測量液體密度的裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開一種測量液體密度的裝置，其包括：容納待測液體的容器；設置在容器中的運動桿；驅動所述容器運轉的驅動單元，且驅動單元的中心軸垂直于容器的中心線；單片機控制器，包括：連接于驅動單元的信息交互單元；適于獲取運動桿至所述中心軸的距離的數據獲取單元；基于數據獲取單元提供的距離以及設定的旋轉角速度、所述運動桿的截面表面積、寬度和質量參數來計算待測液體的密度的運算器。本實用新型由于在一定旋轉角速度下，通過單片機控制器獲取運動桿至旋轉軸的距離，基于該距離、角速度、運動桿的截面表面積、寬度和質量參數計算待測液體的密度，因此可以精確定位待測液體的測量位置，從而能夠提高液體密度測量的精確性。
【專利說明】測量液體密度的裝置【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種測量技術，尤其涉及一種測量液體密度的裝置。
【背景技術】
[0002]目前，測量液體密度的方法很多，但大多數液體密度在測量過程中，無法調節量程。由于無法調節量程，不同待測液體的最小測量單位固定，不能根據待測液體的密度大小調節量程和最小測量單位，這就導致最終測量結果存在一些不必要的誤差。
實用新型內容
[0003]為解決上述現有技術中存在的問題與缺陷，本實用新型提供一種測量液體密度的裝置，該實用新型能夠在一定的旋轉角速度下精確定位測量位置，從而不夠提高液體密度測量的精確性。
[0004]本實用新型的技術方案如下:
[0005]本實用新型還提供一種測量液體密度的裝置，其包括:
[0006]容納待測液體的容器；
[0007]設置在所述容器中的運動桿；
[0008]驅動所述容器運轉的驅動單元，且所述驅動單元的中心軸垂直于所述容器的中心線.[0009]單片機控制器，所述單片機控制器包括:連接于所述驅動單元的信息交互單元；適于獲取所述運動桿至所述中心軸的距離的數據獲取單元；基于所述數據獲取單元提供的距離以及設定的旋轉角速度、`所述運動桿的截面表面積、寬度和質量參數來計算所述待測液體的密度的運算器。
[0010]更進一步地，所述的測量液體密度的裝置還包括:與所述數據獲取單元相連接且適于采集所述運動桿至所述中心軸的距離的采集單元。
[0011]更進一步地，所述單片機控制器還包括:與所述運算器相連接，供設置待測液體的旋轉角速度、運動桿的寬度和質量參數的參數設置單元。
[0012]更進一步地，所述容器為柱形容器，所述運動桿為柱形運動桿。
[0013]更進一步地，所述驅動單元的中心軸至所述容器的左右兩表面的距離相等。
[0014]更進一步地，所述的測量液體密度的裝置，還包括:與所述單片機控制器連接的顯示器。
[0015]由本實用新型上述方案可以看出，本實用新型由于在一定旋轉角速度下，通過單片機控制器獲取運動桿至旋轉軸的距離，基于該距離、角速度、運動桿的截面表面積、寬度和質量參數計算待測液體的密度，因此可以精確定位待測液體的測量位置，從而能夠提高液體密度測量的精確性。
【專利附圖】
【附圖說明】[0016]圖1是本實用新型中的所構建的液體密度測量模型；
[0017]圖2是本實用新型中的一種測量液體密度的裝置的結構示意圖；
[0018]圖3是本實用新型中的一種測量液體密度的裝置的柱形運動桿的標記位置以及該標記的運行軌跡示意圖。
【具體實施方式】
[0019]為使本實用新型專利的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本實用新型專利作進一步地詳細描述。
[0020]液體在旋轉的時候會受到慣性離心力的作用。在離心力的作用下，液體內部會產生慣性離心力壓強，設半徑r處的慣性離心力壓強為Pr，則Pr滿足以下關系式: [0021]Pr= P r (w2r) r 公式 2
[0022]由于旋轉軸處的液體沒有受到離心力的作用，所以該處的液體密度為原始密度，而距離旋轉軸任意位置r處(即旋轉半徑r)的液體，在慣性離心力的作用下，液體內部會受到擠壓，液體密度也會隨擠壓作用發生輕微變化，根據阿基米德離心力的特點，慣性離心力的大小與液體的原始密度、旋轉角速度的平方和液體到旋轉軸的距離(即旋轉半徑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(擠壓系數表示單位外力產生的液體密度變化的大小，擠壓系數與待測溶液相關，是待測液體的固有特性，可測量得到的；擠壓系數的單位為HT1 S2r_2，其中m為米，s為秒，r為轉)；P ^為液體原始密度；w為旋轉角速度；r為旋轉半徑。
