CN109813397A - 一种三维导向浮盘式液位传感器 - Google Patents
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Abstract
一种三维导向浮盘式液位传感器，属于磁致伸缩液位传感器。包括：电路单元、浮盘、探测杆、外导向杆和传感器支板；电路单元与探测杆连接为一体并安装在传感器支板上；浮盘与探测杆同轴安装；外导向杆安装在传感器支板上并与探测杆平行；浮盘包括：内圈磁耦合件、外圈浮盘和连接块；所述的内圈磁耦合件位于外圈组合浮盘的同心环内，外圈浮盘由一个或多个不同直径的同心环形浮圈体组成，各环形浮圈体之间沿不同径向方向对称设置多个连接块将内外浮圈连接为一体。优点：测量盲区小；浮盘与探测杆之间摩阻小，浮盘三维导向性能好，能提高传感器灵敏度、准确度，减小传感器重复性误差、回差及动态漂移。
Description
技术领域
本发明涉及一种磁致伸缩液位传感器，特别是一种三维导向浮盘式液位传感器。
背景技术
磁致伸缩液位传感器具有分辨率高、测量精度高、环境适应性强、安装方便等特点，因此广泛应用于石油、化工液位测量以及水利水资源行业的电子虹吸式雨量计、容积式雨量计、水面蒸发计计量桶液位的精密计量。
磁致伸缩液位传感器由探测杆、电路单元和浮子三部分组成。测量时，电路单元产生电流脉冲，该脉冲沿着探测杆内磁致伸缩线向下传输，产生一个沿探测杆运动的磁场。在探测杆外配有浮子，浮子沿探测杆随液位的变化而上下移动，浮子内有四个对称且水平安装的永磁铁，形成一个永磁体磁场。当电流脉冲磁场与浮子磁场相遇时，产生一个扭曲脉冲，或称返回脉冲，将返回脉冲与电流脉冲的时间差转换成脉冲信号，从而计算出浮子的实际位置，测得液位。
磁致伸缩传感器的理想工作状态是浮子随液位变化时，浮子的几何中心垂线与探测杆的几何中心垂线相互重合，在这种状态下传感器检测值是稳定的且与液位变化量呈准确的一一对应关系。
由于磁致伸缩液位传感器采用波导原理，整个变换器封闭在钢管内，和测量介质非接触，传感器寿命长，并且测量精度高、分辨率高达0.1mm-0.01mm，这是其他传感器难以达到的精度。
已知技术的缺点与不足之处在于：由位于同一水平面上对称排列的四个永磁体组成一个空间磁场，由于各个永磁体的磁场强度存在差异性，因此其合成磁场也不是完全均匀对称的。当浮子的几何中心与探测杆的几何中心在测量过程中发生偏移时，浮子磁场的空间形态也会偏移，则会对返回脉冲的返回时长及稳定性产生影响，进而影响测量数据的不确定性。
实际应用中，在外部环境的影响下，同一液位高度上存浮子在三维空间位置上的变化，尤其是在外部环境震动或液位波动环境下或在运动状态的液位测量时，将导致上述两个磁场的相对位置在同一液位上会产生径向偏离、倾斜偏离或旋转偏离，造成传感器输出量的漂移。实验显示，这一漂移值可达1毫米甚至数毫米。
已知技术的另一个缺点是：浮球导管内壁与探测杆之间是两个柱面接触，接触面积大，在液体张力作用下，致使浮子的内导管内壁的一侧总是与探测杆的外壁粘附在一起，因此两者之间存在一定的摩阻，这对于一些粘稠液体液位测量其阻力影响会更大些。在水位测量领域中，水中滋生的微生物会附着在探测杆外壁上和浮子内管壁上，导致浮子与探测杆之间摩阻增大，影响测量灵敏度和准确度。
第三个缺点与不足之处是：已知技术探测盲区大且与浮球直径相关，已知技术浮球直径范围5cm～12cm，其上下盲区各为3 cm～6cm，使其测量范围受到压缩，限制了其顶端和底端的液位测量。
