CN1447106A

CN1447106A - 在线式便携式多功能智能液体密度仪

Info

Publication number: CN1447106A
Application number: CN 03114657
Authority: CN
Inventors: 李兴伟; 金翔
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-04-21
Filing date: 2003-04-21
Publication date: 2003-10-08

Abstract

本发明涉及一种在线式便携式多功能智能液体密度仪，其可以温度、密度双参数一体测量，在线和便携两用，智能化程度高，测试精度高，测量范围宽，适用介质广，使用方便。本发明包括传感器和与之相连接的智能显示记录控制仪，传感器包括温度传感器以及由顶部压力传感器和底部压力传感器构成的差压传感器，顶部压力传感器和底部压力传感器通过隔离膜片分别检测上下点的压力。智能显示记录控制仪包括单片机，单片机通过A/D转换器分别与压力传感器和温度传感器连接，单片机并通过D/A转换器进行密度变送输出和温度变送输出。

Description

在线式便携式多功能智能液体密度仪

一、技术领域：

本发明涉及一种在线式便携式多功能智能液体密度仪，其既能用于对工业容器、实验室容器以及深井容器中的液态物质的密度进行在线式实时监控，又能便携式使用，随时***介质观测记录密度值。

二、背景技术：

密度的传统测量方法是利用天平称量液体的重量，再用量筒测量液体的体积，通过计算求出液体的密度。对于很多环境，特别是工业现场环境，这种方法非常不适应现场应用。通过检索互联网资料发现，密度参数的在线式即时测量产品非常稀缺，而且其中的大部分为低精度产品，少见的几款高精度产品，由于受其测量原理的限制，一方面对测量介质的要求比较苛刻，另一方面测量时还需要借助相关的器械。本发明人曾利用远传差压原理的液位变送器和数字显示仪来实现对工业罐体内的液态介质密度的在线观测，***总精度最高只能达到差压液位变送器满量程的0.5％，这种利用远传差压液位变送器进行工业在线式密度测量方法存在如下缺陷：1、应用范围狭窄，只能应用于地面上的罐体容器；2、需要在现场精确测量上下探头的垂直距离，容易带来人为误差；3、现场几乎无法进行二次标定，重新的标定除了需要将差压液位变送器拆卸下来标定量程以外，重新的安装还需要再重新对安装位置之间的垂直高度进行测量；4、温度误差较大。

三、发明内容：

本发明为了解决上述背景技术中的不足之处，提供一种在线式便携式多功能智能液体密度仪，其可以温度、密度双参数一体测量，在线和便携两用，智能化程度高，测试精度高，测量范围宽，适用介质广，使用方便。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种在线式便携式多功能智能液体密度仪，其特殊之处在于：包括传感器和与之相连接的智能显示记录控制仪，传感器包括温度传感器以及由顶部压力传感器和底部压力传感器构成的差压传感器，顶部压力传感器和底部压力传感器通过隔离膜片分别检测上下点的压力。

上述智能显示记录控制仪包括单片机，单片机通过A/D转换器分别与压力传感器和温度传感器连接，单片机并通过D/A转换器进行密度变送输出和温度变送输出。

上述单片机上连有RS232或RS485通讯接口。

上述单片机通过键盘显示适配器与按键连接。

上述单片机通过电源控制器与电源连接。

一种在线式便携式多功能智能液体密度仪的密度测量方法，其特殊之处在于：密度传感器和温度传感器的线性误差、温度误差、非关量误差的校正，分别依据零位值、零位输出和满量程值、满量程输出这两个点构成的线性方程来实现，线性方程利用实际曲线上的3～101个特征点上的特征值，使实际曲线向理论值回归。

上述密度传感器和温度传感器的准确值为在无校正情况下传感器的实测值减去传感器的线性误差、传感器的温度误差以及非关量误差。

上述单片机上带有智能管理模块，其可管理***内部的能量使用，通过设置菜单中的参数定义***的工作方式，在非工作时间整机自动进入休眠状态，到达工作时间时***自动觉醒，按设定方式自动完成采样、记录、通讯。

上述单片机上带有通讯驱动模块，其是用于管理通讯方式的子程序，通讯参数可通过菜单设置。

上述单片机上带有输出控制模块，输出控制模块是用于管理变送输出和报警输出的子程序，可通过菜单设置变送范围、变送对象报警点回差等。

与现有技术相比，本发明具有的优点和效果如下：

1、本发明密度、温度双参数一体测量，其附加的温度测量功能，一方面提高了密度参数的准确性，另一方面可节省在购置温度传感器和显示控制装置的开支及安装费用；

2、本发明在线便携两用，在线型用于在工业现场对罐体或深井容器中的液态物质的密度进行在线式测量及控制，便携式用于对各种液态物质的随机测量及数值存储，便携式体积小，电气壳体外径小于90毫米，探杆可细到20毫米，长度不超过500毫米，微功耗，内置大容量电池和大容量存储器，为野外应用带来了极大的便利；

