CN114142775A - 一种测量容器内液体深度的螺旋丝杠升降装置 - Google Patents
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Abstract
公开了一种测量容器内液体深度的螺旋丝杠升降装置，随丝杠的旋转升降运动的滑块上安装有一对非接触式贴片液位传感器。当测量液体液位低于或高于液位传感器时，两个液位传感器所输出的开关量控制步进电机驱动滑块跟随液面移动。当其中一个液面传感器位于液面上方临界位置且输出低电平、另一个液面传感器位于液面下方临界位置且输出高电平时，传感器输出的开关量反馈给控制电路停止驱动滑块运动，记录此时驱动丝杠的步进电机接收的脉冲数，通过脉冲数计算滑台移动长度以确定液体深度。
Description
技术领域
本发明涉及液体深度测量领域，更具体地说是一种测量容器内液体深度的螺旋丝杠升降装置。
技术背景
在当前液位测量技术领域，液位测量技术繁杂多样，有压力法，浮力法，电学法以及热学法等多种方法，但均为接触式测量法。有必要改进现有测量方法获得非接触且能准确测量液位的技术方案。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种能够精确测量低温液体深度、结构简单、安全实用、使用方便的测量装置及其液面测量的方法。
为了实现上述的目的，本发明的技术方案如下：
一种测量容器内液体深度的螺旋丝杠升降装置，用于承装液体的容器设有竖直布置的隔板，隔板在容器内分隔出承装液体的容器空间及不承装液体的夹层空间，所述夹层空间内安装有随丝杆旋转沿丝杆和滑块导轨升降的滑块，所述丝杆及滑块导轨均竖直布置在夹层空间内，所述滑块与滑块导轨滑动连接，所述滑块面向所述隔板的一面设置有第一液位传感器和第二液位传感器，第一液位传感器和第二液位传感器均为非接触式贴片液位传感器，且交错布置或隔开布置，使第二液位传感器较第一液位传感器距容器底部的位置高，所述丝杠由步进电机驱动旋转，所述步进电机的两个接线端子分别电连接第二开关和第一开关电的公共触点，第二开关和第一开关均为常闭电磁继电器开关，所述步进电机分别通过第二开关和第一开关的常闭触点电连接到电源的两极，第二开关和第一开关的电磁线圈分别电连接第二液位传感器和第一液位传感器，所述电磁线圈接收高电平信号时常闭电磁继电器开关的公共触点与常开触点导通，所述电磁线圈接收低电平信号时常闭电磁继电器开关的公共触点与常闭触点导通，第二开关的常开触点电连接第一开关的常闭触点，第一开关的常开触点电连接第二开关的常闭触点；
所述第二液位传感器和第一液位传感器移动至低于容器空间内液面高度时，分别向第二开关和第一开关的电磁线圈发出高电平信号，所述第二液位传感器和第一液位传感器移动至高于容器空间内液面高度时，分别向第二开关和第一开关的电磁线圈发出低电平信号。
优选地，还包括温度传感器，所述第一液位传感器和第二液位传感器粘贴在恒温发热片，恒温发热片固定在滑块面向隔板的一侧，温度传感器与控制器信号连接，控制恒温发热片的温度。
优选地，所述非接触式贴片液位传感器与隔板紧贴。
优选地，所述步进电机上安装有检测丝杠正反向旋转圈数编码器，所述编码器信号连接显示装置。
优选地，所述夹层空间内一侧竖直的容器壁为透明材料。
本发明的技术有益效果如下：
(1)本发明的丝杆滑块升降机构根据第一液位传感器和第二液位传感器反馈回的开关状态控制步进电机正反转，丝杆上的滑块随液面高度变化而变化；(2)当温度传感器感知环境温度低于-10℃时自动开启恒温加热片，保证传感器能正常工作。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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为本发明的设备的正视图；
图2为本发明的设备的左视图；
图3为本发明的设备测量出的脉冲-深度曲线图；
