CN104697610B - 一种液氮罐液面检测系统 - Google Patents

Abstract

一种液氮罐液面检测系统，包括检测装置和报警显示器，检测装置，包括：液氮罐盖、开关组件、浮球、吊线和信息处理传输组件，开关组件和信息处理传输组件装设在液氮罐盖的内部，浮球通过吊线与开关组件连接；报警显示器，包括的稳压电源、第二无线电收发模块、第二单片机、液晶显示器、蜂鸣器和RS232‑USB接口转换器均装设在机箱内部，通过无线数据传输技术与信息处理传输组件进行数据交流。其优点在于，该系统具有远距离通信检测功能，可将液位检测装置与液氮罐盖子组合一体，耗电量低、电池供电、报警液位准确、一台报警显示器可显示多个液氮罐的液位状态。

Description

一种液氮罐液面检测系统

技术领域

本发明涉及检测设备领域，特别涉及一种液氮罐液面检测系统。

背景技术

液位计广泛用于医疗卫生、畜牧冻精、干细胞研究及各类实验室，用于液氮罐内液氮的液位监测。

普通的液位计通常都在常温的环境使用，象在液氮中这样超低温环境下，一般的电子器件均会失效，目前广泛使用的液氮罐低液位报警器均是在原液氮罐盖子上打孔安装一温度传感器（铂电阻），该传感器与贴附在液氮罐外壁上（或固定在原液氮罐盖上）的显示报警器连接，通过检测插入液氮罐内固定高度的传感器温度，以判定液位是否降到报警液位，显示的温度低于-196℃，说明传感器浸在液氮中，显示的温度高于-196℃，说明传感器没有浸在液氮中，报警提示。

由于长时间工作的电子原器件、传感器会老化甚至损坏，给温度测量造成较大误差，甚至瘫痪整个报警系统。每次工作人员取下和放上液氮罐盖子都会牵拉传感器与显示报警器连接的导线，给操作带来诸多不便，每个液氮罐的测温装置都需外接电源，放置液氮罐的场地需要铺设多条供电线路，给现场埋下了许多安全隐患。

发明内容

本发明的目的是，提供一种液氮罐液面检测系统，其结构简单，使用方便，应用范围广，易推广，具有远距离信息传输功能，可将液位检测装置与液氮罐盖子组合一体，耗电量低、电池供电、报警液位准确、一台报警显示器可显示多个液氮罐的液位状态。

采用的技术方案是：

一种液氮罐液面检测系统，包括检测装置和报警显示器，所述的检测装置，包括：液氮罐盖、开关组件、浮球、吊线和信息处理传输组件；

液氮罐盖扣设在液氮罐的罐口上，液氮罐盖，包括上盖和下盖，下盖的盖面向下凹陷，上盖扣设在下盖的凹陷处，上盖的下端面的周边与下盖固定连接，下盖的凹陷部分与上盖形成内腔，保温塞装设在液氮罐的瓶口处，保温塞的上表面设有凹槽，下盖的凹陷部分能够匹配装设在凹槽内，下盖的下端面与保温塞匹配固定连接，开关组件和信息处理传输组件均装设在内腔的内部，所述的开关组件，包括杠杆、支架、配重块、第一水银开关、第二水银开关、上限位块和下限位块，支架上开设有两个轴装配孔，杠杆固定有轴，轴的两端通过两个轴装配孔装设在支架上，即杠杆与支架铰接，支架固定在内腔的内部的底面上，即支架与下盖的上端面固定连接，上限位块和下限位块固定在内腔的侧壁上，配重块与杠杆的一端固定连接，且配重块设置在上限位块和下限位块之间，使配重块只能够在上限位块和下限位块之间的空间内移动，吊线的一端与浮球固定连接，保温塞沿上下方向开设有中心孔，下盖的下端面开设有小孔，吊线的另一端通过保温塞的中心孔和液氮罐盖的底部的小孔进入内腔，吊线与杠杆另一端固定连接，第一水银开关和第二水银开关固定装设在杠杆的侧端面上，第一水银开关和第二水银开关不平行设置，所述的信息处理传输组件，包括电池、采集处理开关信号模块、第一无线电收发模块和第一单片机，采集处理开关信号模块、第一无线电收发模块和第一单片机装设在第一电路板上，第一电路板上和电池装设在内腔内，且第一电路板上和电池固定在下盖的上端面上，采集处理开关信号模块为双D触发器，所述的第一水银开关和第二水银开关均与采集处理开关信号模块连接，第一水银开关和第二水银开关均与采集处理开关信号模块连接技术为已知技术，采集处理开关信号模块和第一无线电收发模块均与第一单片机连接，采集处理开关信号模块和第一无线电收发模块均与第一单片机连接技术为已知技术，采集处理开关信号模块、第一无线电收发模块和第一单片机均与电池连接，采集处理开关信号模块、第一无线电收发模块和第一单片机均与电池连接技术为已知技术；

