CN102901544B - 物位与温度传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种物位与温度传感器，包括一结构组件、一电路板及其功能组合；所述电路板功能组合包括感测探棒单元、物位感测单元、温度感测单元、运算处理器、通讯单元、使用者接口单元、电源单元、输出单元；所述结构组件包括一结构上盖、一本体、一置线盒本体，其中结构上盖与本体结合形成一功能性空间，容纳所述电路板及其电子组件，所述电子组件包括温度感测单元、运算处理器、物位感测单元，所述置线盒本体与所述本体固定连接，形成另一功能性空间承受容纳所述感测探棒单元。本发明通过对感测探棒单元、物位感测单元侦测的信号分析，最终得到物位与温度的信息；本发明能构同时可侦测物料位置与温度并可以侦测物料沿物料位移方向的温度。

Description

物位与温度传感器

技术领域

本发明涉及储仓物料监测领域，特别涉及一种量测储仓物料物位与温度的设备和技术。

背景技术

因为固液体物料例如石油、煤矿、铁砂、水泥、玉米、小麦、面粉、牛油、液体等，探测到的物料会随着批次重量、物料颗粒、材料的吸湿性、液体相变等差异而不同。特别是干燥的物料或易燃液体，会在舱内因受到温度的变化，造成闷烧的可能或火花尘爆，常引起工安事件与不必要耗能。目前大型储仓的制程管理，仍多仰赖经验与人力管理，密集不间断的翻搅仓内的物料与空调引入，来降低温度升高的安全风险翻搅过程并需要作良好的集尘控置避免空气污染，造成巨大的电能费用。

所以对物料的物位和温度的监测至关重要。

传统的量测物位和温度的传感器有以下几种：

1.一种车用的液位与温度传感器，利用材料章利对阻抗的变化影响检知液位, 只能用于低精度短行程的运用; 无法运用于有高硬力的固态物料环境测量，也没有温度的感测功能。

2.用测量导电度的方法决定物位, 并内埋一个温度感测装置，只能用在导电性液体，只具有一个温度的讯号，并不适用在固体的物位测量。

3.一种多功能的传感器, 可以同时量测温度, 浊度, 压力与流量; 流量基本上是用流体流动所带走的温差, 换算出流量；浊度是采用光学组件, 接受光的散射强度换算；压力部分较为特殊，利用加热辐射热与环境压力成反比的关系，换算出压力变化。由于具有热量, 不能运用在危险的作业环境与粉尘防爆、化学危险作业需求，无法满足本职安全的电路低功耗要求，也无法运用在固体的物位测量。

4. 利用电压脉冲产生磁场变化, 进而侦测出物位的位置；同样的，只能运用于液体的测量，无法运用于固体。

所以传统的传感器无法同时量测物位与温度，特别是固态物体的物位；传统的传感器只能提供整个储仓一个单一温度的信息，无法取得沿着储仓物料变化的方向的温度分布，传统的液位量测方法需要有浮球做为液面的变化指示，造成无法运用于高黏度液体、浆料或固液混合环境的物位与温度指示。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明提供一种物位和温度传感器，以解决目前的传感器无法同时量测物位与温度，也不能取得沿着物料变化的方向的温度分布的技术问题。

本发明的技术方案如下：

一种物位与温度传感器，包括一结构组件、一电路板及其功能组合；所述电路板功能组合包括感测探棒单元、物位感测单元、温度感测单元、运算处理器、通讯单元、使用者接口单元、电源单元、输出单元；所述结构组件包括一结构上盖、一本体、一置线盒本体，其中结构上盖与本体结合形成一功能性空间，容纳所述电路板及其电子组件，所述电子组件包括温度感测单元、运算处理器、物位感测单元，所述置线盒本体与所述本体固定连接，形成另一功能性空间应力承受容纳所述感测探棒单元。

较佳地，所述感测探棒单元包括线缆、电极探棒、温度感测导线、温度感测点。

较佳地，所述电极探棒包括以下5种不同的类型：

（1） Type A型，其是绝缘双端探针，有涂层，除了调整量测范围外并有保护探针的作用；

（2） Type B型，其是接地无效的绝缘双端探针，除了调整量测范围并有保护探针的作用，而且还能隔离外接物质；

（3） Type C型，其是带有电动保护的三端探针，具有最佳的隔离效果，金属棒和固定法兰是隔离的，保护机构具有与金属棒相同的电压，能抵消介于固定法兰和金属棒之间残留物质的影响；

