物液体积测量装置及测量方法与流程

本发明属于体积测量领域，尤其涉及一种物液体积测量装置及测量方法。

背景技术：

目前，对于容器内物液体积测量大多采用直接接触法，例如浮球式接触开关法、浮球式磁性开关、电容或电阻式传感器等；还可采用间接接触法，例如超声波测距法、激光测距法或称重法等。以上方法所探测的均是物液的液面。

然而当测试环境比较恶劣时，例如车载污物箱，容器内的物液时粘稠的液体且混入了各种杂物，且有时容器不是静止的，容器内的物料处于晃动的状态。此时，上述物液体积测量方法都难以适用。

技术实现要素：

针对现有的物液体积测量方法难以适用车载污物箱的技术问题，本发明提供了一种物液体积测量装置，根据容器内压力与时间或者流量的关系来测量物液体积，无需与容器内的物液液面进行直接或间接地接触，能够在物液情况复杂或者容器处于非静止状态时对物液体积进行测量，弥补了现有的物液测量方法的不足。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种物液体积测量装置，包括：

容器，所述容器设置有；

排气管，所述排气管一端与所述容器内部相连通，所述排气管另一端与外部相连通，所述排气管上设置有开关电磁阀组，所述开关电磁阀组控制所述排气管的通断；

气源，所述气源通过第一管路与所述容器内部相连通，所述第一管路上设置有加压电磁阀；

压力传感器，所述压力传感器与所述容器相连接，所述压力传感器用于测量所述容器内的气压；

控制器，所述控制器与电源电连接，所述开关电磁阀组、所述加压电磁阀、所述压力传感器分别与所述控制器电连接。

进一步，所述开关电磁阀组包括：

第二管路，所述第二管路一端与所述气源相连通，所述第二管路上设置有电磁阀；

管口阀，所述管口阀具有控制端，所述管口阀连接于所述排气管上，所述第二管路另一端与所述控制端相连通。

进一步，所述第一管路上还设置有流量计，所述流量计用于测量通入所述容器内的空气流量。

本发明还提供一种物液体积测量方法，应用上述物液体积测量装置，包括以下步骤：

步骤s1：控制器控制开关电磁阀组关闭排气管，使得容器形成密闭容器；

步骤s2：控制器控制加压电磁阀，气源通过加压电磁阀向容器内通入压缩空气以增加容器内的气压；

步骤s3：选取起始计时气压值p1和终止计时气压值p2；

步骤s4：已知容器的总容积w，测量容器内气压从起始计时气压值p1升至终止计时气压值p2的时间差δt；

步骤s5：求取经验公式w-v＝k·δt+b的参数k和b；

步骤s6：将测得的时间差δt带入经验公式w-v＝k·δt+b，求得容器内物液体积v。

进一步，所述步骤s5中，求取参数k和b的过程为：

当容器内加入已知体积v1的液体，测量容器内气压从起始计时气压值p1升至终止计时气压值p2的时间差δt1；

当容器内加入已知体积v2的液体，测量容器内气压从起始计时气压值p1升至终止计时气压值p2的时间差δt2；

将时间差δt1和时间差δt2带入至经验公式w-v＝k·δt+b，得到w-v1＝k·δt1+b和w-v2＝k·δt2+b，求取k和b。

本发明还提供一种物液体积测量方法，应用上述的物液体积测量装置，包括以下步骤：

步骤s1：控制器控制开关电磁阀组关闭排气管，使得容器形成密闭容器；

步骤s2：控制器控制加压电磁阀，气源通过加压电磁阀向容器内通入空气以增加容器内的气压；

步骤s3：选取起始计时气压值p1和终止计时气压值p2；

步骤s4：已知容器的总容积w，通过流量计测量容器内气压从起始计时气压值p1升至终止计时气压值p2的流量差δf；

步骤s5：求取经验公式w-v＝k·δf+b的参数k和b；

步骤s6：将测得的流量差δf带入经验公式，求得容器内物液体积v。

进一步，所述步骤s5中，求取参数k和b的过程为：

当容器内加入已知体积v1的液体，测量容器内气压从起始计时气压值p1升至终止计时气压值p2的流量差δf1；

当容器内加入已知体积v2的液体，测量容器内气压从起始计时气压值p1升至终止计时气压值p2的流量差δf2；

