一種采用融合技術的濃度檢測系統及其檢測方法與流程
本發明創造屬于溶液濃度檢測設備技術領域，尤其是涉及一種采用融合技術的濃度檢測系統及其檢測方法。
背景技術：
現有技術中測量溶液的濃度一般都用濃度檢測裝置，現有濃度檢測裝置的檢測方式比較單一，檢測精度不夠高，如果生產或者實驗中采用誤差較大的濃度數值，其后果不堪設想。
技術實現要素：
有鑒于此，本發明創造旨在提出一種采用融合技術的濃度檢測系統，以提出一種新型的濃度檢測裝置。需要強調的是，本發明創造中，各個器件和或模塊進行工作處理時所涉及的協議、軟件或程序在現有技術中已經存在，本領域人員已充分知曉。正如上述所述，本發明創造并不涉及軟件的內容，而是提出一種如何將各器件和或模塊有機的集成、整合成一個整體，即提供了一種構造方案。
為達到上述目的，本發明創造的技術方案是這樣實現的：
一種采用融合技術的濃度檢測系統，包括與控制器分別連接的重力式濃度檢測裝置、浮動式濃度檢測裝置和壓差式濃度檢測裝置三種濃度檢測裝置，三種濃度檢測裝置分別檢測檢測槽內的待檢測溶液的濃度值并將檢測到的溶液濃度信息分別傳送給控制器，控制器將三種濃度檢測裝置檢測到的濃度數據進行自適應加權處理；所述檢測槽的數量為三個，重力式濃度檢測裝置、浮動式濃度檢測裝置和壓差式濃度檢測裝置分別與一個檢測槽對應，檢測槽內的溶液相同且來源于同一處。
進一步的，所述重力式濃度檢測裝置包括力敏傳感器及與其配套的第一變送器，第一變送器與控制器連接，力敏傳感器的受力端通過耐腐蝕吊線吊掛有第一浮子，第一浮子能置于檢測槽內部。
進一步的，檢測時，將第一浮子吊掛在檢測槽內，力敏傳感器、第一變送器及部分耐腐蝕吊線位于檢測槽上方。
進一步的，所述浮動式濃度檢測裝置包括第二浮子，第二浮子的一端設置有突出于端面且與端面垂直的浮子桿，浮子桿的側部設置有用于檢測浮子桿位移的位移傳感器，位移傳感器與第二變送器連接，第二變送器與控制器連接，第二浮子和浮子桿能置于檢測槽內部。
進一步的，檢測時，第二浮子和浮子桿豎直設置，將第二浮子放置于檢測槽內，部分浮子桿位于檢測槽內，位移傳感器、第二變送器及部分浮子桿位于檢測槽上方，所述第二浮子為圓柱體，浮子桿為圓柱體，第二浮子與浮子桿的直徑之比越大，浮動式濃度檢測裝置越靈敏。
進一步的，所述壓差式濃度檢測裝置包括固定桿，固定桿上設置有間隔設置的耐腐蝕的第一壓力傳感器和第二壓力傳感器，固定桿的一端設置有與第一壓力傳感器和第二壓力傳感器配套的第三變送器，第一壓力傳感器和第二壓力傳感器分別與第三變送器連接，第三變送器與控制器連接，檢測濃度時，固定桿的另一端豎直置于檢測槽內，第一壓力傳感器和第二壓力傳感器分別位于檢測槽內。
進一步的，檢測時，所述固定桿的下端與檢測槽的底部抵接，第二壓力傳感器靠近待檢測溶液的液面處，第一壓力傳感器靠近檢測槽的底部。
進一步的，所述檢測槽的上方設置有進液管，進液管上設置有閥門，所述進液管為車間設備中待檢測工作液管路的分支管路，所述檢測槽的側壁上部開設有溢流口，檢測時，每個檢測槽內的溢流液面相同且三個檢測槽的溢流液面位于同一個水平面上。
本發明創造還提出了一種采用融合技術的濃度檢測系統的檢測方法，以解決現有技術中的濃度檢測裝置精度不夠高的技術問題，包括如下步驟：
步驟一：將三個檢測槽位于相同的工況內，控制流入的待檢測溶液的流量也相同；
步驟二：分別向檢測槽內注入純水，一直保持溢流口有水流出狀態，利用重力式濃度檢測裝置、浮動式濃度檢測裝置、壓差式濃度檢測裝置放在純水中檢測，此時重力式濃度檢測裝置、浮動式濃度檢測裝置、壓差式濃度檢測裝置檢測到的拉力值F0、浮子桿的位置、壓力差ΔP0為初始值；
