用于测量两相液体中的各相液体的体积的装置及方法与流程

本发明涉及一种用于测量两相液体中的各相液体的体积的装置，以及一种用于测量两相液体中的各相液体的体积的方法。

背景技术：

用于测量两相液体中的各相液体的体积的装置通常为带有刻度的试管、量筒等透明容器。首先把两相液体倒入到带刻度的透明容器的内部，等待原两相液体分为两层，密度大的液体处于下层，而密度小的液体位于上层。然后，使用眼部观测各相液体的液面，通过刻度示数直接读取各相液体的体积。其中，所谓的两相液体是指由两种互不相容的液体(例如油和水)组成的非均匀混合物。

然而，由于操作人员在观测时的视线的水平度对测量结果有着直接影响，时常导致检测结果与实际结果存在误差。另外，当两相液体进入到透明容器内时很容易产生乳化带，导致操作人员无法准确找到两相液体的交界面，从而使得带刻度的透明容器无法准确地测量两相液体中的各相液体的体积。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供一种用于测量两相液体中的各相液体的体积的装置以及一种用于测量两相液体中的各相液体的体积的方法，该装置和方法都能够在产生乳化带时准确地测量两相液体中的各相液体的体积。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于测量两相液体中的各相液体的体积的装置，该装置包括：用于容纳两相液体的连通器，连通器包括沿着竖直方向布置的第一腔和第二腔以及连通第一腔的底部和第二腔的底部的通道；用于检测第一腔内的液体的液面高度的和检测第二腔内的液体的液面高度的检测器。

在一个实施例中，上述装置还包括与检测器相连的处理器，处理器构造成能够通过检测器所检测的液面高度计算得出各相液体的体积。

在一个实施例中，第一腔的横截面面积大于第二腔的横截面面积。

在一个实施例中，通道的横截面面积小于等于第一腔的横截面面积。

在一个实施例中，第一腔的横截面面积为第二腔的横截面面积的1.5-3倍。

在一个实施例中，所述通道为沿着水平方向延伸的通道。

在一个实施例中，两相液体为由油和水组成的非均匀混合物。

在一个实施例中，检测器包括能够沿着第一腔的纵向移动并测量第一腔内的液面高度的第一检测器，以及能够沿着第二腔的纵向移动并测量第二腔内的液面高度的第二检测器。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于测量两相液体中的各相液体的体积的方法，其步骤包括：步骤1，向根据本发明的第一方面的连通器内注入一定量两相液体中的一种液体，待液面稳定后通过装置的检测器测量连通器的第一腔内的液体的液面高度和/或连通器的第二腔内的液体的液面高度；步骤2，向连通器内注入两相液体，待液面稳定后通过装置的检测器再次测量连通器的第一腔内的液体的液面高度和连通器的第二腔内的液体的液面高度；步骤3，基于步骤1和步骤2所检测的各个液面高度，计算两相液体中的各相液体的体积。

进一步地，通过体积算式和来计算密度大的液体的体积V_w和密度小的液体的体积V_o，其中h₁在步骤1中所检测到的第一腔内的液体的液面高度，h′₁和h′₂分别为在步骤2中所检测到的第一腔内的液体的液面高度和在步骤2中所检测到的第二腔内的液体的液面高度，ρ_w为两相液体中的大密度液体的体积，ρ_o为两相液体中的小密度液体的体积，A₁为第一腔的横截面面积。

根据本发明的用于测量两相液体中的各相液体的体积的装置及方法根本不用测量两相液体相交界面的高度，因此即便是两者之间产生了乳化带，也能够准确地测量两相液体中的各相液体的体积。

根据本发明的用于测量两相液体中的各相液体的体积的装置的结构简单，成本低廉，检测快速，使用安全可靠，便于实施推广应用。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1显示了根据本发明的实施例的用于测量两相液体中的各相液体的体积的装置；

图2显示了根据本发明的实施例的用于测量两相液体中的各相液体的体积的装置的连通器，并且该连通器容纳了一定量两相液体中的一种液体；以及

图3显示了根据本发明的实施例的用于测量两相液体中的各相液体的体积的装置，并且该连通器容纳了两相液体。

在附图中相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

图1为根据用于测量两相液体中的各相液体的体积的装置10。在图1中，V方向定义为竖直方向，简称竖向或竖向V。该装置10包括用于容纳两相液体的连通器2。该连通器2具体包括沿着竖直方向布置的第一腔21和第二腔22，以及用于连通第一腔21的底部和第二腔22的底部的通道23。其中各腔和通道23的横截面形状均可为圆形或多边形。连通器2可由透明材料、尤其是玻璃制成。其中，所述的两相液体可选为由油和水组成的非均匀混合物。

