[发明专利]通用型超声波液体浓度检测方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及液体浓度的在线检测技术领域，尤其涉及一种通用型超声波液体浓度检测方法及装置。

背景技术

在化工、医药、粮油、煤矿综采等生产部门中,存在大量呈溶液状态的原料、中间产物及最后产品。许多化工生产还是采用间隙取样、化学滴定的方法作浓度分析,这种方法需要人工取样和目测读数，因此需用很长时间才能得出结果，而且检测出的液体浓度精度低。超声波无污染、无噪声,对环境不会造成任何不良影响，在不同浓度的液体中传播的声速不同，因此可以利用超声波实现对液体浓度的在线检测。但是一个关键因素是温度对声速有较大的影响,其将直接影响液体浓度的测量精度。为了克服温度对测量精度的影响，目前多采用对不同温度下的数据进行直接对比的方法来降低测量误差，然而，这种方法不仅数据存贮量大，计算过程复杂,而且不能建立声速与温度的对应关系,对外界干扰常常误测而不能进行排除。

发明内容

本发明的目的在于通过一种通用型超声波液体浓度检测方法及装置，来解决以上背景技术部分提到的问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种通用型超声波液体浓度检测方法，其包括如下步骤：

A、在不同的温度点针对不同溶剂及溶质进行声时采样，并对采样结果进行分析，获得声时与温度及溶液浓度的对应关系，其中，所述声时是指超声波在固定声程上的传播时间；

B、获取被测溶液的实时温度值及在该溶液中超声波在固定声程上的传播时间，并根据步骤A中所述声时与温度及溶液浓度的对应关系，计算出被测溶液的浓度值。

特别地，所述步骤A还包括：

在实验室环境中对大气中声速和纯水中声速分别进行测量，并根据测量结果对系统误差和声程误差进行校正。

本发明还公开了一种应用上述液体浓度检测方法的通用型超声波液体浓度检测装置，包括：单片机、输出光电隔离电路、信号输出端、场效应管驱动电路、直流升压电路、高压脉冲电路、超声波换能器、温度传感器、限幅电路、阻抗匹配电路、放大滤波电路、过零检测电路、逻辑门电路、信号输入端、输入光电隔离电路及液晶显示屏；

所述单片机与输出光电隔离电路、输入光电隔离电路、液晶显示屏连接，用于向输出光电隔离电路发送触发脉冲信号，以及根据输入光电隔离电路隔离后的方波信号计算声时，并根据该声时和温度传感器输出的温度信号，计算被测溶液的浓度值，输出给液晶显示屏显示；

所述输出光电隔离电路与单片机连接，用于对单片机输出的触发脉冲信号进行隔离处理，并通过信号输出端输出给场效应管驱动电路；

所述场效应管驱动电路与信号输出端连接，用于接收输出光电隔离电路输出的信号，产生驱动信号，输出给直流升压电路；

所述高压脉冲电路与直流升压电路、超声波换能器连接，用于根据所述驱动信号产生高压脉冲，输出给超速波换能器；

所述超声波换能器为收发一体式超声波探头，其在所述高压脉冲驱动下发射超声波，并将接收的超声波回波信号输出给限幅电路；

所述温度传感器与信号输入端连接，用于实时检测液体的温度，并通过信号输入端将温度信号输出给单片机；

所述限幅电路、阻抗匹配电路、放大滤波电路、过零检测电路、逻辑门电路、信号输入端及输入光电隔离电路顺序串联连接，经双向限幅电路处理后的信号，输出到阻抗匹配电路和放大滤波电路进行放大滤波，再到过零检测电路进行零点检测和比较后输出方波信号，该方波信号经输入光电隔离电路隔离后输出给单片机。

特别地，所述通用型超声波液体浓度检测装置还包括阻尼电路，所述阻尼电路与超声波换能器连接。

特别地，所述通用型超声波液体浓度检测装置还包括按键组，所述按键组与单片机连接，用于控制单片机进行参数设置和状态查询。

特别地，所述按键组包括第一按键、第二按键、第三按键及第四按键；在某一确定温度点，同时按下第一按键和第四按键，该浓度检测装置将对空气中超声波声时进行测量，同时按下第二按键和第四按键，该浓度检测装置将对纯水中超声波声时进行测量，并根据测量结果对系统误差和声程误差进行校正；在某一确定温度点，同时按下第一按键和第二按键，该浓度检测装置将对溶剂中超声波声时进行测量，同时按下第一按键和第三按键，该浓度检测装置将对溶质或某一确定浓度的溶液中超声波声时进行测量，并根据测量结果确定声时与液体浓度之间的对应关系。