CN116242448A - 一种一体可冲洗的智能化液位变送器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种一体可冲洗的智能化液位变送器，通过集成在壳体中的电磁阀，外接自动冲洗吹扫的介质实现了液位变送器的壳体和过程连接设备的冲洗和吹扫功能；结合了压变陶瓷传感器和微型水流开关采集的数据，实现了液位变送器智能判堵和自动排气的功能；本发明能够在满足精准的物位测量功能的同时，可以智能化判断当前变送器过程连接处是否发生堵塞，自动启动反冲洗，自动排气，大大的提高物位检测的准确度；整体结构紧凑，体积小巧大大节省了安装空间，适用于空间狭小的场地；仪表高度智能化，自带堵塞报警输出，在减少人工巡检的同时降低了系统开销合成本，方便仪表的日常保养维护，且具有良好的稳定性和可靠性。

Description

一种一体可冲洗的智能化液位变送器

技术领域

本发明适用于化工、发酵、食品加工和制药领域，通过设计一种一体可冲洗的智能化液位变送器，实现氮气气吹扫，工艺水反冲，智能化判堵等功能，在提高了仪表的集成度的基础上，增加了仪表的可靠性，减少系统维护保养的频次，减轻控制系统的负担，节约成本。

背景技术

传统的压力式液位变送器多应用于化工、发酵、食品加工和制药行业的物位检测，通过液位变送器输送信号至控制系统，与执行器逻辑连锁，实现生产过程的自动控制。但是个别测量对象黏稠，流动性差，或者固态物含量过高，在环境稍恶劣的条件下，极易造成仪表接口的过程连接处发生堵塞。当发生堵塞时，首先需要人工判断堵塞的位置，人工拆除过程连接进行清洗，或者系统单独配置电磁阀和控制器进行反冲洗，大大增加了工作量和系统的开销，降低了生产效率。并且每当设备排空后，过程连接处存在存气的情况，需要手动开启排气阀进行排气，增加了人工巡检的工作量。本发明实现了一种集成化的液位变送器，变送器本身集成了自动排气、智能判断堵塞、氮气反冲和工艺水反冲的功能，在实际生产中具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种一体可冲洗的智能化液位变送器，在满足正常的物位测量功能的同时，可以智能化判断当前变送器过程连接处是否发生堵塞，自动启动反冲洗，自动排气，提高物位检测的准确度。

本发发明是这样实现的：

一种一体可冲洗的智能化液位变送器，将压电陶瓷传感器、反冲洗电磁阀、压缩空气电磁阀、排气电磁阀和显示操作面板集成在一个壳体中，通过单片机统一控制，并将测量的液位和报警信号输出；所述压电陶瓷传感器用于液体压力检测，所述反冲洗电磁阀安装于壳体外部，所述压缩空气电磁阀和排气电磁阀安装于壳体内部，所述显示操作面板安装于壳体顶部内侧；还设置有堵塞故障继电器，在发生堵塞时动作输出报警信号，智能化液位变送器可以设置三种反冲洗功能：选用氮气、选用工艺水或者选用工艺水之后使用氮气吹干。

1.所述选用氮气具体为：开启压缩空气电磁阀。

2.所述选用工艺水具体为：开启反冲洗电磁阀。

3.所述选用工艺水之后使用氮气吹干具体为：在面板中设定好参数：SpT1为两次反冲洗之间的时间间隔、SpT2为单次反冲洗的时间，SpT3为压缩氮气吹扫的时间；仪表的反冲洗时间计时器T1开始计时累加，当T1≥SpT1时，启动反冲洗计时器T2累加，当T2<SpT2时，开启反冲洗电磁阀，对液位变送器的腔体内部和过程连接进行反冲洗；当T2≥SpT2时，启动反冲洗计时器T3累加，当T3<SpT3时，开启压缩空气电磁阀，对液位变送器的腔体内部和过程连接进行氮气吹扫吹干，当T3≥SpT3时，将T1、T2、T3清零，系统自动进入下一个反吹扫周期。

