一種基于超聲波衰減原理的液位檢測和流量監(jiān)測裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型專利公開了一種基于超聲波衰減原理的液位檢測和流量監(jiān)測裝置，包括檢測裝置、機(jī)架、控制系統(tǒng)和容器等。適用于密閉容器的非接觸式液位檢測和流量監(jiān)測。本實(shí)用新型專利的技術(shù)效果在于利用超聲波穿過不同物質(zhì)存在不同衰減率的特性，對不同位置的衰減率進(jìn)行比對的方法找出密閉容器內(nèi)的氣液分界面位置從而確定液面與密閉容器的相對高度，實(shí)現(xiàn)液面檢測的效果。根據(jù)液面高度變化的速度和已知容器的橫截面積可以計算出密閉容器內(nèi)的液體體積變化，即實(shí)現(xiàn)流量監(jiān)測。在檢測過程中，檢測裝置無需與容器和被測液體接觸，故可以兼容更多尺寸的容器，對被測液體也無任何污染。
【專利說明】一種基于超聲波衰減原理的液位檢測和流量監(jiān)測裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種基于超聲波衰減原理的液位檢測和流量監(jiān)測裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，液位檢測的方法主要有機(jī)械式浮筒方法、超聲波界面反射方法、電容法、電阻法和光電檢測方法等。
[0003]機(jī)械式浮筒方法是利用空心浮筒在水中的浮力來計算液位的高度。電容法或電阻法是通過電極與被測液體導(dǎo)通，測量被測液體的電性能參數(shù)。以上的方法由于需要與液體接觸，容易造成液體污染。
[0004]超聲波界面反射方法一般設(shè)置在容器開口上方，超聲波收發(fā)器與容器底部的距離為已知參數(shù)。超聲波向容器底部傳輸，當(dāng)遇到氣液界面時發(fā)生發(fā)射與透射(或折射)，超聲波收發(fā)器接收反射波計算超聲波收發(fā)器與氣液界面的距離，從而得出液位高度。目前也有將超聲波收發(fā)器放置在其他位置的超聲波界面反射方法，其原理仍然一樣。此種方式目前被廣泛用于與大型容器，不適用于比較小型化的密閉容器液位檢測。
[0005]光電檢測方法是在透明容器的兩側(cè)設(shè)置紅外發(fā)射器和接收器，利用紅外信號在穿過液體和穿過氣體的折射率差異檢測液面位置。此種方法是最接近于本實(shí)用新型的一種應(yīng)用方式，但光電檢測方法對容器和液體的透明度有較高的要求，因此對容器也被測液體的兼容性較差。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0006]為了克服目前小型密閉容器的液位檢測不便的技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供一種應(yīng)用靈活、安全可靠且兼容性強(qiáng)的基于超聲波衰減原理的液位檢測和流量監(jiān)測裝置。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:一種基于超聲波衰減原理的液位檢測和流量監(jiān)測裝置，包括檢測裝置、機(jī)架、控制系統(tǒng)和容器，所述的檢測裝置和容器分別設(shè)置于機(jī)架上，所述的控制系統(tǒng)固定于機(jī)架上且分別通信連接機(jī)架和檢測裝置；
[0008]所述的檢測裝置包括檢測支架、超聲波發(fā)生器和超聲波接收器，所述的檢測支架為設(shè)有兩平行的支臂的I形支架，超聲波發(fā)生器和超聲波接收器分別固定于支架的兩支臂的內(nèi)側(cè)且平行相對設(shè)置，檢測支架水平的設(shè)置于機(jī)架上；
[0009]所述的機(jī)架包括機(jī)架本體、容器支架、檢測裝置豎直運(yùn)動模組和檢測裝置位置感應(yīng)模組，所述的容器支架設(shè)置于機(jī)架本體的上部并用于懸吊容器使其處于檢測支架的兩支臂之間，所述的檢測裝置豎直運(yùn)動模組設(shè)置于機(jī)架本體上并連接檢測支架以驅(qū)動其在豎直方向上運(yùn)動，所述的檢測裝置位置感應(yīng)模組安裝于檢測支架后部并用于檢測檢測支架所處位置；
[0010]所述的控制系統(tǒng)包括控制電路，所述的控制電路分別與超聲波發(fā)生器、超聲波接收器、檢測裝置豎直運(yùn)動模組和檢測裝置位置感應(yīng)模組通信連接；
[0011]所述的容器通過容器支架豎直的懸吊于檢測支架的兩平行支臂之間，容器上設(shè)有一液體出口和一氣體入口。
[0012]所述的裝置，所述檢測支架上還設(shè)有一直觀標(biāo)尺，直觀標(biāo)尺固定于檢測支架的內(nèi)側(cè)上并處于容器后方且與超聲波發(fā)生器和超聲波接收器的相對水平位置相同。
[0013]所述的裝置，所述的直觀標(biāo)尺由自發(fā)光光源構(gòu)成，所述的檢測裝置豎直運(yùn)動模組為螺桿運(yùn)動模組，所述的檢測裝置位置感應(yīng)模組為光柵尺模組。