将流量差δf1和流量差δf2带入至经验公式，得到w-v1＝k·δf1+b和w-v2＝k·δf2+b，求取k和b。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明所提供的物液体积测量装置和测量方法，容器上设置有与外部相连通的排气管，排气管上设置有控制排气管通断的开关电磁阀组；气源通过第一管路与容器相连通，第一管路上设置有加压电磁阀；还设置有测量容器内压力的压力传感器；开关电磁阀组、加压电磁阀和压力传感器与控制器电连接。对容器内物液体积进行测量时，控制器控制开关电磁阀组关闭排气管，控制器控制加压电磁阀打开向容器内通入空气，压力传感器对容器内的压力进行测量，并将容器内的压力值传输给控制器，控制器计算容器内增加压力一定时所用的时间差，即可计算容器内物液体积。本发明所提供的物液体积测量装置及测量方法，无需与容器内的物液液面进行直接或间接地接触，能够在物液情况复杂或者容器处于非静止状态时对物液体积进行测量，弥补了现有的物液测量方法的不足，提高物液体积测量精度。

附图说明

图1为第一实施例所提供的物液体积测量装置结构示意图；

图2为图1的物液体积测量装置所测得的气压p-时间t曲线；

图3为第二实施例所提供的物液体积测量装置结构示意图。

对附图标记进行具体说明：

1、容器；2、排气管；21、开关电磁阀组；211、第二管路；212、电磁阀；213、管口阀；3、气源；31、第一管路；311、加压电磁阀；312、流量计；4、压力传感器；5、控制器；6、电源。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明具体实施例中的技术方案进行详细、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明总的技术方案的部分具体实施方式，而非全部的实施方式。基于本发明的总的构思，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都落于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

针对现有的物液体积测量方法难以适用车载污物箱的技术问题，本发明提供了一种物液体积测量装置，根据容器内压力与时间或者流量的关系来测量物液体积，无需与容器内的物液液面进行直接或间接地接触，能够在物液情况复杂或者容器处于非静止状态时对物液体积进行测量，弥补了现有的物液测量方法的不足。下面结合具体实施例对本发明的技术方案作具体说明。

第一实施例

第一实施例提供一种物液体积测量装置，包括：

容器1，容器1设置有；

排气管2，排气管2一端与容器1内部相连通，排气管2另一端与外部相连通，排气管2上设置有开关电磁阀组21，开关电磁阀组21控制排气管2的通断；

气源3，气源3通过第一管路31与容器1内部相连通，第一管路31上设置有加压电磁阀311；

压力传感器4，压力传感器4与容器1相连接，压力传感器4用于测量容器1内的气压；

控制器5，控制器5与电源6电连接，开关电磁阀组21、加压电磁阀311、压力传感器4分别与控制器5电连接。

第一实施例所提供的物液体积测量装置，容器1上设置有与外部相连通的排气管2，排气管2上设置有控制排气管2通断的开关电磁阀组21；气源3通过第一管路31与容器1相连通，第一管路31上设置有加压电磁阀311；还设置有测量容器1内压力的压力传感器4；开关电磁阀组21、加压电磁阀311和压力传感器4与控制器5电连接，控制器5与电源6电连接。对容器1内物液体积进行测量时，控制器5控制开关电磁阀组21关闭排气管2，控制器5控制加压电磁阀311打开向容器1内通入空气，压力传感器4对容器1内的压力进行测量，并将容器1内的压力值传输给控制器5，控制器5计算容器1内增加的压力一定时所用的时间差δt，即可计算容器1内物液体积。第一实施例所提供的物液体积测量装置，无需设置与液面直接或间接接触的测量器件，能够在物液情况复杂尤其是容器1处于非静止状态时对物液体积进行测量，弥补了现有的物液测量方法的不足，提高了物液体积测量精度。