所述的报警显示器，包括机箱、稳压电源、第二无线电收发模块、第二单片机、液晶显示器、蜂鸣器和RS232-USB接口转换器，第二无线电收发模块、第二单片机、蜂鸣器和RS232-USB接口转换器均装设在第二电路板上，第二电路板和稳压电源均固定在机箱的内部，液晶显示器固定在机箱上，液晶显示器的显示屏通过机箱的开口裸露在机箱外，使观察者可以看到，第二无线电收发模块、液晶显示器、蜂鸣器和RS232-USB接口转换器均与第二单片机连接，第二无线电收发模块、液晶显示器、蜂鸣器和RS232-USB接口转换器均与第二单片机连接技术为已知技术，第二无线电收发模块、第二单片机、液晶显示器和蜂鸣器均与稳压电源连接，第二无线电收发模块、第二单片机、液晶显示器和蜂鸣器均与稳压电源连接技术为已知技术，RS232-USB接口转换器通过USB数据线与电脑连接。

所述的第一单片机和第二单片机的型号可以均为11F02E，第一无线电收发模块和第二无线电收发模块的型号可以均为NRF24L01，采集处理开关信号模块为双D触发器型号可以为CD4013，RS232-USB接口转换器的型号可以为PL-2303，蜂鸣器的型号可以为THD，液晶显示器的型号可以为J4X8C。

工作原理：见图4，由力矩平衡方程可知：

（P-F）R=QL

式中：P- 浮球重量

F- 液氮作用在浮球上的浮力

R- 吊线至杠杆转轴的距离

Q- 配重块重量

L- 配重块质心至杠杆转轴的距离

当浮球完全浸在液氮中，F最大（浮力定律），当（P-F）R< QL时，在力矩作用杠杆顺时针转动一角度，配重块与下限位块接触后杠杆停止转动，表示液位正常的水银开关导通，带有采集处理开关信号模块及无线电收发模块开始工作，并发出有液氮罐液位状态（正常）和液氮罐编号的无线电编码信号，该信号被报警显示器上的无线电收发处理模块接收，经单片机处理后，通过液晶显示器显示出该液氮罐编号及液位状态，用H表示正常。

随着液位下降，浮球露出液位的体积会增大，F减小，当液位降到设定的报警液位（P-F）R> QL时，杠杆逆时针转动一角度，配重块与上限位块接触后杠杆停止转动，表示液位异常的水银开关导通，带有采集处理开关信号模块及无线电收发模块开始工作，并发射含有液氮罐液位状态（异常）和液氮罐编号的无线电编码信号，该信号被报警显示器上的无线电收发处理模块接收，经单片机处理后通过液晶显示器显示出该液氮罐编号及液位状态，用L表示异常，并启动蜂鸣器报警。与报警显示器连接的电脑将显示并储存监测的所有液氮罐的液位状态和报警时间。

本发明的优点在于：

一种液氮罐液面检测系统，该系统具有远距离通信检测功能，可将液位检测装置与液氮罐盖子组合一体，耗电量低、电池供电、报警液位准确、一台报警显示器可显示多个液氮罐的液位状态。