3、本发明智能化程度高，软件功能强大，中文菜单，大容量存储；

4、本发明精度高，准确度达0.0004克/立方厘米，精密数字化温度补偿，全温区温度误差不超过0.0006克/立方厘米，测量温区宽，探头最大可测-40～+150度；

5、本发明管径细，安装便捷，可用于深井，防水、防潮、防节露设计，适合露天及高湿度环境运行；

6、本发明具有RS232或RS485接口，支持远程通讯、调校、打印等操作，支持多达128台的本仪器组网运行，6路继电器控制输出，多种变送输出信号供选，双电源驱动，无外供时由内部电池激励；

7、本发明测量范围宽，适用介质广，可用于测量溶液、溶剂、果浆、原油、泥浆、矿浆、沙浆等。

四、附图说明：

图1为本发明顶装结构的结构原理图；

图2为本发明侧装结构的结构原理图；

图3为本发明双杆投入式结构的结构原理图；

图4为本发明单杆投入式结构的结构原理图；

图5为本发明的电路原理图；

图6为本发明的程序流程图。

五、具体实施方式：

本发明包括温度密度传感器和智能显示记录控制仪两部分，密度探头原理是：顶部传感器和底部传感器构成差压传感器，顶部传感器和底部传感器通过隔离膜片分别检测上下点的压力，两膜片之间的垂直高度为H，通过精密标定顶部传感器和底部传感器之间的压力差以及测量H值，利用液态物质的静压原理：密度＝压力/高度，再通过烧录在单片机内部的软件对线性误差、温度误差以及其它非关量误差进行精密的矫正，实现对密度参数的精确测量。参见图1，智能显示记录控制仪1与密度传感器之间通过安装法兰6连接，密度传感器包括顶部传感器和一侧的底部传感器，顶部传感器带有顶部膜片2，底部传感器带有底部膜片3，顶部膜片2与底部膜片3之间的高度差为H，封装杆4内内置温度传感器5。参见图2，将安装法兰6旋转90度，做成如图2所示的侧装结构。参见图3，将智能显示记录控制仪1与温度密度传感器之间用法兰和金属电缆或金属屏蔽防水防油电缆7连接，做成如图3所示的双杆投入式结构。参见图4，将底部传感器置于顶部传感器下方，顶部传感器与底部传感器之间为电气导管8，做成如图4所示的单杆投入式结构。

参见图5，智能显示记录控制仪包括单片机，单片机上的程序可实现线性误差校正、温度误差校正和非关量误差校正，单片机上还设有智能管理模块、通讯驱动模块和输出控制模块，配置多达六路继电器的继电器报警控制模块，利用其输出的信号可以驱动动力设备，例如某些工矿环境的加料***。单片机通过A/D转换器和信号调理电路分别与压力传感器和温度传感器连接，单片机并通过D/A转换器进行密度变送输出和温度变送输出，可对密度、温度参数分别提供4～20mA、0～10mA、0～20mA、0～5V、1～5V、0.5～4.5V等变送输出信号，输出精度可达设定范围的0.05％。另外，单片机上还连有数据存储器，可进行大容量数据存储，容量可达16M。单片机上连有键盘显示装置，可进行五位数字巡回显示、光柱显示、百分比显示、单位显示、电池能量显示、故障报警显示，并通过键盘显示适配器与按键连接。单片机还通过电源控制器与仪表供电***连接。单片机上设有RS232或RS485通讯接口，可以连续或间断的启动通讯功能读取、打印存储的数据。通讯功能支持网络操作，允许多达128台仪表连网运行，通过远端计算机既能读取存储的和实时的数据，还能查看、设置、修改每一台仪器的工作参数。

