一种基于U型振荡管的流体密度传感器及其测量方法与流程

一种基于u型振荡管的流体密度传感器及其测量方法
技术领域
1.本发明属于流体密度测量技术领域，具体涉及一种基于u型振荡管的流体密度传感器及其测量方法。


背景技术：

2.盐湖资源及其丰富，是现代社会发展的重要源泉。盐湖演变规律研究和盐湖化工生产是盐湖资源综合利用的基础。在盐湖卤水和盐田卤水的自动观察系统中，因卤水在传感器表面的“结盐”现象，导致大部分传感器因样品测量通路被“结盐”阻断而很快失效。卤水密度的高精度检测是当前盐湖研究和盐湖化工生产中的最重要的参数之一。
3.当前盐湖研究和盐湖化工生产中常用的卤水密度传感器主要有：浮子式密度计和超声波u型震荡管密度计。浮子式密度计有多种结构，但测量精度比较低，一般只有0.01g/cm3，超声波u型震荡管密度计测量精度高达0.00001g/cm3，但因为使用前、后的清洗问题导致其无法适用于盐湖研究和盐湖化工生产中的遥测系统。另外，电容式密度传感器、压力差式密度传感器也会因为“结盐”失效。


技术实现要素：

4.本发明的主要目的在于提供一种集测量与清洗于一体的基于u型振荡管的流体密度传感器及其测量方法，以克服现有技术的不足。
5.为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
6.本发明实施例提供了一种基于u型振荡管的流体密度传感器，其包括机电执行单元和与机电执行单元连接的智能控制单元；
7.所述机电执行单元包括连接于测量管路中的采样管、流体密度检测机构和蠕动泵，所述流体密度检测机构包括u型振荡管，所述u型振荡管的一端与采样管连通，另一端经蠕动泵与清洗液储液箱连通；
8.所述蠕动泵具有第一工作状态和第二工作状态，所述第一工作状态用于使采样管采集待检测流体，并使待检测流体进入u型振荡管进行检测，所述第二工作状态用于从清洗液储液箱泵取清洗液对所述u型振荡管和采样管进行清洗。
9.本发明实施例还提供了一种上述的基于u型振荡管的流体密度传感器的测量方法，其包括：
10.采样步骤，包括：
11.开启排空电磁阀，利用虹吸作用排空测量管路中的液体，且使测量管路被空气填充；
12.使蠕动泵进入第一工作状态，从而使采样管采集待检测流体并输入u型振荡管进行密度测量，其中，连接于u型振荡管与蠕动泵之间的管路内形成有空气柱；
13.管路清洗步骤，包括：
14.开启排空电磁阀，利用虹吸作用排空测量管路中的液体；
15.使蠕动泵进入第二工作状态，将清洗液泵入测量管路以对测量管路进行清洗，同时以采样管升降机构驱使采样管上升，且在采样管上升至预设高度处时，以振动发生机构驱使采样管振动，以使附着于采样管上的流体与采样管脱离。
16.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
17.(1)提供的一种基于u型振荡管的流体密度传感器，采用抽取待检测流体进行测量的方式，同时集成有清洗功能，有效解决了当前盐湖研究和盐田生产中所使用的流体密度传感器的“结盐”失效现象。
18.(2)提供的一种基于u型振荡管的流体密度传感器，采用空气柱隔离u型振荡管内的流体与蠕动泵，防止测量过程中待检测流体污染蠕动泵和清洗液。
19.(3)提供的一种基于u型振荡管的流体密度传感器，通过设置振动机构，有效清理了采样管外壁附着的流体。
20.(4)提供的一种基于u型振荡管的流体密度传感器，采样、测量和管路清洗过程采用单片机智能控制，系统结构简单，测量精度高。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1是本发明一典型实施例提供的一种基于u型振荡管的流体密度传感器的结构示意图；
23.图2是本发明一典型实施例提供的一种基于u型振荡管的流体密度传感器系统的控制电路示意图。
具体实施方式
24.鉴于现有技术的缺陷，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案，针对现有的浸入式传感器普遍面临的“结盐”失效现象，本发明提出了一种集测量与清洗于一体的基于u型振荡管的流体密度传感器及其测量方法，通过采用抽取待检测流体进行测量的方式，并在测量完成后自动清洗测量管路，从而解决了浸入式传感器的“结盐”失效问题。如下将对该技术方案、其实施过程及原理作进一步的解释说明。
25.本发明实施例提供了一种基于u型振荡管的流体密度传感器，其包括机电执行单元和与机电执行单元连接的智能控制单元；
26.所述机电执行单元包括连接于测量管路中的采样管、流体密度检测机构和蠕动泵，所述流体密度检测机构包括u型振荡管，所述u型振荡管的一端与采样管连通，另一端经蠕动泵与清洗液储液箱连通；