[0025]結合公式2和公式3可得距旋轉軸r處的液體因所受慣性離心力所產生的壓強
Pr:
[0026]Pr= P。(1+Hw2r) w2r2 公式 4
[0027]其中，公式4中的參數與公式3中的參數相同，這里不再詳細描述。
[0028]基于上述分析，本實用新型選取一運動桿作為研究對象來測量液體密度，為此本實用新型首先構建了一液體密度測量模型，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徑的柱形運動桿102，并將柱形運動桿102設置到該充滿待測液體的柱形容器101中；在柱形容器中心軸的1/2處選取垂直線，并以此作為旋轉軸，使用驅動單元103驅動該柱形容器101做旋轉運動。隨著柱形容器101的旋轉運動，容器內部的柱形運動桿102也會隨柱形容器101中的液體一起旋轉。因此，可以將該柱形運動桿102作為參考對象來研究待測液體并測量出該液體的密度。
[0030]柱形運動桿102隨液體做勻速旋轉運動的時候，設其所需要的向心力為F，質量為M，柱形運動桿102的中心點(參見圖1、圖2和圖3中的標記點1021，該標記點距離柱形運動桿左右兩圓形表面的距離相等，該標記點的運行軌跡參見序號14標識的軌跡、序號15指向采集單元采集的計算參考點。)距旋轉軸的距離為R，液體的旋轉角速度為W，該柱形運動桿102所需要的向心力F滿足:
[0031]F=Mw2R 公式 5
[0032]向心力F由柱形運動桿102兩側的壓力差提供，設液體的初始密度為P。；柱形運動桿102的圓形截面表面積為S，寬度為B ;柱形運動桿102內側液面(柱形運動桿距離旋轉軸近的表面)和外側液面(柱形運動桿距離旋轉軸遠的表面)的壓強為P#和P,，柱形運動桿102所需的向心力F滿足:[0033]F=F外-F內=P外S-P內S 公式6
[0034]結合公式2和公式6則有:
[0035]F=P 外 W2R外 2S-P 內 W2R 內 2S 公式 7
[0036]將公式4代入公式7，計算得到:
[0037]F= P 0w2S [ (R^h 2+Hw2R^h 3) - (R ? 2+Hw2R ? 3)] 公式 8
[0038]又因為公式5 =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為運動桿的質量；P ^為液體的原始密度；R#=R+B/2 ;Rrt=R_B/2(其中的R為運動桿所處的半徑，B為運動桿的寬度)；S為柱形運動桿的圓形截面表面積出為擠壓系數;w為旋轉角速度。
[0041]根據上面公式，因運動桿本身的質量、圓形截面積和寬度參數固定，所以只需要得到角速度W和運動桿所處的半徑位置R，即可計算出待測液體密度P OO
[0042]本實用新型的第一實施例提供了一種測量液體密度的裝置，該裝置的結構示意如圖2所示，包括:柱形容器101 ;柱形運動桿102 ;驅動單元103 ;采集單元104 ;單片機控制器105 ;顯示器106。
[0043]其中，液體充滿柱形容器101 ;柱形運動桿102設置在柱形容器101中的液體中。
[0044]驅動單元103分別與柱形容器101和單片機控制器105相連，并驅動該柱形容器101沿著其輸出軸做旋轉運動，將旋轉速度等信息傳輸給上述單片機控制器105。
[0045]采集單元104設置在上述柱形容器101的圖像采集區域，并與上述單片機控制器105連接，以將采集到相應旋轉角速度下柱形運動桿距離旋轉軸的距離等信息，傳輸到上述單片機控制器105中。
[0046]單片機控制器105，根據驅動單元103輸出的旋轉角速度W、柱形運動桿102至驅動單元103輸出軸中心的距離(即柱形運動桿的旋轉半徑R)、柱形運動桿的圓形截面的表面積S、質量M和寬度B，利用公式9計算距離旋轉軸任意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為運動桿的質量；P ^為液體的原始密度；R#=R+B/2 ;R#=R-B/2(其中的R為運動桿所處的半徑，B為運動桿的寬度)；S為柱形運動桿的圓形截面表面積出為擠壓系數;w為旋轉角速度。
