智能光電式在線密度計的製作方法

2023-05-07 06:30:11 1

專利名稱：智能光電式在線密度計的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用於測量透光性較好的液體，如水、輕油、化學溶液等的密度的儀表，具體涉及一種可靜態、在線或自動取樣測量的智能光電式在線密度計。
目前國內用於液體密度測量的智能密度計較多，如天津大學研製了一種WFB自動密度計，採用浮子/彈性膜片/電容傳感技術系統測量液體密度，可與計算機聯機，具有溫度與時間的自動測定和控制、誤差修定、存儲和列印等功能[見參考文獻WFB自動密度計∥天津大學(中國科學技術成果資料庫)]；江西大學利用比爾定理研製的GMD-89型多功能智能光密度計[GMD-89型多功能智能光密度計∥江西大學(全國成果交易資料庫)]；西北輕工業學院採用雙光束光纖調製技術改進傳統沉浸式浮力密度計，設計了一種光纖調製式自動檢測密度計[見參考文獻光纖調製式自動檢測密度計∥電子技術應用，94(7)19-20]等。這些密度計雖然實現了部分智能化且精度較高，但從其原理和結構上不能克服壓力的影響或密封不嚴，都為靜態測量，不能用於管道液體密度的在線測量。而目前較先進的振動式密度計和超聲波密度計雖可測量許多液體且精度很高，但其價格過於昂貴。
本實用新型針對現有密度計存在的上述不足，目的在於提供一種既可靜態測量，也可安裝於旁通管道在線測量或自動取樣測量透光性較好的液體(如水、輕油、化學溶液等)的密度，且價格較低，精度高的智能光電式在線密度計。
本實用新型的目的通過以下的技術方案實現本智能光電式在線密度計結構由傳感器和變送器兩大部分組成。傳感器通過電纜和光纖連接變送器，變送器通過通訊接口外接主控制器。其主要技術創新在於密度傳感器的設計以及在密度計的進、出口上設置了電磁閥，電磁閥接變送器的控制接口。
本密度計對傳感器做了改進，傳感器由殼體、光纖、PSD位置敏感器件、溫度傳感器、浮子、彈簧構成，浮子置於防護罩內，防護罩固定於殼體下部，浮子上、下設導引杆，導引杆外套彈簧，上導引杆端部穿接由變送器引出的光纖。與光纖端部相對設置玻璃鋼板和PSD位置敏感器件，溫度傳感器和PSD位置敏感器件引出電纜經殼體至變送器。所述防護罩靠進液通道一面密閉，其餘面設均勻小孔。
本傳感器利用阿基米德原理F浮=ρ油Vg，將液體的密度轉變成球型浮子所受的浮力，當密度變化，浮子所受浮力發生變化，浮子將帶動彈簧上下移動，從而使彈簧拉力相應變化直至達到力的平衡，使浮子處於新的平衡狀態，然後通過PSD光位置敏感器件將浮子的位置檢測出來送入變送器處理。變送器採用智能傳感器設計思想進行設計，包含單片機及其接口電路、信號處理電路、輸出顯示及通訊接口電路。主要是將傳感器送來的信號進行濾波放大和A/D轉換，送入單片機進行數字濾波、溫度補償、自校準、自校正及噪聲抑制等處理，最後輸出顯示和送通訊口輸出。
本實用新型的優點是(1)具有多種檢測組態，既可靜態測量，也可安裝於旁通管道在線測量或自動取樣測量液體的密度。在密度計兩端加裝了兩個電磁閥，由於密度計變送器內設置三種電磁閥控制信號，可使電磁閥處於全通，全閉和定時開閉三種狀態，這樣可方便地實現在線密度測量(全通)，自動採樣、高精度的靜態密度測量(定時開閉)和人工測量；(2)價格較低。該密度計的關鍵部分——傳感器的結構很簡單，除光位置敏感器件外，其餘均由常規材料、器件製作，價格便宜，浮子形狀規則，易於加工；(3)精度高，智能化程度高，功能強。靜態測量精度可達±0.0001克/釐米3，可根據需要顯示當前實時密度、標準條件下的密度及當前溫度，且這些參數可通過通訊口遠傳。
以下結合附圖和實施例對本實用新型的結構進行說明

