CN114993419A - 浮子水位计 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种浮子水位计，包括外壳、置于外壳内的计数轮、绕在计数轮上的拉绳、连接在拉绳一端且置于外壳外的浮球、配重结构和用于检测计数轮转动量的检测机构，所述拉绳的另一端与绕线轮连接，所述配重结构置于绕线轮与计数轮之间的拉绳上且可在拉绳上滑动，所述绕线轮的转轴连接在驱动结构上；所述外壳内设置有用于检测配重结构且限制配重结构上移量的上限位器和用于检测配重结构且限制配重结构下移量的下限位器；所述驱动结构、上限位器、下限位器均连接在控制单元上。采用上述结构可避免使用过程中拉绳两端缠绕在一起且可满足水位变化幅度大时的使用需求。

Description

浮子水位计

技术领域

本发明涉及水位监测及信号处理方法，具体涉及一种浮子水位计。

背景技术

在水文水利自动化监测领域，需要用水位计长期测量水库、河流、湖泊、地下水等的水位变化，目前常用的水位计有：浮子式、压力式、雷达式和气泡式水位计。其中浮子式水位计以浮子感测水位变化，浮子式水位计的结构如申请号为201410422869.5的“一种超低功耗磁感应式浮子水位传感器及信号处理方法”，其包括浮子、配重、编码器、传递齿轮组、水位计程轮、钢丝绳，浮子和配重轮分别连接在钢丝绳两端，浮子在随液位上下浮动时，带动水位计程轮转动，带动传递齿轮组转动，编码器检测传递齿轮组的转动情况实现液位检测。配重起拉紧钢丝绳和平衡作用，调整浮子的配重可以使浮子工作于正常吃水线上。浮子式水位计因测量精度高、稳定性好、没有温漂和时漂的影响在水位监测中得到广泛应用。但是由于需要把配重和浮球都投入水井中，使用过程中存在以下问题：

1、钢丝绳两端悬挂配重和浮子，在使用过程中，钢丝绳两端易缠绕在一起，从而影响测量使用。为了避免钢丝绳两端缠绕，要么加大测井的直径，要么在钢丝绳两端设置隔离件，即在浮子式水位计的外壳上且在钢丝绳两端设置隔离片，但是，采用上述方式，要么增大建设成本，要么使外壳的结构更加复杂，增加制作成本。

2、现有将配重轮与浮子均设置在外壳外，为了提高检测精度，配重轮需置于水面上，导致浮子式水位计的测量量程小于二分之一钢丝绳的长度，在水位变化幅度太大时需要及时调整钢丝绳长度以保证测量量程，应用时十分麻烦。

发明内容

本发明为了解决上述技术问题提供一种浮子水位计，其可避免使用过程中拉绳两端缠绕在一起且可满足水位变化幅度大时的使用需求。

本发明通过下述技术方案实现：

浮子水位计，包括外壳、置于外壳内的计数轮、绕在计数轮上的拉绳、连接在拉绳一端且置于外壳外的浮球、配重结构、绕线轮、驱动结构和用于检测计数轮转动量的检测机构，

所述拉绳的另一端与绕线轮连接，所述配重结构置于绕线轮与计数轮之间的拉绳上且可在拉绳上滑动，所述绕线轮的转轴连接在驱动结构上；

所述外壳内设置有用于检测配重结构且限制配重结构上移量的上限位器和用于检测配重结构且限制配重结构下移量的下限位器；

所述驱动结构、上限位器、下限位器均连接在控制单元上。

本方案在现有计数轮的基础上增设一绕线轮，拉绳一端固定在绕线轮上另一端依次绕过配重结构、计数轮与浮子连接，采用上述结构，配重结构置于绕线轮与计数轮之间，三者转轴相平行，配重结构不需设置在外壳外，避免了拉绳两端在使用过程中缠绕在一起。采用上述结构，既不需加大测井的直径，也不需要在钢丝绳两端设置隔离件。采用绕线轮实现拉绳的绕制，绕制的拉绳满足水位变化幅度大时的使用需求。

