一种自动称量式数显液体密度计装置的制作方法

本实用新型涉及测量技术领域，具体地说，涉及一种自动称量式数显液体密度计装置。

背景技术：

传统的韦氏天平法、比重瓶法等密度检测方法测试操作繁琐，测量结果易受环境温度、目测刻度标示等客观或主观因素影响，测量范围窄小、样品用量大、测试设备清洗难等。随着电子技术的发展，自动数显液体密度计技术发展已趋向成熟，自动数显液体密度计可实现操作简便，测量过程自动快速、精确、可多次重复等优点，设备自动计算测量结果，无需人工换算，设备维护方便。

技术实现要素：

为了解决上述现有技术的不足之处，本实用新型的目的在于提供一种自动称量式数显液体密度计装置及其密度检测方法，以克服现有技术中的缺陷。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种自动称量式数显液体密度计装置，所述自动称量式数显液体密度计装置包括自动测试单元、工控机单元、金属浴单元、按键显示单元和电源单元；其中，金属浴单元包括两组金属浴控温槽，每组所述金属浴控温槽包括一个样品测试槽位、一个样品预热槽位和一个浮子预热槽位，所述金属浴控温槽外部包覆有云母隔热板；所述金属浴控温槽内部具有半导体制冷片和电加热棒，半导体制冷片和电加热棒分别与工控机单元电连接；自动测试单元包括电动推杆、称重传感器、温度传感器和浮子；电动推杆可移动地设置在样品测试槽位的上方，称重传感器固定于电动推杆上，所述浮子挂于称重传感器的挂钩上；温度传感器可移动地设置在样品测试槽位的上方，电动推杆、称重传感器和温度传感器分别与工控机单元电连接；工控机单元与按键显示单元和电源单元电连接。

通过上述技术方案，金属浴单元采用两组独立的控温槽，并且控温槽采用金属浴作为恒温槽，具有快速调节控温槽温度上升、下降的功能；采用耐高温、低热传导的云母隔热板，实现有效的隔热、保温功能，有效的提高了测量结果的准确性；控温槽采用制冷半导体片实现制冷功能，通过调节工作电流的大小，可方便调节制冷速度，半导体片作用速度快，工作安静，使用寿命长；采用电加热棒实现加热功能，电加热棒加热速度快，易于快速升温控制；测量过程中，采用工控机单元对电动推杆进行控制，并采用高精度的温度传感器和称重传感器实现自动测量过程中的温度测量和浮子重力测量，基于阿基米德浮力原理工控机单元可以快速获得样品液体实测密度值、实测温度值、标准密度值、体积系数值等，提高了密度计装置的工作效率和测量结果的准确性。

作为对本实用新型所述的自动称量式数显液体密度计装置的进一步说明，优选地，工控机单元通过GPIO接口与电动推杆电连接和信号连接，以控制电动推杆滑动的启停和方向，且工控机单元通过PWM脉冲输出控制电动推杆的滑动速度。

通过上述技术方案，利用工控机单元对电动推杆进行启停和方向控制，并基于PWM脉冲数据输出，实现电动推杆的滑动速度的调节，使电动推杆的电机带动支架上下滑动，进而实现浮子的自动上下提放速度调节功能，以保证测量更精准、更稳定可靠。

作为对本实用新型所述的自动称量式数显液体密度计装置的进一步说明，优选地，工控机单元通过GPIO接口与半导体制冷片和电加热棒电连接和信号连接，以控制半导体制冷片制冷的启停和电加热棒加热的启停，且工控机单元通过PWM脉冲输出控制所述半导体制冷片的制冷速度和所述电加热棒的加热速度。

通过上述技术方案，利用工控机单元对半导体制冷片和电加热棒进行启停控制，并基于PWM脉冲数据输出，实现半导体制冷片与加热棒的制冷和加热速度的控制，以保证恒温槽可以快速升温和制冷。

作为对本实用新型所述的自动称量式数显液体密度计装置的进一步说明，优选地，在样品测试槽位上方架设有电动搅拌棒，工控机单元通过GPIO接口与电动搅拌棒电连接和信号连接，以控制电动搅拌棒搅拌的启停，且工控机单元通过PWM脉冲输出控制电动搅拌棒的搅拌速度。

通过上述技术方案，样品测试槽配置电动搅拌棒，利用工控机单元对电动搅拌棒进行控制，在测试前，对液体进行自动搅拌，实现被测液体温度均匀，减少测量误差。

作为对本实用新型所述的自动称量式数显液体密度计装置的进一步说明，优选地，电动推杆在两组所述金属浴控温槽的样品测试槽位之间移动，且电动推杆在每一样品测试槽位的上方上下移动。