[0014]所述的裝置，所述的控制電路為單片機(jī)、工控機(jī)、？？以、？1^中的任一種。
[0015]本實(shí)用新型的技術(shù)效果在于，通過本實(shí)用新型的裝置，適用于中、小型容器的液位檢測與流量監(jiān)測，檢測裝置無需與被測物質(zhì)和被測容器直接接觸，避免了被測物質(zhì)的污染，也可以適應(yīng)多種形狀和材料的容器。
[0016]下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本實(shí)用新型裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2為本實(shí)用新型裝置背面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖3為本實(shí)用新型正視角結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖4為本實(shí)用新型俯視角結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖5為本實(shí)用新型側(cè)視角檢測裝置運(yùn)動位置示意圖；
[0022]圖6為本實(shí)用新型檢測方法示意圖，其中(幻為檢測裝置處于液面之上，(^)為檢測裝置處于液面之下；
[0023]圖7為本實(shí)用新型超聲波信號路徑示意圖；
[0024]其中，10為檢測裝置、11為檢測支架、12為超聲波發(fā)生器、13為超聲波接收器、14為直觀標(biāo)尺、21為容器支架、22為檢測裝置豎直運(yùn)動模組、23為檢測裝置位置感應(yīng)模組、30為控制系統(tǒng)、40為容器、50為容器內(nèi)的氣體、51為超聲波檢測平面、52為容器內(nèi)的液體。

【具體實(shí)施方式】
[0025]本實(shí)用新型的超聲檢測原理是:超聲波發(fā)生器產(chǎn)生超聲波穿過氣體(空氣)一固體(容器壁)一液體或氣體(容器內(nèi)液體或氣體)一固體(容器壁)一氣體(空氣)直到超聲波接收器。由超聲波接收器接收超聲波的透射信號，即經(jīng)過衰減后的信號。超聲波接收器接收的信號傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)。
[0026]參見圖1-圖7，本實(shí)施例包括檢測裝置、機(jī)架、控制系統(tǒng)和容器，檢測裝置和容器分別設(shè)置于機(jī)架上，控制系統(tǒng)固定于機(jī)架上且分別通信連接機(jī)架和檢測裝置；
[0027]檢測裝置包括檢測支架、超聲波發(fā)生器和超聲波接收器，檢測支架為設(shè)有兩平行的支臂的I形支架，超聲波發(fā)生器和超聲波接收器分別固定于支架的兩支臂的內(nèi)側(cè)且平行相對設(shè)置，檢測支架水平的設(shè)置于機(jī)架上；
[0028]機(jī)架包括機(jī)架本體、容器支架、檢測裝置豎直運(yùn)動模組和檢測裝置位置感應(yīng)模組，容器支架設(shè)置于機(jī)架本體的上部并用于懸吊容器使其處于檢測支架的兩支臂之間，檢測裝置豎直運(yùn)動模組設(shè)置于機(jī)架本體上并連接檢測支架以驅(qū)動其在豎直方向上運(yùn)動，檢測裝置位置感應(yīng)模組安裝于檢測支架后部并用于檢測檢測支架所處位置；
[0029]控制系統(tǒng)包括控制電路，控制電路分別與超聲波發(fā)生器、超聲波接收器、檢測裝置豎直運(yùn)動模組和檢測裝置位置感應(yīng)模組通信連接；
[0030]容器通過容器支架豎直的懸吊于檢測支架的兩平行支臂之間，容器上設(shè)有一液體出口和一氣體入口。
[0031]檢測支架上還設(shè)有一直觀標(biāo)尺，直觀標(biāo)尺固定于檢測支架的內(nèi)側(cè)上并處于容器后方且與超聲波發(fā)生器和超聲波接收器的相對水平位置相同。
[0032]直觀標(biāo)尺由自發(fā)光光源構(gòu)成，檢測裝置豎直運(yùn)動模組為螺桿運(yùn)動模組，檢測裝置位置感應(yīng)模組為光柵尺模組。
[0033]控制電路為單片機(jī)、工控機(jī)、？？以、？10中的任一種。
[0034]下面對本實(shí)用新型方法部分作出原理解釋:當(dāng)未開始檢測，即初始狀態(tài)時，容器內(nèi)全部容積為液體或一部分容積為液體另一部分容積為氣體。容器固定在容器支架上，容器支架使容器的垂直方向與超聲波檢測平面垂直。檢測裝置隨運(yùn)動模組在垂直方向從上端極限位置向下運(yùn)動到下端極限位置，然后回到上端極限位置。在檢測裝置垂直方向上下運(yùn)動的過程中，超聲波接收器所接收到的信號參數(shù)與檢測裝置位置感應(yīng)模組確認(rèn)的的超聲波接收器所在的具體位置一一對應(yīng)。這個階段為第一次掃描。