图4为本发明的步进电机的控制电路。
具体实施方式
为使本发明的应用目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图1～附图4对本发明实施方式作进一步地详细描述。
本实施例所采用的电路元件——非接触式贴片液位传感器曾记载在中国专利CN210664659U和CN204241068U中，还记载在林小平发表的论文“一种非接触式液位开关设计及其应用”中，其组成包括接地金属电极、高频振荡电路、波形整形电路、高频整流电路和电源电路。接地金属电极的作用是与待测液体形成接近电容，按照电容理论，金属电极与空气之间形成的电容大概几皮法，而与液体之间形成的电容会根据液位与电极的相互位置有关，从几皮法到几十皮法不等，高频振荡电路用于形成矩形波信号，输出到波形整形电路及高频整流电路，如果被测液位没有达到设定位置，即没有与接地电容形成电容，那么高频振荡电路产生的高频信号通过整流电路的作用形成低电平输出，表示液位未到设定位置；如果被测液位达到设定位置，即与接地电容形成电容，那么高频振荡电路产生的高频信号通过整流电路的作用形成高电平输出，表示液位到设定位置。
实施例1
基于螺旋丝杠结构测量液体深度的装置组成如下：
容器1、步进电机3、电机控制电路4、温度传感器5、丝杠6、滑块7、第一液位传感器8、第二液位传感器9、丝杠轴承10、恒温加热片11、滑块支撑座12、滑块导轨15、隔板13；
被测液体2承装在容器1内，容器1被竖直布置的隔板13分隔为承装液体2的容器空间和不承装液体2的夹层空间14，夹层空间14内安装有随丝杆6旋转沿丝杆6和滑块导轨15升降的滑块7，丝杆6及滑块导轨15均竖直布置在夹层空间14内，滑块6与滑块导轨15滑动连接，滑块6面向隔板13的一面设置有第一液位传感器8和第二液位传感器9，第一液位传感器8和第二液位传感器9粘贴在恒温发热片11上，恒温发热片11固定在滑块7面向隔板13的一侧，温度传感器5与控制器信号连接，控制恒温发热片111的温度，第一液位传感器8和第二液位传感器9与隔板13紧贴，第一液位传感器8和第二液位传感器9均为非接触式贴片液位传感器，且交错布置或隔开布置，使第二液位传感器8较第一液位传感器9距容器底部的位置高，第二液位传感器9和第一液位传感器8移动至低于容器空间内液面高度时，分别发出高电平信号，第二液位传感器9和第一液位传感器8移动至高于容器空间内液面高度时，分别发出低电平信号。
丝杠6由步进电机3驱动旋转，如图4，步进电机3的两个接线端子分别电连接第二开关22和第一开关21的公共触点17，第二开关22和第一开关21均为常闭电磁继电器开关，步进电机3分别通过第二开关22和第一开关21的常闭触点18电连接到电源的两极，第二开关22和第一开关21的电磁线圈20分别电连接第二液位传感器9和第一液位传感器8，电磁线圈20接收高电平信号时常闭电磁继电器开关的公共触点17与常开触点19导通，电磁线圈20接收低电平信号时常闭电磁继电器开关的公共触点17与常闭触点18导通，第二开关22的常开触点19电连接第一开关21的常闭触点18，第一开关21的常开触点19电连接第二开关22的常闭触点18。
非接触式贴片液位传感器8、9不与液体2接触。设备上电后系统进行初始化，在初始化完成时滑块7位于丝杠6最下端，夹层空间14内一侧竖直的容器壁16为透明材料，可在容器外观察滑块停留的位置确定容器内的液位高度。
优选地，步进电机3上安装有检测丝杠6正反向旋转圈数编码器4，编码器4信号连接显示装置，编码器4初始状态时脉冲步数为零。