通过上述技术方案，两组控温槽共用一个电动推杆，可在一个测试槽测量完成后，即刻在另一测试槽进行测量，节省时间和成本。

作为对本实用新型所述的自动称量式数显液体密度计装置的进一步说明，优选地，样品测试槽位配置有密封盖，样品测试槽位的顶部环设有感应器，所述密封盖盖设在所述感应器上，所述感应器与工控机单元电连接。

通过上述技术方案，测量易挥发液体时，测试槽配置密封盖，实现防止易挥发液体挥发导致测量误差的功能。

作为对本实用新型所述的自动称量式数显液体密度计装置的进一步说明，优选地，工控机单元通过RS422接口与称重传感器电连接和信号连接，工控机单元读取称重传感器的重力测量数据；工控机单元通过UART接口与温度传感器电连接和信号连接，工控机单元读取温度传感器的温度检测数据。

通过上述技术方案，利用工控机单元实现对称重传感器和温度传感器的数据通信，实现自动测量过程中的温度测量和浮子重力测量。

作为对本实用新型所述的自动称量式数显液体密度计装置的进一步说明，优选地，电源单元包括AC220转DC12V电源稳压模块和电源监测控制电路。

通过上述技术方案，采用高效能、低功耗的AC220转DC12V电源稳压模块，为各单元提供稳定可靠的DC12V工作电压；采用电源监测控制电路，提供实时自动监测功能，当工作电流异常时，将立即停止对除工控机单元外的其他单元的供电。

为了实现本实用新型的另一目的，本实用新型还提供了一种利用所述的自动称量式数显液体密度计装置的密度检测方法，所述密度检测方法包括如下步骤：1)在样品测试槽位和样品预热槽位中各加入20ml纯水，把浮子放入对应金属浴的浮子预热槽位中进行加温预热；2)将体积为350ml的液体样品倒入烧杯中，并将装有液体样品的烧杯放置于样品预热槽位中进行预热；或者，3)将装有液体样品的烧杯放置于样品测试槽位中，把电动推杆移动到需要测量的样品测试槽位正上方，将达到温度要求的浮子挂在电动推杆上的称重传感器的挂钩上；4)移动温度传感器至烧杯中，并启动电动搅拌棒搅拌液体样品，使液体样品温度均匀；5)工控机单元控制电动推杆顺序提放浮子3次，再次提放浮子3次，等待浮子处于静止平衡状态，称重传感器进行重力测量，第一次测量完成，再重复进行第二次测量，两次测量完成，电动推杆自动上升到开始时的位置；6)工控机单元根据两次重力测量数值计算两次标准密度差值和平均标准密度值、体积系数值。

本实用新型的有益效果：

1、本实用新型基于阿基米德浮力原理，采用电动推杆带动浮子的自动上下提放，以及温度传感器和称重传感器在测量过程中的温度测量和浮子重力测量，并基于WinCE工控机的自动控制和高速数据处理技术，实现测量完成后高速的数据处理，可快速获得样品液体实测密度值、实测温度值、标准密度值、体积系数值等，提高了密度计装置的工作效率和测量结果的准确性；

2、本实用新型采用金属浴作为恒温槽具有快速调节控温槽温度上升、下降的功能，并设置两组独立的控温槽，可以同时进行两次测量；

3、控温槽采用耐高温、低热传导的云母隔热板，实现有效的隔热、保温功能，有效的提高了测量结果的准确性；

4、控温槽采用电加热棒实现加热功能，电加热棒加热速度快，易于快速升温控制；控温槽采用制冷半导体片实现制冷功能，通过调节工作电流的大小，可方便调节制冷速度，半导体片作用速度快，工作安静，使用寿命长。

附图说明

图1为本实用新型的自动称量式数显液体密度计装置的总体架构图；

图2为本实用新型的自动称量式数显液体密度计装置的结构示意图；

图3为本实用新型的工控机单元的接口连接框图。

具体实施方式

为了能够进一步了解本实用新型的结构、特征及其他目的，现结合所附较佳实施例附以附图详细说明如下，本附图所说明的实施例仅用于说明本实用新型的技术方案，并非限定本实用新型。