27.所述蠕动泵具有第一工作状态和第二工作状态，所述第一工作状态用于使采样管采集待检测流体，并使待检测流体进入u型振荡管进行检测，所述第二工作状态用于从清洗液储液箱泵取清洗液对所述u型振荡管和采样管进行清洗。
28.其中，在以所述采样管采集待检测流体之前，所述测量管路内部被空气填充。
29.进一步的，所述测量管路包括连接于蠕动泵和u型振荡管之间的第一管路，所述第一管路长度满足如下要求，即：当所述蠕动泵在第一工作状态，且所述u型振荡管被待检测的流体充满时，所述蠕动泵和u型振荡管之间形成有空气柱。
30.更进一步的，所述机电执行单元还包括排空电磁阀，所述排空电磁阀连接于所述第一管路上，用于将所述测量管路中的液体排空。
31.进一步的，所述u型振荡管上连接有超声波压电陶瓷片，所述超声波压电陶瓷片用于使u型振荡管发生振荡，所述u型振荡管的振荡频率与其内部的待检测流体流体的密度相关。
32.进一步的，所述清洗液采用冰点低于-50℃的酒精溶液，可以防止清洗液在冬季结冰，同时利用酒精的杀菌和易蒸发特性，可以保证管路内部的清洁与干燥。
33.进一步的，所述机电执行单元还包括采样管升降机构和限位机构，所述采样管升降机构与采样管连接，用于驱使采样管进行升降运动，所述限位机构包括限位环和弹性限位块，所述限位环与采样管固定连接，所述弹性限位块与限位环配合，并使所述采样管的上升高度限定于预定高度处。
34.进一步的，所述弹性限位块上还设置有振动发生机构，所述振动发生机构用于驱使采样管振动，以使附着于采样管上的流体与采样管脱离。
35.更进一步的，所述振动发生机构包括安装在弹性限位块上的低压直流震动电动机。
36.进一步的，所述采样管包括上采样管和下采样管，所述下采样管经上采样管与u型振荡管连通。
37.在一些较为优选的实施方式中，所述下采样管的材质选用聚四氟乙烯，利用聚四氟乙烯优良的表面疏水、耐腐蚀、耐低温特性，以保证利用振动有效除去管壁附着的流体和结晶盐。
38.本发明实施例还提供了一种上述的基于u型振荡管的流体密度传感器的测量方法，其包括：
39.采样步骤，包括：
40.开启排空电磁阀，利用虹吸作用排空测量管路中的液体，且使测量管路被空气填充；
41.使蠕动泵进入第一工作状态，从而使采样管采集待检测流体并输入u型振荡管进行密度测量，其中，连接于u型振荡管与蠕动泵之间的管路内形成有空气柱；
42.管路清洗步骤，包括：
43.开启排空电磁阀，利用虹吸作用排空测量管路中的液体；
44.使蠕动泵进入第二工作状态，将清洗液泵入测量管路以对测量管路进行清洗，同时以采样管升降机构驱使采样管上升，且在采样管上升至预设高度处时，以振动发生机构驱使采样管振动，以使附着于采样管上的流体与采样管脱离。
45.进一步的，所述管路清洗步骤具体包括：使采样管升降机构驱使采样管上升，并在限位环抵触到弹性限位块时，使采样管升降机构停止工作，并使振动发生机构驱使采样管振动，以使附着在采样管外壁的流体与采样管脱离，同时开启排空电磁阀，以排空测量管路中的液体。
46.如下将结合附图以及具体实施案例对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明，除非特别说明的之外，本发明实施例中所采用的各组成机构，及各机构之间的连接和驱动方式均是本领域技术人员习知的。
47.请参阅图1，一种基于u型振荡管的流体密度传感器，主要用于测量液态流体的密度，其包括u型振荡管1、蠕动泵2、上采样管3和下采样管4，u型振荡管1的一端与上采样管3连通，另一端依次经第一管路8、蠕动泵2与清洗液储液箱6连通。
48.其中，蠕动泵2具有第一工作状态和第二工作状态，第一工作状态用于使上采样管3和下采样管4采集待检测流体5，并使待检测流体5进入u型振荡管1进行检测，第二工作状态用于从清洗液储液箱6泵取清洗液对u型振荡管1、上采样管3和下采样管4进行清洗。
49.在进行采样测量之前，先将排空电磁阀7开启10s，以排空u型振荡管1、上采样管3和下采样管4内残留的清洗液，并使管路中充满空气，之后，将待检测流体5采集进入u型振荡管1内，在此过程中，因采样管采用内径为2mm的硅胶软质管材，且因采样前管路内充满空气，所以待检测流体5与蠕动泵2之间的第一管路8内始终存在一段空气柱将待检测流体5和蠕动泵2隔离，从而保证待检测流体5不会进入蠕动泵2和清洗液储液箱6，可避免清洗液被污染。
50.另外，硅橡胶软质管材具有优良的耐低温特性，可确保测量装置在冬季能正常工作。同时，清洗液采用冰点低于-50℃的酒精溶液，可以防止清洗液在冬季结冰，同时利用酒精的杀菌和易蒸发特性，保证了管路内部的清洁与干燥。
51.具体的，u型振荡管1上设置有超声波压电陶瓷片9，超声波压电陶瓷片9用于使u型振荡管1发生振荡，由于u型振荡管1的振荡频率与其内部的待检测流体5的密度呈相关性，因此可根据u型振荡管1的振荡频率获得到检测流体5的密度。
