壓差溶液密度測量裝置及其測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種溶液密度（或濃度）的連續(xù)檢測、顯示或傳送信號(hào)的智能化裝置， 具體是一種壓差溶液密度測量裝置，用于精確測定溶液密度。本發(fā)明還設(shè)及一種利用該壓 差溶液密度測量裝置來測量溶液密度的測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在化工、酒類等行業(yè)生產(chǎn)W及環(huán)境監(jiān)測、設(shè)備正常運(yùn)行等應(yīng)用中，需要檢查、監(jiān)測 溶液的密度或濃度，其檢測方式有取樣法、在線法兩種。目前，取樣法有比重計(jì)法和化驗(yàn)分 析法，雖然準(zhǔn)確，但麻煩費(fèi)時(shí)。在線法有超聲波、遠(yuǎn)紅外、電感、電導(dǎo)法等。中國實(shí)用新型專 利CN200920067484采用浮子使拉力變化，通過傳感器獲得密度相關(guān)信號(hào)，實(shí)用新型專利 CN201320331367通過氣壓傳感器檢測到的壓強(qiáng)變化，W及實(shí)用新型專利CN200920162897 通過線纜上的多個(gè)壓力傳感器獲得的壓力差得到溶液密度。運(yùn)些方式雖然方便快捷，但是 大多結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安裝及使用場所限制較大，尤其是在溶液液位有較大變化的時(shí)候，其安裝、 制作成本增加，精度難W保證，環(huán)境溫度也將直接影響其測量精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供一種壓差溶液密度測量裝置及其 測量方法，適用于各種溶液密度的取樣、在線檢測等，檢測精度高，結(jié)構(gòu)簡單，尤其適用于不 便于取樣、危險(xiǎn)地點(diǎn)的溶液濃度在線檢測、監(jiān)測或遙測。 陽004] 本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下： 陽0化]一種壓差溶液密度測量裝置，包括第一浮子和第二浮子，其特征在于：所述第一浮 子與第二浮子之間可接觸地固設(shè)有壓電陶瓷，在所述第一浮子和第二浮子其中之一內(nèi)設(shè)有 信號(hào)處理電路和發(fā)射裝置，該信號(hào)處理電路和發(fā)射裝置與所述壓電陶瓷電連接，用于接收 和處理所述壓電陶瓷的檢測信號(hào)并向外發(fā)射檢測信號(hào)。
[0006] 進(jìn)一步地，所述第一浮子和第二浮子在沿浸入液體的垂直方向上的截面面積成規(guī) 律變化，并且兩者的變化面積互補(bǔ)。
[0007] 進(jìn)一步地，所述第一浮子和第二浮子為能夠浮在液體表面的錐體、梯形條或圓柱 體。
[0008] 進(jìn)一步地，所述第一浮子是內(nèi)腔橫截面為梯形的梯形條，所述第二浮子是橫截面 為梯形的梯形條，所述第二浮子被容置在所述第一浮子的內(nèi)腔中。
[0009] 進(jìn)一步地，所述第一浮子的上端安裝一固定板，所述壓電陶瓷固設(shè)在該固定板與 所述第二浮子之間。
[0010] 進(jìn)一步地，所述第二浮子的下端懸掛一重物。
[0011] 本發(fā)明提供一種利用上述壓差溶液密度測量裝置測量溶液密度的測量方法，包括 如下步驟：
[0012] (1)所述第一浮子和所述第二浮子為梯形條，設(shè)梯形條的長度為B，夾角均為α， 所述第一浮子和所述第二浮子的質(zhì)量分別為Wi和W2,兩個(gè)梯形條的下底寬分別為Li和L2， 則總質(zhì)量W=W1+W2,沿任意縱向的截面積S=B(2L1+L2)，則W、S為常量。
[0013] (2)檢測在待測溶液密度為P。的溶液中第一浮子與第二浮子間形成的壓力差 AF。，則該待測溶液密度P。與已知幾何體參數(shù)之間的關(guān)系為：
[0014]
[0015] 根據(jù)上式即可獲得待測溶液密度P。。
[0016] 本發(fā)明再提供一種利用上述壓差溶液密度測量裝置測量溶液密度的測量方法，包 括如下步驟：
[0017] (1)所述第一浮子和所述第二浮子為梯形條，設(shè)梯形條的長度為B，夾角均為α， 所述第一浮子和所述第二浮子的質(zhì)量分別為Wi和W2,兩個(gè)梯形條的下底寬分別為Li和L2， 則總質(zhì)量W=W1+W2,沿任意縱向的截面積S=B(2Li+L2)，則W、S為常量。
