專利名稱：智能型漿液密度液位綜合分析儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
智能型漿液密度液位綜合分析儀技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型涉及一種智能型漿液密度液位綜合分析儀，用于各類漿液密度、液位的測(cè)量。
背景技術(shù)：
[0002]目前，常見的液體密度計(jì)種類有浮子式密度計(jì)、靜壓式密度計(jì)、遠(yuǎn)傳差壓式密度計(jì)、振動(dòng)式密度計(jì)和放射性同位素密度計(jì)。[0003]浮子式密度計(jì)工作原理是物體在流體內(nèi)受到的浮力與流體密度有關(guān)，流體密度越大浮力越大。靜壓式密度計(jì)工作原理是一定高度液柱的靜壓力與該液體的密度成正比， 因此可根據(jù)壓力測(cè)量?jī)x表測(cè)出的靜壓數(shù)值來衡量液體的密度。膜盒(見膜片和膜盒)是一種常用的壓力測(cè)量元件，用它直接測(cè)量樣品液柱靜壓的密度計(jì)稱為膜盒靜壓式密度計(jì)。另一種常用的是單管吹氣式密度計(jì)，它以測(cè)量氣壓代替直接測(cè)量液柱壓力，將吹氣管插入被測(cè)液體液面以下一定深度，壓縮空氣通過吹氣管不斷從管底逸出，此時(shí)管內(nèi)空氣的壓力便等于那段高度的樣品液柱的壓力，壓力值可換算成密度。振動(dòng)式密度計(jì)工作原理是物體受激而發(fā)生振動(dòng)時(shí)，其振動(dòng)頻率或振幅與物體本身的質(zhì)量有關(guān)，如果在物體內(nèi)充以一定體積的液體樣品，則其振動(dòng)頻率或振幅的變化便反映一定體積的樣品液體的質(zhì)量或密度。放射性同位素密度計(jì)儀器內(nèi)設(shè)有放射性同位素輻射源，它的放射性輻射(例如Y射線)，在透過一定厚度的被測(cè)樣品后被射線檢測(cè)器所接收，一定厚度的樣品對(duì)射線的吸收量與該樣品的密度有關(guān)，而射線檢測(cè)器的信號(hào)則與該吸收量有關(guān)，因此反映出樣品的密度。[0004]上述密度計(jì)的缺點(diǎn)是非重復(fù)性大、遲滯誤差大、受溫度變化影響的不確定性大。實(shí)用新型內(nèi)容[0005]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種智能型漿液密度液位綜合分析儀，能夠密度、液位雙參數(shù)一體化測(cè)量，并直接數(shù)字量輸出。[0006]本實(shí)用新型為解決上述技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案為一種智能型漿液密度液位綜合分析儀，其特征在于它包括機(jī)械部分和電路部分；[0007]所述的機(jī)械部分包括殼體和長(zhǎng)度不等且相互平行的第一管體、第二管體；殼體通過法蘭分別與第一管體、第二管體的一端連接，第一管體、第二管體的另一端分別連接第一探頭和第二探頭；[0008]所述的電路部分包括第一信號(hào)采集系統(tǒng)、第二信號(hào)采集系統(tǒng)、信號(hào)處理系統(tǒng)、顯示器和供電模塊；第一信號(hào)采集系統(tǒng)和第二信號(hào)采集系統(tǒng)分別與信號(hào)處理系統(tǒng)電連接，信號(hào)處理系統(tǒng)與顯示器電連接，信號(hào)處理系統(tǒng)通過供電模塊輸出密度值和液位值；[0009]所述的第一信號(hào)采集系統(tǒng)和第二信號(hào)采集系統(tǒng)分別設(shè)置在第一探頭和第二探頭內(nèi)；所述的信號(hào)處理系統(tǒng)、顯示器和供電模塊設(shè)置在殼體內(nèi)。[0010]按上述方案，所述的第一信號(hào)采集系統(tǒng)和第二采集系統(tǒng)包括型號(hào)相同的壓力傳感O[0011]按上述方案，所述的壓力傳感器包括與外界相通的壓力感受端面，壓力感受端面與探頭之間通過0型密封圈密封。