專利名稱：紅外聲光雙限液位報警控制器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及鍋爐和各類容器液位極限報警和自動控制的裝置，確切地說是一種紅外聲光雙限液位報警控制器。
現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)用的鍋爐和其它各類敞口或封閉容器，其液位極限報警設備多采用浮球式、沉筒式、干簧管式、電極插入式、發(fā)光二極管光柱式等水位控制器。這些水位控制器雖然能實現(xiàn)控制水位的目的，但均存在一些局限性和技術缺陷，如浮球式、沉筒式、干簧管式水位控制器，它們的結構上都有磁鐵存在，磁鐵控制水銀開關、微動開關、干簧管的動作均有一定的滯后現(xiàn)象。其體表現(xiàn)是當液位上升到上限報警點時，報警設備開始報警，而當液位開始下降到稍低于上限報警點時，＂水位高＂報警狀態(tài)應立即解除。但實際上每次都要待水位下降到距離上限報警點30～40mm時，＂水位高＂報警狀態(tài)才能解除，這就是報警點的起始位置誤差太大的情況。對于一些需把水位升降變化的范圍控制在100mm左右的容器來說，這種報警點的起始位置誤差高達40％。而電極插入式和發(fā)光二極管光柱式水位控制器，都需將電極插入容器內，并僅適用于導電的液體，對于不導電的液體則無能為力。
本實用新型的目的，是為蒸汽鍋爐或其它各類容器提供一種液位極限報警點準確可靠、上下限報警點起始位置誤差極小的紅外聲光雙限液位報警控制器。
本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的，它包括浮子、與被控容器連通的玻璃管和報警控制單元，其特征在于在玻璃管的上端和下端對應于上限液位和下限液位處各設置一組與其緊貼的紅外光電頭，紅外光電頭經(jīng)電纜與控制單元相聯(lián)接，所說的紅外光電頭由紅外發(fā)射頭和紅外接收頭組成，紅外發(fā)射頭由紅外發(fā)射管和外殼組成，紅外接收頭由紅外接收管、三極管、基極電阻、集電極電阻和外殼組成。三極管、基極電阻和集電極電阻按公知的聯(lián)接方式組成了一級放大器，紅外接收管串聯(lián)在三級管的基極與基極電阻之間，以對光電信號進行放大。
與現(xiàn)有技術相比，本實用新型具有下列優(yōu)點上下限光電頭是根據(jù)生產(chǎn)工藝的需要，安裝固定在玻璃管液位計被確定的位置上的，光電頭所在的位置就是報警的位置，因而上下限報警點調校極為方便，并且十分準確、可靠。
由于對光電頭的外殼設置了一尺寸合理的透光孔，加之在控制器的電路中設置有信號整形電路，使得本實用新型具有十分突出的控制精度高的優(yōu)點。據(jù)實測，上下限報警點起始位置誤差均不超過2mm。
不受液體介質、溫度、壓力等因素的限制，不存在任何局限性，故適應性極強。
紅外光電頭安裝容易、壽命長、性能穩(wěn)定、可靠性高。尤其是無電火花存在，更適合用于油位的極限報警及其自動控制。
由于在紅外接收頭內設置了一級光電信號放大器，在控制中設置了信號整形器，加之電路采用集成電路器件，使得本實用新型具有很高的性能和很好的可靠性。
由于設置了兩組獨立的接點信號輸出，使得本實用新型既能單獨作為聲光報警器使用，又可聯(lián)網(wǎng)、聯(lián)鎖使用。聯(lián)網(wǎng)使用，能實現(xiàn)甲乙兩地同時報警；聯(lián)鎖使用，能實現(xiàn)最低成本、最準確可靠的無人自動液位控制。
凡需對液位進行極限報警和控制的地方，均可使用本紅外聲光雙限液位報警控制器。


圖1為本實用新型的組成示意圖。
圖2、圖3為紅外光電頭外殼剖面圖。
圖4為紅外光電頭內部結構示意圖。
圖5為本實用新型報警控制單元電原理示意圖。
圖1示出本實用新型在設備上的安裝形式。在被控容器30的玻璃管液位計4上，對稱地設置兩組紅外光電頭1、2，在玻璃管4內放入一浮子3。以紅外光電轉換的形式，將被控容器液位的極限位置，轉換為報警所需的電信號。此電信號經(jīng)電纜13傳送到報警控制單元5，使其發(fā)出聲光報警信號。
