測(cè)量液體密度的裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)一種測(cè)量液體密度的裝置，其包括：容納待測(cè)液體的容器；設(shè)置在容器中的運(yùn)動(dòng)桿；驅(qū)動(dòng)所述容器運(yùn)轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)單元，且驅(qū)動(dòng)單元的中心軸垂直于容器的中心線；單片機(jī)控制器，包括：連接于驅(qū)動(dòng)單元的信息交互單元；適于獲取運(yùn)動(dòng)桿至所述中心軸的距離的數(shù)據(jù)獲取單元；基于數(shù)據(jù)獲取單元提供的距離以及設(shè)定的旋轉(zhuǎn)角速度、所述運(yùn)動(dòng)桿的截面表面積、寬度和質(zhì)量參數(shù)來(lái)計(jì)算待測(cè)液體的密度的運(yùn)算器。本實(shí)用新型由于在一定旋轉(zhuǎn)角速度下，通過(guò)單片機(jī)控制器獲取運(yùn)動(dòng)桿至旋轉(zhuǎn)軸的距離，基于該距離、角速度、運(yùn)動(dòng)桿的截面表面積、寬度和質(zhì)量參數(shù)計(jì)算待測(cè)液體的密度，因此可以精確定位待測(cè)液體的測(cè)量位置，從而能夠提高液體密度測(cè)量的精確性。
【專利說(shuō)明】測(cè)量液體密度的裝置【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種測(cè)量技術(shù)，尤其涉及一種測(cè)量液體密度的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，測(cè)量液體密度的方法很多，但大多數(shù)液體密度在測(cè)量過(guò)程中，無(wú)法調(diào)節(jié)量程。由于無(wú)法調(diào)節(jié)量程，不同待測(cè)液體的最小測(cè)量單位固定，不能根據(jù)待測(cè)液體的密度大小調(diào)節(jié)量程和最小測(cè)量單位，這就導(dǎo)致最終測(cè)量結(jié)果存在一些不必要的誤差。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]為解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題與缺陷，本實(shí)用新型提供一種測(cè)量液體密度的裝置，該實(shí)用新型能夠在一定的旋轉(zhuǎn)角速度下精確定位測(cè)量位置，從而不夠提高液體密度測(cè)量的精確性。
[0004]本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下:
[0005]本實(shí)用新型還提供一種測(cè)量液體密度的裝置，其包括:
[0006]容納待測(cè)液體的容器；
[0007]設(shè)置在所述容器中的運(yùn)動(dòng)桿；
[0008]驅(qū)動(dòng)所述容器運(yùn)轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)單元，且所述驅(qū)動(dòng)單元的中心軸垂直于所述容器的中心線.[0009]單片機(jī)控制器，所述單片機(jī)控制器包括:連接于所述驅(qū)動(dòng)單元的信息交互單元；適于獲取所述運(yùn)動(dòng)桿至所述中心軸的距離的數(shù)據(jù)獲取單元；基于所述數(shù)據(jù)獲取單元提供的距離以及設(shè)定的旋轉(zhuǎn)角速度、`所述運(yùn)動(dòng)桿的截面表面積、寬度和質(zhì)量參數(shù)來(lái)計(jì)算所述待測(cè)液體的密度的運(yùn)算器。
[0010]更進(jìn)一步地，所述的測(cè)量液體密度的裝置還包括:與所述數(shù)據(jù)獲取單元相連接且適于采集所述運(yùn)動(dòng)桿至所述中心軸的距離的采集單元。
[0011]更進(jìn)一步地，所述單片機(jī)控制器還包括:與所述運(yùn)算器相連接，供設(shè)置待測(cè)液體的旋轉(zhuǎn)角速度、運(yùn)動(dòng)桿的寬度和質(zhì)量參數(shù)的參數(shù)設(shè)置單元。
[0012]更進(jìn)一步地，所述容器為柱形容器，所述運(yùn)動(dòng)桿為柱形運(yùn)動(dòng)桿。