[0012]按上述方案，所述的信號(hào)處理系統(tǒng)包括第一微處理器和第二微處理器，所述的供電模塊包括第一供電模塊和第二供電模塊；其中所述的第一信號(hào)采集系統(tǒng)和第二信號(hào)采集系統(tǒng)與第一微處理器的輸入端電連接，第一微處理器與所述顯示器電連接；第一微處理器與第一供電模塊通過HART通信模塊連接，第二微處理器與第二供電模塊通過HART通信模塊連接，第一微處理器與第二微處理器之間通過RS232串口連接。[0013]按上述方案，所述的第一微處理器的輸入端與輸入設(shè)備電連接。[0014]一種智能型漿液密度液位綜合分析方法，包括以下步驟[0015]1)深度不等的2個(gè)信號(hào)采集系統(tǒng)采集漿液不同深度的壓力數(shù)據(jù)傳給第一微控制器；[0016]2)第一微控制器根據(jù)2個(gè)信號(hào)采集系統(tǒng)得到的壓力數(shù)據(jù)以及信號(hào)采集系統(tǒng)之間的高度差計(jì)算得到漿液的密度數(shù)字信號(hào)和液位數(shù)字信號(hào)，傳送到顯示器進(jìn)行顯示，同時(shí)將密度數(shù)字信號(hào)值轉(zhuǎn)為密度模擬信號(hào)經(jīng)第一供電模塊輸出；[0017]3)第二微控制器從第一微控制器接收液位數(shù)字信號(hào)，將液位數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)為液位模擬信號(hào)經(jīng)第二供電模塊輸出。[0018]所述的步驟1)2個(gè)信號(hào)采集系統(tǒng)采集壓力數(shù)據(jù)的同時(shí)采集對(duì)應(yīng)的溫度數(shù)據(jù)；所述的步驟幻第一微處理器根據(jù)采集的壓力數(shù)據(jù)和對(duì)應(yīng)的溫度數(shù)據(jù)獲得壓力隨溫度變化的零點(diǎn)遷移數(shù)據(jù)，采用分段線性插值法得到壓力隨溫度變化的零點(diǎn)遷移補(bǔ)償函數(shù)，利用零點(diǎn)遷移函數(shù)對(duì)壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行零點(diǎn)遷移補(bǔ)償。[0019]本實(shí)用新型的工作原理為利用靜壓法原理ΔΡ = ρ g · Ah，通過檢測(cè)壓力差實(shí)現(xiàn)密度測(cè)量；其中Δ P為兩只傳感器承受壓力的差值(P2-P1) ； ρ為被測(cè)介質(zhì)的密度值；g為重力加速度；Ah為2個(gè)信號(hào)采集系統(tǒng)之間的距離。再利用密度值通過公式# = 1計(jì)算，Pg實(shí)現(xiàn)液位的測(cè)量；p2為較深的傳感器采集的壓力數(shù)據(jù)；P為被測(cè)介質(zhì)的密度值，由靜壓法測(cè)得；g為重力加速度。[0020]本實(shí)用新型的有益效果為[0021]1、具備密度、液位雙參數(shù)一體化測(cè)量，直接數(shù)字量輸出顯示，降低了測(cè)量成本，方便可行。[0022]2、采用壓力傳感器傳感，利用壓力差和高度計(jì)算密度值，替代放射性同位素密度計(jì)，避免了放射性物質(zhì)對(duì)人體的危害。


[0023]圖1為本實(shí)用新型一實(shí)施例的機(jī)械結(jié)構(gòu)圖。[0024]圖2為本實(shí)用新型一實(shí)施例的電路原理框圖。[0025]圖3為本實(shí)用新型一實(shí)施例的密度電流環(huán)電路原理圖。
具體實(shí)施方式
[0026]