在一种可能的设计中，所述配重结构为配重轮，所述配重轮上设置有用于卡设拉绳的凹槽，所述配重轮上可拆卸连接有辅助配重。

在一种可能的设计中，所述绕线轮上设置有用于容置卷簧的凹槽，所述凹槽与绕线轮的转轴同轴设置；

所述驱动结构包括卷簧和用于驱动卷簧转动的驱动器，所述卷簧内圈的一端固定在驱动器的输出轴上且外圈的一端固定在凹槽的侧壁上。

采用现有的浮子式水位计，当钢丝绳较长时，线的重量因素会影响测量精度。本方案采用卷簧的弹力和配重结构来平衡浮球，避免拉绳太长而影响测量精度。

在一种可能的设计中，所述绕线轮上设置有用于容置卷簧的凹槽，所述凹槽与绕线轮的转轴同轴设置，所述凹槽侧壁上至少设置有一个斜孔；

所述驱动结构包括卷簧、固定在卷簧外圈的一端上可卡入斜孔内的的卡固结构和用于驱动卷簧转动的驱动器，所述卷簧内圈的一端固定在驱动器的输出轴上。

在一种可能的设计中，所述卡固结构为圆球形锚头。

在一种可能的设计中，所述斜孔有多个。

在一种可能的设计中，所述检测机构包括用于放大计数轮转动角度的传动机构和连接在传动结构输出轴上的编码轮。

在一种可能的设计中，所述传动机构包括连接在计数轮转轴上的第一齿轮和与第一齿轮相啮合的第二齿轮，所述第二齿轮的转动固定在编码轮的输入端上，所述第一齿轮的直径大于第二齿轮的直径。

在一种可能的设计中，所述浮球置于保护筒内，所述保护筒一端固定在外壳上。

在一种可能的设计中，所述上限位器、下限位器为触碰开关。

在一种可能的设计中，所述配重触发下限位器时电机转动收线，当配重触发上限位器时停止。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明的拉绳一端固定在绕线轮上另一端依次绕过配重结构、计数轮与浮子连接，配重结构置于绕线轮与计数轮之间，配重结构不需设置在外壳外，避免了拉绳两端在使用过程中缠绕在一起；既不需加大测井的直径，也不需要在钢丝绳两端设置隔离件。

2、采用绕线轮实现拉绳的绕制，绕制的拉绳满足水位变化幅度大时的使用需求。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。

图1为本发明浮子水位计的结构示意图；

图2为驱动结构与绕线轮的一结构剖视图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

如图1所示的一种浮子水位计，包括外壳12、计数轮2、拉绳8、浮球6、配重结构7、绕线轮5和用于检测计数轮2转动量的检测机构，计数轮2、配重结构7、绕线轮5、驱动结构、检测机构均设置在外壳内。外壳上设置一出线孔，拉绳8的一端固定在绕线轮5上，另一端绕在计数轮2上后穿过外壳上的出线孔与置于外壳外的浮球6连接。配重结构7置于绕线轮5与计数轮2之间的拉绳8上且可在拉绳8上滑动，配重结构7与浮球在水中的质量相当。计数轮2、配重结构7、绕线轮5三者转轴平行设置。所述绕线轮5的转轴连接在驱动结构上。

所述外壳内设置有用于检测配重结构且限制配重结构7上移量的上限位器91和用于检测配重结构7且限制配重结构7下移量的下限位器92。上限位器91、下限位器92分别置于配重结构的上、下方，既可实现配重结构的上、下移动限位，也可实现位置的检测。所述驱动结构、上限位器91、下限位器92均连接在控制单元上。通过上限位器91、下限位器92对配重结构位置的检测，便于控制单元控制驱动结构使绕线轮5转动。正常使用时，配重结构置于计数轮2、绕线轮5中心的中垂线上，故上限位器91、下限位器92同样设置在该中垂线上即可。上限位器91、下限位器92可采用触碰开关的结构。

配重结构7置于拉绳8上且可在拉绳8上滑动，具体的，配重结构7可采用多种结构实现，比如，如图1所示，配重结构7为配重轮，配重轮上设置一凹槽，便于卡设拉绳。采用该结构时，可在配重结构7上可拆卸连接有辅助配重11。辅助配重通过可拆卸结构与配重结构连接，便于根据实际情况增强配重重量。又比如，配重结构7采用套环和连接在套环上的配重块结构，套环套在拉绳上。套环和配重块之间也可采用可拆卸结构。为了便于上限位器91、下限位器92的设置，优选的，配重结构7采用第一种中的配重轮结构。