步驟三：排空檢測槽，將待檢測溶液同時注入檢測槽內，直到溢流口有溶液流出并一直保持此現狀，重力式濃度檢測裝置、浮動式濃度檢測裝置、壓差式濃度檢測裝置分別同時檢測待檢測溶液，并分別將檢測到的數據發送給控制器；
步驟四：控制器將接收到的三個濃度數據進行自適應加權處理后，得到待檢測溶液的最終濃度數值。
進一步的，所述控制器內建立有知識庫、數據庫和推理機構，所述步驟四中不同的加權系數是通過推理機構從不斷更新的知識庫和數據庫中自動調用的。
相對于現有技術，本發明創造所述的一種采用融合技術的濃度檢測系統具有以下優勢：
(1)本發明創造在同一種工況下分別用三種不同的傳感器檢測方式檢測溶液的濃度，并最終將三種濃度數據進行加權處理，大大的提高了濃度測量的精度；
(2)本發明創造結構簡單，經濟適用，對于不同濃度溶液三種檢測裝置的靈敏度不同，所以濃度的加權系數不同，測量精準度高，有很高的利用價值，具有廣闊的市場前景。
附圖說明
構成本發明創造的一部分的附圖用來提供對本發明創造的進一步理解，本發明創造的示意性實施例及其說明用于解釋本發明創造，并不構成對本發明創造的不當限定。在附圖中：
圖1為本發明創造實施例的結構示意圖；
圖2為本發明創造實施例所述的浮動式濃度檢測裝置的結構示意圖；
圖3為本發明創造實施例所述的壓差式濃度檢測裝置的結構示意圖。
附圖標記說明：
1-重力式濃度檢測裝置；101-力敏傳感器；102-耐腐蝕吊線；103-第一浮子；2-重力浮動式濃度檢測裝置；201-第二浮子；202-浮子桿；203-位移傳感器；3-壓差式濃度檢測裝置；301-第一壓力傳感器；302-第二壓力傳感器；303-固定桿；304-第三變送器；4-檢測槽；401-溢流口；402-排污閥；5-待檢測工作液管路；51-進液管；6-閥門。
具體實施方式
需要說明的是，在不沖突的情況下，本發明創造中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。
在本發明創造的描述中，需要理解的是，術語“中心”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明創造和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明創造的限制。此外，術語“第一”、“第二”等僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特征的數量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。在本發明創造的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上。
在本發明創造的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以通過具體情況理解上述術語在本發明創造中的具體含義。
下面將參考附圖并結合實施例來詳細說明本發明創造。
如圖1至3所示，一種采用融合技術的濃度檢測系統，包括與控制器(圖中未示)分別連接的重力式濃度檢測裝置1、浮動式濃度檢測裝置2和壓差式濃度檢測裝置3三種濃度檢測裝置，三種濃度檢測裝置測量濃度的方法不同，三種濃度檢測裝置分別檢測檢測槽4內的待檢測溶液的濃度值并將檢測到的溶液濃度信息分別傳送給控制器，控制器將三種濃度檢測裝置檢測到的濃度數據進行自適應加權處理。檢測槽4的數量為三個，重力式濃度檢測裝置1、浮動式濃度檢測裝置2和壓差式濃度檢測裝置3分別與一個檢測槽4對應。檢測槽4內的溶液相同且來源于同一處溶液。檢測槽4的上方設置有進液管51，進液管51上設置有閥門6，進液管51為車間設備中待檢測工作液管路5的分支管路。檢測槽4的側壁上部開設有溢流口401。檢測時，為了保證相同的工況，每個檢測槽4內的溢流平面相同且溢流平面位于同一個水平面上。檢測槽4上還設有排污閥402。待檢測溶液在保持溢流的情況下進行檢測，保持工況一致，從而提高檢測精度。
