CN102095473A - 透射式光电液位计 - Google Patents

Abstract

一种透射式光电液位计，包括光发生器件、光接收器件和光电传感器信号处理电路，还包括安装法兰、第一压紧螺母、第二压紧螺母、第一透明管、第二透明管、第一定位杆和第二定位杆，光发生器件与第一定位杆固定连接，光接收器件与第二定位杆固定连接；光电传感器信号处理电路包括光信号处理电路、温度传感器电路、压力传感器、单片机电路、电源电路和显示电路，光接收器件接收光发生器件发出的光信号，光接收器件与光信号处理电路电连接，光信号处理电路处理光接收器件所接收到的光信号。本发明既结构简单，使用方便，又能修正传感器性能变化、被测量介质光学特性变化、被测量介质温度和压力变化对液位测量值的影响。

Description

透射式光电液位计

技术领域

本发明属于液位高度的测量与控制技术，特别是涉及一种透射式光电液位计。

背景技术

目前，在对于水、油、蒸汽等具有高温和腐蚀性液体的液位测量中，测量仪器往往结构复杂，使用不方便。平板液位计虽然简单，但其运用的目测的方法浪费了人力，现场使用中容易被打碎，并产生液体泄漏造成设备和人员伤害，使用起来很不方便，而其它液位计则不仅结构复杂，而且在某些特殊场合（如有毒液体或易燃易爆介质的液位，密闭非透明容器中液体的液位等）用人工读数的方法又很不方便。此外，有些液位计由于与液体长期接触而被腐蚀，因而造成测量误差，并导致其使用寿命大大的减少，甚至失效，同时，被测量液体的工作压力和温度的变化，会影响到被测介质的密度和容器的精确体积，导致液位测量不准确，需要对测量值进行修正，而现有的液位计却缺少这样的修正功能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种既结构简单，使用方便，又能修正液位计性能变化、被测量介质光学特性变化、被测量介质温度和压力变化对液位测量值影响的透射式光电液位计。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是：一种透射式光电液位计，其创新点在于：

a、包括光发生器件、光接收器件和光电传感器信号处理电路，

b、还包括安装法兰、第一压紧螺母、第二压紧螺母、第一透明管、第二透明管、第一定位杆和第二定位杆，所述安装法兰分别与第一压紧螺母和第二压紧螺母密封连接，且形成第一密封腔和第二密封腔，第一透明管的上部伸入第一密封腔内，第一透明管的管身与第一压紧螺母密封固定连接，第二透明管的上部伸入第二密封腔内，第二透明管的管身与第二压紧螺母密封固定连接，第一定位杆与第一透明管固定连接且位于第一透明管的内腔，第二定位杆与第二透明管固定连接且位于第二透明管的内腔，若干个光发生器件与第一定位杆固定连接，若干个光接收器件与第二定位杆固定连接，且每个光发生器件与相应的光接收器件水平位置相对应；

c、所述光电传感器信号处理电路包括光信号处理电路、温度传感器电路、压力传感器、单片机电路、电源电路和显示电路，所述单片机电路主要由单片机组成；

d、所述光接收器件接收光发生器件发出的光信号，所述光接收器件与光信号处理电路电连接，所述光信号处理电路处理光接收器件所接收到的光信号，所述光信号处理电路与单片机电连接，所述温度传感器电路与单片机电连接，所述压力传感器的信号输出端与单片机电连接，所述单片机与显示电路电连接，所述电源电路与单片机电连接；

e、所述光发生器件与电源电路电连接。

所述安装法兰的下部具有第一环形连接凸台和第二环形连接凸台，第一环形连接凸台和第二环形连接凸台外周具有外螺纹，第一压紧螺母和第二压紧螺母分别具有第一沉孔和第二沉孔，第一沉孔和第二沉孔的内壁均具有内螺纹，第一环形连接凸台的外螺纹与第一沉孔的内螺纹螺纹连接，第二环形连接凸台的外螺纹与第二沉孔的内螺纹相连接。

所述第一定位杆的下部与第一透明管的内端下部固定连接，第二定位杆的下部与第二透明管的内端下部固定连接，若干个光发生器件间隔均匀地与第一定位杆固定连接，若干个光接收器件间隔均匀地与第二定位杆固定连接。

