專利名稱：熱敏式數(shù)字物位傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種物位傳感器，具體來(lái)講，是一種利用熱敏性元件測(cè)量物料位的熱敏式數(shù) 字物位傳感器。
技術(shù)背景現(xiàn)有物料位檢測(cè)技術(shù)和產(chǎn)品有"超聲波傳感器"。如CN2148949的"自適應(yīng)超聲波液位 儀"發(fā)明專利，該產(chǎn)品是超聲波發(fā)射和接收裝置。在測(cè)量物位時(shí)，將儀器安裝在遠(yuǎn)離物料面 的上方，向物料面發(fā)射和接收超聲波，再測(cè)量超聲波的反射波長(zhǎng)和周期，測(cè)出物料面距儀器 的距離，從而測(cè)定物料位。該產(chǎn)品主要用于寬闊場(chǎng)面的物料位探測(cè)，適用范圍較窄。"壓力式傳感器"。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體表面擴(kuò)散工藝在傳感器平衡電橋的制 作中，得到了廣泛應(yīng)用。擴(kuò)散硅壓力傳感器是利用物料重力的壓強(qiáng)原理，在物料倉(cāng)下檢測(cè)壓 強(qiáng)或重量來(lái)?yè)Q算料倉(cāng)料位。"電容式物位傳感器"。該傳感器結(jié)構(gòu)是依靠電容原理而制作的。電容是由兩極板和介質(zhì) 構(gòu)成的，改變介質(zhì)將改變電容量。物料作為電容的介質(zhì)，物料淹沒(méi)傳感器越多，介質(zhì)填充也 越多，電容量越大。通過(guò)檢測(cè)電容量的大小，來(lái)檢測(cè)物料位。該產(chǎn)品主要由西德、日本和加 拿大生產(chǎn)，目前國(guó)內(nèi)也有廠家生產(chǎn)。"重錘式料位計(jì)"。其結(jié)構(gòu)原理是電機(jī)通過(guò)繩輪提放重錘。初始時(shí)重錘靜止在料位量程上 限位。開(kāi)始探測(cè)時(shí)，電閘釋放，重錘下降，電機(jī)被動(dòng)地由重錘反拖旋轉(zhuǎn)。探測(cè)過(guò)程中重錘勻 速下降，電機(jī)軸端的速度傳感器實(shí)時(shí)地將信號(hào)反饋到主控板上的速度比較電路。速度的快或 慢,主控板均能發(fā)出信號(hào)給三相交流模塊。三相交流模塊通過(guò)控制其導(dǎo)通角來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)矩 (電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向與重錘下降時(shí)繩輪旋轉(zhuǎn)方向相反)，以平衡重錘下降時(shí)對(duì)繩輪產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。當(dāng) 重錘下降速度較快時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)矩增加，平衡重錘下降時(shí)對(duì)繩輪產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，使重錘下降速度 減小，反之亦然。當(dāng)重錘觸料時(shí)，重錘對(duì)繩輪的轉(zhuǎn)矩突然下降，瞬時(shí)速度降至為零。速度傳 感器將信號(hào)反饋至主控板，主控板通過(guò)三相交流模塊控制電機(jī)使其轉(zhuǎn)矩達(dá)到最大，全速提升 重錘，同時(shí)將料位信號(hào)保持下來(lái)。提升至料位量程上限位時(shí)，電閘吸合，電機(jī)斷電。此時(shí)一 個(gè)探測(cè)過(guò)程結(jié)束。