重力式濃度檢測裝置1包括力敏傳感器101及與其配套的第一變送器，第一變送器與控制器連接，力敏傳感器101的受力端通過耐腐蝕吊線102吊掛有第一浮子103，第一浮子103能置于檢測槽4內部。檢測時，將第一浮子103吊掛在溢流口401下方的檢測槽4內，力敏傳感器101、第一變送器及部分耐腐蝕吊線102位于檢測槽4上方。待檢測溶液的濃度不同，溶液的密度就不同，第一浮子103受到的浮力就不同，從而力敏傳感器101受到第一浮子103的拉力就不同。力敏傳感器101檢測到的拉力值與溶液濃度值存在確定的關系。
如圖2所示，浮動式濃度檢測裝置2包括第二浮子201，第二浮子201的一端設置有突出于端面且與端面垂直的浮子桿202，浮子桿202的側部設置有用于檢測浮子桿202位移的位移傳感器203，位移傳感器203與第二變送器連接，第二變送器與控制器連接，第二浮子201和浮子桿202能置于檢測槽4內部。檢測時，第二浮子201和浮子桿202豎直設置，將第二浮子201放置于溢流口401下方的檢測槽4內，部分浮子桿202位于溢流口401下方的檢測槽4內。位移傳感器203、第二變送器及部分浮子桿202位于檢測槽4上方，第二浮子201為圓柱體，浮子桿202為圓柱體，第二浮子201與浮子桿202的直徑之比越大，浮動式濃度檢測裝置2越靈敏。溶液濃度不同，密度就不同，浮子桿202相對于初始位置則會產生位移，位移傳感器203檢測到的位移值與溶液濃度值存在確定關系。
如圖3所示，壓差式濃度檢測裝置3包括固定桿303，固定桿303上設置有間隔設置的耐腐蝕的第一壓力傳感器301和第二壓力傳感器302，固定桿303的一端設置有與第一壓力傳感器301和第二壓力傳感器302配套的第三變送器303。第一壓力傳感器301和第二壓力傳感器302分別與第三變送器303連接，第三變送器303與控制器連接。檢測濃度時，固定桿303的另一端豎直置于檢測槽4內，第一壓力傳感器301和第二壓力傳感器302分別位于溢流口401下方的檢測槽4內。固定桿303的下端與檢測槽4的底部抵接，第二壓力傳感器302靠近溢流口401處，第一壓力傳感器301靠近檢測槽4的底部。第一、第二壓力傳感器(301、302)的壓差值與溶液濃度值存在確定關系。
檢測槽4的數量為三個，每個檢測槽4分別對應重力式濃度檢測裝置1、浮動式濃度檢測裝置2、壓差式濃度檢測裝置3。檢測槽4的上方設置有進液管51，進液管51上設置有閥門6，進液管51為車間設備中待檢測工作液管路5的分支管路。檢測槽4的工況相同，檢測時，打開閥門6，每個進液管51同時給檢測槽4內沖入液體，調節閥門6使得三個進液管51的流速相同，這樣可以提高檢測的精度。
一種利用采用融合技術的濃度檢測系統的檢測方法，包括如下步驟：
步驟一：將三個檢測槽4位于相同的工況內，控制流入的待檢測溶液的流量也相同；
步驟二：分別向檢測槽4內注入純水，一直保持溢流口401有水流出狀態，利用重力式濃度檢測裝置1、浮動式濃度檢測裝置2、壓差式濃度檢測裝置3放在純水中檢測，此時重力式濃度檢測裝置1、浮動式濃度檢測裝置2、壓差式濃度檢測裝置3檢測到的拉力值F0、浮子桿202的位置、壓力差ΔP0為初始值；
步驟三：排空檢測槽4，將待檢測溶液同時注入檢測槽4內，直到溢流口401有溶液流出并一直保持此現狀，重力式濃度檢測裝置1、浮動式濃度檢測裝置2、壓差式濃度檢測裝置3分別同時檢測待檢測溶液，并分別將檢測到的數據發送給控制器；