如图1和图2所示，图1为本实用新型的自动称量式数显液体密度计装置的总体架构图；图2为本实用新型的自动称量式数显液体密度计装置的结构示意图；所述自动称量式数显液体密度计装置包括自动测试单元1、工控机单元2、金属浴单元3、按键显示单元4和电源单元5；其中，金属浴单元3包括两组金属浴控温槽，每组所述金属浴控温槽包括一个样品测试槽位31、一个样品预热槽位32和一个浮子预热槽位33，金属浴单元采用两组独立的控温槽，并且控温槽采用金属浴作为恒温槽，具有快速调节控温槽温度上升、下降的功能；启动控温槽控温后，采用预热浮子槽对浮子进行加温预热，实现更精确的测量功能；另外，测量易挥发液体时，样品测试槽位31配置有密封盖，实现防止易挥发液体挥发导致测量误差的功能，样品测试槽位31的顶部环设有感应器，所述密封盖盖设在所述感应器上，所述感应器与工控机单元2电连接，样品测试槽位31上没有密封盖时，工控机单元2会提醒，避免测试过程中液体挥发影响结果。所述金属浴控温槽外部包覆有云母隔热板34，且云母隔热板34将样品测试槽位31、样品预热槽位32和一个浮子预热槽位33分隔开，采用耐高温、低热传导的云母隔热板，实现有效的隔热、保温功能，有效的提高了测量结果的准确性，并且样品测试槽位31、样品预热槽位32和一个浮子预热槽位33之间的温控互不影响；所述金属浴控温槽内部具有半导体制冷片35和电加热棒36(图2中未显示)，半导体制冷片35和电加热棒36分别与工控机单元2电连接，控温槽采用电热棒实现加热功能，电热棒加热速度快，易于快速升温控制；而基于帕尔帖原理，具有热电能量转换特性的材料，在通过直流电时具有制冷功能，半导体材料具有最佳的热电能量转换性能特性，控温槽采用半导体制冷片实现制冷功能，通过调节工作电流的大小，可方便调节制冷速度，半导体片作用速度快，工作安静，使用寿命长。半导体片作用速度快，工作安静，使用寿命长，实现了快速控温功能，降低了维护成本，解决了传统制冷设备制冷过程中带来的冷凝剂漏液、压缩机震动等问题。特别适合测量原油、润滑油、渣油等需要恒温的粘稠性液体及需要在特定低温温度条件下进行测量的易挥发的石油产品的液体密度测量。

请参看图2，自动测试单元1包括电动推杆11、电动搅拌棒12、称重传感器13、温度传感器14和浮子；电动推杆11可移动地设置在样品测试槽位31的上方，电动推杆11在两组所述金属浴控温槽的样品测试槽位31之间移动，且电动推杆11在每一样品测试槽位31的上方上下移动，两组控温槽共用一套测量组件，可在一个测试槽测量完成后，即刻在另一测试槽进行测量，节省时间和成本；称重传感器13固定于电动推杆11上，所述浮子挂于称重传感器13的挂钩上，电动推杆11的电机控制电动推杆11上下滑动，以使浮子自动上下提放；电动搅拌棒12可移动地架设在样品测试槽位31上方，在测试前，电动搅拌棒12下移至样品测试槽位31中对液体进行自动搅拌，实现被测液体温度均匀，减少测量误差，测试结束时电动搅拌棒12上移复位；温度传感器14可移动地设置在样品测试槽位31的上方，在测试时温度传感器14下移至样品测试槽位31中，测试结束时温度传感器14上移复位；电动推杆11、电动搅拌棒12、称重传感器13和温度传感器14分别与工控机单元2电连接，工控机单元通过PWM脉冲输出控制电动推杆11的滑动速度、电动搅拌棒的搅拌速度、半导体制冷片的制冷速度以及电加热棒的加热速度。

请参看图3，图3为本实用新型的工控机单元的接口连接框图；工控机单元2采用高效率、低功耗的WinCE工控机(购自英创信息技术有限公司，型号为EM9281)。WinCE工控机采用AMR内核微处理器，支持Windows CE操作系统，Windows CE操作系统是微软公司开发的一个针对小型设备的通用操作系统，运行主频最高可达1GHz，支持256M DDR2内存和大容量的SD存储卡,集成UART串口、RS422接口、RS232接口、USB接口等，支持GPS、GPRS、传感器、采集模块等功能扩展，产品经过严格的-40℃～+85℃工业级高低温测试、工业四级电磁兼容测试，满足各种环境条件苛刻的工业应用。满足密度计装置快速密度测量、测量结果数据处理和大量数据存储需求，提高了密度计装置的工作效率和测量准确性。

请参看图3，基于RGB接口和UART串口，工控机单元2与按键显示单元4电连接，实现视频和图文的液晶显示功能以及实现触摸屏按键扫描功能，按键显示单元4采用高清晰的彩色液晶触摸显示屏，实现液晶显示屏低功耗和高性能的画质的呈现，实现便捷友好的人机交换界面，实现方便快捷的液体密度测量操作，实现清晰的测量过程显示，实现测量结果记录的快速查询、删除与打印等操作。设置温度控制按键、启动测量按键、启动密度转换按键以启动金属浴控温。