待延時(shí)至一定時(shí)間后，又開(kāi)始下一次探測(cè)。與電機(jī)軸相連的角位移變送器 角開(kāi)起度與料位量程呈對(duì)應(yīng)關(guān)系，因此在探測(cè)過(guò)程中角位移所發(fā)出的信號(hào)即為錘位信號(hào)。其 特點(diǎn)是測(cè)量比較準(zhǔn)確，但其結(jié)構(gòu)和控制較復(fù)雜，難于維護(hù)。"雷達(dá)式物位計(jì)"。雷達(dá)式物位計(jì)是近幾年來(lái)在水泥廠使用較為廣泛的物位測(cè)量?jī)x，它適 用于與測(cè)量介質(zhì)非接觸連續(xù)測(cè)量物料的位置。其測(cè)量原理是雷達(dá)天線通過(guò)很短的脈沖波束的形式發(fā)射6. 3GHz或26GHz的雷達(dá)信號(hào)，雷達(dá)脈沖接觸到介質(zhì)后被反射回來(lái)，雷達(dá)脈沖的運(yùn)行 時(shí)間與探頭到介質(zhì)表面的距離成正比D=CT/2式中D—--雷達(dá)探頭到介質(zhì)表面的距離 C一一光速T-----脈沖波運(yùn)行的時(shí)間這種測(cè)量方式的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量精度高，受環(huán)境和介質(zhì)影響小，不存在機(jī)械磨損和介質(zhì)腐蝕， 使用壽命長(zhǎng)。其缺點(diǎn)是價(jià)格昂貴，有輻射污染，同時(shí)安裝的技術(shù)性要求高。上述類似檢測(cè)物料的傳感器很多，但是由于受使用條件等多方面的限制，或者是價(jià)格較 為昂貴，使其使用范圍受到了限制。如"超聲波傳感器"只能在寬敞無(wú)粉塵的條件下使用(因 為粉塵也產(chǎn)生反射波)，"壓力式物料傳感器"只能在具備稱重的條件下才能使用，而且它們 的共同的特點(diǎn)是模擬量檢測(cè)方式易受溫度、大氣壓強(qiáng)、電磁波等環(huán)境條件的影響，使其傳感 器的穩(wěn)定性、可靠性、抗干擾性能無(wú)法適應(yīng)使用條件的要求，應(yīng)用范圍受到了很大的局限性。 物位的測(cè)量對(duì)于促進(jìn)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化有著非常重要的意義。物位測(cè)量的目的在于正確 地測(cè)量容器或設(shè)備中儲(chǔ)藏物質(zhì)的容量或質(zhì)量。它不僅是物質(zhì)消耗量或產(chǎn)量計(jì)數(shù)的參數(shù)，也是 保證連續(xù)生產(chǎn)和設(shè)備安全的重要參數(shù)。特別是現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中生產(chǎn)規(guī)模大、反應(yīng)速度 快，常會(huì)遇到高溫高壓易燃易爆強(qiáng)腐蝕性或黏性大等多種情況，對(duì)物位的自動(dòng)檢測(cè)和控制更 是至關(guān)重要。隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，物料位監(jiān)測(cè)控制已是現(xiàn)代化建建設(shè)中的重要組成部 分，建材、化工、礦山、冶金、水利、電力等多方面的工業(yè)自動(dòng)化建設(shè)中都急待需要解決準(zhǔn) 確、可靠的物料位自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)。如煤礦的井下煤倉(cāng)，水泥廠的生熟料庫(kù)，發(fā)電廠的入爐 煤倉(cāng)等料位檢測(cè)問(wèn)題，都直接影響著這些行業(yè)的自動(dòng)化進(jìn)程。