所述第一压紧螺母的第一沉孔内具有第一密封圈，安装法兰的第一环形连接凸台下端与第一密封圈相抵，第一透明管的上端部具有第一径向环形凸台，第一径向环形凸台下端与第一密封圈上部相抵，第一密封圈下部与第一压紧螺母的第一沉孔底面相抵，第一密封圈的中孔箍在第一透明管的管身上；第二压紧螺母的第二沉孔内具有第二密封圈，安装法兰的第二环形连接凸台下端与第二密封圈相抵，第二透明管的上端部具有第二径向环形凸台，第二径向环形凸台下端与第二密封圈上部相抵，第二密封圈下部与第二压紧螺母的第二沉孔底面相抵，第二密封圈的中孔箍在第二透明管的管身上。

所述第一密封圈和第二密封圈为楔形密封圈。

所述第一透明管和第二透明管为玻璃管。

所述光接收器件为P-I-N光侦测器或APD光侦测器或光电管或光敏电阻，所述温度传感器电路包括温度传感器，所述温度传感器为半导体温度计或热敏电阻，所述压力传感器选用Photohelic3000SGT系列压力传感器或者WWDP系列压力传感器，所述光发生器件为LED或微型灯或米泡。

所述显示电路包括显示驱动电路和6个显示器件，所述显示驱动电路驱动显示器件。

所述光信号处理电路包括滤波电路、信号放大电路和A/D转换器，所述滤波电路与信号放大电路电连接，所述信号放大电路与A/D转换器电连接。

还包括串口通讯电路，所述串口通讯电路由RS232及其外围电路组成。

采用上述结构后，由于安装法兰分别与第一压紧螺母和第二压紧螺母密封连接，且形成第一密封腔和第二密封腔，第一透明管的上部伸入第一密封腔内，第一透明管的管身与第一压紧螺母密封固定连接，第二透明管的上部伸入第二密封腔内，第二透明管的管身与第二压紧螺母密封固定连接，第一定位杆与第一透明管固定连接且位于第一透明管的内腔，第二定位杆与第二透明管固定连接且位于第二透明管的内腔，若干个光发生器件与第一定位杆固定连接，若干个光接收器件与第二定位杆固定连接，且每个光发生器件与相应的光接收器件水平位置相对应，因此结构简单，使用方便，而且上述零件可以通过市场购买到，价格合理；用于液位测量时，只要将本发明安装在需要测量的液体槽内，并将若干个光发生器件和若干个光接收器件分别与外设的光电传感器信号处理电路电连接，就能通过第一透明管内的光发生器件发射的光线，并通过第二透明管内的光接收器件接收，再通过光电传感器信号处理电路处理来自光接收器件接收的光线强弱来测量液位高度，原理是运用了空气和液体的光反射率的差异来测量，因此测量简单，使用方便；又由于使用了光接收器件、温度传感器电路、压力传感器等器件，能从光学、温度、压力等方面提供较为准确的数值，故用于光电液位计时能够克服传感器性能变化、被测量介质光学特性变化、被测量介质温度、压力变化对液位测量值的影响；本发明通过光电转换技术和以单片机为核心的信号处理电路，准确显示液面高度；玻璃管外壳使检测装置与液体分离，大大延长了其使用寿命，又因为使用的是一体式的玻璃管，更方便了维护和清洗，且透射式光电液位计为内置式的，即使发生了损坏事故，也不会造成人员与财产的损失； 光电元件无磨损，降低了维修成本。