综上所述：已知技术缺点与不足之处是：（1）已知浮球沿探测杆上下移动时，其上下方存在较大盲区，并且球体直径越大其盲区越大，使其测量范围受到压缩，这一现象对于量程小的封闭油箱的液位测量影响更大，限制了其顶端和底端的液位测量；（2）浮球与探测杆之间的接触面是两个相互贴合的弧形圆柱面接触，其摩擦面积大，导致浮球与探测杆之间摩阻增大、传感器灵敏度低，并且重复性误差变大、回差增大；（3）浮球磁场几何中心与探测杆磁场几何中心在同一液位高度上存在径向偏移、倾斜偏移及旋转偏移，造成传感器测量值动态漂移、稳定性差。
发明内容
本发明的任务即是解决上述问题，克服现有技术的缺点和不足之处，设计一种摩阻更小、测量盲区更小且动态漂移小、稳定性更好的浮盘式磁致伸缩液位传感器。
为了实现上述目的，本发明是这样实现的：浮盘式液位传感器包括：电路单元、浮盘、探测杆、外导向杆、传感器支板；电路单元与探测杆连接为一体并安装在传感器支板上；浮盘与探测杆同轴安装；所述的外导向杆安装在传感器支板上并与探测杆平行。
所述浮盘包括：内圈磁耦合件、外圈浮盘和连接块；所述的内圈磁耦合件位于外圈组合浮盘的同心环内，外圈浮盘由一个或多个不同直径的同心环形浮圈体组成，并且各环形浮圈体之间沿不同径向方向对称设置多个连接块将内外浮圈连接为一体。
所述的内圈磁耦合件包括：耦合管、导向凸点、4个对称的永磁体盒和永磁体；所述的耦合管内壁在上下端面沿圆周方向设置多个导向凸点；耦合管的导向内径φ2与探测杆的外径φ1相适配，耦合管沿垂直导向位移；永磁体装于永磁体盒内；永磁体盒与外圈浮盘连接。
所述的同心环形浮圈体截面形状为空芯或实芯的六边形、圆形或长圆形。
所述的外圈浮盘的最外圈的外侧上设置垂直导向缺口，该导向缺口的尺寸与外导向杆的尺寸相适配。
所述的外导向杆截面形状为圆形、方形、三角形或者花键形。
所述的连接块的截面形状为空芯或实芯的六边形、圆形或长圆形。
所述的导向凸点形状为半球头、圆柱形头或者三角形头。
有益效果，由于采用了上述方案，在浮子同等外径的情况下，本发明的浮盘比现有技术的浮球高度低很多，以致液位传感器的盲区很小，可将上下盲区均降低至1cm以下，适应更多的测量场合；浮盘的耦合管内壁在上下端面沿圆周方向设置多个导向凸点进行导向，并且各导向凸台的端部更贴近探测杆外壁，因此明显减少摩擦面积及摩阻，并使浮盘磁场中心垂线与探测杆中心垂线之间的径向水平位移量、倾斜位移量大大减小；在外圈浮盘的最外圈的外侧上设置垂直导向缺口，该导向缺口的尺寸与外导向杆的尺寸相适配，防止浮子围绕探测杆转动，使浮盘的旋转位移量近于完全消除。
优点：本发明有效的减小盲区，降低浮盘与探测杆之间摩阻并且浮盘三维导向性能好，能有效减小传感器测量值动态漂移，提高传感器灵敏度，减小重复性误差、回差、提高测量准确度和稳定性，本发明技术能拓展本类型传感器在小量程油箱内油位测量及江河湖海有浪涌环境下的水位测量的应用范围；本发明技术用于立杆安装的电子虹吸式雨量计及容积式雨量计时，既能减小其计量桶液位测量盲区又能提高仪器灵敏度、测量准确度，并能有效的改善其在风雨环境中的工作稳定性。
附图说明
图1为本发明的结构图。
图2为图1的A-A向剖视图。
图3为本发明的内圈磁耦合件结构图。
图4为图3的A-A向剖视图。
图5为本发明的内圈磁耦合件立体结构图。
图中，1、传感器；2、浮盘；3、探测杆；4、外导向杆；5、传感器支板；2-1、内圈磁耦合件；2-2、外圈浮盘；2-3、连接块；2-4、垂直导向缺口；2-1-1、耦合管；2-1-2、导向凸点；2-1-3、4个对称的永磁体盒；2-1-4、永磁体。