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適應(yīng)性強(qiáng)，造價(jià)低廉的熱敏式數(shù)字物位傳感器，以 解決現(xiàn)有物位傳感器受待測(cè)物料導(dǎo)電性的影響，使感應(yīng)電極產(chǎn)生電腐蝕的問(wèn)題。以使其在石 子、沙土、煤炭等粉碎性物料位檢測(cè)中，能夠適應(yīng)并滿足多種使用條件，從而使傳感器的穩(wěn) 定性和使用壽命大大提高。本發(fā)明基于上述問(wèn)題和目的，針對(duì)現(xiàn)有物位傳感器測(cè)量物位時(shí)存在的問(wèn)題，該傳感器利 用不同物質(zhì)在同一環(huán)境溫度下其本身溫度不一樣的特性來(lái)區(qū)分不同物質(zhì)之間的界位，從而可 以測(cè)量出相應(yīng)物料的位置，為了達(dá)到物位的實(shí)時(shí)測(cè)量，首先選用對(duì)溫度響應(yīng)速度快的熱敏電 阻或溫度集成電路作為測(cè)量的敏感元件，在信號(hào)的處理方面采微處理機(jī)來(lái)完成物位的判別和 數(shù)據(jù)采集。用這種原理制成的傳感器可以準(zhǔn)確的測(cè)量出多種不同介質(zhì)的精確位置，適用于不同領(lǐng)域的物位測(cè)量。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明一種熱敏式數(shù)字物位傳感器的技術(shù)方案是在長(zhǎng)形絕緣體上縱向設(shè)置有至少兩 個(gè)以上的熱敏元件，并由導(dǎo)線連接有熱敏感應(yīng)電路、微處理器及電源。本發(fā)明熱敏式數(shù)字物位傳感器所述的長(zhǎng)形絕緣體的構(gòu)造是長(zhǎng)方體型、圓柱型或是其它可 設(shè)置熱敏元件和熱敏感應(yīng)電路連接微處理器及電源，并由環(huán)氧樹(shù)脂澆注成一起的長(zhǎng)形絕緣體 的熱敏式數(shù)字物位傳感器；所述的熱敏元件是導(dǎo)熱片面粘接有熱敏元器件構(gòu)成，并由溫度差 異來(lái)感應(yīng)物位變化；所述的導(dǎo)熱片是金屬銅片、不銹鋼片或是鋁合金片；所述的熱敏元器件 是熱敏電阻、熱敏二極管或是熱敏集成電路；所述的在長(zhǎng)形絕緣體上縱向設(shè)置有至少兩個(gè)以 上的熱敏元件是構(gòu)造和形狀相同并垂直等距設(shè)置于一長(zhǎng)形絕緣體的外表面上，其間距是由測(cè) 量的分辨率而定，其長(zhǎng)度是所測(cè)物位的高度；所述的測(cè)量電路是由熱敏感應(yīng)電路、比較判別 電路、數(shù)據(jù)檢測(cè)統(tǒng)計(jì)電路、信號(hào)變送輸出電路組成的電路板。本發(fā)明一種用于熱敏式數(shù)字物位傳感器的測(cè)量方法，該方法是將熱敏式數(shù)字物位傳感器 固定設(shè)置在物料倉(cāng)中，傳感器上的每個(gè)熱敏元件都有一個(gè)相應(yīng)的熱敏感應(yīng)電路，被物料掩埋 的熱敏元件其溫度相對(duì)于環(huán)境溫度發(fā)生變化，捕捉到該溫度的變化時(shí)，熱敏感應(yīng)電路的狀態(tài) 由"0"翻轉(zhuǎn)成"1"，未被掩埋的熱敏元件其溫度相對(duì)于環(huán)境溫度不發(fā)生變化，相應(yīng)的熱敏感 應(yīng)電路的輸出狀態(tài)仍為"0"，通過(guò)微處理器掃描電路統(tǒng)計(jì)所有熱敏感應(yīng)電路的狀態(tài)"1"的個(gè) 數(shù)，即得準(zhǔn)確的數(shù)字物位值。