附图说明

图1是本发明的结构剖视图；

图2是本发明的使用状态图；

图3为本发明的电路结构示意图；

图4为本发明的光接收器件7的电路结构示意图；

图5为本发明的滤波电路A2-1的电路示意图；

图6为本发明的信号放大电路A2-2的电路示意图；

图7为本发明的A/D转换器A2-3的电路示意图；

图8为本发明的光接收电路7、滤波电路A2-1与信号放大电路A2-2的电路连接示意图；

图9为本发明的显示电路A5的电路示意图；

图10为本发明的单片机电路A7的电路示意图；

图11为本发明的温度传感器电路A3电路示意图；

图12为本发明的压力传感器A6的电路示意图；

图13为本发明的电源电路A4的电路示意图；

图14为本发明的串口通讯电路A8的电路示意图。

具体实施方式

以下结合附图给出的实施例对本发明作进一步详细的说明。

参见图1~14所示，一种透射式光电液位计，包括光发生器件6、光接收器件7和光电传感器信号处理电路A，还包括安装法兰1、第一压紧螺母2、第二压紧螺母3、第一透明管4、第二透明管5、第一定位杆8和第二定位杆9，所述安装法兰1分别与第一压紧螺母2和第二压紧螺母3密封连接，且形成第一密封腔2-1和第二密封腔3-1，第一透明管4的上部伸入第一密封腔2-1内，第一透明管4的管身与第一压紧螺母2密封固定连接，第二透明管5的上部伸入第二密封腔3-1内，第二透明管5的管身与第二压紧螺母3密封固定连接，第一定位杆8与第一透明管4固定连接且位于第一透明管4的内腔4-1，第二定位杆9与第二透明管5固定连接且位于第二透明管5的内腔5-1，若干个光发生器件6与第一定位杆8固定连接，若干个光接收器件7与第二定位杆9固定连接，且每个光发生器件6与相应的光接收器件7水平位置相对应；所述光电传感器信号处理电路A包括光信号处理电路A2、温度传感器电路A3、压力传感器A6、单片机电路A7、电源电路A4和显示电路A5，所述单片机电路A7主要由单片机U1组成；所述光接收器件7接收光发生器件6发出的光信号，所述光接收器件7与光信号处理电路A2电连接，所述光信号处理电路A2处理光接收器件7所接收到的光信号，所述光信号处理电路A2与单片机U1电连接，所述温度传感器电路A3与单片机U1电连接，所述压力传感器A6的信号输出端与单片机U1电连接，所述单片机U1与显示电路A5电连接，所述电源电路A4与单片机U1电连接；所述光发生器件6与电源电路A4电连接。

参见图1所示，为了装拆方便，所述安装法兰1的下部具有第一环形连接凸台1-2和第二环形连接凸台1-3，第一环形连接凸台1-2和第二环形连接凸台1-3外周具有外螺纹，第一压紧螺母2和第二压紧螺母3分别具有第一沉孔2-2和第二沉孔3-2，第一沉孔2-2和第二沉孔3-2的内壁均具有内螺纹，第一环形连接凸台1-2的外螺纹与第一沉孔2-1的内螺纹螺纹连接，第二环形连接凸台1-3的外螺纹与第二沉孔3-2的内螺纹相连接。

参见图1所示，为了精确的测量液位，所述第一定位杆8的下部与第一透明管4的内端下部固定连接，第二定位杆9的下部与第二透明管5的内端下部固定连接，若干个光发生器件6间隔均匀地与第一定位杆8固定连接，若干个光接收器件7间隔均匀地与第二定位杆9固定连接。

参见图1所示，为了使透明管3和压紧螺母2密封连接，所述第一压紧螺母2的第一沉孔2-2内具有第一密封圈11，安装法兰1的第一环形连接凸台1-2下端与第一密封圈11相抵，第一透明管4的上端部具有第一径向环形凸台4-2，第一径向环形凸台4-2下端与第一密封圈11上部相抵，第一密封圈11下部与第一压紧螺母2的第一沉孔2-2底面相抵，第一密封圈11的中孔箍在第一透明管4的管身上；第二压紧螺母3的第二沉孔3-2内具有第二密封圈12，安装法兰1的第二环形连接凸台1-3下端与第二密封圈12相抵，第二透明管5的上端部具有第二径向环形凸台5-2，第二径向环形凸台5-2下端与第二密封圈12上部相抵，第二密封圈12下部与第二压紧螺母3的第二沉孔3-2底面相抵，第二密封圈12的中孔箍在第二透明管5的管身上，第一密封圈11和第二密封圈12为楔形密封圈，也可以为O型密封圈。

参见图1所示，为了进一步节约费用，所述第一透明管4和第二透明管5为玻璃管。

如图1、3、4、11、12所示，所述光接收器件7为P-I-N光侦测器或APD光侦测器或光电管或光敏电阻，所述温度传感器电路A3包括温度传感器，所述温度传感器为半导体温度计或热敏电阻，所述压力传感器A6选用Photohelic3000SGT系列压力传感器或者WWDP系列压力传感器，所述光发生器件6为LED或微型灯或米泡。