4.具有智能判堵功能，具体为：

显示操作面板中设置参数，并自动运行；当整个液位变送器进行反吹扫冲洗时实时监测压电陶瓷传感器的压力值Pt1，以选用工艺水反冲为例，在控制面板设定工艺水供液的压力SpPt2，同时计算出CaPt02＝0.8*SpPt2；当进行工艺水反冲洗结束最后一秒时，比较Pt1与CaPt02，因为工艺反冲洗水的压力远远高于变送器设定的物料量程上限，所以当Pt1>CaPt02时，可以判断过程连接处发生了堵塞，此时变送器的输出值为量程上限，同时堵塞故障继电器输出报警信号。

5.具有自动排气功能，具体为：

显示操作面板中设置参数，并自动运行；当液位计从设备空罐或者空管状态时检测到压电陶瓷传感器的压力值Pt1有压力突变时，液位变送器自动进行一次排气操作，开启排气电磁阀，此时腔体中的空气由排气电磁阀排出；空气已经排净后延时2秒后，自动关闭排气电磁阀，结束自动排气的动作。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本液位变送器的过程连接接口为DN50的法兰接口，通过与设备或者管道的法兰接口连接，与物料接触，变送器采用压电陶瓷传感器，实现液位检测的功能；

2.本发明采用了一体化高集成的结构设计，将压电陶瓷传感器、反冲洗电磁阀、压缩空气电磁阀、排气电磁阀集成在一个壳体中，通过单片机统一控制，并将测量的液位和报警信号输出；

3.通过液位变送器的控制面板可以设定自动反冲洗的时间间隔、反冲洗介质的选择，实现液位计传感器和腔体的反冲洗；

4.通过传感器在反冲洗时压力测量值的变化，自动判断过程连接处是否发生堵塞，发生堵塞时在仪表面板提示，同时仪表输出端子的继电器动作输出报警；

5.通过液位变送器的控制面板可以设定自动排气时间，当设备空罐或者空管后再次进液时自动进行排气操作；

6.本发明的作用在于使用了高度集成的结构设计，将排气电磁阀、反冲洗执行器与液位变送器进行了一体化的封装，可以在空间狭小有限的位置安装，节约空间，现场整洁美观，减少安装和维护的工足量；

7.本发明取代了传统的手动排气阀、反冲洗执行器与液位变送器的分体设置，可以选择压缩氮气或者工艺水反冲洗，自动排气，同时将执行器的控制集中在液位变送器中的单片机中，不再占用DCS系统的控制点位，节约系统成本，减少了系统的开销。

附图说明

图1a-b为一种一体可冲洗的智能化液位变送器结构图；

图2为一种一体可冲洗的智能化液位变送器组装外形图；

图3为一种一体可冲洗的智能化液位变送器智能反冲洗流程图；

图4为一种一体可冲洗的智能化液位变送器智能判堵流程图；

图5为一种一体可冲洗的智能化液位变送器自动排气流程图。

其中a-壳体、b1-液位计电气接线口、b2-电磁阀接线口、c-过程连接接口d-腔体、h-表盖、e1-工艺水接口、e2-工艺水冲洗口、f1-压缩氮气接口、f2-压缩氮气吹扫口、i-视窗、g1-壳体排气口、g2-腔体排气口、j-压缩氮气电磁阀检修口、k-排气电磁阀检修口、S1-压电陶瓷传感器、L1-压电陶瓷传感器接线、S2-微型水流开关、L2-微型水流开关接线、V1-压缩氮气电磁阀、L3-压缩氮气电磁阀接线、V2-工艺水反冲洗电磁阀、V3-排气电磁阀、L4-工艺水反冲洗电磁阀接线、L5-排气电磁阀接线、M1-显示操作面板、L6-显示面板排线、M2含有单片机的主电路板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明新型一种一体可冲洗的智能化液位变送器作进一步的说明：

壳体中紧凑安装的压缩氮气电磁阀，工艺水反冲洗电磁阀，自动排气电磁阀通过单片机控制，电陶瓷传感器和微型水流开关检测信号输入至单片机，变送器的测量值使用显示面板就地显示，同时也可以在面板上设置参数，变送器在正常输出液位信号的同时，设置有堵塞故障继电器，在发生堵塞时动作输出；所述的单片机、压缩氮气电磁阀，工艺水反冲洗电磁阀，根据设定可以在仪表本地实现自动的氮气(或者根据测量介质的特性换为压缩空气)、工艺水或者工艺水之后使用氮气吹干，三种反冲洗功能；所述的单片机、自动排气电磁阀和微型水流开关，根据设定可以在仪表本地实现腔体和过程连接自动排气功能；所述的单片机、电陶瓷传感器、故障继电器，可以在仪表本地实现过程连接的智能判堵的自诊断，并在故障时堵塞故障继电器动作输出报警信号；