圖1為本密度計的測量系統連接示意圖；圖2為傳感器結構示意圖；圖3為傳感器另一種結構示意圖；圖4為本密度計傳感器的防護罩結構示意圖；圖5為本密度計變送器的結構框圖；圖6為密度計外形示意圖。
圖中，1-變送器，2-傳感器，3-電磁閥，4-電纜，5-管線，6-光纖，7-溫度傳感器，8-PSD位置敏感器件，9-彈簧，10-外殼，11-玻璃鋼板，12-導引杆，13-防護罩，14-浮子，15-小孔，16-在線測量鍵，17-自動取樣鍵，18-當前密度顯示鍵，19-標準密度顯示鍵，20-LCD顯示窗口，21-關閉鍵，22-通訊口和輸出口，23-當前溫度顯示鍵，24-測量室。
實施例參見圖1，密度計安裝於旁通管線5中，由變送器1、傳感器2、電磁閥3構成，電磁閥3安裝在密度計進、出口管線上，通過控制電纜4與變送器1連接。
傳感器的結構有兩種，分別參見圖2和3。如圖所示，傳感器的浮子14置於防護罩13內，其上下設有導引杆12。防護罩13固定於殼體10下。浮子14的上導引杆12外套彈簧9(圖2)，當然彈簧9也可套在下導引杆12上(圖3)。彈簧9兩端固定，導引杆12可上下移動。上導引杆12的端部穿接有光纖6，與光纖6端部相對設置玻璃鋼板11和PSD位置敏感器件8。玻璃鋼板11、PSD位置敏感器件8和溫度傳感器7均固定在殼體10上，溫度傳感器7和PSD位置敏感器件8分別引出電纜4至變送器1。
上述防護罩的結構參見圖4，該防護罩靠進液通道一面密閉，其餘面設均勻小孔15用於進出液體，這樣，減小液體流動對浮子的影響。
密度計變送器結構參見圖5，與現有用於本領域的變送器相近，主要包括電源、多路轉換開關、信號調理電路、A/D轉換、RAM、μP、PROM、控制接口和通訊接口以及顯示等，由密度計各傳感器的信號接多路轉換開關，再由變送器進行處理，變送器通過控制接口控制電磁閥開、閉，其通訊接口接外在主控制器。
整個密度計的外形如圖6，與其內部的變送器電路相應，其表面設有各種選擇鍵16，如在線測量鍵17、自動取樣鍵18、當前密度顯示鍵23、標準密度顯示鍵19、關閉鍵21、當前溫度顯示鍵23、還設有LCD顯示窗口20、通訊口和輸出口22，傳感器位於測量室24內。
權利要求1．智能光電式在線密度計，其結構包括傳感器(2)和變送器(1)，其特徵在於密度計的進、出口設置電磁閥(3)，電磁閥(3)接變送器(1)的控制接口，傳感器(2)通過電纜(4)和光纖(6)連接變送器(1)。
2．根據權利要求1所述的密度計，其特徵在於所述傳感器由殼體(10)、光纖(6)、PSD位置敏感器件(8)、溫度傳感器(7)、浮子(14)、彈簧(9)構成，浮子(14)置於防護罩(13)內，防護罩(13)固定於殼體(10)下部，浮子(14)上、下設導引杆(12)，導引杆(12)外套彈簧(9)，上導引杆(12)端部穿接引至變送器(1)的光纖(6)，與光纖(6)端部相對設置玻璃鋼板(11)和PSD位置敏感器件(8)，溫度傳感器(7)和PSD位置敏感器件(8)引出電纜(4)至變送器(1)。
3．根據權利要求2或3所述的密度計，其特徵在於防護罩(13)靠進液通道一面密閉，其餘面設均勻小孔(15)。
專利摘要智能光電式在線密度計，其結構包括傳感器和變送器，其特徵在於密度計的進、出口設置電磁閥，電磁閥接變送器的控制接口，傳感器通過電纜和光纖連接變送器。傳感器由殼體、光纖、PSD位置敏感器件、溫度傳感器、浮子、彈簧構成。本密度計既可靜態測量，也可安裝於旁通管道在線測量或自動取樣測量透光性較好的液體(如水、輕油、化學溶液等)的密度，價格較低，精度高。
文檔編號G01N9/00GK2447775SQ0024479
公開日2001年9月12日 申請日期2000年10月27日 優先權日2000年10月27日
發明者羅挺, 吳剛 申請人:中國人民解放軍後勤工程學院