同时，根据用于测量两相液体中的各相液体的体积的装置10还包括用于检测第一腔21内的液体的液面高度的和检测第二腔22内的液体的液面高度的检测器3。检测器3可选为一个或两个机械式液位仪或两个光电液位传感器，甚至可选为刻度尺。检测器3优选两个光电液位传感器，以便独立、精准地测量各腔内的液体的液面高度。

为了提高检测速度的同时降低检测难度，检测器3包括能够沿着第一腔21的纵向(与竖向V相同)移动并用于测量第一腔21内的液面高度的第一检测器31，以及能够沿着第二腔22的纵向(与竖向V相同)移动并用于测量第二腔22内的液面高度的第二检测器32。其中第一检测器31和第二检测器32的移动例如可通过丝杆机构6和电动机来实现，以便各检测器能够准确的检测。其中，第一检测器31和第二检测器32均可选为红外线液位传感器，以便提高检测精度和检测结果。

在该实施例中，在检测到液面高度和液面高度后，可通过人工计算得出两相液体中的各相液体的体积。在另一个实施例中，装置10还包括与检测器3相连的处理器(未示出)。处理器可选为PLC或计算机。处理器能够通过检测器3所检测的液面高度来计算得出两相液体中的各相液体的体积。具体的计算原理在下 文中详细说明。

在该实施例中，第一腔21的横截面面积大于第二腔22的横截面面积。在一个优选的实施例中，第一腔21的横截面面积为第二腔22的横截面面积1.5-3倍。通过这种方式，能够有效缩减两腔内的液面之间的高度差，由此可缩减检测器的检测范围。

在一个优选的实施例中，丝杠机构用于提升或降低第一检测器31或第二检测器32的高度，若第一腔21的横截面面积大于第二腔22的横截面面积，可使第一腔21和第二腔22内的液面高度得以缩减，使得各检测器的最大位移可以缩短，由此便于降低丝杠机构的成本。

在该实施例中，通道23的横截面面积小于等于第一腔21的横截面面积。然而，由于通道23的横截面面积过大很可能影响测量结果，因此把通道23的横截面面积设置成小于等于第一腔21的横截面面积时，能够有效保证测量结果的准确性。

在该实施例中，通道23选为沿着水平方向延伸的通道。通过这种方式，一方面可以方便制造，另一方面可以避免因通道23弯曲而给测量结果带来不利影响。

下面通过实验证本发明实施例的用于测量两相液体中的各相液体的体积的装置10的效果。

首先，介绍本发明实施例的用于测量两相液体中的各相液体的体积的装置10的基本参数。其中，该装置10的连通器2的第一腔21的高度为500mm，横截面面积A₁为1.2cm³；而连通器2的第二腔22的高度为500mm，横截面面积为0.6cm³；连通器2的通道的长度为0.5㎝，横截面面积为0.1cm³。

其次，该装置10所要检测的对象为由油和水组成的非均匀混合物，并测量非均匀混合物中各相液体的体积，其中，油密度p_w＝0.85g/ml，水密度p_o＝1g/ml。

最后，使用本发明实施例的用于测量两相液体中的各相液体的体积的装置10对上述非均匀混合物进行试验，具体步骤：

步骤1：向装置10的连通器2内注入7.5ml水，待液面平衡后通过装置10的第一检测器31测量到连通器2的第一腔21内的液体的液面高度h₁为40mm，通过装置10的第二检测器32测量到连通器2的第二腔22内的液体的液面高度h₂为40mm，详见图2；

步骤2：向连通器2内注入两相液体(由油和水组成的非均匀混合物)，待液面稳定后通过装置10的第一检测器31测量到连通器2的第一腔21内的液体的液面高度h′₁为300mm，通过装置10的第二检测器32测量到连通器2的第二腔22内的液体的液面高度h′₂为290mm，详见图3；

步骤3：基于步骤1和步骤2所检测的液面高度，计算两相液体中的各相液体的体积。具体地讲，在步骤3中，通过体积算式和来计算密度大的液体的体积V_w和密度小的液体的体积V_o。最终结果是：V_o＝6ml，V_w＝228ml。

综上可知，本发明的用于测量两相液体中的各相液体的体积的装置及方法根本不用测量两相液体相交界面的高度，因此即便是两者之间产生了乳化带，也能够准确地测量两相液体中的各相液体的体积。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。