52.具体的，上采样管3还与升降电动机10连接，升降电动机10能够驱使上采样管3带动下采样管4一起做升降运动，同时，上采样管3上还固定设置有限位环12，限位环12与弹性限位块13配合，使上采样管3和下采样管4的上升高度限定于预定高度处。
53.此外，弹性限位块13上还设置有振动电动机11，振动电动机11能够驱使上采样管3和下采样管4振动，以使附着于下采样管4外壁上的流体被甩离。
54.具体的，弹性限位块13采用10mm厚的硅橡胶加工而成，以保证振动电动机11产生的振动能够有效地通过弹性限位块13传递到采样管。
55.具体的，下采样管4伸入待检测流体5部分的材质选用聚四氟乙烯，利用聚四氟乙烯优良的表面疏水、耐腐蚀、耐低温特性，以保证利用振动有效除去管壁附着的流体和结晶盐。
56.具体的，下采样管4伸入待检测流体部分长度为300mm以上，第一管路8的长度在200mm以上。
57.本实施例还提供了一种上述的基于u型振荡管的流体密度传感器的测量方法，需要说明的是，本实施例是在实验室环境下进行的盐湖或盐田的现场模拟实验。首先，提供如图1所示的基于u型振荡管的流体密度传感器装置并建立传感系统，之后在实验水槽中加入不同密度的待检测流体，可以是卤水或其他具有一定密度的流体，即可进行密度测量实验。
58.进一步的，请参阅图2，为本实施例中的基于u型振荡管的流体密度传感器系统的控制电路图，其中，第一驱动模块15、第二驱动模块16和第三驱动模块17在单片机14的控制
下分别驱动机电执行单元内的各机构。
59.其中，通过使用多点定时器间歇控制系统5v直流电源的通断，可以进行定时模拟遥测系统实验；通过遥控开关控制系统5v直流电源的通断，可以进行远程遥测系统实验。
60.具体的，该测量实验过程包括采样步骤和管路清洗步骤。
61.其中，采样步骤包括：
62.通过单片机14控制第二驱动模块16驱使排空电磁阀7开启10s，利用液体压力差排空测量管路中的残留清洗液，使测量管路中充满空气。
63.之后，再通过单片机14控制第三驱动模块17驱使蠕动泵2进入第一工作状态，通过上采样管3和下采样管4将待检测流体5采集到u型振荡管1中并进行密度测量，此时，u型振荡管1内的被检测流体5与蠕动泵2之间形成有空气柱，可防止被检测流体5进入蠕动泵2和清洗液储液箱6。
64.此处需要说明的是，进行采样之前，下采样管4已经伸入待检测流体内部一定深度，可确保被检测流体的吸入。
65.其中，单片机14通过用于收发超声波的第一驱动模块15向粘结在u型振荡管1上的超声波压电陶瓷片9发送超声波脉冲激励信号，使u型振荡管1处于振荡状态，当超声波脉冲激励信号发送完成后，单片机14立刻转入接收和计算通过超声波压电陶瓷片9转换的u型振荡管1的振荡频率状态，由于u型振荡管1的固有振荡频率和其内部流体质量相关，因此通过检测u型振荡管1的振荡频率就可以计算出相应的流体密度。
66.其中，管路清洗步骤包括：
67.通过单片机14再次控制第二驱动模块16驱使排空电磁阀7开启20s，利用虹吸作用排空u型振荡管1、上采样管3和下采样管4中的流体。
68.之后，通过单片机14控制第三驱动模块17驱使蠕动泵2进入第二工作状态，将清洗液储液箱6内的适量清洗液泵入测量管路中，以对测量管路进行清洗，同时通过单片机1控制第三驱动模块17驱使升降电动机10启动，使上采样管3带动下采样管4一起向上运动，当限位环12抵触到弹性限位块13时，升降电动机10的工作电流会急剧增加，此时单片机14立刻通过第三驱动模块17向升降电动机10发出停止信号，随后通过第二驱动模块16向振动电动机11和排空电磁阀7发出5s的启动信号，振动电动机11产生强烈振动，并将振动经弹性限位块13传递给采样管，通过振动使附着在下采样管4外壁的流体与下采样管4脱离，同时通过排空电磁阀7连通大气，并利用虹吸作用排空测量管路中的清洗液，避免下一次采样时管内残留的清洗液与流体混合影响测量结果。
69.需要说明的是，本实施例中的密度传感器为u型震荡管密度传感器，但在一些情况下，也可以使用电子秤量，然后换算出流体的密度值，蠕动泵也可以使用其它方式的自吸泵。
70.本发明实施例提供的基于u型振荡管的流体密度传感器，采用抽取待检测流体进行测量的方式，同时集成有清洗功能，有效解决了当前盐湖研究和盐田生产中所使用的流体密度传感器的“结盐”失效现象。同时，采样、测量和管路清洗过程均采用单片机进行智能控制，系统结构简单，测量精度高。
71.应当理解，本发明的技术方案不限于上述具体实施案例的限制，凡是在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落
于本发明的保护范围之内。