[0035]當(dāng)容器內(nèi)的液體從液體出口流出時，氣體也由氣體入口進(jìn)入容器內(nèi)，容器內(nèi)的液體減少、氣體增多，容器內(nèi)的氣液分界面向垂直方向下方移動。這時檢測裝置從上端極限位置向下移動，并對第一次掃描時所得到的參數(shù)進(jìn)行比對。由于超聲波信號在氣體和液體中的傳播速度不一樣，在檢測裝置移動新的氣液分界面上方某一區(qū)域位置時，超聲波接收器所接收的信號參數(shù)與第一次掃描時在該區(qū)域位置的信號會產(chǎn)生較大的差異。檢測裝置繼續(xù)向下移動，當(dāng)移動到超聲波接收器接收到的信號參數(shù)又變回與第一次掃描時相同時停止。在超聲波接收器接收到與第一次掃描時相同或相近的信號參數(shù)的瞬間所對應(yīng)的位置為當(dāng)前氣液分界面的位置，這樣就完成了對當(dāng)前液面的定位。
[0036]當(dāng)需要檢測液體流量時，只需在檢測裝置完成對當(dāng)前液面的定位后，再向下移動一個預(yù)設(shè)距離，然后停止運(yùn)動，當(dāng)液面不斷下降，直到超聲信號變?yōu)榕c第一次掃描不同時，表明液面已經(jīng)下降到檢測裝置的位置，那么記錄這個時間，再與之前液面定位時的時間相減，即可得到液面下降預(yù)設(shè)距離所用去的時間，由于容器的長寬高均為已知，即可得到預(yù)設(shè)距離內(nèi)所容納的液體體積，液體體積除以液面下降預(yù)設(shè)距離所用去的時間即得到液體流量，而這個預(yù)設(shè)距離可根據(jù)實(shí)際檢測需要來進(jìn)行調(diào)整，值越小，相應(yīng)的檢測精度則越高，范圍可取在容器總高度的1/2?1/1015。同時，檢測裝置上的直觀標(biāo)尺為燈條，由于直觀標(biāo)尺隨著檢測裝置移動，這樣就能使氣液分界面的位置從肉眼查看更加直觀。
[0037]控制系統(tǒng)可以根據(jù)氣液分界面位移速度與已知容器橫截面可以計算出液體流出的流量，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)送至指定設(shè)備。
【權(quán)利要求】
1.一種基于超聲波衰減原理的液位檢測和流量監(jiān)測裝置，其特征在于，包括檢測裝置、機(jī)架、控制系統(tǒng)和容器，所述的檢測裝置和容器分別設(shè)置于機(jī)架上，所述的控制系統(tǒng)固定于機(jī)架上且分別通信連接機(jī)架和檢測裝置； 所述的檢測裝置包括檢測支架、超聲波發(fā)生器和超聲波接收器，所述的檢測支架為設(shè)有兩平行的支臂的U形支架，超聲波發(fā)生器和超聲波接收器分別固定于支架的兩支臂的內(nèi)側(cè)且平行相對設(shè)置，檢測支架水平的設(shè)置于機(jī)架上； 所述的機(jī)架包括機(jī)架本體、容器支架、檢測裝置豎直運(yùn)動模組和檢測裝置位置感應(yīng)模組，所述的容器支架設(shè)置于機(jī)架本體的上部并用于懸吊容器使其處于檢測支架的兩支臂之間，所述的檢測裝置豎直運(yùn)動模組設(shè)置于機(jī)架本體上并連接檢測支架以驅(qū)動其在豎直方向上運(yùn)動，所述的檢測裝置位置感應(yīng)模組安裝于檢測支架后部并用于檢測檢測支架所處位置； 所述的控制系統(tǒng)包括控制電路，所述的控制電路分別與超聲波發(fā)生器、超聲波接收器、檢測裝置豎直運(yùn)動模組和檢測裝置位置感應(yīng)模組通信連接； 所述的容器通過容器支架豎直的懸吊于檢測支架的兩平行支臂之間，容器上設(shè)有一液體出口和一氣體入口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述檢測支架上還設(shè)有一直觀標(biāo)尺，直觀標(biāo)尺固定于檢測支架的內(nèi)側(cè)上并處于容器后方且與超聲波發(fā)生器和超聲波接收器的相對水平位置相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述的直觀標(biāo)尺由自發(fā)光光源構(gòu)成，所述的檢測裝置豎直運(yùn)動模組為螺桿運(yùn)動模組，所述的檢測裝置位置感應(yīng)模組為光柵尺模組。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述的控制電路為單片機(jī)、工控機(jī)、FPGA、PLC中的任一種。
【文檔編號】G01D21/02GK204241019SQ201420415510
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年7月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月25日
【發(fā)明者】汪勛, 方維, 郭旭 申請人:長城信息產(chǎn)業(yè)股份有限公司, 湖南長城醫(yī)療科技有限公司