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)實(shí)用新型進(jìn)一步說明。[0027]圖1為本實(shí)用新型一實(shí)施例的機(jī)械結(jié)構(gòu)圖，包括殼體1和長(zhǎng)度不等且相互平行的第一管體7、第二管體4 ；殼體1通過法蘭3分別與第一管體7、第二管體4的一端連接，第一管體7、第二管體4的另一端分別連接第一探頭6和第二探頭5。為了使得殼體1更好的與法蘭3連接，在殼體1與法蘭3之間增設(shè)連接件2。測(cè)量時(shí)，將第一探頭6和第二探頭5 插入漿液。[0028]圖2為本實(shí)用新型一實(shí)施例的電路原理框圖，包括第一信號(hào)采集系統(tǒng)、第二信號(hào)采集系統(tǒng)、信號(hào)處理系統(tǒng)、LCD顯示器和供電模塊；第一信號(hào)采集系統(tǒng)和第二信號(hào)采集系統(tǒng)分別與信號(hào)處理系統(tǒng)電連接，信號(hào)處理系統(tǒng)與LCD顯示器電連接，信號(hào)處理系統(tǒng)通過供電模塊輸出密度值和液位值。第一信號(hào)采集系統(tǒng)和第二信號(hào)采集系統(tǒng)分別設(shè)置在第一探頭和第二探頭內(nèi)；所述的信號(hào)處理系統(tǒng)、IXD顯示器和供電模塊設(shè)置在殼體內(nèi)。[0029]第一信號(hào)采集系統(tǒng)和第二采集系統(tǒng)包括型號(hào)相同的壓力傳感器。壓力傳感器包括與外界相通的壓力感受端面，壓力感受端面與探頭之間通過0型密封圈密封。壓力傳感器經(jīng)嚴(yán)格篩選配對(duì)后，采用獨(dú)特的封裝工藝，使得兩個(gè)敏感元件的壓力曲線、溫度曲線幾乎完全一致，感受漿液壓力變化，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的模擬電信號(hào)。[0030]信號(hào)處理系統(tǒng)包括第一微處理器和第二微處理器，所述的供電模塊包括第一供電模塊和第二供電模塊；其中所述的第一信號(hào)采集系統(tǒng)和第二信號(hào)采集系統(tǒng)與第一微處理器的輸入端電連接，第一微處理器與所述IXD顯示器電連接；第一微處理器與第一供電模塊通過HART通信模塊電連接，第二微處理器與第二供電模塊通過HART通信模塊電連接，第一微處理器與第二微處理器之間通過RS232串口連接。[0031]第一微處理器的輸入端與輸入設(shè)備電連接，本實(shí)施例中的輸入設(shè)備為鍵盤模塊。[0032]第一供電模塊、第一 D⑶C模塊、第一微處理器、IXD顯示器、HART通信2模塊、鍵盤模塊、存儲(chǔ)器EEPE0M1以及第一傳感器、第二傳感器組成密度電流環(huán)，如圖3所示。第一供電模塊通過第一 D⑶C模塊為密度電流環(huán)各部分供3. 3V直流電。第一微處理器對(duì)2個(gè)傳感器采集的壓力信號(hào)，依據(jù)靜壓法原理ΔΡ= ρ ^Ah,將信號(hào)采集系統(tǒng)傳遞的模擬電信號(hào)經(jīng)過數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，第一微處理器再通過壓力傳感器采集的實(shí)時(shí)溫度值獲得壓力隨溫P度變化的零點(diǎn)遷移數(shù)據(jù)進(jìn)行溫度補(bǔ)償。再通過密度值通過公式# = 2計(jì)算得到漿液的密Pg度數(shù)字信號(hào)以及液位數(shù)字信號(hào)，并同時(shí)傳送到LCD顯示器進(jìn)行顯示。密度數(shù)字信號(hào)經(jīng)電流環(huán)產(chǎn)生4 20mA密度模擬信號(hào)；液位數(shù)字信號(hào)經(jīng)232串口傳送到第二微處理器。[0033]第二供電模塊、第二 DOTC模塊、第二微處理器、HART通信1模塊和存儲(chǔ)器EEPE0M2 組成液位電流環(huán)，之間的連接關(guān)系與第一供電模塊、第一 DCDC模塊、第一微處理器、HART通信2模塊、存儲(chǔ)器EEPE0M1之間的連接關(guān)系相同。第二微處理器將液位數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)為液位模擬信號(hào)，經(jīng)第二供電模塊輸出。