本發(fā)明熱敏式數(shù)字物位傳感器與現(xiàn)有物位傳感器相比，物料掩埋前后熱敏元件的溫度發(fā) 生變化，熱敏感應(yīng)電路的狀態(tài)就發(fā)生變化，將這些狀態(tài)變化統(tǒng)計(jì)起來(lái)即得物位的數(shù)字值。這 種測(cè)量裝置具有在結(jié)構(gòu)上緊湊合理，使用上方便快捷準(zhǔn)確。解決了一般物位傳感器檢測(cè)時(shí)受 物料導(dǎo)電性的影響以及由此而產(chǎn)生的電腐蝕現(xiàn)象，不受電磁干擾的影響，抗干擾能力大大增 強(qiáng)，提高了物位測(cè)量的穩(wěn)定性和可靠性。本發(fā)明熱敏式數(shù)字物位傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)固體、液體以及石子、沙土、煤炭等粉碎性物 料進(jìn)行直接數(shù)字化的準(zhǔn)確無(wú)誤的測(cè)量，能夠適應(yīng)和滿足多種使用條件，擴(kuò)大了使用范圍，降 低了造價(jià)成本，解決了安裝、使用、維護(hù)不便的問(wèn)題，應(yīng)用范圍十分廣泛。


圖l是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意2是本發(fā)明的電氣原理框3是本發(fā)明的熱敏電阻式感應(yīng)電路原理示意4是本發(fā)明的集成溫度感應(yīng)式數(shù)字物位傳感器電氣連接示意中1:熱敏元件 2:長(zhǎng)形絕緣體 3:熱敏感應(yīng)電路 4:比較判別電路 5:數(shù)據(jù)檢索統(tǒng)計(jì)電路 6:信號(hào)變送輸出電路 7:微處理器具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作出進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，使本專業(yè)的技術(shù)人員能 夠按照本具體實(shí)施方式
作出本發(fā)明所述的熱敏式數(shù)字物位傳感器，而且也能夠用本發(fā)明的熱敏式數(shù)字物位傳感器測(cè)量物位并數(shù)字顯示。本發(fā)明在具體實(shí)施方式
中所述的長(zhǎng)形絕緣體2的構(gòu)造可以是長(zhǎng)方體型、也可以是圓柱型 或者是其它可設(shè)置熱敏元件1和熱敏感應(yīng)電路3的、并由環(huán)氧樹(shù)脂澆注成一起的長(zhǎng)形絕緣體 2，再連接微處理器7及電源的長(zhǎng)形體。本發(fā)明在具體實(shí)施方式
中所述的長(zhǎng)形絕熱體2上縱向設(shè)置有至少兩個(gè)以上的熱敏元件1 是構(gòu)造和形狀相同并垂直等距設(shè)置在一長(zhǎng)形絕緣體2的外表面上，其間距是由測(cè)量的分辨率 而定，間距可設(shè)置成0. 5mm以上的間距；其高度是根據(jù)所測(cè)物位的高度而設(shè)置的，也可根據(jù) 儲(chǔ)料倉(cāng)的實(shí)際物料變幅大小設(shè)置其高度。本發(fā)明在具體實(shí)施方式
中所述的長(zhǎng)形絕緣體2上縱向設(shè)置的熱敏元件1是導(dǎo)熱片后面焊 接或者是用導(dǎo)熱硅膠粘接有熱敏元器件1構(gòu)成，并由溫度差異來(lái)感應(yīng)物位變化；所述的導(dǎo)熱 片是金屬銅片、不銹鋼片或是鋁合金片；所述的熱敏元器件是熱敏電阻、熱敏二極管或者是 熱敏集成電路；所述的熱敏集成電路包括LM35系列溫度集成塊、DS18B20等。本發(fā)明在具體實(shí)施方式