请参看图3，基于PWM脉冲数据输出，实现电动推杆的滑动速度的调节，基于GPIO接口，工控机单元2与电动推杆11电连接，实现电动推杆的滑动的启停和方向控制，进而实现测量过程中上下提放浮子；基于PWM脉冲数据输出，实现搅拌棒的搅拌速度的调节，基于GPIO接口，工控机单元2与电动搅拌棒12电连接，实现搅拌棒搅拌的启停，实现测量开始前对液体的搅拌；基于PWM脉冲数据输出，实现半导体制冷片与加热棒的制冷和加热速度的控制，基于GPIO接口，工控机单元2与半导体制冷片35和电加热棒36电连接，实现制冷和加热的启停；基于RS422接口，工控机单元2与称重传感器13电连接，实现与称重传感器的数据通信，实现重力测量数据的读取；基于UART串口，工控机单元2与温度传感器14电连接，实现与温度传感器的数据通信，实现金属浴控温槽中液体温度的测量数据的读取。

请参看图3和图1，基于UART串口，工控机单元2与电源单元5电连接，实现与电源单元的通信，实现对电源单元的实时监测功能；电源单元5采用高效能、低功耗的AC220转DC12V电源稳压模51，为自动称量式数显液体密度计装置各单元提供稳定可靠的DC12V工作电压；采用电源监测控制电路实现实时自动监测功能，当工作电流异常时，将立即停止对除工控机单元外的其他单元的供电，并通知工控机单元进行循环语音故障报警。

请参看图3，基于IIS接口，工控机单元2与SD卡电连接，实现SD卡的写入与读取；基于RS422接口，工控机单元2与打印机电连接，实现与打印机的数据通信，实现测量记录的打印功能，打印机功能为可选功能；基于USB接口，工控机单元2与计算机电连接，实现与计算机的数据通信，实现ARM处理器的程序维护功能，实现设备的参数设置与查询功能，实现测量记录查询与读取功能；基于数字功放技术，工控机单元2与扬声器电连接，采用高品质扬声器，实现数字合成语音及提示音的播放。

本实用新型还提供了一种利用所述的自动称量式数显液体密度计装置的密度检测方法。

按照标准要求取样并制备试验用的样品,在样品测试槽位31和样品预热槽位32中各加入20ml纯水，把浮子放入对应金属浴的浮子预热槽位33中进行加温预热；将制备好的液体样品倒入试验烧杯中，液体样品的体积约350ml(在测量温度下)，并将装有液体样品的烧杯放置于样品预热槽位32中进行预热，预热完成后，把装有样品的烧杯放入相应的样品测试槽31中；如果样品无需预热，可直接将烧杯放置于样品测试槽31中；对易挥发的样品，在放入测试槽之后，需要盖好密封盖，再进行控温、测量等工作。

把电动推杆11移动到需要测量的样品测试槽位31正上方，将达到温度要求的浮子挂在电动推杆11上的称重传感器13的挂钩上；液体密度测量过程分几个阶段进行：首次移动温度传感器14至烧杯中，其次启动电动搅拌棒12搅拌液体样品，使液体样品温度均匀；搅拌结束后，工控机单元2控制电动推杆11顺序提放浮子3次，再次提放浮子3次，等待浮子处于静止平衡状态，称重传感器13进行重力测量，第一次测量完成，再重复进行第二次测量，两次测量完成，电动推杆11自动上升到开始时的位置。

测试完成后，工控机单元2根据两次重力测量数值计算两次标准密度差值和平均标准密度值、体积系数值。其中，基于阿基米德浮力原理，F浮＝ρ液gV排，ρ液为液体密度，g为重力常数，V排为浸入液体的浮子的体积，F浮为浮子在液体中所受到的浮力。在浮子没入液体并处于稳定状态后进行重力测量，F浮＝G物-G重，F浮为浮子在液体中所受到的浮力，G物为浮子的重量，G重为浮子没入液体后称得的重量。测试结束，取下浮子，擦洗干净后放入同组金属浴的浮子预热槽中。请参见表1的以原油为样品进行密度测量得到的实验数据界面。

表1

本密度计装置测定液体密度的范围为600.00kg/m3～1100.00kg/m3。

测温范围：0℃～120℃；

测温分辨力：0.1℃；

控温范围：2℃～100℃；

控温精度：±0.2℃；

高精度称重模块采用0.1～1mg精度模块，密度精度达到±0.3kg/m³(常温±0.2kg/m³)。

需要声明的是，上述实用新型内容及具体实施方式意在证明本实用新型所提供技术方案的实际应用，不应解释为对本实用新型保护范围的限定。本领域技术人员在本实用新型的精神和原理内，当可作各种修改、等同替换或改进。本实用新型的保护范围以所附权利要求书为准。