工作时，非接触式贴片液位传感器8、9将输出的开关量反馈给第二开关22和第一开关21的电磁线圈20，第二开关22和第一开关21通过闭合状态来引导步进电机3驱动滑块7运动的使得滑块7跟随液面运动。若液面处于非接触式贴片液位传感器8、9的下方，非接触式贴片液位传感器8、9由于无法感知液体输出低电平，第二开关22和第一开关21的电磁线圈20接收到低电平的开关量后使步进电机3带动滚珠丝杆正转，使滑块7向下运动，反之则向上运动。仅当第二液位传感器9位于液面上方临界位置且输出低电平，第一液位传感器8位于液面下方临界位置且输出高电平时，滑块7停止运动，此时编码器4实时读取脉冲步数并转化为液面高度。当编码器4实时读取脉冲步数过低则说明容器内液体2余量低。
更进一步的，处理器处理编码器4发送的脉冲与方向信号，记录步进电机3的脉冲步数并转化为液体2实际深度数值。
优选的，在实验阶段我们选用的丝杆及步进电机为CTM28-0601-150,步进电机额定电流为0.5A，丝杠螺距为1mm，最大行程15cm，滑块每移动单位螺距距离对应发送的脉冲数为200，测量液位高度时所述脉冲-深度曲线如图3所示。
优选的，恒温发热片选用PTC恒温发热片，其尺寸小方便安装，二次开发便捷，表面恒温温度不会持续升高而损害设备。
优选的，非接触式贴片液位传感器8、9的型号为ZCT-YOF07无接触时柔性液位传感器，该型号传感器不与液体直接接触，不受液体影响，并且该传感器使用年限长便于维护，能与容器表面很好帖和易于安装。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：整个装置能够在低温环境下实现对液体深度的精确检测，受到环境因素影响较小，并且安装调试简单不受液位高度限制，能够提升设备的自动化水平。
Claims (5)
1.一种测量容器内液体深度的螺旋丝杠升降装置，其特征在于，用于承装液体的容器设有竖直布置的隔板，隔板在容器内分隔出承装液体的容器空间及不承装液体的夹层空间，所述夹层空间内安装有随丝杆旋转沿丝杆和滑块导轨升降的滑块，所述丝杆及滑块导轨均竖直布置在夹层空间内，所述滑块与滑块导轨滑动连接，所述滑块面向所述隔板的一面设置有第一液位传感器和第二液位传感器，第一液位传感器和第二液位传感器均为非接触式贴片液位传感器，且交错布置或隔开布置，使第二液位传感器较第一液位传感器距容器底部的位置高，所述丝杠由步进电机驱动旋转，所述步进电机的两个接线端子分别电连接第二开关和第一开关的公共触点，第二开关和第一开关均为常闭电磁继电器开关，所述步进电机分别通过第二开关和第一开关的常闭触点电连接到电源的两极，第二开关和第一开关的电磁线圈分别电连接第二液位传感器和第一液位传感器，所述电磁线圈接收高电平信号时常闭电磁继电器开关的公共触点与常开触点导通，所述电磁线圈接收低电平信号时常闭电磁继电器开关的公共触点与常闭触点导通，第二开关的常开触点电连接第一开关的常闭触点，第一开关的常开触点电连接第二开关的常闭触点；
所述第二液位传感器和第一液位传感器移动至低于容器空间内液面高度时，分别向第二开关和第一开关的电磁线圈发出高电平信号，所述第二液位传感器和第一液位传感器移动至高于容器空间内液面高度时，分别向第二开关和第一开关的电磁线圈发出低电平信号。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括温度传感器，所述第一液位传感器和第二液位传感器粘贴在恒温发热片上，恒温发热片固定在滑块面向隔板的一侧，温度传感器与控制器信号连接，控制恒温发热片的温度。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述非接触式贴片液位传感器与隔板紧贴。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述步进电机上安装有检测丝杠正反向旋转圈数编码器，所述编码器信号连接显示装置。
5.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述夹层空间内一侧竖直的容器壁为透明材料。
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