（4） Type D型，其是自带接地参考的二端探针，可用于测量液体，具有固有安全接地参考电极，有一个品种孔作为压力平衡；

（5） Type E型，其是用于接地在黏性液体里的二端带笼探针，可用于沙石以及其它合适的物质，用笼架构出供参考的地。

较佳地，所述电极探棒作为物位感测单元电极，感知量侧物体的物理性质变化。

较佳地，所述量测物体物理性质变化经由所述讯号处理器转换成物位信息。

较佳地，所述量侧物体物理性质包括介电系数、电阻值和粘滞性。

较佳地，所述温度感测导线用于传递一组以上的温度讯号。

较佳地，所述温度感测导线上沿着所述线缆的方向有一个以上的所述温度感测点，使其能够量测沿着所述线缆或者物位变化方向的温度分布。

较佳地，所述温度感测点是RTD或热电偶。

较佳地，所述感测探棒单元采用注胶硬化将所述线缆与所述电极碳棒固定在置线盒本体，以承受应力。

较佳地，所述线缆的下方通常固定有一个重锤坠子拉伸所述线缆。

较佳地，所述物位感测单元包括隔离讯号处理、模拟讯号隔离器、讯号波型产生器、讯号处理器、模拟数字转换器。

较佳地，所述物位感测单元的作用原理是射频导纳、时域反射、电容量测原理中的任何一个。

较佳地，所述温度感测单元包括感测数组单元、模拟切换器、讯号处理器、模拟数字转换器、数字讯号隔离器。

较佳地，所述使用者接口单元包括一输入装置和所一显示装置。

较佳地，所述输出单元包括模拟输出单元与数字输出单元。

较佳地，所述运算处理器控制整个电路，与所述通讯单元作数据传递交换，接收使用者接口单元输入装置、显示装置做讯息处理，并能作模拟输出单元与数字输出单元。

较佳地，所述电源单元为整个电路板及其电子组件提供电力。

较佳地，所述通讯单元是HART协议、MODBUS协议、Foundation BUS协定、PROFIBUS协定、PROFINET协定、ZigBee协定、Wi-Fi Direct协定、GPRS协定或LET（Long Term Evolution）协定。

较佳地，所述通讯单元若为无线传输，则需要一个天线插入孔安装天线。

较佳地，其所测物体是固体、粉体、块状物、液体、固液混合、浆料。

较佳地，整个结构组装辅助配件有如法兰、法兰牙头、电气胶带、螺丝、接地螺丝、转接牙头管、衬环等习知技术。

较佳地，所述本体通常会有一个防水接头作为电源线或讯号线接导出，具有防水气进入的功能。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1.本发明为一种同时可侦测物料位置与温度的感测装置，提高了侦测效率。

2.本发明可以侦测物料温度随物料位移方向的温度，提高了侦测精度。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

图1为本发明提供的物位与温度传感器的外观示意图；

图2为本发明提供的物位与温度传感器的爆炸展开图；

图3为本发明提供的物位与温度传感器的安装示意图；

图4为本发明提供的电路板功能方块图。

具体实施方式

如图1、图2和图4所示，本发明物位与温度传感器，包括一结构组件、电路板103及其功能组合；所述电路板功能组合用于侦测物料物位和温度信息并对所侦测的信息进行处理，其包括感测探棒单元7、物位感测单元5、温度感测单元6、运算处理器21、通讯单元41、使用者接口单元4、电源单元1、输出单元2；该结构组件包括结构上盖101、本体105、置线盒本体110，其中结构上盖101与本体105结合形成一功能性空间，容纳电路板103及其电子组件，该电子组件包括温度感测单元6、运算处理器21、物位感测单元5，置线盒本体110与105本体固定连接，形成另一功能性空间应力承受容纳感测探棒单元7。本体105通常会有一个防水接头作为电源线或讯号线接导出，具有防水气进入的功能。

感测探棒单元7包括线缆111、电极探棒112、电极探棒114、温度感测导线116、温度感测点117；感测探棒单元7采用注胶硬化将线缆111与电极碳棒112和电极探棒114固定在置线盒本体110上，以承受应力；线缆111的下方通常可以固定有重锤坠子125拉伸线缆111；电极探棒112和电极探棒114作为物位感测单元5电极，感知待量侧物体的物理性质变化，所述量测物体的物理性质变化经由讯号处理器14转换成物位信息；量侧物体物理性质变化可以是介电系数、电阻值、粘滞性。