[0018] (2)通過已知溶液密度P。，標(biāo)定出所述第一浮子與第二浮子間的標(biāo)定壓力差 AF。，再測量溶液密度改變?yōu)镻時(shí)第一浮子與第二浮子間的壓力差A(yù)F，則待測溶液密度 P與所述標(biāo)定壓力差A(yù)F。、已知溶液密度P。和已知幾何體參數(shù)之間的關(guān)系為：
[0019]
[0020] 根據(jù)上式即可獲得待測溶液密度P。
[0021] 本發(fā)明還提供另一種利用上述壓差溶液密度測量裝置測量溶液密度的測量方法， 包括如下步驟：
[0022] (1)分別檢測在兩種已知溶液密度P1、P。的溶液中所述第一浮子與第二浮子間 的壓力差A(yù)Fi、AF。；
[0023] (2)檢測在待測溶液密度P的溶液中所述第一浮子和第二浮子間的壓力差ΔΡ;
[0024] (3)根據(jù)
，獲得待測溶液密度Ρ。
[0025] 可見，本發(fā)明提供的壓差溶液密度測量裝置及其測量方法，當(dāng)不同浮子浸入不同 密度的液體中時(shí)，因浮力的改變，使得壓電陶瓷的輸出電量改變，通過信號(hào)處理電路轉(zhuǎn)換成 溶液密度或濃度，由發(fā)射裝置發(fā)射給接收裝置，并由顯示裝置直接顯示溶液密度或濃度。 [00%] 本發(fā)明適用于各種溶液密度的取樣和在線檢測，檢測精度高，結(jié)構(gòu)簡單，尤其適用 于不便于取樣、危險(xiǎn)地點(diǎn)的溶液濃度的在線檢測、監(jiān)測或遙測，被檢測溶液與檢測信號(hào)不直 接接觸，避免了腐蝕、電化學(xué)腐蝕等。
【附圖說明】
[0027] 圖1為本發(fā)明壓差溶液密度測量裝置的工作原理示意圖；
[0028] 圖2為本發(fā)明壓差溶液密度測量裝置的測量原理示意圖；
[0029] 圖3為本發(fā)明壓差溶液密度測量裝置的改進(jìn)結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0030] 圖中：1-第一浮子，2-第二浮子，3-壓電陶瓷，4-信號(hào)處理電路和發(fā)射裝置，5-溶 液。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)的描述和說明。
[0032] 圖1為本發(fā)明的壓差溶液密度測量裝置的工作原理示意圖。如圖1所示，該壓差 溶液密度測量裝置包括第一浮子1、第二浮子2、壓電陶瓷3和信號(hào)處理電路和發(fā)射裝置4。 其中，第二浮子2設(shè)置在第一浮子1的中空內(nèi)腔中，壓電陶瓷3通過粘接方式可接觸地設(shè)在 第二浮子2與第一浮子1之間，通過壓電陶瓷3相對固定了兩個(gè)浮子的相互間位置。信號(hào) 處理電路和發(fā)射裝置4設(shè)置在第一浮子1或第二浮子2的其中一個(gè)浮子內(nèi)，并且與壓電陶 瓷3相互電連接，該信號(hào)處理電路和發(fā)射裝置4用于接收和處理壓電陶瓷3的檢測信號(hào)并 向所述壓差溶液密度測量裝置外部的接收裝置發(fā)射檢測信號(hào)。整個(gè)壓差溶液密度測量裝置 被放置在溶液5中。
[0033] 第一浮子1、第二浮子2均為能夠浮在液體表面的錐體或梯形條，可W采用金屬材 料（如侶材）制造成空屯、體，W增加浮力。優(yōu)選地，第一浮子1為沒有底面的空屯、體。
[0034] 下面結(jié)合圖2,對本發(fā)明壓差溶液密度測量裝置的測量原理和測量方法進(jìn)行說明。
[0035] 如圖2所示，第一浮子1和第二浮子2在沿浸入液體的垂直方向上的截面面積成 規(guī)律變化，并且第一浮子1與第二浮子2的變化面積互補(bǔ)。
[0036] 作為一種具體示例，為簡化描述，設(shè)第一浮子1是內(nèi)腔橫截面為梯形的梯形條，第 二浮子2是橫截面為梯形的梯形條，第二浮子2被容置在第一浮子1的梯形內(nèi)腔中。如圖 2所示，設(shè)梯形條的長度為B，夾角均為α，設(shè)第一浮子1和第二浮子2的質(zhì)量分別為Wi和 胖2,梯形條的下底寬分別為Li和L2,則第一浮子1和第二浮子2的總質(zhì)量W=W1+W2,沿任意 縱向的總截面積為S=BOLi+Lz)，顯然W、S為常量。
[0037] 隨著沉于液體中的深度發(fā)生變化，第一浮子1與第二浮子2所增加