圖1中的6為揚聲器，7為＂水位高＂指示燈，8為＂水位低＂指示燈，9為＂試驗＂按鈕，12為＂消音＂開關，10、11均為航空插頭/座，14為聯(lián)網(wǎng)、聯(lián)鎖輸出電纜。浮子3設在玻璃管4內，紅外光電頭1、2分別緊貼在玻璃管4的上、下兩端，例如可用緊固螺桿15(參見圖4)安裝定位，其位置分別對應于被控容器的上限和下限液位。每組紅外光電頭1、2由紅外發(fā)射頭17和紅外接收頭18組成；紅外發(fā)射頭17由紅外發(fā)射管19和外殼組成，紅外接收頭18由紅外接收管16、電阻R1、R2、電阻R4、R5、三極管Q1、Q2和外殼組成，其中電阻R1、R2和電阻R4、R5分別為三極管Q1、Q2的基極電阻、集電極電阻。
浮子選用耐高溫、耐壓力、浮力大、不變形、不透光的材料制做，例如本實用新型的浮子是用薄銅皮經(jīng)銀焊而成。
紅外光電頭安裝時應使發(fā)射頭的透光孔與接收頭的透光孔處在同一軸線上。上緊固螺桿15時，不可用力過大，以防止損壞玻璃管。
圖2、圖3示出紅外光電頭外殼剖面圖。每組紅外光電頭1、2有兩只相對安裝的外殼，一只內裝紅外發(fā)射管19(參見圖4中D1、D2)，另一只內裝紅外接收管16(參見圖4中D3、D4)。每只外殼由殼體26和尾端蓋24組成，尾端蓋24上開有電纜孔25，殼體26前端帶有可與玻璃管4適配(例如前端面為柱面形，其曲率半徑與玻璃管外徑相同)的凸臺，凸臺上設有連接孔21(可供緊固螺桿15穿過，以將兩只外殼安裝在玻璃管4上)，殼體26前端中部設有光電管16、19用的安裝孔23和透光孔22。
圖4示出紅外光電頭內部結構。圖4中的19為紅外發(fā)射管，4為玻璃管，3為浮子，20為光電信號放大器，15為光電頭緊固螺桿，16為紅外接收管，17為紅外發(fā)射頭，18為紅外接收頭。
圖5示出本實用新型報警控制單元5電原理示意圖，其工作原理是由紅外光電頭和浮子的共同作用，將被控容器液位的極限位置，轉換為代表液位極限位置的電阻信號，經(jīng)電纜傳送到控制器中相應的信號整形器27、28。信號整形器將光電頭送來的電信號進行整形，轉換為前后沿都十分陡峭的矩形波。這個矩形波信號分為兩路，一路去相應的驅動級，驅使繼電器動作，發(fā)出接點報警信號；另一路去音響單元，啟動音響電路發(fā)出音響報警信號。
本實用新型的核心內容是紅外光電轉換電路(光電頭)，關鍵技術是上下限信號整形電路。
由紅外發(fā)射管D1、D2分別構成上下限紅外發(fā)射頭，用以發(fā)射紅外信號。
由紅外接收管D3，電阻R1、R2，三極管Q1組成上限紅外接收頭；由紅外接收管D4，電阻R4、R5，三極管Q2組成下限紅外接收頭。Q1、Q2均為光電信號放大管。
紅外光電轉換電路(光電頭)的工作原理是當被控容器液位在正常范圍內時，紅外接收管D3、D4均被紅外線照射，D3、D4的光電流較大(約為30μA)，使得光信號放大管Q1、Q2的集電極電流增大，內阻降低。
當被控容器液位超限時，浮子進入光電頭，擋住了接收頭的透光孔，使相應的紅外接收管因無紅外線照射其輸出減小，僅為0.1～1μA的暗電流。于是，相應的光信號放大管的集電極電流減小，內阻增大。
光電接收頭內光信號放大管內阻隨容器液位極限位置的改變而變化的信息，就是光電頭的輸出信號。這個信號經(jīng)電纜13遠傳到控制器中信號整形器27、28的輸入端。
水位正常時，光電頭輸出的是低電阻(內阻)信號；水位超限時，相應的光電頭輸出的是高電阻(內阻)信號。
在紅外接收頭內，設置一級光信號放大器20，是出于對提高光電頭輸出信號遠傳能力的考慮，同時也可放松對光電頭到控制器之間電纜長度的限制。
信號整形器27、28分別為上、下限信號整形器，由A1、A2和A3、A4分別組成，其中A1、A3是電阻比較器，A2、A4是電壓比較器。A1、A2、A3、A4可以采用LM324或TL084四運放電路集成塊。電阻比較器A1、A3的輸入端(+)與紅外接收頭18中三極管Q1、Q2的集電極C相聯(lián)，其另一輸入端(-)分別經(jīng)過電阻R3(R6)、R7(R8)與電源、地相聯(lián)，其輸出端與電壓比較器A2、A4的輸入端(-)相聯(lián)，電壓比較器A2、A4的另一輸入端(+)分別經(jīng)過電阻R9(R11)、R10(R12)與電源、地相聯(lián)，其輸出端與驅動器、音響單元的輸入端相聯(lián)。