电极探棒包括以下5种不同的类型：

（1） Type A型，其是绝缘双端探针，有涂层，除了调整量测范围外并有保护探针的作用；

（2） Type B型，其是接地无效的绝缘双端探针，除了调整量测范围并有保护探针的作用，而且还能隔离外接物质；

（3） Type C型，其是带有电动保护的三端探针，具有最佳的隔离效果，金属棒和固定法兰是隔离的，保护机构具有与金属棒相同的电压，能抵消介于固定法兰和金属棒之间残留物质的影响；

（4） Type D型，其是自带接地参考的二端探针，可用于测量液体，具有固有安全接地参考电极，有一个品种孔作为压力平衡；

（5） Type E型，其是用于接地在黏性液体里的二端带笼探针，可用于沙石以及其它合适的物质，用笼架构出供参考地。

温度感测导线116用于传递温度讯号，其可以是一组以上的温度讯号,温度感测导线116上沿着线缆111的方向可以有一个以上的温度感测点117，使得可以量测沿着线缆111或者物位变化方向的温度分布;温度感测点117可以是RTD或热电偶。

物位感测单元5包括隔离讯号处理11、模拟讯号隔离器12、讯号波型产生器13、讯号处理器14、模拟数字转换器15,其作用原理是射频导纳、时域反射、电容量测原理中的任何一个。

温度感测单元6包括感测数组单元31、模拟切换器32、讯号处理器33、模拟数字转换器34、数字讯号隔离器35。

输入装置25和显示装置26形成接收使用者接口单元4，输出单元2包括模拟输出单元23与数字输出单元24;运算处理器21控制整个电路，并与通讯单元41作数据传递交换、接收使用者人机接口2输入装置25、显示装置26做讯息处理，并作模拟输出单元23与数字输出单元24。

电源单元1为整个电路板及其电子组件提供电力。

通讯单元41可以是HART协议、MODBUS协议、Foundation BUS协定、PROFIBUS协定、PROFINET协定、ZigBee协定、Wi-Fi Direct协定、GPRS协定或LET（Long Term Evolution）协定；通讯单元41若为无线传输，本体105则需要一个天线插入孔104安装天线。 

本发明提供的物位与温度传感器的整个结构组装辅助配件有如法兰、法兰牙头、电气胶带、螺丝、接地螺丝、转接牙头管、衬环等习知技术。

图3是本发明的一个优选实施例。本发明可量测物体是固体、粉体、块状物、液体、固液混合、浆料，本实施例待待量测物体是粉体；如图3所示将传感器安装于储仓的顶部，根据所需量测的深度范围将本发明物位与温度传感器的感测探棒单元7放入待量测物料内；感测探棒单元7将侦测到的储仓不同深度的物料物理性质的变化传递给物位感测单元5经讯号处理器14转换成物位信息，该物料物理性质可以为电系数、电阻值和粘滞性，感测探棒单元7同时将侦测到的储仓不同深度的物料信息和温度信息传递给温度感测单元6和物位感测单元5，物位感测单元5和温度感测单元6将讯号处理后传递给运算处理单元21，运算处理单元21与41通讯单元做数据传递交换，同时接受使用者人机接口2输入装置25、显示装置26做讯息处理，并作模拟输出单元23与数字输出单元24输出信息，最终通过分析输出信息就能得到所量测物料的物位和温度信息。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (22)

1.一种物位与温度传感器，其特点在于，包括一结构组件、一电路板和电路板功能组合,其中：

所述电路板功能组合用于侦测物位和温度信息并对所侦测的信息进行处理，其包括感测探棒单元、物位感测单元、温度感测单元、运算处理器、通讯单元、使用者接口单元、电源单元、输出单元；

所述结构组件包括一结构上盖、一本体、一置线盒本体，所述结构上盖与本体结合形成一功能性空间，容纳所述电路板及其电子组件，所述电子组件包括温度感测单元、运算处理器、物位感测单元，所述置线盒本体与所述本体固定连接，形成另一功能性空间应力承受容纳所述感测探棒单元；