在上述任一结构的基础上，可在外壳上设置一保护筒，将浮球6置于保护筒内，实现浮球保护，减小水流对检测的影响。

具体的，检测机构可仅采用编码器实现，此时，计数轮2的转轴直接固定在编码器的轴上。为了提高检测精度，所述检测机构可采用用于放大计数轮转动角度的传动机构和连接在传动结构输出轴上的编码轮的结构。此时，述传动机构包括连接在计数轮2转轴上的第一齿轮和与第一齿轮相啮合的第二齿轮，所述第二齿轮的转动固定在编码轮的输入端上，所述第一齿轮的直径大于第二齿轮的直径。计数轮转动带动第一齿轮转动，从而待定第二齿轮转动，由于第一齿轮的直径大于第二齿轮的直径，可实现计数轮转动角度的方法，从而实现在编码器检测精度相同的前提下，提高检测精度。编码器优选采用绝对值型编码器。

具体的，驱动结构可采用电机实现，即电机的输出轴与绕线轮转轴连接。但是，本方案采用绕线轮实现拉绳的收卷，可实现大量程的液位检测。量程过大，拉绳的重量会影响测量精度。为了提高测量精度，减小拉绳重量对测量精度的影响，可同时利用卷簧与配重结构的协同作用平衡浮球，提高测量精度。具体的，驱动结构优选采用以下两种卷簧方式实现，其一，在绕线轮5上设置一用于容置卷簧4的凹槽，所述凹槽与绕线轮5的转轴同轴设置，驱动结构包括卷簧4和用于驱动卷簧4转动的驱动器，卷簧4内圈的一端固定在驱动器的输出轴上且外圈的一端固定在凹槽的侧壁上。驱动器可采用电机3。其二，如图2所示，在绕线轮5上设置一用于容置卷簧4的凹槽，所述凹槽与绕线轮5的转轴同轴设置，所述凹槽侧壁上至少设置有一个斜孔51；所述驱动结构包括卷簧4、固定在卷簧4外圈的一端上可卡入斜孔51内的的卡固结构52和用于驱动卷簧4转动的驱动器，所述卷簧4内圈的一端固定在驱动器的输出轴53上。即相比于第一种优选结构，第二种结构在凹槽侧壁上增设凹槽且将卷簧与凹槽的固定连接设置为采用卡固结构52与凹槽的卡设连接。驱动器可采用电机。所述卡固结构优选为圆球形锚头。斜孔11优选的设置为多个，比如3个、4个或者更多，方向相同，以均匀设置在凹槽周向侧壁为宜。

浮子水位计采用如图1所示的结构时，采用上述第一种驱动结构，浮子随液位下移而下移，卷簧收缩蓄力、配重结构7上移，当配重结构7上移到与上限位器91接触时，上限位器91被触发，此时，控制单元控制驱动器带动绕线轮顺时针转动使卷簧反向转动释力，此时配重结构会下移一段距离；浮子继续随液位下移而下移，卷簧再收缩蓄力、配重结构7上移，当配重结构7上移到与上限位器91接触时，上限位器91被触发，此时，控制单元控制驱动器带动绕线轮顺时针转动使卷簧反向转动释力，如此反复，实现液位下移监测。浮子随液位上移而上移时，配重结构7下移，卷簧卷簧反向转动释力，当配重结构7下移与下限位器92接触时，控制单元控制驱动器带动绕线轮逆时针转动使卷簧收缩，配重块上移，当配重块上移至与上限位器91接触时，控制单元控制驱动器停止，重复上述过程，实现液位上移监测。

