電阻為負溫度係數熱敏電阻，且具有玻璃封裝。本實用新型提供的自動液位檢測裝置探測靈敏，實現方式簡單，且檢測裝置體積小，也不影響實驗者肉眼監視和觀測。
文檔編號G01N11/06GK201876292SQ201020626849
公開日2011年6月22日 申請日期2010年11月26日 優先權日2010年11月26日
發明者袁緣 申請人:上海神開石油儀器有限公司, 上海神開石油化工裝備股份有限公司