中所述的測(cè)量電路是由熱敏感應(yīng)電路3、比較判別電路4、數(shù)據(jù)檢 測(cè)統(tǒng)計(jì)電路5和信號(hào)變送輸出電路6組成的電路板。下面本發(fā)明以長(zhǎng)形體型構(gòu)造為例，結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作出進(jìn)一步詳細(xì)具 體說(shuō)明-如圖l，使用PVC絕熱材料做成長(zhǎng)形體的"U"字型傳感器外形，長(zhǎng)形體的"U"型傳感器 的底面上開(kāi)一矩形10x5mm的小槽，將相應(yīng)大小的熱感應(yīng)金屬片鑲嵌并粘接于其中，各小槽相 互平行，按lcm的間隔垂直、等距、平行布置，其長(zhǎng)度根據(jù)其所測(cè)物料深度設(shè)定，其長(zhǎng)度是指 熱敏式數(shù)字物位傳感器的長(zhǎng)度，每個(gè)熱感應(yīng)金屬片的背面都采用導(dǎo)熱硅膠粘接或者焊接一個(gè) 熱敏元器件構(gòu)成熱敏元件l，每個(gè)熱敏元件1都連接有相應(yīng)的熱感應(yīng)電路3。在每個(gè)傳感器的頂 部裝有信號(hào)采集與變送電路。負(fù)責(zé)將采集到的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并變送輸出。最終送與二次 儀表或者是計(jì)算機(jī)進(jìn)行顯示或處理。熱敏電阻式溫度感應(yīng)電路原理如圖3所示，集成溫度式數(shù) 字物位傳感器的電氣連接圖如圖4所示。這些電路固定在PVC管中，最后用環(huán)氧樹(shù)脂澆注成型， 使傳感器有一定的抗沖擊能力。使用時(shí)，選擇物料倉(cāng)中測(cè)量的位置，將長(zhǎng)形體"U"型傳感器垂直置入空倉(cāng)中，物料倉(cāng)中無(wú)物料時(shí)，傳感器上各個(gè)熱敏金屬片感應(yīng)到的溫度是相同的，n個(gè)熱敏感應(yīng)檢測(cè)電路輸出的狀態(tài)為"0"，物料倉(cāng)中裝料后，被物料掩埋的數(shù)個(gè)熱敏元件與頂端的熱敏元件O感受到的溫度會(huì) 產(chǎn)生差別，捕捉到溫度變化的數(shù)個(gè)熱敏元件其相應(yīng)的感應(yīng)電路狀態(tài)由"0"翻轉(zhuǎn)成"1"，未被掩埋的熱敏金屬片其溫度與頂端的熱敏金屬片相同，沒(méi)有發(fā)生變化，相應(yīng)的熱敏感應(yīng)電路3 的狀態(tài)仍為"0"，通過(guò)微處理器7掃描電路，統(tǒng)計(jì)所有熱敏感應(yīng)電路3狀態(tài)"1"的個(gè)數(shù)，最后 得到準(zhǔn)確的數(shù)字物位值。其中在傳感器頂端安裝的熱敏元件O是整的傳感器的測(cè)量基準(zhǔn)，在測(cè) 量中該熱敏元件是不允許被物料掩埋的，而其它用于測(cè)量物位的熱敏元件要不停的與該基準(zhǔn) 熱敏元件O進(jìn)行比較，看是否有一定的變化，如有變化則說(shuō)明有物料掩埋該熱敏感應(yīng)金屬片， 否則就說(shuō)明物料沒(méi)有到達(dá)該位置，從而可以測(cè)量出物料的準(zhǔn)確位置。本發(fā)明傳感器的分辨率 設(shè)置為lcm。
權(quán)利要求
1. 一種熱敏式數(shù)字物位傳感器，其特征是在長(zhǎng)形絕緣體(2)上縱向設(shè)置有至少兩個(gè)以上的熱敏元件(1)，并由導(dǎo)線連接有熱敏感應(yīng)電路(3)、微處理器(7)及電源。
2. 如權(quán)利要求l所述的熱敏式數(shù)字物位傳感器，其特征在于長(zhǎng)形絕緣體(2)的構(gòu)造是長(zhǎng)方 體型、圓柱型或是其它可設(shè)置熱敏元件(1)和熱敏感應(yīng)電路(3)連接微處理器(7)及電源，并由 環(huán)氧樹(shù)脂澆注成一起的長(zhǎng)形絕緣體(2)的熱敏式數(shù)字物位傳感器。