[0034]在圖3密度電流環(huán)原理圖中，單片機(jī)U4 (即第一微處理器)，管腳18經(jīng)電阻R25與第一傳感器的SV+相連，管腳19經(jīng)電阻似6與第二傳感器的SV2+相連，管腳20與第一傳感器的SS+相連，管腳21與第一傳感器的SS-相連，管腳22與第一傳感器的ST相連，管腳 23與第二傳感器的SS2+相連，管腳M與第二傳感器的SS2-相連，管腳25與第二傳感器的 ST2相連。[0035]單片機(jī)U4，管腳44、管腳55、管腳56、管腳3、管腳4與接線端子P4、232通訊1模塊相連接，并將上述的密度數(shù)字信號(hào)以及液位數(shù)字信號(hào)傳送給LCD顯示器，而液位數(shù)字信號(hào)經(jīng)232通訊1模塊、232通訊2模塊傳送到第二微處理器。[0036]單片機(jī)U4，管腳6、管腳7、管腳8分別與電流環(huán)芯片U2的管腳5、管腳6、管腳7相連接，完成密度數(shù)字信號(hào)的傳送；單片機(jī)U4，管腳59、管腳60、管腳63分別與Hart專用芯片Ul的管腳25、管腳23、管腳沈相連接，完成密度數(shù)字信號(hào)的Hart通信。[0037]單片機(jī)U4，管腳52、管腳53、管腳M分別與鍵盤模塊相連接，可以通過按鍵進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)設(shè)置，或完成零點(diǎn)的無源標(biāo)定；單片機(jī)U4，管腳51與存儲(chǔ)器U3的管腳7相連接，實(shí)時(shí)讀寫密度、液位范圍、壓力傳感器量程、輸出電信號(hào)范圍等參數(shù)。[0038]單片機(jī)U4管腳52、53、M是通過電阻R13、R14、R15接電源VCC，該節(jié)點(diǎn)通過串接按鍵開關(guān)連接到地，當(dāng)無按鍵按下時(shí)為高電平，當(dāng)有按鍵按下時(shí)為低電平。單片機(jī)U4通過高低電平來判斷鍵盤信號(hào)。[0039]電流環(huán)芯片U2與Ql相連接，產(chǎn)生4 20mA密度模擬信號(hào)。第一供電模塊主要由 Pl、Dl、D2、D3、Fl、F2、Zl、PUl、PU2等組成，為整個(gè)電路提供工作電源。D3瞬態(tài)電壓抑制器防雷電。F1、F2、Z1形成變壓器，與外電源物理磁隔離。[0040]PUl-TPS79733 :10mA,3. 3V 微功耗 LDO 穩(wěn)壓器。[0041]PU2——LTC3642高效率、高電壓、50mA同步降壓型轉(zhuǎn)換器特點(diǎn)寬輸入電壓范圍 4. 5V至45V能夠承受60V的輸入瞬態(tài)電壓具有內(nèi)部高壓側(cè)和低壓側(cè)電源開關(guān)無需進(jìn)行補(bǔ)償 50mA輸出電流低壓差操作100%占空比低靜態(tài)電流12μΑ 0. 8V反饋電壓基準(zhǔn)。[0042]U5、U6——ADR5041精密、微功耗、分流模式基準(zhǔn)電壓源，具有低溫度漂移、優(yōu)于 0. 的初始精度和快速建立時(shí)間特性。[0043]為了能夠得到更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)結(jié)果，所述的第一、第二信號(hào)采集系統(tǒng)分別包括數(shù)字溫度傳感器，在測(cè)得壓力數(shù)據(jù)的同時(shí)獲得對(duì)應(yīng)的溫度數(shù)據(jù)，第一微處理器根據(jù)采集的壓力數(shù)據(jù)和對(duì)應(yīng)的溫度數(shù)據(jù)獲得壓力隨溫度變化的零點(diǎn)遷移數(shù)據(jù)，采用分段線性插值法得到壓力隨溫度變化的零點(diǎn)遷移補(bǔ)償函數(shù)，利用零點(diǎn)遷移函數(shù)對(duì)壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行零點(diǎn)遷移補(bǔ)償。權(quán)利要求1.