專利名稱：一種浮力式數(shù)字液位監(jiān)測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于對(duì)液位高度的監(jiān)測裝置，尤其是一種浮力式數(shù)字液位監(jiān)測裝置，可用于對(duì)液位變化大的液面進(jìn)行遠(yuǎn)距離監(jiān)測。
現(xiàn)有的液位監(jiān)測裝置主要有下列幾種浮子式液位傳感器是利用浮子隨液位升降來獲取信息，檢測液位，只適用于液位變化范圍小的場合，如對(duì)水箱、油箱的監(jiān)測。在對(duì)液位變化大的液體和監(jiān)測流動(dòng)液體時(shí)難以使用。氣壓式液位傳感器，需要空壓機(jī)長期工作，運(yùn)營費(fèi)用高，維護(hù)難，液下輸壓管易被維生物及雜物附著堵塞，影響測試精度。沉入式壓力液位傳感器，因其電器元件需長期浸入液體，密封要求高，同樣敏感部位易受維生物及雜物的附著，影響測試精度。
本實(shí)用新型的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便、準(zhǔn)確度高并可對(duì)液位變化大的液面實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離監(jiān)測的浮力式液位數(shù)字監(jiān)測裝置。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，提供如下技術(shù)方案浮力式數(shù)字液位監(jiān)測裝置由信號(hào)發(fā)生、信號(hào)處理、信號(hào)顯示幾部分組成。信號(hào)發(fā)生部分是根據(jù)浮力原理，利用力敏元件對(duì)浸入液體中的取樣桿隨液位升降其重力發(fā)生變化而產(chǎn)生不同的信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)信號(hào)處理部分處理，便可轉(zhuǎn)換成液位的實(shí)際高度。信號(hào)發(fā)生結(jié)構(gòu)含有一力敏元件，該力敏元件的上端固定在一固定框架上，其下端與取樣桿連接，要求取樣桿的高度大于液面的變化范圍，保證取樣桿下端能部分的深入液面下。這樣，當(dāng)液位升高或降低時(shí)，液體對(duì)取樣桿的浮力隨之增大或減小，反映在力敏元件上即為取樣桿的重力大小變化。重力大說明液體對(duì)取樣桿的浮力小，液位低；重力小說明液體對(duì)取樣桿的浮力大，液位高。為了使取樣桿的重力與液位高低成比例發(fā)生變化，應(yīng)強(qiáng)調(diào)的是取樣桿的外徑必須保持一致，也就是說取樣桿單位高度的體積是相等的。為了使取樣桿與液面保持垂直，取樣桿通過導(dǎo)向架與固定框架活動(dòng)連接。
當(dāng)被測液面是流動(dòng)液體時(shí)，為了避免流動(dòng)液體對(duì)取樣桿的影響，在取樣桿的外圍可以設(shè)有一固定護(hù)管，護(hù)管可與固定基架連為一體，液位監(jiān)測裝置可以固定在該基架上，取樣桿垂直下懸在護(hù)管內(nèi)，強(qiáng)調(diào)的是護(hù)管必須與外界相連通，保證護(hù)管內(nèi)外的液面高度一致，實(shí)現(xiàn)對(duì)流動(dòng)液體的液位監(jiān)測。
為了將力敏元件的變化轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，本文提供兩種技術(shù)方案。一種方案是信號(hào)發(fā)生部分的力敏元件采用一種可收縮的彈性元件，如彈簧、彈性片等。當(dāng)取樣桿的重力發(fā)生變化時(shí)彈性力敏元件會(huì)按比例隨之收縮或伸長，表現(xiàn)在取樣桿、導(dǎo)向架發(fā)生相對(duì)固定框架的上下位移運(yùn)動(dòng)。為了將此位移變化轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，在導(dǎo)向架上固定設(shè)一稀土永磁體，另外信號(hào)處理電路板固定在固定框架上，位于永磁體的一側(cè)，電路板上縱向排列有若干霍爾開關(guān)元件，以及編碼電路元件和單片機(jī)電路。