参见图6，密度传感器和温度传感器的线性误差、温度误差、非关量误差的校正，分别依据零位值、零位输出和满量程值、满量程输出这两个点构成的线性方程来实现，该方程利用实际曲线上的3～101个特征点上的特征值，使实际曲线向理论曲线回归，其数学表达式为Y＝kx+b，其中x为传感器的输出，Y为参数值。误差校正的方程表达式为Y_标＝Y_实-ΔY_L-ΔY_w-ΔQ，其中Y_标为密度或温度传感器的准确值，Y_实为在无校正情况下传感器的实测值，ΔY_L为传感器的线性误差，它是利用传感器实测曲线上3～101个点的线性偏差值生成的数据表，实际计算中可通过查表求取任一点的线性误差，取点的多少根据实际情况决定。ΔY_w为传感器的温度误差，它是利用传感器的两条实测温度曲线(即零位和满量程温度曲线)上3～101个点的温度引起的偏差值生成的数据表，计算中可通过查表求取任一温度状态下密度传感器的温度偏差，取点的多少根据实际情况决定。ΔQ为与传感器所测量物理量无关的其它因素引起的偏差的总称，即非关量误差，其综合表现为一个常量。单片机上的智能管理模块是一个管理***内部电池能量使用的子程序，可通过设置菜单中的参数定义***的工作方式，电源的能量始终受到监控，在非工作时间整机自动进入休眠状态，到达工作时间时***自动觉醒，按照预先设定的方式自动完成采样、记录和通讯。通讯驱动模块是一段用于管理通讯方式的子程序，通讯参数可通过菜单设置。输出控制模块是一段用于管理变送输出和报警输出的子程序，可通过菜单设置变送范围和变送对象、报警点回差等，这个子程序只有在***有外供电源时才有效。

实际标定时，将密度传感器和温度传感器封装成图1至图3的形式，两膜片的直径可以做成10～20毫米，也可以根据需要封装成图4所示的单管结构。然后应用标准压力、温度源对仪器进行高精度的校准，校准精度与标准源相差可达+/-1个字，密度测量准确度达0.0004克/立方厘米。工业现场使用时按照图1至图4的示意将法兰水平固定在容器壁或支架上，便携使用时将探杆***容器，将法兰担置在容器上方，调整法兰使水平。有外供电源时接通外供电源，无外供电源或便携使用时由仪器内部的电池驱动，然后开机，整机将按照事先设定的测量控制方式开始工作。

Claims

1、一种在线式便携式多功能智能液体密度仪，其特征在于：包括传感器和与之相连接的智能显示记录控制仪(1)，传感器包括温度传感器以及由顶部压力传感器和底部压力传感器构成的差压传感器，顶部压力传感器和底部压力传感器通过隔离膜片分别检测上下点的压力。

2、根据权利要求1所述的在线式便携式多功能智能液体密度仪，其特征在于：所述智能显示记录控制仪(1)包括单片机，单片机通过A/D转换器分别与压力传感器和温度传感器连接，单片机并通过D/A转换器进行密度变送输出和温度变送输出。

3、根据权利要求3所述的在线式便携式多功能智能液体密度仪，其特征在于：所述单片机上连有RS232或RS485通讯接口。

4、根据权利要求3所述的在线式便携式多功能智能液体密度仪，其特征在于：所述单片机通过键盘显示适配器与按键连接。

5、根据权利要求4所述的在线式便携式多功能智能液体密度仪，其特征在于：所述单片机通过电源控制器与电源连接。

6、一种在线式便携式多功能智能液体密度仪的密度测量方法，其特征在于：密度传感器和温度传感器的线性误差、温度误差、非关量误差的校正，分别依据零位值、零位输出和满量程值、满量程输出这两个点构成的线性方程来实现，线性方程利用实际曲线上的3～101个特征点上的特征值，使实际曲线向理论值回归。

7、根据权利要求6所述的在线式便携式多功能智能液体密度仪的密度测量方法，其特征在于：所述密度传感器和温度传感器的准确值为在无校正情况下传感器的实测值减去传感器的线性误差、传感器的温度误差以及非关量误差。

8、根据权利要求7所述的在线式便携式多功能智能液体密度仪的密度测量方法，其特征在于：所述单片机上带有智能管理模块，其可管理***内部的能量使用，通过设置菜单中的参数定义***的工作方式，在非工作时间整机自动进入休眠状态，到达工作时间时***自动觉醒，按设定方式自动完成采样、记录、通讯。

9、根据权利要求8所述的在线式便携式多功能智能液体密度仪的密度测量方法，其特征在于：所述单片机上带有通讯驱动模块，其是用于管理通讯方式的子程序，通讯参数可通过菜单设置。

10、根据权利要求9所述的在线式便携式多功能智能液体密度仪的密度测量方法，其特征在于：所述单片机上带有输出控制模块，输出控制模块是用于管理变送输出和报警输出的子程序，可通过菜单设置变送范围、变送对象报警点回差等。