具体实施方式
实施例1：浮盘式液位传感器包括：电路单元1、浮盘2、探测杆3、外导向杆4、传感器支板5；电路单元1与探测杆3连接为一体并安装在传感器支板5上；浮盘2与探测杆3同轴安装；浮盘2与探测杆3同轴安装；所述的外导向杆4安装在传感器支板5上并与探测杆3平行。
所述浮盘2包括：内圈磁耦合件2-1、外圈浮盘2-2和连接块2-3；所述的内圈磁耦合件2-1位于外圈组合浮盘2-2的同心环内，外圈浮盘2-2由一个或多个不同直径的同心环形浮圈体组成，并且各环形浮圈体之间沿不同径向方向对称设置多个连接块2-3将内外浮圈连接为一体。
所述的内圈磁耦合件2-1包括：耦合管2-1-1、导向凸点2-1-2、4个对称的永磁体盒2-1-3、永磁体2-1-4；所述的耦合管2-1-1内壁在上下端面沿圆周方向设置多个导向凸点2-1-2；耦合管2-1-1的导向内径φ2与探测杆3的外径φ1相适配，耦合管2-1-1沿垂直导向位移；永磁体2-1-4装于永磁体盒2-1-3内；永磁体盒2-1-3与外圈浮盘2-2连接。
所述的同心环形浮圈体截面形状为空芯或实芯的六边形、圆形或长圆形。
所述的外圈浮盘2-2的最外圈的外侧上设置垂直导向缺口2-4，该导向缺口2-4的尺寸与外导向杆4的尺寸相适配。
所述的外导向杆4截面形状为圆形、方形、三角形或者花键形。
所述的连接块2-3的截面形状为空芯或实芯的六边形、圆形或长圆形。
所述的导向凸点2-1-2形状为半球头、圆柱形头或者三角形头。
Claims (8)
1.一种三维导向浮盘式液位传感器；其特征是：浮盘式液位传感器包括：电路单元、浮盘、探测杆、外导向杆、传感器支板；电路单元与探测杆连接为一体并安装在传感器支板上；浮盘与探测杆同轴安装；所述的外导向杆安装在传感器支板上并与探测杆平行。
2.根据权利要求1所述的一种三维导向浮盘式液位传感器，其特征是：所述浮盘包括：内圈磁耦合件、外圈浮盘和连接块；所述的内圈磁耦合件位于外圈组合浮盘的同心环内，外圈浮盘由一个或多个不同直径的同心环形浮圈体组成，并且各环形浮圈体之间沿不同径向方向对称设置多个连接块将内外浮圈连接为一体。
3.根据权利要求2所述的一种三维导向浮盘式液位传感器，其特征是：所述的内圈磁耦合件包括：耦合管、导向凸点、4个对称的永磁体盒和永磁体；所述的耦合管内壁在上下端面沿圆周方向设置多个导向凸点；耦合管的导向内径φ2与探测杆的外径φ1相适配，耦合管沿垂直导向位移；永磁体装于永磁体盒内；永磁体盒与外圈浮盘连接。
4.根据权利要求2所述的一种三维导向浮盘式液位传感器，其特征是：所述的同心环形浮圈体截面形状为空芯或实芯的六边形、圆形或长圆形。
5.根据权利要求2所述的一种三维导向浮盘式液位传感器，其特征是：所述的外圈浮盘的最外圈的外侧上设置垂直导向缺口，该导向缺口的尺寸与外导向杆的尺寸相适配。
6.根据权利要求1所述的一种三维导向浮盘式液位传感器，其特征是：所述的外导向杆4截面形状为圆形、方形、三角形或者花键形。
7.根据权利要求2所述的一种三维导向浮盘式液位传感器，其特征是：所述的连接块的截面形状为空芯或实芯的六边形、圆形或长圆形。
8.根据权利要求3所述的一种三维导向浮盘式液位传感器，其特征是：所述的导向凸点形状为半球头、圆柱形头或者三角形头。
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