一種智能型漿液密度液位綜合分析儀，其特征在于它包括機(jī)械部分和電路部分；所述的機(jī)械部分包括殼體和長(zhǎng)度不等且相互平行的第一管體、第二管體；殼體通過法蘭分別與第一管體、第二管體的一端連接，第一管體、第二管體的另一端分別連接第一探頭和第二探頭；所述的電路部分包括第一信號(hào)采集系統(tǒng)、第二信號(hào)采集系統(tǒng)、信號(hào)處理系統(tǒng)、顯示器和供電模塊；第一信號(hào)采集系統(tǒng)和第二信號(hào)采集系統(tǒng)分別與信號(hào)處理系統(tǒng)電連接，信號(hào)處理系統(tǒng)與顯示器電連接，信號(hào)處理系統(tǒng)通過供電模塊輸出密度值和液位值；所述的第一信號(hào)采集系統(tǒng)和第二信號(hào)采集系統(tǒng)分別設(shè)置在第一探頭和第二探頭內(nèi)；所述的信號(hào)處理系統(tǒng)、顯示器和供電模塊設(shè)置在殼體內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能型漿液密度液位綜合分析儀，其特征在于所述的第一信號(hào)采集系統(tǒng)和第二采集系統(tǒng)包括型號(hào)相同的壓力傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的智能型漿液密度液位綜合分析儀，其特征在于所述的壓力傳感器包括與外界相通的壓力感受端面，壓力感受端面與探頭之間通過0型密封圈密封。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的智能型漿液密度液位綜合分析儀，其特征在于所述的信號(hào)處理系統(tǒng)包括第一微處理器和第二微處理器，所述的供電模塊包括第一供電模塊和第二供電模塊；其中所述的第一信號(hào)采集系統(tǒng)和第二信號(hào)采集系統(tǒng)與第一微處理器的輸入端電連接，第一微處理器與所述顯示器電連接；第一微處理器與第一供電模塊通過HART 通信模塊連接，第二微處理器與第二供電模塊通過HART通信模塊連接，第一微處理器與第二微處理器之間通過RS232串口連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的智能型漿液密度液位綜合分析儀，其特征在于所述的第一微處理器的輸入端與輸入設(shè)備電連接。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種智能型漿液密度液位綜合分析儀，利用深度不等的2個(gè)壓力傳感器采集漿液不同深度的壓力數(shù)據(jù)傳給第一微控制器；第一微控制器根據(jù)2個(gè)壓力傳感器得到的壓力數(shù)據(jù)以及壓力傳感器之間的高度差計(jì)算得到漿液的密度數(shù)字信號(hào)和液位數(shù)字信號(hào)，傳送到顯示器進(jìn)行顯示，同時(shí)將密度數(shù)字信號(hào)值轉(zhuǎn)為密度模擬信號(hào)經(jīng)第一供電模塊輸出；第二微控制器從第一微控制器接收液位數(shù)字信號(hào)，將液位數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)為液位模擬信號(hào)經(jīng)第二供電模塊輸出。具備密度、液位雙參數(shù)一體化測(cè)量，直接數(shù)字量輸出顯示，降低了測(cè)量成本，方便可行；采用壓力傳感器傳感，利用壓力差和高度計(jì)算密度值，替代放射性同位素密度計(jì)，避免了放射性物質(zhì)對(duì)人體的危害。
文檔編號(hào)G01N9/26GK202256099SQ20112031758
公開日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2011年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月27日
發(fā)明者張兆喜, 張凱華, 惠林, 邱宏安, 馬武坤 申請(qǐng)人:蚌埠迅科自控有限公司