一台报警显示器可接收多个安装在液氮罐盖上的发射模块所发射编码信号，通过解码处理，最终在显示器上显示出每个液氮罐的液位状态，一旦有液氮罐液位降到设定的报警液位就立刻报警，与报警显示器连接的电脑可记录下报警时间和各个液氮罐的液位状态，同测温式报警器相比，提高了报警系统的准确性、可靠性，便于集中监测。由于无线数据传输功能只在液位达到设定值时才启动，工作几秒后即自动关机，因此消耗的电能极少，即使用一组7号电池供电，也可长时间工作。取消了外接电源供电，现场不仅变得整洁，也消除了多个安全隐患。

保持原液氮罐盖外形尺寸，液位检测、信号发射与液氮罐盖组合一体的设计，通过更换原液氮罐盖，即可完成该系统的安装，由于应用阿基米德浮力定律和力矩平衡原理，该系统的物理特性决定了探测的报警液位会保持恒定，无须定期校准，极大地降低了维护成本。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图。

图2是本发明杠杆部分的结构示意图。

图3是本发明报警显示器的结构示意图。

图4是本发明开关组件工作原理的结构示意图。

图5是本发明第一电路板相关组件的结构示意图。

图6是本发明第二电路板相关组件的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详述。

一种液氮罐液面检测系统，包括检测装置和报警显示器，所述的检测装置，包括：液氮罐盖、开关组件、浮球1、吊线2和信息处理传输组件；

液氮罐盖扣设在液氮罐3的罐口上，液氮罐盖，包括上盖4和下盖5，下盖5的盖面向下凹陷，上盖4扣设在下盖5的凹陷处，上盖4的下端面的周边与下盖5固定连接，下盖5的凹陷部分与上盖4形成内腔，下盖5的下端面与保温塞6匹配固定连接，开关组件和信息处理传输组件均装设在内腔的内部，所述的开关组件，包括杠杆7、支架8、配重块9、第一水银开关10、第二水银开关11、上限位块12和下限位块13，支架8上开设有两个轴装配孔，杠杆7固定有轴，轴的两端通过两个轴装配孔装设在支架8上，即杠杆7与支架8铰接，支架8固定在内腔的内部的底面上，即支架8与下盖5的上端面固定连接，上限位块12和下限位块13固定在内腔的侧壁上，配重块9与杠杆7的一端固定连接，且配重块9设置在上限位块12和下限位块13之间，吊线2的一端与浮球1固定连接，保温塞6沿上下方向开设有中心孔，下盖5的下端面开设有小孔，吊线2的另一端通过保温塞6的中心孔和液氮罐盖的底部的小孔进入内腔，吊线2固定在杠杆7的另一端，第一水银开关10和第二水银开关11固定装设在杠杆7的侧端面上，所述的信息处理传输组件，包括电池14、采集处理开关信号模块15、第一无线电收发模块16和第一单片机17，采集处理开关信号模块15、第一无线电收发模块16和第一单片机17装设在第一电路板上18，第一电路板18和电池14装设在内腔内，且第一电路板18和电池14固定在下盖5的上端面上；所述的第一水银开关10和第二水银开关11均与采集处理开关信号模块15连接，采集处理开关信号模块15和第一无线电收发模块16均与第一单片机17连接，采集处理开关信号模块15、第一无线电收发模块16和第一单片机17均与电池14连接；

所述的报警显示器，包括机箱19、稳压电源20、第二无线电收发模块21、第二单片机22、液晶显示器23、蜂鸣器24和RS232-USB接口转换器25，第二无线电收发模块21、第二单片机22、蜂鸣器24和RS232-USB接口转换器25均装设在第二电路板26上，第二电路板26和稳压电源20均固定在机箱19的内部，液晶显示器23固定在机箱上，第二无线电收发模块21、液晶显示器23、蜂鸣器24和RS232-USB接口转换器25均与第二单片机22连接，第二无线电收发模块21、第二单片机22、液晶显示器23和蜂鸣器24均与稳压电源20连接，RS232-USB接口转换器25通过USB数据连接线27与电脑28连接。