具体地说，第一实施例所提供的物液体积测量装置包括容器1、排气管2、开关电磁阀组21、气源3、压力传感器4、控制器5和电源6。

容器1用于存储物液。容器1上设置有排气管2，排气管2一端与容器1内部相连通，排气管2的另一端与外部相连通，排气管2用于将容器1内的气体排出容器1。排气管2上设置有开关电磁阀组21，开关电磁阀组21用于控制排气管2的通断，也就是说通过控制开关电磁阀组21就可以控制容器1内部是否与外部相连通。当开关电磁阀组21开启时，排气管2与外部连通，容器1与外部相连通；当开关电磁阀组21关闭时，排气管2与外部非连通，容器1与外部非连通，容器1形成密闭容器。作为优选，为简化气路结构，方便装配和调整，开关电磁阀组21优选为电动开关阀门。

为了提高开关电磁阀组21的控制性能，第一实施例所提供的物液体积测量设备中，开关电磁阀门组21包括第二管路211、电磁阀212和管口阀213。第二管路211一端与气源3相连通，第二管路211上设置有电磁阀212，电磁阀212与控制器5电连接，电磁阀212用于控制第二管路211的通断。作为优选，电磁阀212可以为二位三通阀。管口阀213设置于排气管2上，管口阀213具有控制端，通过控制端控制管口阀213的状态进而控制排气管2的通断。第二管路211的另一端与管口阀213的控制端相连接。具体地说，气源3通过第二管路211连接至管口阀213的控制端，第二管路211上设置有控制第二管路211通断的电磁阀212，电磁阀212与控制器5电连接。控制器5控制电磁阀212关闭第二管路211时，气源3的压缩空气没有作用于管口阀213的控制端，管口阀213未关闭排气管2，容器1通过排气管2与外部相连通；控制器5控制电磁阀212开启第二管路211时，气源3的压缩空气作用于管口阀213的控制端，管口阀213关闭排气管2，容器1通过排气管2与外部非连通，容器1内部形成密闭容器。作为优选，管口阀213可以为气控膜片阀。

气源3用于为第一实施例所提供的物液体积测量装置提供压缩空气。具体地说，气源3通过第一管路31与容器1内部相连通，第一管路31上设置有加压电磁阀311，加压电磁阀311对第一管路31内的压缩空气进行控制，使得通入容器1内的空气不断增加，从而逐步提高容器1内的气压p。

压力传感器4设置于容器1上，压力传感器4用于测量容器1内的气压值，压力传感器4与控制器5电连接，压力传感器4将测得的气压值传输至控制器5。

控制器5为第一实施例所提供的物液体积测量装置的控制中心，控制器5与电源6电连接，开关电磁阀组21、加压电磁阀311、压力传感器4分别与控制器5电连接。

第一实施例还提供一种物液体积测量方法，应用上述物液体积测量装置，包括以下步骤：

步骤s1：控制器5控制开关电磁阀组21，关闭排气管2，使得容器1形成密闭容器；

步骤s2：控制器5控制加压电磁阀311，气源3通过加压电磁阀311向容器1内通入压缩空气以增加容器1内的压力；

步骤s3：选取起始计时气压值p1和终止计时气压值p2；

步骤s4：已知容器的总容积w，测量容器1内气压从起始计时气压值p1升至终止计时气压值p2的时间差δt；

步骤s5：求取经验公式w-v＝k·δt+b的参数k和b；

步骤s6：将测得的时间差δt带入经验公式w-v＝k·δt+b，求得容器1内物液体积v。

第一实施例所提供的物液体积测量方法，向密闭的容器1内通入压缩空气，根据容器1内气压上升与时间的关系特性，求得经验公式，进而计算容器1内的物液体积。无需设置浮球式液位开关、光电感应开关或电阻式液位传感器等与液位直接或间接接触的传感装置，能够在物液情况复杂尤其是容器1处于非静止状态时对物液体积进行测量，弥补了现有的物液测量方法的不足，提高了物液体积测量精度。

