CN101476915A - 探测式水位测量方法以及探测式水位仪 - Google Patents
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Abstract
探测式水位测量方法以及探测式水位仪，方法是测量用的探针在电子测控电路的控制下，一直位于水面上方一定的高度，测量时探针向下刚一接触到水面，马上向上提升到一定的高度等待下一次测量。探测式水位仪，在钢结构支架上设有探针与电子测控电路，特征是钢结构支架上设有探针升降机构：由步进电机通过传动系统带动探针升降；电子测控电路由单片机系统和步进电机的驱动器构成，单片机系统记录步进电机的驱动步数得到水位高度显示在液晶显示器上，并由串行口传送到计算机；探针升降的驱动、水位高度的计数两个功能用一个主器件——步进电机实现。本发明克服了传统技术水表面张力和漂浮物造成的误差，还可消除探针阻水而抬高水位造成的误差。
Description
技术领域
本发明涉及一种探测式水位测量方法，以及这种测量方法所使用的探测式水位仪，该水位仪是用于水利物理模型试验中测量水位的仪器，也适用于一般液位的测量以及明渠水量、大坝沉降、大坝下游渗流量和蒸发量测量。具体涉及一种采用步进电机驱动探针探测水面，又用步进电机的驱动步数记录水位高度的探测式水位仪。
背景技术
现有技术中的水位仪(也称水位计、液位计)的形式众多，在多达上百种的水位仪产品中，其功能各异，分别具有不同的特点。用于水利物理模型(水工、河工、港工)试验的多为跟踪式水位仪，跟踪式水位仪采用可逆电机驱动探针跟踪水面，早期的有编码盘式、电位器式等，近期的有光栅式和容栅式。早期的跟踪式水位仪存在机械结构复杂，机械磨损或机械传动会产生较大的误差影响测量结果。近期的水位仪在机械结构和数据获取方面有了很大的改进，但跟踪式水位仪仍存在以下两点不足，其一是探针跟踪水面上下运动时，水的表面张力和水面漂浮物会造成较大的误差；其二是水流流速较大时，跟踪水面的探针会因阻水而抬高水位，造成误差。
发明内容
为了克服现有技术以上的不足，本发明的目的是提供一种探测式水位测量方法，以及这种测量方法所使用的探测式水位仪，以提高测量水位的准确度。本发明在仪器组成结构和测量方式两方面，针对传统的跟踪式水位仪的不足，采用探测式水位测量方法以及由步进电机组成的探测式水位仪。该探测式水位测量方法和探测式水位仪可以克服传统技术中，水的表面张力和水面漂浮物会造成的误差，还可消除跟踪水面的探针因阻水而抬高水位，造成的误差。
完成上述发明任务的方案是：一种探测式水位测量方法，其特征在于，测量用的探针在电子测控电路的控制下，一直位于水面上方一定的高度，当测量水位时，探针向下刚一接触到水面，马上将探针向上提升到一定的高度，等待下一次测量。
所述的“位于水面上方一定的高度”可以是数毫米，以不接触水面为准。
完成第二个发明任务的方案是：一种探测式水位仪，在钢结构支架上设有探针与电子测控电路，其特征在于，
所述的钢结构支架上设有探针升降机构，该探针升降机构的结构是：由步进电机通过传动系统带动探针升降；
所述的电子测控电路由单片机系统和步进电机的驱动器构成，单片机系统通过记录步进电机的驱动步数得到水位高度，显示在液晶显示器上，并由串行口传送到计算机；
所述探针升降的驱动、水位高度的计数这两个功能用一个主器件——步进电机来实现。
所述的传动系统可以采用以下结构：
1，步进电机的轴上联结同步轮，该同步轮上有同步带，该同步带上固定有滑块，并设有两个滑动杆作为所述滑块的导轨；滑块上固定探针管，所述的探针通过锁紧螺母固定在探针管上。本方案构成“测杆式探测式水位仪”。本结构适于测量分辨率较高，但测量范围不宜超过50cm的水位。
2、步进电机的轴上联结有滚筒，该滚筒上绕有不锈钢丝，该不锈钢丝通过导向轮后，下端固定有重垂；所述的探针固定在重垂下面。本方案构成“滚筒式探测式水位仪”。
整齐排绕在滚筒导线槽上的细钢丝绳一端固定在滚筒上，另一端系一个重垂沿导向轮垂直向下，重垂下端安装探针，步进电机旋转滚筒带动探针上下运动。
还可以采用与上述两个传动系统不同的其他传动系统。
当步进电机带动通过传动系统带动探针下降，探针的尖端接触水面时，探针与水电阻接地线输出的水电阻发生改变，把信息传给单片机系统，单片机系统通过记录步进电机的驱动步数换算成水位数据，显示在液晶显示器上，并由串行口传送到计算机。
本实用新型有以下优化方案：
1、所述测杆式探测式水位仪的探针外面设有探针管，两者通过锁紧螺母固定联结；
2、所述滚筒式探测式水位仪的探针的上端设有最大水深限位器，其结构是：触底限位器的导通由钢丝绳的松紧控制；触底限位器与步进电机的驱动器连接(探针触底时，钢丝绳松弛，触底限位器导通，控制电机停止转动)；
3、所述测杆式和滚筒式探测式水位仪的单片机系统上设有水位零点开关；
4、所述滚筒式探测式水位仪的传动系统采用滚筒上和不锈钢丝时，设有与该滚筒平行的2个排线轮，以控制不锈钢丝的排列。