所述感测探棒单元包括线缆、电极探棒、温度感测导线、温度感测点。

2.如权利要求1所述的物位与温度传感器，其特点在于，所述电极探棒包括以下5种不同的类型：

(1)Type A型，其是绝缘双端探针，有涂层，除了调整量测范围外并有保护探针的作用。

(2)Type B型，其是接地无效的绝缘双端探针，除了调整量测范围并有保护探针的作用，而且还能隔离外接物质。

(3)Type C型，其是带有电动保护的三端探针，具有最佳的隔离效果，金属棒和固定法兰是隔离的，保护机构具有与金属棒相同的电压，能抵消介于固定法兰和金属棒之间残留物质的影响。

(4)Type D型，其是自带接地参考的二端探针，可用于测量液体，具有固有安全接地参考电极，有一个品种孔作为压力平衡。

(5)Type E型，其是用于接地在黏性液体里的二端带笼探针，可用于沙石以及其它合适的物质，用笼架构出供参考的地。

3.如权利要求1所述的物位与温度传感器，其特点在于，所述电极探棒作为物位感测单元电极，感知量测物体的物理性质变化。

4.如权利要求3所述的物位与温度传感器，其特点在于，所述量测物体的物理性质变化经由讯号处理器转换成物位信息。

5.如权利要求3所述的物位与温度传感器，其特点在于，所述量侧物体物理性质包括介电系数、电阻值和粘滞性。

6.如权利要求1所述的物位与温度传感器，其特点在于，所述温度感测导线用于传递一组以上的温度讯号。

7.如权利要求6所述的物位与温度传感器，其特点在于，所述温度感测导线上沿着所述线缆的方向有一个以上的所述温度感测点，使其能够量测沿着所述线缆或者物位变化方向的温度分布。

8.如权利要求6所述的物位与温度传感器，其特点在于，所述温度感测点是RTD或热电偶。

9.如权利要求1所述的物位与温度传感器，其特点在于，所述感测探棒单元采用注胶硬化将所述线缆与所述电极碳棒固定在置线盒本体，以承受应力。

10.如权利要求1所述的物位与温度传感器，其特点在于，所述线缆的下方通常固定有一个重锤坠子拉伸所述线缆。

11.如权利要求1所述的物位与温度传感器，其特点在于，所述物位感测单元包括隔离讯号处理、模拟讯号隔离器、讯号波型产生器、讯号处理器、模拟数字转换器。

12.如权利要求11所述的物位与温度传感器，其特点在于，所述物位感测单元的作用原理是射频导纳、时域反射、电容量测原理中的任何一个。

13.如权利要求1所述的物位与温度传感器，其特点在于，所述温度感测单元包括感测数组单元、模拟切换器、讯号处理器、模拟数字转换器、数字讯号隔离器。

14.如权利要求1所述的物位与温度传感器，其特点在于，所述使用者接口单元包括一输入装置和所一显示装置

15.如权利要求1所述的物位与温度传感器，其特点在于，所述输出单元包括模拟输出单元与数字输出单元。

16.如权利要求1所述的物位与温度传感器，其特点在于，所述运算处理器控制整个电路，与所述通讯单元作数据传递交换，接收使用者接口单元输入装置、显示装置做讯息处理，并能作模拟输出单元与数字输出单元。

17.如权利要求1所述的物位与温度传感器，其特点在于，所述电源单元为整个电路板及其电子组件提供电力。

18.如权利要求1所述的物位与温度传感器，其特点在于，所述通讯单元是HART协议、MODBUS协议、Foundation BUS协定、PROFIBUS协定、PROFINET协定、ZigBee协定、Wi-Fi Direct协定、GPRS协定或Long Term Evolution协定。

19.如权利要求19所述的物位与温度传感器，其特点在于，所述通讯单元若为无线传输，所述本体需要一个天线插入孔安装天线。

20.如权利要求1所述的物位与温度传感器，其特点在于，其所测物体是固体、液体、固液混合。

21.如权利要求1所述的物位与温度传感器，其特点在于，整个结构组装辅助配件有法兰、法兰牙头、电气胶带、螺丝、接地螺丝、转接牙头管、衬环。

22.如权利要求1所述的物位与温度传感器，其特点在于，所述本体通常会有一个防水接头作为电源线或讯号线接导出，具有防水气进入的功能。