第一实施例所提供的物液体积测量方法依托于上述物液体积测量装置，关闭开关电磁阀组21，排气管2与外部非连通，此时容器1形成密封容器。当容器1内的物液体积不断增加的过程中，容器1内的气压升至一定气压值所用的时间差δt不断缩短。这一现象说明容器1内的物液体积直接与升至一定气压值所用的时间差δt呈负相关。控制器5通过压力传感器4监测容器1内的气压，并选取起始计时气压值p1和终止计时气压值p2，容器1内每一个不同的物液体积均有一份时间差δt与之相对应。

下面对第一实施例所提供的物液体积测量方法的原理作具体实验说明。

首先，绘制气压p-时间t曲线。

从容器1空箱开始，此时容器1气压等于大气压力p0。控制器5控制开关电磁阀21关闭，气源3通过第一管路31及加压电磁阀311向容器1内通压缩空气。通过压力传感器4监测容器1内的气压值及时间t，给定气压p一个恒定步长，并记录没增加一个步长的气压p和对应的时间t，在坐标系中描点得到空箱时的气压p-时间t曲线a，对应的容器1内物液体积为v空。

将容器1的水加至半箱(该半箱为预满时物液体积的一半，并非容器1体积的一半)，控制加压电磁阀311向容器1内注入压缩空气，压力传感器4监测容器1气压p和时间t，给定气压p一个恒定步长，并记录每增加一个步长的气压p和对应的时间t，在坐标系中描点得到半箱时的气压p-时间t曲线b，对应的容器1物液体积为v半。

把容器1加至预满(第一实施例中也称为额定，预满状态时，并非是容器1中的物液体积占容器1体积的100％)，控制加压电磁阀311向容器1内注入压缩空气，压力传感器4监测容器1气压p和时间t，给定气压p一个恒定步长，并记录每增加一个步长的气压p和对应的时间t，在坐标系中描点得到预满时的气压p-时间t曲线c，对应的容器1物液体积为v额定。

然后，合理选择起始计时气压值p1和终止计时气压值p2。

参考附图2，从绘出的预满状态下气压p-时间t曲线c、半箱状态下气压p-时间t曲线b和空箱状态下气压p-时间t曲线a可以看出：若起始计时气压值p1距离大气压p0太近由于气源31工作尚未稳定，偏差较大；终止计时气压值p2应远离饱和压力值，取该值附近作为终止计时气压值p2的误差将会更大。因此计时压力δp＝p2-p1计时时间δt＝t2-t1的选择原则是选择气源3工作稳定、效率最高的一段；

观察三条曲线时间差δt：

δta＝t2a-t1a(1)

δtb＝t2b-t1b(2)

δtc＝t2c-t1c(3)

可以从图中看出δtc≈1/2δtb；我们又已知满箱液体体积v额定＝2v半；因此设想在起始计时气压p1和终止计时气压p2不变的前提下物液体积v与时间差δt之间有可能存在近似数学关系：

w-v＝k·δt+b(4)

如果上式存在，可以根据控制器5计时所得的时间差δt来计算容器1内的物液体积v；在工程上我们可以通过实验验证，只要能够满足对误差的要求就可以作为经验公式使用。

具体实验验证过程如下。

第一实施例中容器1总体积500l，容器1的额定体积400l(即预满时的容器1的液体体积)，选择起始计时气压p1值为5kpa，选择终止计时气压p2值为10kpa。

根据公式w-v＝k·δt+b，当容器1为空时，v1＝0，实测δt1为5.762s，得到500＝5.762k+b；当容器1为预满状态(即额定状态)时，v2＝400l，实测δt2为0.772s，得到100＝0.772k+b。

经计算求得k＝80.16032，b＝38.11623。

将w＝500，k＝80.16032，b＝38.11623，代入公式w-v＝k·δt+b，得到经验公式500-v＝80.16032·δt+38.11623。

进一步验证，当容器1内的物液体积分别为40l、80l、100l、150l、200l、240l、280l、300l、350l时的实测时间差δt值，计算出的容器1内物液体积与实际加入的物液体积进行比较，计算精度为：(实加物液量-计算物液量)/实加物液量。如果计算精度小于工程允许的误差值则认为能够满足工程需要。比较结果如下表。