當(dāng)磁體運(yùn)動(dòng)到某一霍爾開關(guān)附近時(shí)，該霍爾開關(guān)感應(yīng)動(dòng)作，此動(dòng)作信號(hào)經(jīng)編碼電路和單片機(jī)處理轉(zhuǎn)換成液位信號(hào)，再由信號(hào)線輸出到顯示屏上顯示。顯示屏可設(shè)在控制室內(nèi)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的監(jiān)控。
需要說明的是隨導(dǎo)向架一起運(yùn)動(dòng)的永磁體的行程范圍必須落在霍爾開關(guān)的排列范圍內(nèi)。這就和被測液位的變化范圍有關(guān)，液位變化范圍大，永磁體的行程范圍就大，相應(yīng)的霍爾開關(guān)在相同精度情況下需要的數(shù)量就多；反之，需要的霍爾開關(guān)數(shù)量就少。在同一測量范圍內(nèi)，霍爾開關(guān)的數(shù)量等于測量精度倒數(shù)的二分之一。如測量精度要求0.5％，霍爾開關(guān)的數(shù)量至少應(yīng)為100個(gè)。
實(shí)施方案中，信號(hào)發(fā)生部分的力敏元件還可采用一種拉力傳感器，當(dāng)取樣桿的重力發(fā)生變化，拉力傳感器電信號(hào)也發(fā)生變化，該信號(hào)通過模數(shù)轉(zhuǎn)換和信號(hào)處理，并由信號(hào)線連接到顯示屏顯示液位高度。
該浮力式數(shù)字液位監(jiān)測裝置結(jié)構(gòu)簡單，其電器元件置于液面以上，密封要求不高，機(jī)械結(jié)構(gòu)便于維護(hù)，電信號(hào)感應(yīng)運(yùn)營費(fèi)用少，監(jiān)測精度受外界影響小，可遠(yuǎn)距離的監(jiān)測液位變化大的液面。
以下結(jié)合實(shí)施例附圖對(duì)該申請(qǐng)作進(jìn)一步詳述。


圖1、圖2、圖3是該浮力式數(shù)字液位監(jiān)測裝置實(shí)施例一的原理圖圖1是實(shí)施例一的信號(hào)發(fā)生部分原理圖圖2是實(shí)施例一的信號(hào)處理原理圖圖3是實(shí)施例一的導(dǎo)向架與固定架的配合關(guān)系示意圖圖4、圖5是該浮力式數(shù)字液位監(jiān)測裝置實(shí)施例二的原理圖圖4是實(shí)施例二的信號(hào)發(fā)生部分原理圖圖5是實(shí)施例二的信號(hào)處理原理圖如圖1、圖2、圖3所示的實(shí)施例一，在固定框架11的頂部固定有一力敏元件——拉力彈簧9，拉力彈簧的下端與外徑相同的取樣桿7相連接，取樣桿的長度應(yīng)大于液位高度的變化范圍，取樣桿與導(dǎo)向架8通過銷軸連接，導(dǎo)向架與固定框架11活動(dòng)連接，如圖1C所示，活動(dòng)框架上有四個(gè)縱向的導(dǎo)向槽15，導(dǎo)向架的四個(gè)導(dǎo)向桿10插入該導(dǎo)向槽內(nèi)，其中一個(gè)導(dǎo)向桿外端上固定有一塊稀土永磁體1，另有一電路板2固定在固定框架11上，位于永磁體的一側(cè)。電路板的電路原理圖如圖1B所示，其上縱向排列有若干個(gè)霍爾開關(guān)12，每十二個(gè)霍爾開關(guān)為一組對(duì)應(yīng)一編碼電路13，各編碼電路再分別與單片機(jī)系統(tǒng)14電連接，最后由電路板引出信號(hào)線4至顯示屏。為了使取樣桿7不受外界影響，如流動(dòng)液面的沖力和風(fēng)力等，在取樣桿外有一固定護(hù)管3，該護(hù)管與基架5相固定，液位監(jiān)測裝置固定設(shè)在基架5和護(hù)管6的法蘭盤上，使取樣桿7垂直下懸在護(hù)管內(nèi)。這里取樣桿的高度必須使其下端能浸入液面下。另外在固定框架和電路板外還有一封閉的保護(hù)罩3，以防止風(fēng)塵、雨水對(duì)信號(hào)發(fā)生裝置的影響。
