CN108387291A - 同步采样热导式液位传感器 - Google Patents

Abstract

本发明实施例所要解决的问题是提供一种可以在高压、高温和腐蚀性环境中正常检测液位，尤其可以在外部环境压力处于动态变化中仍能正常检测液位的传感器。本发明的基本原理是根据液体的综合散热系数远大于空气或真空，并且在散热面积一定时，被恒定功率热源加热的物体的温升与散热介质的综合散热系数成反比的物理特性开发的一种新型液位传感器。如图1所示，本发明的实施例包括如下几个部分：①环境温度传感单元_；②热端复合传感单元；③传感单元固定和安装支架；④数据采集与分析单元和⑤电源单元。

Description

同步采样热导式液位传感器

技术领域

本发明涉及一种传感器，尤其涉及一种同步采样热导式液位传感器。

背景技术

工农业生产、日常生活中很多领域都需要检测液位的状态，以实现自动控制的目的。

目前的液位传感器主要有①静压液位传感器；②浮球液位传感器和③光电液位传感器三种，虽然这三种液位传感器在现实生产生活中应用都非常广泛，但是三种液位传感器都有许多缺点

首先是静压液位传感器，这种传感器是利用液体底部的静压强在一定条件下与液体的液位高度成正比的原理设计的一种液位传感器，这种液位传感器必不可少的一个部分是必须要有一个感应静压强的薄膜结构，而正是这个必不可少的薄膜结构使这种液位传感器存在如下几个问题，这些问题包括：①只能在环境压强比较稳定的场合使用，在环境压强存在一定量的变化时，比如汽车从海拔500米的地方开往2500米的地方时，油箱所受的环境压强就变化较大，至于飞机环境压强的变化就更大了，这时由于静压强在这种环境中无法保持稳定，因此，这种液位传感器在这样的环境中是不能准确感测液位的实际高度的；②这种液位传感器不能在有外部高压的环境中使用：在高压环境下，比如高压锅炉内部，这种液位传感器感测到的压强不是液体本身重力产生的压强，而是叠加了环境压强之后的压强，显然，这种环境下使用这种技术方案的液位传感器是无法正确感测液位的。

其次是浮球液位传感器，这种液位传感器是利用阿基米德原理设计的一种液位传感器，顾名思义，从这种液位传感器的名称上就很容易想到它有两个显著的特征：其一是必然有一个用于产生浮力的浮球，其二是有一个比较复杂的用于将垂直的浮力转换成水平或其他角度的力的机械结构。浮力液位传感器的上述特征，使这种液位传感器存在几个无法克服的缺陷：①体积比较大，由于这种液位传感器需要一个产生浮力的浮球，基于浮球的物理特性，这种液位传感器的整体体积无法做得太小，否则就不能产生足够的浮力了，较大的体积要求，这种液位传感器只能在相对空间较大的环境中使用，这就限制了这种传感器的使用范围；②寿命不长：寿命不长有两个原因：其一是由于浮球液位传感器都有比较复杂的浮力传动结构，受传动结构物理寿命的影响，这种机械结构一般寿命都不会太长，其二是为了保护传动装置，一般都需要将传动装置与需要感测的液体之间隔离，由于传动的运动需求，这种隔离只能选择薄膜一类柔软的材料实现，而这种材料很容易因为疲劳、老化而毁损；③不能在高压环境种使用：浮球液位传感器的浮球和力传动结构装置基本上只能在常规环境下工作，因为高压压强会导致浮球和/或传动结构的形变或错位，因此都不能在高压环境中使用，④不能在高温环境中使用：浮球液位传感器的浮球，尤其是薄膜一般都用塑料一类的材质制作，而塑料，无论哪种塑料在高温环境中都极易老化毁损。

再次是光电液位传感器：这种液位传感器是利用液体的反光/折光等和光相互作用的特性设计的一种液位传感器，这种液位传感器的缺陷是只能用于具有一定光学性能的液体液位检测，这就极大的限制了这种液位传感器的使用范围。