[0013]更進(jìn)一步地，所述驅(qū)動(dòng)單元的中心軸至所述容器的左右兩表面的距離相等。
[0014]更進(jìn)一步地，所述的測(cè)量液體密度的裝置，還包括:與所述單片機(jī)控制器連接的顯示器。
[0015]由本實(shí)用新型上述方案可以看出，本實(shí)用新型由于在一定旋轉(zhuǎn)角速度下，通過(guò)單片機(jī)控制器獲取運(yùn)動(dòng)桿至旋轉(zhuǎn)軸的距離，基于該距離、角速度、運(yùn)動(dòng)桿的截面表面積、寬度和質(zhì)量參數(shù)計(jì)算待測(cè)液體的密度，因此可以精確定位待測(cè)液體的測(cè)量位置，從而能夠提高液體密度測(cè)量的精確性。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】[0016]圖1是本實(shí)用新型中的所構(gòu)建的液體密度測(cè)量模型；
[0017]圖2是本實(shí)用新型中的一種測(cè)量液體密度的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖3是本實(shí)用新型中的一種測(cè)量液體密度的裝置的柱形運(yùn)動(dòng)桿的標(biāo)記位置以及該標(biāo)記的運(yùn)行軌跡示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]為使本實(shí)用新型專利的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型專利作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0020]液體在旋轉(zhuǎn)的時(shí)候會(huì)受到慣性離心力的作用。在離心力的作用下，液體內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生慣性離心力壓強(qiáng)，設(shè)半徑r處的慣性離心力壓強(qiáng)為Pr，則Pr滿足以下關(guān)系式: [0021]Pr= P r (w2r) r 公式 2
[0022]由于旋轉(zhuǎn)軸處的液體沒(méi)有受到離心力的作用，所以該處的液體密度為原始密度，而距離旋轉(zhuǎn)軸任意位置r處(即旋轉(zhuǎn)半徑r)的液體，在慣性離心力的作用下，液體內(nèi)部會(huì)受到擠壓，液體密度也會(huì)隨擠壓作用發(fā)生輕微變化，根據(jù)阿基米德離心力的特點(diǎn)，慣性離心力的大小與液體的原始密度、旋轉(zhuǎn)角速度的平方和液體到旋轉(zhuǎn)軸的距離(即旋轉(zhuǎn)半徑r)成正t匕，那么在該慣性離心力的作用下，則r處的液體密度可以表示為:
[0023]P r=p o+H P 0w2r 公式 3
[0024]其中，H為擠壓系數(shù)(擠壓系數(shù)表示單位外力產(chǎn)生的液體密度變化的大小，擠壓系數(shù)與待測(cè)溶液相關(guān)，是待測(cè)液體的固有特性，可測(cè)量得到的；擠壓系數(shù)的單位為HT1 S2r_2，其中m為米，s為秒，r為轉(zhuǎn))；P ^為液體原始密度；w為旋轉(zhuǎn)角速度；r為旋轉(zhuǎn)半徑。
[0025]結(jié)合公式2和公式3可得距旋轉(zhuǎn)軸r處的液體因所受慣性離心力所產(chǎn)生的壓強(qiáng)
Pr:
[0026]Pr= P。(1+Hw2r) w2r2 公式 4
[0027]其中，公式4中的參數(shù)與公式3中的參數(shù)相同，這里不再詳細(xì)描述。
[0028]基于上述分析，本實(shí)用新型選取一運(yùn)動(dòng)桿作為研究對(duì)象來(lái)測(cè)量液體密度，為此本實(shí)用新型首先構(gòu)建了一液體密度測(cè)量模型，如圖1所示:
[0029]選取一柱形容器101并將其充滿液體；選取圓形橫截面半徑略小于容器管壁內(nèi)徑的柱形運(yùn)動(dòng)桿102，并將柱形運(yùn)動(dòng)桿102設(shè)置到該充滿待測(cè)液體的柱形容器101中；在柱形容器中心軸的1/2處選取垂直線，并以此作為旋轉(zhuǎn)軸，使用驅(qū)動(dòng)單元103驅(qū)動(dòng)該柱形容器101做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。隨著柱形容器101的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，容器內(nèi)部的柱形運(yùn)動(dòng)桿102也會(huì)隨柱形容器101中的液體一起旋轉(zhuǎn)。因此，可以將該柱形運(yùn)動(dòng)桿102作為參考對(duì)象來(lái)研究待測(cè)液體并測(cè)量出該液體的密度。