使用該浮力式數(shù)字液位傳感器測量時(shí)，必須將信號(hào)發(fā)生裝置固定在液面上的一定高度的基架上。取樣桿垂直向下，下端侵入液體。當(dāng)液面的高度不同時(shí)，液體對(duì)取樣桿的浮力不同，而取樣桿、導(dǎo)向架等的實(shí)際重量為一定值，力敏元件反映的是取樣桿等的實(shí)際重量減去浮力后的重力值。該重力值不同時(shí)，彈簧2的伸縮量不同，當(dāng)彈簧伸長時(shí)，取樣桿、導(dǎo)向架、永磁體隨之向下位移；反之當(dāng)彈簧縮短時(shí)，取樣桿、導(dǎo)向架、永磁體隨之向上位移。當(dāng)永磁體靠近某一霍爾元件時(shí)，該霍爾元件發(fā)生動(dòng)作，其信號(hào)經(jīng)編碼電路和單片機(jī)處理后，由三芯線直接輸出至顯示屏。實(shí)現(xiàn)監(jiān)測液位高度的目的。
圖4、圖5所示的是實(shí)施例二，其與實(shí)施例一不同的是力敏元件采用拉力傳感器16，位于一側(cè)的電路板2含有模數(shù)轉(zhuǎn)換及單片機(jī)電路17，該拉力傳感器與電路板電連接，當(dāng)取樣桿的重力受液位影響變化時(shí)，拉力傳感器的電信號(hào)經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換和單片機(jī)處理后，再由導(dǎo)線4直接輸出至顯示屏，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測液位高度的目的。
權(quán)利要求1.一種浮力式數(shù)字液位監(jiān)測裝置，由信號(hào)發(fā)生、信號(hào)處理、信號(hào)顯示幾部分組成，信號(hào)發(fā)生部分將液位變化情況轉(zhuǎn)變成電信號(hào)給信號(hào)處理部分，信號(hào)處理電路含有模數(shù)轉(zhuǎn)換元件和單片機(jī)處理元件，可將此電信號(hào)轉(zhuǎn)換成液位高度信號(hào)再由顯示部分顯示，其特征在于信號(hào)發(fā)生部分含有一固定的力敏元件，該力敏元件連接著可伸入液面下的外徑相同的取樣桿。
2.如權(quán)利要求1所述的浮力式數(shù)字液位監(jiān)測裝置，其特征在于所述的力敏元件是一彈性力敏元件，該彈性力敏元件的上端固定在一個(gè)固定框架上，其下端連接取樣桿，同時(shí)取樣桿通過一導(dǎo)向架與固定框架活動(dòng)連接，在導(dǎo)向架上固定有一永磁體，另外，在永磁體的一側(cè)信號(hào)處理電路板固定在該固定框架上，其上縱向排列有若干霍爾開關(guān)，霍爾開關(guān)的排列長度至少等于永磁體和活動(dòng)架的行程范圍，霍爾開關(guān)通過編碼電路與單片機(jī)系統(tǒng)電連接。
3.如權(quán)利要求2所述的浮力式數(shù)字液位監(jiān)測裝置，其特征在于所述的彈性力敏元件是一拉力彈簧。
4.如權(quán)利要求1所述的浮力式數(shù)字液位監(jiān)測裝置，其特征在于所述的力敏元件是一拉力感應(yīng)器，其感應(yīng)信號(hào)通過導(dǎo)線引出與信號(hào)處理裝置相聯(lián)。
專利摘要浮力式數(shù)字液位監(jiān)測裝置是根據(jù)浮力原理，利用力敏元件對(duì)可伸入液面下的取樣桿的重力變化感應(yīng)信號(hào)，此取樣桿的重力信號(hào)再轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)并經(jīng)單片機(jī)處理后，轉(zhuǎn)換成液位信號(hào)顯示。該浮力式數(shù)字液位監(jiān)測裝置結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)方便，受外界因素干擾少，可實(shí)現(xiàn)對(duì)液位變化大的液面進(jìn)行遠(yuǎn)距離監(jiān)測功能。
文檔編號(hào)G01F23/22GK2237837SQ9521934
公開日1996年10月16日 申請(qǐng)日期1995年8月22日 優(yōu)先權(quán)日1995年8月22日
發(fā)明者陳定友 申請(qǐng)人:中國航空工業(yè)總公司第六○三研究所