之所以要設置信號整形器，是因為被控容器液位的升降變化并不是突然發(fā)生的，而是很緩慢地進行。這樣，浮子對紅外接收頭的遮光和離開接收頭的過程，也將是很緩慢的。使紅外接收管中流過的電流是由光電流(約30μA)漸漸地降至暗電流(0.1～1μA)，相應的光信號放大管的集電極電流將由較大漸漸地降至較小，其內阻將由低到高緩慢地變化。也即光電頭輸出的反映液位極限位置的電信號，實際上是一個由小到大(超限報警時)和由大到小(報警解除時)緩慢變化的電信號。若用這樣的信號去激勵驅動級，將會出現(xiàn)控制器中繼電器動作的狀態(tài)不干脆利落的現(xiàn)象，也易造成繼電器觸點的頻繁損壞。同時也將對水位報警(控制)精度產(chǎn)生較大的影響。
信號整形器的工作原理是由電阻比較器A1和A3對光電頭送來的代表液位極限位置的電阻信號進行比較，只要輸入的電阻信號大于基準電阻(圖5中的R7、R8)時，相應的電阻比較器就輸出高電位；反之，輸出低電位。電阻比較器輸出端電位高低的變化與輸入端電阻信號變化的快慢無關，只與其大小有關。這樣，電阻比較器首先就將光電頭送來的變化較緩慢的電阻信號，轉換成了陡峭的矩形波信號。這個矩形波信號被送到電壓比較器A2或A4的反相端，經(jīng)倒相并進一步的整形，成了前后沿都十分陡峭的矩形波信號。上下限信號整形電路的輸出信號，均被分成兩路，一路去音響單元，一路去相應的驅動級電路。
圖5中的Q3、Q4分別組成上下限驅動級。負載是繼電器J1、J2，J1、J2的觸點就是報警輸出信號。報警時，接點閉合，這與工業(yè)用報警儀表制式相吻合。
本實用新型的報警和電源均可以采用現(xiàn)有技術進行設計，報警時，控制器除發(fā)出音響報警信號外，相應的信號燈被點亮，以指示被控容器的＂水位高＂或＂水位低＂。
本實用新型的＂試驗＂方式是切斷紅外發(fā)射管的電源，模擬上、下限光電接收頭被遮光，從而檢驗整個系統(tǒng)是否正常。
本實用新型的＂消音＂方式是切斷音頻功放集成電路A5供電電源，使音響停止，達到消音的目的。
權利要求1.一種紅外聲光雙限液位報警控制器，包括浮子(3)、與被控容器連通的玻璃管(4)和報警控制單元(5)，其特征在于在玻璃管(4)的上端和下端各設置一組與其緊貼的紅外光電頭(1、2)，紅外光電頭(1、2)經(jīng)電纜(13)與控制單元(5)相聯(lián)接，所說的紅外光電頭(1、2)由紅外發(fā)射頭(17)和紅外接收頭(18)組成。紅外發(fā)射頭(17)由紅外發(fā)射管(19)和外殼組成，紅外接收頭(18)由紅外接收管(16)、電阻(R1、R2，R4、R5)三極管(Q1、Q2)和外殼組成。
2.根據(jù)權利要求1所說的報警控制器，其特征在于所說的外殼由殼體(26)和尾端蓋(24)組成，尾端蓋(24)上開有電纜孔(25)，殼體(26)前端帶有可與玻璃管(4)適配的凸臺，凸臺上設有連接孔(21)，前端中部設有光電管(16、19)用的安裝孔(23)和透光孔(22)。
3.根據(jù)權利要求1或2所說的報警控制器，其特征在于所說的控制單元(5)的輸入端設有由電阻比較器(A1、A3)和電壓比較器(A2、A4)組成的信號整形器，電阻比較器(A1、A3)的輸入端(+)與紅外接收頭(18)中三極管(Q1、Q2)的集電極C相聯(lián)，其另一輸入端(-)分別經(jīng)過電阻R3(R6)、R7(R8)與電源、地相聯(lián)，其輸出端與電壓比較器(A2、A4)的輸入端(-)相聯(lián)，電壓比較器(A2、A4)的另一輸入端(+)分別經(jīng)過電阻R9(R11)、R10(R12)與電源、地相聯(lián)，其輸出端與驅動器、音響單元的輸入端相聯(lián)。
專利摘要本實用新型公開了一種紅外聲光雙限液位報警控制器，包括浮子、玻璃管和報警控制單元，其特征在于在玻璃管的上端和下端各設置一組與其緊貼的紅外光電頭，包括紅外發(fā)射頭和紅外接收頭，紅外發(fā)射頭由紅外發(fā)射管和外殼組成，紅外接收頭由紅外接收管、電阻、三極管和外殼組成。本實用新型控制精度高，調校方便，工作可靠，不受液體介質、溫度、壓力等因素限制，也可用于油位的極限報警及其自動控制。
文檔編號G05D9/00GK2247826SQ9520716
公開日1997年2月19日 申請日期1995年4月5日 優(yōu)先權日1995年4月5日
發(fā)明者楊武廣 申請人:楊武廣