本实用新型的技术方案核心之一是：不仅用步进电机的正反转驱动探针探测水面，又用步进电机的驱动步数记录水位的高度，用一个器件实现了驱动和计数两个功能。探测式水位仪由步进电机、探针、水位零点开关、最大水深限位、探针驱动机构及电子测控电路构成。这里所述的电子测控电路由单片机系统、电机驱动器、风扇、变压器构成。这里所述的探针驱动机构有两种，因而设计了两种结构不同的探测式水位仪。一种称测杆式，其测量分辨率较高，但测量范围不宜超过50cm，它的探针驱动机构由同步轮、同步带、滑动杆、滑块、不锈钢管、锁紧螺母构成。另一种称滚筒式，其测量水位的范围较宽，它的探针驱动机构由滚筒、排线轮(2个)、细不锈钢丝、探针触底信号限位器、重垂、导向轮(2个)构成。
本发明技术方案的另一个核心是：将跟踪式测量方式改为探测式。探测式的测量关键是测量一次水位，探针向下接触一次水面。其测量过程是：水位测量前，由电子测控电路控制探针一直处于水面上方一定的高度，测量水位时，探针向下刚一接触到水面(此时已测出水位值)，马上将探针又向上提升到一定的高度，等待下一次测量。
本发明的探测式水位仪，可以克服传统技术中水的表面张力和水面漂浮物造成的误差，还可以并消除跟踪水面的探针因阻水而抬高水位，造成的误差。
附图说明
图1为本发明实施例1的测杆式水位仪结构侧视图。
图2为本发明实施例1的测杆式水位仪结构后视图。
图3、图4分别为本发明实施例2的滚筒式水位仪传动结构示意，正视图和侧视图。
具体实施方式
实施例1，参照图1、图2：探测式水位仪由步进电机1、同步轮2、同步带3、滑块4、滑动杆5、6、探针管7、探针8、锁紧螺母9、水电阻接地线10、操作面板11、LCD显示屏12、电子电路板13、变压器14、电机驱动器15、风扇16、水位零点开关18、最大水深限位器19及钢结构支架17构成。其中同步轮2、同步带3、滑块4、滑动杆5、6、探针管7、探针8和锁紧螺母9组成探测式水位仪1的探针驱动机构。其特征在于：不仅用步进电机正反转通过探针驱动装置带动探针沿滑动杆上下运动，并用步进电机的驱动步数记录水位的高度。将电机1固定在钢结构支架17上，探针8由锁紧螺母9固定在探针管7上，探针管7固定在滑块4上，步进电机通过同步轮2和同步带3联结滑块4带动探针8沿两根滑动杆5、6上下运动。
实施例2，本实施例的探测式水位仪测控原理和探测方式与实施例是一样的。其不同点探针驱动结构不一样。参照图3、图4：探测式水位仪的探针驱动机构由滚筒20、排线轮21(2个)、细不锈钢丝22、探针触底信号限位器23、导向轮24(2个)、支撑板(绝缘材质)25、重垂26及探针7组成。参考图3，将步进电机1固定在支撑板上，滚筒19固定在步进电机旋转轴上，滚筒19上下各有一个排线轮20，保证细不锈钢丝21整齐排绕在滚筒19的导线槽上，细不锈钢丝21一端固定在滚筒19上，另一端系一个重垂25沿导向轮22垂直向下，重垂25下端安装探针8，步进电机1旋转滚筒19带动探针8上下运动实现水位的测量。
Claims (8)
1、一种探测式水位测量方法，其特征在于，测量用的探针在电子测控电路的控制下，一直位于水面上方一定的高度，当测量水位时，探针向下刚一接触到水面，马上将探针向上提升到一定的高度，等待下一次测量。
2、一种权利要求1所述的探测式水位测量方法所使用的探测式水位仪，在钢结构支架上设有探针与电子测控电路，其特征在于，
所述的钢结构支架上设有探针升降机构，该探针升降机构的结构是：由步进电机通过传动系统带动探针升降；
所述的电子测控电路由单片机系统和步进电机的驱动器构成，单片机系统通过记录步进电机的驱动步数得到水位高度，显示在液晶显示器上，并由串行口传送到计算机；
所述探针升降的驱动、水位高度的计数两个功能用一个主器件——步进电机来实现。
3、根据权利要求2所述的探测式水位仪，其特征在于，所述的传动系统的结构是：步进电机的轴上联结同步轮，该同步轮上有同步带，该同步带上固定有滑块，并设有两个滑动杆作为所述滑块的导轨；所述的探针固定在该滑块的下方，构成测杆式探测式水位仪。
4、根据权利要求3所述的探测式水位仪，其特征在于，所述探针通过锁紧螺母与探针管联结，并可以伸长或缩短。
5、根据权利要求2所述的探测式水位仪，其特征在于，所述的传动系统的结构是：步进电机的轴上联结有滚筒，该滚筒上绕有不锈钢丝，该不锈钢丝通过导向轮后，下端固定有重垂；所述的探针固定在重垂下面，构成滚筒式探测式水位仪。
6、根据权利要求5所述的探测式水位仪，其特征在于，所述探针升降机构设有探针触底信号限位器，其结构是：触底限位器的导通由钢丝绳的松紧控制；触底限位器与步进电机的驱动器连接。
7、根据权利要求5所述的探测式水位仪，其特征在于，设有与该滚筒平行的2个排线轮，以控制不锈钢丝在滚筒导线槽上的排列。
8、根据权利要求1～7之一所述的探测式水位仪，其特征在于，单片机系统上设有水位零点开关。
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