[0049]上述單片機控制器105包括三個數據接口、信息交互單元、數據獲取單元、參數設置單元、運算器；信息交互單元通過其中一個數據接口連接于驅動單元103 ;數據獲取單元通過其中一個數據接口連接于采集單元104 ;第三個數據接口連接顯示器106 ;參數設置單元包括設置有按鈕的面板，這些按鈕用于設置驅動單元103的旋轉速度、運動桿的圓形截面積、寬度和質量等參數；運算器分別與數據獲取單元、信息交互單元和參數設置單元相連，其基于他們提供的距離以及旋轉角速度、所述運動桿的截面表面積、寬度和質量參數計算待測液體的密度。
[0050]顯示器106具有連接單片機控制器105的數據接口，并通過該數據接口接收單片機控制器105傳輸給的信息并呈現給用戶。
[0051]使用該測量液體密度的裝置時，需要事先給柱形容器內部充滿待測液體。然后啟動單片機控制器，在單片機控制器的控制下，驅動單元以設定角速度w開始旋轉，當旋轉轉速穩定時，柱形運動桿的位置也固定在半徑R處。由于視覺暫留效應，運動桿上的標記點會形成如圖3所示的一個環狀運動軌跡，形成圓環。此時，單片機控制器控制圖像采集設備進行圖像采集，經過圖像處理得到上述圓環的半徑R，也就是柱形運動桿的旋轉半徑。知道w和R的大小后，單片機控制器可通過公式9計算出待測液體的密度。最后，單片機控制器將計算結果顯示到屏幕上，供用戶查看。
[0052]上述實施例中，是以容納待測液體的容器以及運動桿為柱形、驅動單元的中心軸至容器的左右兩表面的距離相等為例進行說明的，但是本實用新型并不局限于此，例如，驅動單元的中心軸至容器的左右兩表面的距離不相等時，本實用新型依然可以實現精確測量轉動液體的密度。
[0053]上述實施例也可以不包括采集單元104，此時單片機控制器105中的數據獲取單元從用戶輸入的信息中獲取用戶通過其他方式測量的距離，并將其傳輸給運算器。
[0054]上述實施例中也可以不包括顯示器106。這種情況下，單片機控制器105計算出的數據直接傳輸給其他用戶使用。
[0055]由本實用新型上述方案可以看出，本實用新型由于在一定旋轉角速度下，通過單片機控制器獲取運動桿至旋轉軸的距離，基于該距離、角速度、運動桿的截面表面積、寬度和質量參數計算待測液體的密度，因此可以精確定位待測液體的測量位置，從而能夠提高液體密度測量的精確性。
[0056]另外，本實用新型的旋轉角速度可以設定，獲得的運動桿距旋轉軸的距離是動態采集獲得的，因此本實用新型具有自動調節和測量的特點。
[0057]雖然本實用新型已以較佳實施例公開如上，但實施例并不是用來限定本實用新型的。在不脫離本實用新型之精神和范圍內，所做的任何等效變化或潤飾，同樣屬于本實用新型之保護范圍。因此本實用新型的保護范圍應當以本申請的權利要求所界定的內容為標準。
【權利要求】
1.一種測量液體密度的裝置，其特征在于，包括: 容納待測液體的容器； 設置在所述容器中的運動桿； 驅動所述容器運轉的驅動單元，且所述驅動單元的中心軸垂直于所述容器的中心線； 單片機控制器，所述單片機控制器包括:連接于所述驅動單元的信息交互單元；適于獲取所述運動桿至所述中心軸的距離的數據獲取單元；基于所述數據獲取單元提供的距離以及設定的旋轉角速度、所述運動桿的截面表面積、寬度和質量參數來計算所述待測液體的密度的運算器。
2.根據權利要求1所述的測量液體密度的裝置，其特征在于，所述的測量液體密度的裝置還包括: 與所述數據獲取單元相連接且適于采集所述運動桿至所述中心軸的距離的采集單元。
3.根據權利要求1或2所述的測量液體密度的裝置，其特征在于，所述單片機控制器還包括: 與所述運算器相連接，供設置待測液體的旋轉角速度、運動桿的寬度和質量參數的參數設置單元。
4.根據權利要求3所述的測量液體密度的裝置，其特征在于，所述容器為柱形容器，所述運動桿為柱形運動桿。
5.根據權利要求3所述的測量液體密度的裝置，其特征在于，所述驅動單元的中心軸至所述容器的左右兩表面的距離相等。
6.根據權利要求3所述的測量液體密度的裝置，其特征在于，還包括:與所述單片機控制器連接的顯示器。
【文檔編號】G01N9/30GK203534931SQ201320656195
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年10月23日 優先權日:2013年10月23日
【發明者】焦再強, 王啟銀, 白英, 何若太, 施俊國, 楊春花, 李廣, 張博然 申請人:國家電網公司, 山西省電力公司大同供電分公司