步驟四：控制器將接收到的三個濃度數據進行自適應加權處理后，得到待檢測溶液的最終濃度數值。控制器內建立有知識庫、數據庫和推理機構，所述步驟四中不同的加權系數是通過推理機構從不斷更新的知識庫和數據庫中自動調用的。
本發明創造的工作原理：
一、重力式濃度檢測裝置1
1)密度檢測原理與檢測流程
以氫氧化鈉(NaOH，堿，火堿，燒堿)溶液為例，重力式濃度檢測裝置1的第一浮子103全部浸沒在待檢測溶液中，如圖1所示。第一浮子103吊掛在力敏傳感器101的受力點上。在溢流的條件下，檢測槽4中的液位恒定，第一浮子103的體積為V，當液體密度變化Δρ時，浮子所受浮力的變化量為：
ΔF＝Δρ·V·g (1)
V和g為常數，g為重力加速度，則液體密度ρ與浮子所受浮力F就成比例關系。
(1)溶液密度ρ0＝1.0000g/cm3
在檢測槽4中注入純水(或自來水)，保持溢流口401有水流出狀態將第一浮子103置于溢流口401液位之下將浮子吊掛在力敏傳感器101受力點上純水對浮子的浮力Fc＝ρc·V·g傳感器受力F0為浮子重力Fz減去純水浮力Fc,F0＝Fz-Fc第一變送器電流輸出信號i0實現力/電流的轉換電流信號經A/D轉換生成數據實現模擬量/數字量轉換數據存放在存儲器D100中完成F0數據存儲,9D100中的數據為4000(十進制),該值可通過手持密度計檢測數值和零點偏置來確定。ρ0＝1.0000g/cm3和{D100}(表示其中的十進制數據)＝4000是密度/傳感器受力關系曲線的第1坐標點。
(2)溶液密度增加Δρ
取一份市售工業用堿,溶于檢測槽4純水中,通過溶液自循環使得溶液濃度均勻溶質增加Δm,密度增加Δρ浮力增加ΔF傳感器受力F1＝F0-ΔF第一變送器電流輸出信號i1電流信號經A/D轉換生成數據存放在D100中完成F1數據存儲用手持密度計讀出此時的密度值ρ1,D100中的數據對應于F1,得到關系曲線的第2個坐標點。
如此操作,就可以建立一條ρ/F曲線。
(3)密度與濃度對照表
建立ρ/F曲線后，可根據現有的密度/質量百分濃度，密度/摩爾濃度，密度/質量-體積濃度對照表得出對應的濃度。
(4)濃度單位換算公式
可根據現有的濃度單位換算公式，在三種濃度之間進行換算，由一種濃度計算出其它兩種濃度。
二、浮動式濃度檢測裝置2
1)密度檢測原理與檢測流程
浮動式密度檢測裝置如圖1和圖2所示。第二浮子201是直徑為d1的圓柱體，第二浮子201的高度為h1，第二浮子201的重力為W，浸于堿液中的第二浮子201和浮子桿202的體積為V。浮子桿202的直徑為d2，其在檢測槽4溶液中的高度為h2。堿液密度為ρ。在檢測槽4溢流的情況下，當堿液密度為ρ+△ρ時，第二浮子201上浮，其浸沒體積為V—△V，然后達到新的平衡。其浮力表達式為
w＝vρg (2)
w＝(v-Δv)(ρ+Δρ)g (3)
由式(2)和式(3)得
根據圖2，△v是由浸沒在檢測槽4中的高度減少△h2所產生的體積，即
△v為
由式(4)～(6)得
由式(7)可知，第二浮子201直徑d1與浮子桿202直徑d2之比越大，檢測靈敏度越高，這與手持玻璃密度計的依據相同。
(1)溶液密度ρ0＝1.0000g/cm3
在檢測槽4中注入純水(或自來水)，保持溢流口401有水流出狀態純水對第二浮子201的浮力Fc＝ρc·V·g平衡狀態：浮力Fc＝W重力位移傳感器203零位，第二變送器輸出電流i0＝4mA經A/D轉換生成數據,存放在D200中，零位L0數據為0000(十進制),該值可通過手持密度計檢測數值和零點偏置來確定。ρ0＝1.0000g/cm3，{D200}(表示其中的十進制數據)＝0000，得到第二變送器位移信號關系曲線的第1坐標點。
(2)溶液密度增加Δρ