实验验证结果：经对比，计算求得的容器1的物液体积与实际物液体积基本一致，线性误差为1％左右。在工程上对容器1液位测量精度要求很低，线性误差小于等于满箱体积的2％或3％甚至5％均能满足容器1液位测量精度要求；此经验公式符合工程技术基本要求，具有实用价值。可认为500-v＝80.16032·δt+38.11623成立，即w-v＝k·δt+b成立。

求取经验公式w-v＝k·δt+b的参数k和b后，对于容器1内的任一待测物液体积，测量容器1内气压从起始计时气压值p1升至终止计时气压值p2的时间差δt，带入经验公式中，即可求得容器1内待测物液体积v。进一步，容器1的额定体积与容器1的总容积之间存在一定的比值k，将计算得到的物液体积v占容器1总容积的百分比乘以系数k，即可得到物液体积占容器1额定容积的百分比。第二实施例

本发明还提供第二实施例。第二实施例所提供的物液体积测量装置与第一实施例的区别在于，第一管路31上还设置有流量计312，流量计312用于测量通入容器1内的空气流量。

第二实施例所提供的物液体积测量装置，容器1上设置有与外部相连通的排气管2，排气管2上设置有控制排气管2通断的开关电磁阀组21；气源3通过第一管路31与容器1相连通，第一管路31上设置有加压电磁阀311和流量计312；还设置有测量容器1内压力的压力传感器4；开关电磁阀组21、加压电磁阀311和压力传感器4与控制器5相连接，控制器5与电源6相连接。对容器1内物液体积进行测量时，控制器5控制开关电磁阀组21关闭排气管2，控制器5控制加压电磁阀311打开向容器1内通入空气，压力传感器4对容器1内的压力进行测量，并将容器1内的压力值传输给控制器5，流量计312计量向容器1内通入的压缩空气的流量差δf，即可计算容器1内物液体积。第二实施例所提供的物液体积测量装置，无需设置与液面直接或间接接触的测量器件，能够在物液情况复杂尤其是容器1处于非静止状态时对物液体积进行测量，弥补了现有的物液测量方法的不足，提高了物液体积测量精度。

第二实施例所提供的物液体积测量方法，包括以下步骤：

步骤s1：控制器5控制开关电磁阀组21，关闭排气管2，使得容器1形成密闭容器；

步骤s2：控制器5控制加压电磁阀311，气源3通过加压电磁阀311向容器1内通入压缩空气以增加容器1内的气压；

步骤s3：选取起始计时气压值p1和终止计时气压值p2；

步骤s4：已知容器的总容积w，通过流量计312测量容器1内气压从起始计时气压值p1升至终止计时气压值p2的流量差δf；

步骤s5：求取经验公式w-v＝k·δf+b的参数k和b；

步骤s6：将测得的流量差δf带入经验公式，求得容器1内物液体积v。

第二实施例所提供的物液体积测量方法，向密闭的容器1内通入压缩空气，根据容器1内气压上升与流量的关系特性，求得经验公式，进而计算容器1内的物液体积。无需设置浮球式液位开关、光电感应开关或电阻式液位传感器等与液位直接或间接接触的传感装置，能够在物液情况复杂尤其是容器1处于非静止状态时对物液体积进行测量，弥补了现有的物液测量方法的不足，提高了物液体积测量精度。

第二实施例所提供的物液体积测量方法依托于第二实施例所提供的物液体积测量装置，关闭开关电磁阀组21，排气管2与外部非连通，此时容器1形成密封容器。当容器1内的物液体积不断增加的过程中，容器1内的气压升至一定气压值气源3输出的流量差δf不断缩短。这一现象说明容器1内的物液体积直接与升至一定气压值所耗费的流量差δf呈负相关。控制器5通过压力传感器4监测容器1内的气压，并选取起始计时气压值p1和终止计时气压值p2，容器1内每一个不同的物液体积均有一份流量差δf与之相对应。

由于测量过程中向容器1内通入的压缩空气的流量与第一实施例中的时间差δt呈正比，因此，流量差δf与时间差δt变化趋势相同。利用流量差δf测量物液体积的原理与利用时间差δt测量物液体积的原理相似，具体说明及实验过程参照第一实施例所述，在此不再赘述。