所述的杠杆7为转轮。

所述的第一单片机17和第二单片机22的型号均为11F02E，第一无线电收发模块16和第二无线电收发模块21的型号均为NRF24L01，采集处理开关信号模块15为双D触发器型号为CD4013，RS232-USB接口转换器25的型号为PL-2303，蜂鸣器24的型号为THD，液晶显示器23的型号为J4X8C。

Claims (3)

1.一种液氮罐液面检测系统，包括检测装置和报警显示器，其特征在于：所述的检测装置，包括：液氮罐盖、开关组件、浮球（1）、吊线（2）和信息处理传输组件；

液氮罐盖扣设在液氮罐（3）的罐口上，液氮罐盖，包括上盖（4）和下盖（5），下盖（5）的盖面向下凹陷，上盖（4）扣设在下盖（5）的凹陷处，上盖（4）的下端面的周边与下盖（5）固定连接，下盖（5）的凹陷部分与上盖（4）形成内腔，下盖（5）的下端面与保温塞（6）匹配固定连接，开关组件和信息处理传输组件均装设在内腔的内部，所述的开关组件，包括杠杆（7）、支架（8）、配重块（9）、第一水银开关（10）、第二水银开关（11）、上限位块（12）和下限位块（13），支架（8）上开设有两个轴装配孔，杠杆（7）固定有轴，轴的两端通过两个轴装配孔装设在支架（8）上，即杠杆（7）与支架（8）铰接，支架（8）固定在内腔的内部的底面上，即支架（8）与下盖（5）的上端面固定连接，上限位块（12）和下限位块（13）固定在内腔的侧壁上，配重块（9）与杠杆（7）的一端固定连接，且配重块（9）设置在上限位块（12）和下限位块（13）之间，吊线（2）的一端与浮球（1）固定连接，保温塞（6）沿上下方向开设有中心孔，下盖（5）的下端面开设有小孔，吊线（2）的另一端通过保温塞（6）的中心孔和液氮罐盖的底部的小孔进入内腔，吊线（2）固定在杠杆（7）的另一端，第一水银开关（10）和第二水银开关（11）固定装设在杠杆（7）的侧端面上，所述的信息处理传输组件，包括电池（14）、采集处理开关信号模块（15）、第一无线电收发模块（16）和第一单片机（17），采集处理开关信号模块（15）、第一无线电收发模块（16）和第一单片机（17）装设在第一电路板（18）上，第一电路板（18）和电池（14）装设在内腔内，且第一电路板（18）和电池（14）固定在下盖（5）的上端面上；所述的第一水银开关（10）和第二水银开关（11）均与采集处理开关信号模块（15）连接，采集处理开关信号模块（15）和第一无线电收发模块（16）均与第一单片机（17）连接，采集处理开关信号模块（15）、第一无线电收发模块（16）和第一单片机（17）均与电池（14）连接；

所述的报警显示器，包括机箱（19）、稳压电源（20）、第二无线电收发模块（21）、第二单片机（22）、液晶显示器（23）、蜂鸣器（24）和RS232-USB接口转换器（25），第二无线电收发模块（21）、第二单片机（22）、蜂鸣器（24）和RS232-USB接口转换器（25）均装设在第二电路板（26）上，第二电路板（26）和稳压电源（20）均固定在机箱（19）的内部，液晶显示器（23）固定在机箱上，第二无线电收发模块（21）、液晶显示器（23）、蜂鸣器（24）和RS232-USB接口转换器（25）均与第二单片机（22）连接，第二无线电收发模块（21）、第二单片机（22）、液晶显示器（23）和蜂鸣器（24）均与稳压电源（20）连接。

2.根据权利要求1所述的一种液氮罐液面检测系统，其特征在于：所述的杠杆（7）为转轮或者直杆。

3.根据权利要求1所述的一种液氮罐液面检测系统，其特征在于：所述的第一单片机（17）和第二单片机（22）的型号均为11F02E，第一无线电收发模块（16）和第二无线电收发模块（21）的型号均为NRF24L01，采集处理开关信号模块（15）为双D触发器，型号为CD4013，RS232-USB接口转换器（25）的型号为PL-2303，蜂鸣器（24）的型号为THD，液晶显示器（23）的型号为J4X8C。