[0030]柱形運(yùn)動(dòng)桿102隨液體做勻速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，設(shè)其所需要的向心力為F，質(zhì)量為M，柱形運(yùn)動(dòng)桿102的中心點(diǎn)(參見(jiàn)圖1、圖2和圖3中的標(biāo)記點(diǎn)1021，該標(biāo)記點(diǎn)距離柱形運(yùn)動(dòng)桿左右兩圓形表面的距離相等，該標(biāo)記點(diǎn)的運(yùn)行軌跡參見(jiàn)序號(hào)14標(biāo)識(shí)的軌跡、序號(hào)15指向采集單元采集的計(jì)算參考點(diǎn)。)距旋轉(zhuǎn)軸的距離為R，液體的旋轉(zhuǎn)角速度為W，該柱形運(yùn)動(dòng)桿102所需要的向心力F滿足:
[0031]F=Mw2R 公式 5
[0032]向心力F由柱形運(yùn)動(dòng)桿102兩側(cè)的壓力差提供，設(shè)液體的初始密度為P。；柱形運(yùn)動(dòng)桿102的圓形截面表面積為S，寬度為B ;柱形運(yùn)動(dòng)桿102內(nèi)側(cè)液面(柱形運(yùn)動(dòng)桿距離旋轉(zhuǎn)軸近的表面)和外側(cè)液面(柱形運(yùn)動(dòng)桿距離旋轉(zhuǎn)軸遠(yuǎn)的表面)的壓強(qiáng)為P#和P,，柱形運(yùn)動(dòng)桿102所需的向心力F滿足:[0033]F=F外-F內(nèi)=P外S-P內(nèi)S 公式6
[0034]結(jié)合公式2和公式6則有:
[0035]F=P 外 W2R外 2S-P 內(nèi) W2R 內(nèi) 2S 公式 7
[0036]將公式4代入公式7，計(jì)算得到:
[0037]F= P 0w2S [ (R^h 2+Hw2R^h 3) - (R ? 2+Hw2R ? 3)] 公式 8
[0038]又因?yàn)楣? =F=Mw2R,從而推出:
[0039]P 0=MR/ {S [ (R 2+Hw2R 3) - (R ? 2+Hw2R ? 3)} 公式 9
[0040]其中，M為運(yùn)動(dòng)桿的質(zhì)量；P ^為液體的原始密度；R#=R+B/2 ;Rrt=R_B/2(其中的R為運(yùn)動(dòng)桿所處的半徑，B為運(yùn)動(dòng)桿的寬度)；S為柱形運(yùn)動(dòng)桿的圓形截面表面積出為擠壓系數(shù);w為旋轉(zhuǎn)角速度。
[0041]根據(jù)上面公式，因運(yùn)動(dòng)桿本身的質(zhì)量、圓形截面積和寬度參數(shù)固定，所以只需要得到角速度W和運(yùn)動(dòng)桿所處的半徑位置R，即可計(jì)算出待測(cè)液體密度P OO
[0042]本實(shí)用新型的第一實(shí)施例提供了一種測(cè)量液體密度的裝置，該裝置的結(jié)構(gòu)示意如圖2所示，包括:柱形容器101 ;柱形運(yùn)動(dòng)桿102 ;驅(qū)動(dòng)單元103 ;采集單元104 ;單片機(jī)控制器105 ;顯示器106。
[0043]其中，液體充滿柱形容器101 ;柱形運(yùn)動(dòng)桿102設(shè)置在柱形容器101中的液體中。
[0044]驅(qū)動(dòng)單元103分別與柱形容器101和單片機(jī)控制器105相連，并驅(qū)動(dòng)該柱形容器101沿著其輸出軸做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，將旋轉(zhuǎn)速度等信息傳輸給上述單片機(jī)控制器105。
[0045]采集單元104設(shè)置在上述柱形容器101的圖像采集區(qū)域，并與上述單片機(jī)控制器105連接，以將采集到相應(yīng)旋轉(zhuǎn)角速度下柱形運(yùn)動(dòng)桿距離旋轉(zhuǎn)軸的距離等信息，傳輸?shù)缴鲜鰡纹瑱C(jī)控制器105中。