取一份市售工業用堿,溶于檢測槽4(或自來水)中,通過溶液自循環使得溶液濃度均勻溶質增加Δm,密度增加Δρ浮力增加ΔF浮子上浮，達到新的平衡點w＝(v-Δv)(ρ+Δρ)g第二變送器電流輸出信號i1電流信號經A/D轉換生成數據存放在D200中，用手持密度計讀出此時的密度值ρ1,D200中的數據對應于L1,得到關系曲線的第2個坐標點。
如此操作,就可以建立一條ρ/L曲線。
有了ρ/L曲線，可根據現有的密度/質量百分濃度，密度/摩爾濃度，密度/質量-體積濃度對照表得出對應的濃度。
可根據現有的濃度單位換算公式，在三種濃度之間進行換算，由一種濃度計算出其它兩種濃度。
三、壓差式濃度檢測裝置3
1)密度檢測原理與檢測流程
壓差式密度檢測裝置結構示意圖如圖1、3所示。使用兩套耐腐蝕的第一壓力傳感器301、第二壓力傳感器302及第三變送器304構成壓差式密度檢測裝置。圖3中，壓力傳感器15與溢流液面的垂直距離(或稱深度或稱距離溢流液面高度)為h1，根據流體靜力學原理，第一壓力傳感器301所在位置的靜壓力P1為：
P1＝ρ·g·h1 (8)
第二壓力傳感器302所在位置的靜壓力P2為：
P2＝ρ·g·h2 (9)
式(8)與式(9)相減，得：
P1-P2＝ρ·g·(h1-h2) (10)
根據流體靜力學原理，檢測槽4中溶液的密度為：
因此，在檢測槽4溢流的條件下，當兩只壓力傳感器的位置確定后，就可以根據壓力差求得溶液的密度。
(1)溶液密度ρ0＝1.0000g/cm3
在檢測槽4中注入純水(或自來水)，保持溢流口401有水流出狀態壓力P1經第三變送器304輸出電流i01，壓力P2經第三變送器304輸出電流i02經A/D轉換生成數據,相減的結果存放在D300中，該數值為純水(或自來水)檢測壓差值ΔP0。該值可通過手持密度計檢測數值和零點偏置來確定。
ρ0＝1.0000g/cm3和{D300}數據，得到密度/壓差信號關系曲線的第1坐標點。
(2)溶液密度增加Δρ
取一份市售工業用堿,溶于檢測槽4純水(或自來水)中,通過溶液自循環使得溶液濃度均勻溶質增加Δm,密度增加Δρ壓力P1經第三變送器304輸出電流i1，壓力P2經第三變送器304輸出電流i2經A/D轉換生成數據,相減的結果存放在D300中，該數值為加一份堿后檢測壓差值ΔP1的數據，用手持密度計檢測密度值ρ1。
ρ1和{D300}數據，得到密度/壓差信號關系曲線的第2坐標點。
如此操作,就可以建立一條ρ/ΔP曲線。
有了ρ/ΔP曲線，可根據現有的密度/質量百分濃度，密度/摩爾濃度，密度/質量-體積濃度對照表得出對應的濃度。
可根據現有的濃度單位換算公式，在三種濃度之間進行換算，由一種濃度計算出其它兩種濃度。
四、數據融合
最后控制器對三種傳感器的數據進行融合，即在控制器內建立知識庫、數據庫和推理機構，在線檢測時，根據不同的濃度對三種傳感器的數據進行自適應加權處理，其不同的加權系數是通過推理機構從不斷更新的知識庫和數據庫中自動調用的。
基于知識庫、數據庫和推理機構的三傳感器自適應加權數據融合模式，屬于智能控制理論范疇，這種模式將三種傳感器各自的優勢整合為全程優勢，在不同的濃度下，三種傳感器檢測的靈敏度不同，測得的數據的精準度就不同，每種檢測數據的加權系數就不同，測量靈敏度高的加權系數的比重大，因此，利用這種方法，在堿濃度從0g/L到400g/L全程范圍內，檢測值的偏差都不大于±0.25％，大大的提高了濃度檢測的精準度。
以上所述僅為本發明創造的較佳實施例而已，并不用以限制本發明創造，凡在本發明創造的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明創造的保護范圍之內。
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