综上所述，目前的液位传感器都因为自身的技术方案本身的不足而带有各种无法克服的缺陷。

而本发明正是根据这些已有液位传感器的不足而开发的一种新型液位传感器。

发明内容

本发明实施例所要解决的问题是提供一种可以在高压、高温和腐蚀性环境中正常检测液位，尤其可以在外部环境压强处于动态变化中仍能正常检测液位的传感器。

本发明的基本原理是根据液体的综合散热系数远大于气体和/或真空，并且在散热面积一定时，被恒定功率热源加热的物体的温升与散热介质的综合散热系数成反比的物理特性开发的一种新型液位传感器。

如图1所示，本发明包括如下几个部分：①环境温度传感单元_；②热端复合传感单元；③传感单元固定和安装支架；④数据采集与分析单元；和⑤电源单元。

所述环境温度传感单元①与所述数据采集与分析单元④有信号连接，与所述电源单元⑤有电气连接，所述环境温度传感单元①采集环境温度并发送至所述数据采集与分析单元④。

所述热端复合传感单元②与所述数据采集与分析单元④有信号连接，与所述电源单元⑤有电气连接，所述热端复合传感单元②由发热丝和温度传感器构成，发热丝和温度传感器通过热耦合构成复合传感单元整体，发热丝以恒定的功率发热，温度传感器采集本单元的温度并发送给所述数据采集与分析单元④。

所述传感单元固定安装支架③为所述环境温度传感单元①和所述热端复合传感单元②提供安装固定装置。

所述数据采集与分析单元④与所述电源单元⑤有电气连接，所述数据采集与分析单元④将所述环境温度传感单元①和所述热端复合传感单元②发来的数据进行处理，然后根据结果判断液位是否已经到达设定位置。

所述电源单元⑤为所述环境温度传感单元①、所述热端复合传感单元②所述数据采集与分析单元④提供合适的电源。

实施本发明实施例有如下效果：

1、本发明所述液位传感器与需要或正在检测的液体接触部分只有所述环境温度传感单元①和所述热端复合传感单元②的表面光滑的密闭感应头，没有也不需要任何机械传动装置或光传递装置就可以完成检测，因此使用环境和检测对象对本实施例所实现的液位传感器的影响极小。

2、本实施例所实现的液位传感器可以在高温、高压、腐蚀性环境中正常使用，尤其可以在环境压强不停变化的场景中正常使用检测液位。

3、本发明所述液位传感器不受液体粘稠度的影响，因此可以在任何含颗粒、纤维、油脂等液体中应用。

4、本发明所述液位传感器由于与检测液体的接触部分只有表面光滑的密闭感应头，因此可以在高等级卫生要求的环境中使用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的传感器整体结构图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

以下进行详细说明。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其他实施例互斥的独立的货备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其他实施例相结合。

本发明的说明书和权利要求书及所述附图中的任何有关数字如“①”、“②”、“③”…或“第一”、“第二”、“第三”…或其他任何类似数字在文中的出现，除非有明确的说明，都只是为了方便区别不同的对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备，没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选第还包括没有列出的步骤或单元，或可选第还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

以下对本申请中的部分用语进行解释说明，以便于本领域技术人员的理解。

1、环境温度传感单元，可以检测传感器所处环境的温度的传感装置，这种传感装置包括但不限于热电偶、热敏电阻、压强式温度计等任何可以将温度变化转换为电信号的感应装置。

2、热端复合传感单元，以恒定功率发热并可检测自身温度变化的热耦合传感装置，这里的恒定功率发热的实现器件包括但不限于电热丝、PTC等加热元件和配套的恒功率电源，检测温度变化的实现器件包括但不限于热电偶、热敏电阻、压强式温度计等任何可以将温度变化转换为电信号的感应器件。

3、传感单元固定和安装支架，如图1所示，所述环境温度传感单元①、所述热端复合传感单元②按一定的方式固定在所述传感单元固定和安装支架③上，在本实施例中，所述环境温度传感单元①和所述热端复合传感单元②以并排的方式固定在所述传感单元固定和安装支架③上；

所述传感单元固定和安装支架③的材质可以根据具体的用途和/或检测液体所在的环境选择合适的金属外壳或塑料外壳，在腐蚀性环境、高压环境或高温环境中使用时，所述传感保护安装外壳一般选用一定厚度的304不锈钢材质制造。

所述传感单元固定和安装支架③的结构可以根据需要设计，本实施例中采用的形式是螺丝式支架，方便直接安装。

4、上文中“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如A和/或B, 可以表示：单独存在A,同时存在A和B, 单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一中“或”的关系。