浮子水位计采用如图1所示的结构时，采用上述第二种驱动结构，即在凹槽侧壁设置斜孔结构时，浮子随液位下移而下移时，卷簧收缩蓄力、配重结构7上移，根据编码器的数据可判断浮子是处于下移状态；当配重结构7上移到与上限位器91接触时，由于浮子处于下移状态，此时，不需采用驱动器驱动绕线轮转动，浮子继续随液位下移而下移，由于斜孔的设置，卷簧继续收缩蓄力，当卷簧的作用力大于卡固装置与斜孔之间的作用力时，卡固装置脱离斜孔；当凹槽内有多个斜孔时，卡固装置在凹槽内转动，卡入另一斜孔中，浮子继续随液位下移而下移，卷簧继续收缩蓄力，当卷簧的作用力大于卡固装置与斜孔之间的作用力时，卡固装置脱离该斜孔，卡入另一斜孔中，如此反复，实现液位下移监测。浮子随液位上移而上移时，根绝编码器的数据可判断浮子是处于上移状态。浮子随液位上移而上移，配重结构7下移，卷簧反向转动释力，当配重结构7下移与下限位器92接触时，下限位器92触发发送给控制单元信号，此时，控制单元控制驱动器带动绕线轮逆时针转动使卷簧收缩，配重块上移，当配重块上移至与上限位器91接触时，控制单元控制驱动器停止；浮子继续随液位上移而上移，重复上述过程，实现液位上移监测。

拉绳在如此反复移动过程中带动计数轮一起转动，移动的距离与编码器脉冲数量呈线性正比，再通过采样电路实现数据的传输和显示，以实现液位变化监测。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.浮子水位计，包括外壳、置于外壳内的计数轮（2）、绕在计数轮（2）上的拉绳（8）、连接在拉绳（8）一端且置于外壳外的浮球（6）、配重结构（7）和用于检测计数轮（2）转动量的检测机构，其特征在于：

所述拉绳（8）的另一端与绕线轮（5）连接，所述配重结构（7）置于绕线轮（5）与计数轮（2）之间的拉绳（8）上且可在拉绳（8）上滑动，所述绕线轮（5）的转轴连接在驱动结构上；

所述外壳内设置有用于检测配重结构（7）且限制配重结构（7）上移量的上限位器（91）和用于检测配重结构（7）且限制配重结构（7）下移量的下限位器（92）；

所述驱动结构、上限位器（91）、下限位器（92）均连接在控制单元上。

2.根据权利要求1所述的浮子水位计，其特征在于，所述配重结构（7）为配重轮，所述配重轮上设置有用于卡设拉绳的凹槽，所述配重轮上可拆卸连接有辅助配重（11）。

3.根据权利要求1所述的浮子水位计，其特征在于，所述绕线轮（5）上设置有用于容置卷簧（4）的凹槽，所述凹槽与绕线轮（5）的转轴同轴设置；

所述驱动结构包括卷簧（4）和用于驱动卷簧（4）转动的驱动器，所述卷簧（4）内圈的一端固定在驱动器的输出轴上且外圈的一端固定在凹槽的侧壁上。

4.根据权利要求1所述的浮子水位计，其特征在于，所述绕线轮（5）上设置有用于容置卷簧（4）的凹槽，所述凹槽与绕线轮（5）的转轴同轴设置，所述凹槽侧壁上至少设置有一个斜孔；

所述驱动结构包括卷簧（4）、固定在卷簧（4）外圈的一端上可卡入斜孔内的的卡固结构和用于驱动卷簧（4）转动的驱动器，所述卷簧（4）内圈的一端固定在驱动器的输出轴上。

5.根据权利要求4所述的浮子水位计，其特征在于，所述卡固结构为圆球形锚头。

6.根据权利要求4所述的浮子水位计，其特征在于，所述斜孔（11）有多个。

7.根据权利要求1所述的浮子水位计，其特征在于，所述检测机构包括用于放大计数轮转动角度的传动机构和连接在传动结构输出轴上的编码轮。

8.根据权利要求7所述的浮子水位计，其特征在于，所述传动机构包括连接在计数轮（2）转轴上的第一齿轮和与第一齿轮相啮合的第二齿轮，所述第二齿轮的转动固定在编码轮的输入端上，所述第一齿轮的直径大于第二齿轮的直径。

9.根据权利要求1所述的浮子水位计，其特征在于，所述浮球（6）置于保护筒内，所述保护筒一端固定在外壳上。

10.根据权利要求1所述的浮子水位计，其特征在于，所述上限位器（91）、下限位器（92）为触碰开关。

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