如图3、9所示，所述显示电路A5包括显示驱动电路A5-1和6个显示器件A5-2，所述显示驱动电路A5-1驱动显示器件A5-2。

如图5、6、7、8所示，所述光信号处理电路A2包括滤波电路A2-1、信号放大电路A2-2和A/D转换器A2-3，所述滤波电路A2-1与信号放大电路A2-2电连接，所述信号放大电路A2-2与A/D转换器A2-3电连接。A/D转换器A2-3选用AD7890。所述滤波电路A2-1包括电容C01、电容C02、电容C03、电容C04、电容C05和电容C06，所述电容C01和电容C02并联，所述电容C03和电容C04并联，所述电容C05和电容C06并联，所述电容C01和电容C02的一端接电源VCC、电容C03和电容C04的一端接-12V，电容C05和电容C06的一端接+12V，所述电容C01、电容C02、电容C03、电容C04、电容C05和电容C06的另一端均接地。所述信号放大电路A2-2包括放大器、电阻、电容和电阻器。

如图3、10所示，本实施例中采用了四个光电传感器。每个光电传感器连接一个信号放大电路A2-2。单片机电路A7包括单片机U1、复位电路、晶振电路，还包括大容量串行E2PROM。大容量串行E2PROM选用型号为AT24C512。

如图14所示，还包括串口通讯电路A8，所述串口通讯电路A8由RS232及其外围电路组成。

参见图1、2所示，本发明用于液位测量时，将安装法兰1固定连接在液体槽13上，把第一透明管4和第二透明管5伸入液体槽13内，并将若干个光发生器件6和若干个光接收器件7分别与外设的光电传感器信号处理电路A电连接，测量时，第一透明管4内的光发生器件6发射光线，并通过第二透明管5内的光接收器件7接收，再通过光电传感器信号处理电路A处理来自光接收器件7接收的光线强弱来测量液位高度，由于气体和液体吸收光线的差异使光接收器件7读取的数据也不同，再通过光电传感器信号处理电路A进行处理分析，得出液位槽13内的液位高度。

本发明主要用于水、油等液体量的测定，其原理是在被测量液体容器内置入两只平行、密封、透明的管子，管子可由玻璃、塑料等透光材料制作。在其中一只管内置入光发射器件，作为光源，其光发射方向一般应正对着另外一只管子；在另外一只管子与发光器件安装位置对应的适当位置安装光接收器件，接收光并判断光强，并根据接收光的强弱输出对应的电信号；由于光通过液体与通过液体表面上的液体蒸汽（或空气）的透射与反射能力的不同，当液位改变的时候，光接收器件接收到的光强将发生改变，液面上的接收器和液面下的接收器将接收到明显不同的光信号，该信号传递给信号比较和处理的光电传感器信号处理电路A，进而得到准确的液位高度。

本发明在用于光电液位计时能克服传感器性能变化、被测量介质光学特性变化、被测量介质温度和压力变化对液位测量值的影响，能正确处理和显示被测量液体的液位。

Claims (10)

1. 一种透射式光电液位计，其特征在于：

a、包括光发生器件（6）、光接收器件（7）和光电传感器信号处理电路（A），

b、还包括安装法兰（1）、第一压紧螺母（2）、第二压紧螺母（3）、第一透明管（4）、第二透明管（5）、第一定位杆（8）和第二定位杆（9），所述安装法兰（1）分别与第一压紧螺母（2）和第二压紧螺母（3）密封连接，且形成第一密封腔（2-1）和第二密封腔（3-1），第一透明管（4）的上部伸入第一密封腔（2-1）内，第一透明管（4）的管身与第一压紧螺母（2）密封固定连接，第二透明管（5）的上部伸入第二密封腔（3-1）内，第二透明管（5）的管身与第二压紧螺母（3）密封固定连接，第一定位杆（8）与第一透明管（4）固定连接且位于第一透明管（4）的内腔（4-1），第二定位杆（9）与第二透明管（5）固定连接且位于第二透明管（5）的内腔（5-1），若干个光发生器件（6）与第一定位杆（8）固定连接，若干个光接收器件（7）与第二定位杆（9）固定连接，且每个光发生器件（6）与相应的光接收器件（7）水平位置相对应；

c、所述光电传感器信号处理电路（A）包括光信号处理电路（A2）、温度传感器电路（A3）、压力传感器（A6）、单片机电路（A7）、电源电路（A4）和显示电路（A5），所述单片机电路（A7）主要由单片机（U1）组成；