5、数据采集与分析单元，数据采集分析单元是指具有接收传感单元发来的数据并进行分析处理的数据处理装置。

6、电源单元，电源单元为所述液位传感器的所述环境温度传感单元①、所述热端复合传感单元②和所述数据采集与分析单元④提供合适的电源。

参见图1，图1是本发明所述液位传感器整体结构图，从图1中可以看到，所述环境温度传感单元①和所述热端复合传感单元②均固定在所述传感单元安装固定支架③上，两个传感单元均与所述数据采集与分析单元④之间有信号连接，与所述电源单元⑤有电气连接，所述数据采集与分析单元④与所述电源单元⑤有电气连接。

所述环境温度传感单元①采集环境温度并发送到所述数据采集与分析单元④，所述热端复合传感单元②通电后发热引起本单元温度变化，所述热端复合传感单元②将温度变化数据发给所述数据采集与分析单元④，当液体没有浸没所述液位传感器，所述液位传感器还有至少一部分置于空气中时，由于静止空气或真空的导热系数非常小甚至接近于零，因此，此时所述环境温度传感单元①检测到的温度参数与所述热端复合传感单元②检测到的温度参数迅速拉大差距，此时所述数据采集与分析单元④根据所述环境温度传感单元①和所述热端复合传感单元②发来的参数做出液体还没有达到指定液位的判断，当所述液位传感器被液体完全浸没的时候，由于液体的导热系数比空气或真空环境的导热系数大很多，此时所述环境温度传感单元①检测到的温度参数与所述热端复合温度传感单元②检测到的温度变化差距将快速缩小到一定范围，此时，所述数据采集与分析单元④将做出液体已经达到设定液位的判断。

Claims (7)

1.同步采样热导式液位传感器，其特征在于，所述传感器包括：

环境温度传感单元；热端复合传感单元；传感单元固定安装支架；数据采集与分析单元；和电源单元。

2.所述环境温度传感单元和热端复合传感单元固定在所述传感单元固定安装支架上，两个传感单元之间有合适的距离；

所述环境温度传感单元和热端复合传感单元均与所述数据采集与分析单元之间有信号连接；

所述环境温度传感单元、所述热端复合传感单元和所述数据采集与分析单元与所述电源单元有电气连接。

3.根据权利要求1所述同步采样热导式液位传感器，其特征在于，它包含一个环境温度传感单元，所述环境温度传感单元与所述数据采集与分析单元有信号连接，与所述电源单元有电气连接，固定在所述传感单元固定安装支架上，与所述热端复合传感单元有合适的距离；

所述环境温度传感单元采集所述液位传感器所处环境的温度数据并输送给所述数据采集与分析单元。

4.根据权利要求1所述同步采样热导式液位传感器，其特征在于，它包含一个热端复合传感单元，所述热端复合传感单元与所述数据采集与分析单元有信号连接，与所述电源单元有电气连接，固定在所述传感单元固定安装支架上，与所述环境温度传感单元有合适的距离；

所述热端复合传感单元是一个由发热丝与温度传感器构成的复合传感装置，所述发热丝通电后发热造成所述复合传感单元温度上升，所述温度传感器将采集本单元的温度数据传输给所述数据采集与分析单元。

5.根据权利要求1所述同步采样热导式液位传感器，其特征在于，它包含一个传感器固定安装支架，传感器固定安装支架是一个可以为所述环境温度传感单元、所述热端复合传感单元按一定的方式安装固定的装置。

6.根据权利要求1所述同步采样热导式液位传感器，其特征在于，它包含一个数据采集与分析单元，所述数据采集与分析单元与所述环境温度传感单元、所述热端复合传感器有信号连接，与所述电源单元有电气连接；

所述数据采集与分析单元是一个具有数据存储、分析和处理功能的计算装置，接收来自所述环境温度传感单元和所述热端复合传感单元的数据，对这些数据进行分析并据此做出液位是否已经到位的判断。

7.根据权利要求1所述同步采样热导式液位传感器，其特征在于，它包含一个电源单元，所述电源单元为所述环境温度传感单元、所述热端复合传感单元和所述数据采集与分析单元提供合适的电源。