3. 如權(quán)利要求l所述的熱敏式數(shù)字物位傳感器，其特征在于熱敏元件(l)是導(dǎo)熱片粘接有 熱敏元器件構(gòu)成，由溫度差異來(lái)感應(yīng)物位變化。
4. 如權(quán)利要求3所述的熱敏式數(shù)字物位傳感器，其特征在于導(dǎo)熱片是金屬銅片、不銹鋼片 或是鋁合金片。
5. 如權(quán)利要求3所述的熱敏式數(shù)字物位傳感器，其特征在于熱敏元器件是熱敏電阻、熱敏 二極管或是熱敏集成電路。
6. 如權(quán)利要求1所述的熱敏式數(shù)字物位傳感器，其特征是在長(zhǎng)形絕緣體(2)上縱向設(shè)置有 至少兩個(gè)以上的熱敏元件(1)是構(gòu)造和形狀相同并垂直等距設(shè)置于一長(zhǎng)形絕緣體(2)的外表面 上，其間距是由測(cè)量的分辨率而定，其長(zhǎng)度是所測(cè)物位的高度。
7. 如權(quán)利要求l所述的熱敏式數(shù)字物位傳感器，其特征在于測(cè)量電路是由熱敏感應(yīng)電路 (3)、比較判別電路(4)、數(shù)據(jù)檢測(cè)統(tǒng)計(jì)電路(5)、信號(hào)變送輸出電路(6)組成的電路板。
8. —種用于權(quán)利要求1所述的熱敏式數(shù)字物位傳感器的測(cè)量方法，該方法是將熱敏式數(shù) 字物位傳感器固定設(shè)置在物料倉(cāng)中，傳感器上的每個(gè)熱敏元件(l)都有一個(gè)相應(yīng)的熱敏感應(yīng)電 路(3)，被物料掩埋的熱敏元件(l)其溫度相對(duì)于環(huán)境溫度發(fā)生變化，捕捉到該溫度的變化時(shí)， 熱敏感應(yīng)電路(3)的狀態(tài)由"0"翻轉(zhuǎn)成"1"，未被掩埋的熱敏元件(l)其溫度相對(duì)于環(huán)境溫度 不發(fā)生變化，相應(yīng)的熱敏感應(yīng)電路(3)的輸出狀態(tài)仍為"0"，通過(guò)微處理器(7)掃描電路，統(tǒng) 計(jì)所有熱敏感應(yīng)電路(3)狀態(tài)"1"的個(gè)數(shù)，即得準(zhǔn)確的數(shù)字物位值。
全文摘要
一種熱敏式數(shù)字物位傳感器，該傳感器是在長(zhǎng)形絕緣體上縱向設(shè)置有至少兩個(gè)以上的熱敏元件，并由兩根導(dǎo)線分別連接熱敏感應(yīng)電路、微處理器及電源。測(cè)量方法是將其固定在物料倉(cāng)中，傳感器上的熱敏元件連接相應(yīng)的熱敏感應(yīng)電路，被物料掩埋的熱敏元件其溫度相對(duì)于未被物料掩埋的溫度發(fā)生變化，熱敏感應(yīng)電路狀態(tài)由“0”翻轉(zhuǎn)成“1”，未掩埋的熱敏元件溫度相對(duì)于環(huán)境溫度不發(fā)生變化，相應(yīng)的熱敏感應(yīng)電路的輸出狀態(tài)仍為“0”，通過(guò)微處理器掃描電路統(tǒng)計(jì)熱敏感應(yīng)電路狀態(tài)“1”的個(gè)數(shù)，即得準(zhǔn)確的數(shù)字物位值。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)固體、液體以及石子、沙土、煤炭等粉碎性物料進(jìn)行直接數(shù)字化的準(zhǔn)確無(wú)誤的測(cè)量，應(yīng)用范圍十分廣泛。
文檔編號(hào)G01F23/22GK101271011SQ20081005495
公開(kāi)日2008年9月24日 申請(qǐng)日期2008年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月10日
發(fā)明者青 呂, 周義仁 申請(qǐng)人:太原理工大學(xué)