[0046]單片機(jī)控制器105，根據(jù)驅(qū)動(dòng)單元103輸出的旋轉(zhuǎn)角速度W、柱形運(yùn)動(dòng)桿102至驅(qū)動(dòng)單元103輸出軸中心的距離(即柱形運(yùn)動(dòng)桿的旋轉(zhuǎn)半徑R)、柱形運(yùn)動(dòng)桿的圓形截面的表面積S、質(zhì)量M和寬度B，利用公式9計(jì)算距離旋轉(zhuǎn)軸任意R處的液體密度。
[0047]P 0=MR/ {S [ (R 2+Hw2R 3) - (R ? 2+Hw2R ? 3)} 公式 9
[0048]其中，M為運(yùn)動(dòng)桿的質(zhì)量；P ^為液體的原始密度；R#=R+B/2 ;R#=R-B/2(其中的R為運(yùn)動(dòng)桿所處的半徑，B為運(yùn)動(dòng)桿的寬度)；S為柱形運(yùn)動(dòng)桿的圓形截面表面積出為擠壓系數(shù);w為旋轉(zhuǎn)角速度。
[0049]上述單片機(jī)控制器105包括三個(gè)數(shù)據(jù)接口、信息交互單元、數(shù)據(jù)獲取單元、參數(shù)設(shè)置單元、運(yùn)算器；信息交互單元通過(guò)其中一個(gè)數(shù)據(jù)接口連接于驅(qū)動(dòng)單元103 ;數(shù)據(jù)獲取單元通過(guò)其中一個(gè)數(shù)據(jù)接口連接于采集單元104 ;第三個(gè)數(shù)據(jù)接口連接顯示器106 ;參數(shù)設(shè)置單元包括設(shè)置有按鈕的面板，這些按鈕用于設(shè)置驅(qū)動(dòng)單元103的旋轉(zhuǎn)速度、運(yùn)動(dòng)桿的圓形截面積、寬度和質(zhì)量等參數(shù)；運(yùn)算器分別與數(shù)據(jù)獲取單元、信息交互單元和參數(shù)設(shè)置單元相連，其基于他們提供的距離以及旋轉(zhuǎn)角速度、所述運(yùn)動(dòng)桿的截面表面積、寬度和質(zhì)量參數(shù)計(jì)算待測(cè)液體的密度。
[0050]顯示器106具有連接單片機(jī)控制器105的數(shù)據(jù)接口，并通過(guò)該數(shù)據(jù)接口接收單片機(jī)控制器105傳輸給的信息并呈現(xiàn)給用戶。
[0051]使用該測(cè)量液體密度的裝置時(shí)，需要事先給柱形容器內(nèi)部充滿待測(cè)液體。然后啟動(dòng)單片機(jī)控制器，在單片機(jī)控制器的控制下，驅(qū)動(dòng)單元以設(shè)定角速度w開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，當(dāng)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定時(shí)，柱形運(yùn)動(dòng)桿的位置也固定在半徑R處。由于視覺(jué)暫留效應(yīng)，運(yùn)動(dòng)桿上的標(biāo)記點(diǎn)會(huì)形成如圖3所示的一個(gè)環(huán)狀運(yùn)動(dòng)軌跡，形成圓環(huán)。此時(shí)，單片機(jī)控制器控制圖像采集設(shè)備進(jìn)行圖像采集，經(jīng)過(guò)圖像處理得到上述圓環(huán)的半徑R，也就是柱形運(yùn)動(dòng)桿的旋轉(zhuǎn)半徑。知道w和R的大小后，單片機(jī)控制器可通過(guò)公式9計(jì)算出待測(cè)液體的密度。最后，單片機(jī)控制器將計(jì)算結(jié)果顯示到屏幕上，供用戶查看。
[0052]上述實(shí)施例中，是以容納待測(cè)液體的容器以及運(yùn)動(dòng)桿為柱形、驅(qū)動(dòng)單元的中心軸至容器的左右兩表面的距離相等為例進(jìn)行說(shuō)明的，但是本實(shí)用新型并不局限于此，例如，驅(qū)動(dòng)單元的中心軸至容器的左右兩表面的距離不相等時(shí)，本實(shí)用新型依然可以實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)液體的密度。
[0053]上述實(shí)施例也可以不包括采集單元104，此時(shí)單片機(jī)控制器105中的數(shù)據(jù)獲取單元從用戶輸入的信息中獲取用戶通過(guò)其他方式測(cè)量的距離，并將其傳輸給運(yùn)算器。
[0054]上述實(shí)施例中也可以不包括顯示器106。這種情況下，單片機(jī)控制器105計(jì)算出的數(shù)據(jù)直接傳輸給其他用戶使用。