d、所述光接收器件（7）接收光发生器件（6）发出的光信号，所述光接收器件（7）与光信号处理电路（A2）电连接，所述光信号处理电路（A2）处理光接收器件（7）所接收到的光信号，所述光信号处理电路（A2）与单片机（U1）电连接，所述温度传感器电路（A3）与单片机（U1）电连接，所述压力传感器（A6）的信号输出端与单片机（U1）电连接，所述单片机（U1）与显示电路（A5）电连接，所述电源电路（A4）与单片机（U1）电连接；

e、所述光发生器件（6）与电源电路（A4）电连接。

2. 根据权利要求1所述的透射式光电传感器，其特征在于：所述安装法兰（1）的下部具有第一环形连接凸台（1-2）和第二环形连接凸台（1-3），第一环形连接凸台（1-2）和第二环形连接凸台（1-3）外周具有外螺纹，第一压紧螺母（2）和第二压紧螺母（3）分别具有第一沉孔（2-2）和第二沉孔（3-2），第一沉孔（2-2）和第二沉孔（3-2）的内壁均具有内螺纹，第一环形连接凸台（1-2）的外螺纹与第一沉孔（2-1）的内螺纹螺纹连接，第二环形连接凸台（1-3）的外螺纹与第二沉孔（3-2）的内螺纹相连接。

3. 根据权利要求1所述的透射式光电液位计，其特征在于：所述第一定位杆（8）的下部与第一透明管（4）的内端下部固定连接，第二定位杆（9）的下部与第二透明管（5）的内端下部固定连接，若干个光发生器件（6）间隔均匀地与第一定位杆（8）固定连接，若干个光接收器件（7）间隔均匀地与第二定位杆（9）固定连接。

4. 根据权利要求2所述的透射式光电液位计，其特征在于：所述第一压紧螺母（2）的第一沉孔（2-2）内具有第一密封圈（11），安装法兰（1）的第一环形连接凸台（1-2）下端与第一密封圈（11）相抵，第一透明管（4）的上端部具有第一径向环形凸台（4-2），第一径向环形凸台（4-2）下端与第一密封圈（11）上部相抵，第一密封圈（11）下部与第一压紧螺母（2）的第一沉孔（2-2）底面相抵，第一密封圈（11）的中孔箍在第一透明管（4）的管身上；第二压紧螺母（3）的第二沉孔（3-2）内具有第二密封圈（12），安装法兰（1）的第二环形连接凸台（1-3）下端与第二密封圈（12）相抵，第二透明管（5）的上端部具有第二径向环形凸台（5-2），第二径向环形凸台（5-2）下端与第二密封圈（12）上部相抵，第二密封圈（12）下部与第二压紧螺母（3）的第二沉孔（3-2）底面相抵，第二密封圈（12）的中孔箍在第二透明管（5）的管身上。

5. 根据权利要求4所述的透射式光电液位计，其特征在于：所述第一密封圈（11）和第二密封圈（12）为楔形密封圈。

6. 根据权利要求1所述的透射式光电液位计，其特征在于：所述第一透明管（4）和第二透明管（5）为玻璃管。

7.根据权利要求1所述的透射式光电液位计，其特征在于：所述光接收器件（7）为P-I-N光侦测器或APD光侦测器或光电管或光敏电阻，所述温度传感器电路（A3）包括温度传感器，所述温度传感器为半导体温度计或热敏电阻，所述压力传感器（A6）选用Photohelic3000SGT系列压力传感器或者WWDP系列压力传感器，所述光发生器件（6）为LED或微型灯或米泡。

8.根据权利要求1所述的透射式光电液位计，其特征在于：所述显示电路（A5）包括显示驱动电路（A5-1）和6个显示器件（A5-2），所述显示驱动电路（A5-1）驱动显示器件（A5-2）。

9. 根据权利要求1所述的透射式光电液位计，其特征在于：所述光信号处理电路（A2）包括滤波电路（A2-1）、信号放大电路（A2-2）和A/D转换器（A2-3），所述滤波电路（A2-1）与信号放大电路（A2-2）电连接，所述信号放大电路（A2-2）与A/D转换器（A2-3）电连接。

10. 根据权利要求1所述的透射式光电液位计，其特征在于：还包括串口通讯电路（A8），所述串口通讯电路（A8）由RS232及其外围电路组成。

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