[0055]由本實(shí)用新型上述方案可以看出，本實(shí)用新型由于在一定旋轉(zhuǎn)角速度下，通過(guò)單片機(jī)控制器獲取運(yùn)動(dòng)桿至旋轉(zhuǎn)軸的距離，基于該距離、角速度、運(yùn)動(dòng)桿的截面表面積、寬度和質(zhì)量參數(shù)計(jì)算待測(cè)液體的密度，因此可以精確定位待測(cè)液體的測(cè)量位置，從而能夠提高液體密度測(cè)量的精確性。
[0056]另外，本實(shí)用新型的旋轉(zhuǎn)角速度可以設(shè)定，獲得的運(yùn)動(dòng)桿距旋轉(zhuǎn)軸的距離是動(dòng)態(tài)采集獲得的，因此本實(shí)用新型具有自動(dòng)調(diào)節(jié)和測(cè)量的特點(diǎn)。
[0057]雖然本實(shí)用新型已以較佳實(shí)施例公開(kāi)如上，但實(shí)施例并不是用來(lái)限定本實(shí)用新型的。在不脫離本實(shí)用新型之精神和范圍內(nèi)，所做的任何等效變化或潤(rùn)飾，同樣屬于本實(shí)用新型之保護(hù)范圍。因此本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以本申請(qǐng)的權(quán)利要求所界定的內(nèi)容為標(biāo)準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種測(cè)量液體密度的裝置，其特征在于，包括: 容納待測(cè)液體的容器； 設(shè)置在所述容器中的運(yùn)動(dòng)桿； 驅(qū)動(dòng)所述容器運(yùn)轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)單元，且所述驅(qū)動(dòng)單元的中心軸垂直于所述容器的中心線； 單片機(jī)控制器，所述單片機(jī)控制器包括:連接于所述驅(qū)動(dòng)單元的信息交互單元；適于獲取所述運(yùn)動(dòng)桿至所述中心軸的距離的數(shù)據(jù)獲取單元；基于所述數(shù)據(jù)獲取單元提供的距離以及設(shè)定的旋轉(zhuǎn)角速度、所述運(yùn)動(dòng)桿的截面表面積、寬度和質(zhì)量參數(shù)來(lái)計(jì)算所述待測(cè)液體的密度的運(yùn)算器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量液體密度的裝置，其特征在于，所述的測(cè)量液體密度的裝置還包括: 與所述數(shù)據(jù)獲取單元相連接且適于采集所述運(yùn)動(dòng)桿至所述中心軸的距離的采集單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的測(cè)量液體密度的裝置，其特征在于，所述單片機(jī)控制器還包括: 與所述運(yùn)算器相連接，供設(shè)置待測(cè)液體的旋轉(zhuǎn)角速度、運(yùn)動(dòng)桿的寬度和質(zhì)量參數(shù)的參數(shù)設(shè)置單元。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的測(cè)量液體密度的裝置，其特征在于，所述容器為柱形容器，所述運(yùn)動(dòng)桿為柱形運(yùn)動(dòng)桿。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的測(cè)量液體密度的裝置，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)單元的中心軸至所述容器的左右兩表面的距離相等。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的測(cè)量液體密度的裝置，其特征在于，還包括:與所述單片機(jī)控制器連接的顯示器。
【文檔編號(hào)】G01N9/30GK203534931SQ201320656195
【公開(kāi)日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2013年10月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月23日
【發(fā)明者】焦再?gòu)?qiáng), 王啟銀, 白英, 何若太, 施俊國(guó), 楊春花, 李廣, 張博然 申請(qǐng)人:國(guó)家電網(wǎng)公司, 山西省電力公司大同供電分公司