本发明一种一体可冲洗的智能化液位变送器的相关技术特征：

1.将压缩氮气反冲洗电磁阀、工艺水反冲洗电磁阀、压电陶瓷传感器、单片机、显示屏等设备一体化集成于一个壳体中，在使用过程中只需要将过程连接与相应的介质和电气接口连接即可；

2.本智能变送器可以设置三种反冲洗功能：选用氮气、选用工艺水或者选用工艺水之后使用氮气吹干；

3.壳体中集成了φ8的电磁阀，通过单片机控制，可以实现压缩氮气(或者根据测量介质的特性换为压缩空气)的反冲洗或者吹干功能；

4.壳体中集成了DN25的电磁阀，通过单片机控制，可以实现工艺水的反冲洗功能；

5.壳体中集成了φ8的电磁阀，通过单片机控制，可以实现过程连接自动排气功能；

6.本智能变送器的反冲洗控制、智能判堵控制和排气控制都在本地实现，无需外接DCS系统的控制信号；

7.当判断出过程连接处发生堵塞时，液位输出信号自动按照满量程输出，同时报警输出的继电器动作。

如图1a-b所示液位变送器整体封装于壳体a中，壳体与被测设备连接处为过程连接接口c，规格为DN50凸面法兰，壳体外部留有液位计电气接线口b1用于电气接线，电磁阀接线口b2用于电磁阀V2接线。同时壳体还设有工艺水接口e1，规格为DN25螺纹，用于外接工艺水；压缩氮气接口f1，规格为口径φ8快接插头，连接压缩氮气；壳体排气口g1，规格为口径φ8快接插头，用于对空排气。

在壳体的内部设计有腔体d，压电陶瓷传感器S1，内嵌于腔体顶部，用于液体压力检测；微型水流开关S2内嵌于腔体侧部，用于排气时的流体检测；工艺水冲洗口e2内嵌于腔体侧部，口径为DN25，用于带压工艺水冲洗腔体内部，清扫、疏通过程连接；压缩氮气吹扫口f2内嵌于腔体侧部，口径为φ8，用于压缩氮气吹扫腔体；腔体排气口g2内嵌于腔体侧部，口径为φ8，用于腔体排气。

含有单片机的主电路板M2固定在壳体内部，通过压电陶瓷传感器接线L1，微型水流开关接线L2分别与电陶瓷传感器和微型水流开关连接。工艺水反冲洗电磁阀V2，安装于壳体外部，规格为DN25，通过工艺水反冲洗电磁阀接线L4连接至主电路板M2，并由M2控制；压缩氮气电磁阀V1集成在壳体中，规格为φ8，通过压缩氮气电磁阀接线L3连接至主电路板M2，并由M2控制；排气电磁阀V3集成在壳体中，规格为φ8，排气电磁阀接线L3连接至主电路板M2，并由M2控制。

显示操作面板M1安装于壳体顶部内侧，通过显示操作面板排线L6连接至主电路板M2，作为现场显示面板和仪表设置输入的人机接口。壳体顶部安装表盖h，操作面板可以通过视窗i观测。

在壳体侧面设有压缩氮气电磁阀检修口j和排气电磁阀检修口k，可以对内置的压缩氮气电磁阀V1和排气电磁阀V3检修更换。

如图2所示为可见整个仪表结构紧凑，安装便捷，可以在狭小空间内使用，仪表高度集成化省去外接控制信号，节省了整个系统的开销，节约了成本。

在控制面板M1中可以对液位变送器的基本功能进行配置，此处不做叙述，以下只针对智能反冲洗功能、智能判堵和自动排气功能的实施过程进行描述。

结合图3智能反冲洗流程图，对实施过程进行说明。智能反冲洗功能在控制面板M1中可以选择反冲洗方式：方式一，采用压缩氮气反冲洗，开启电磁阀V1；方式二，采用工艺水反冲洗开启电磁阀V2；方式三，首先采用工艺水反冲洗再压缩氮气吹扫。

同时在面板中设定两次反冲洗之间的时间间隔SpT1和单次反冲洗的时间SpT2，如果采用方式三反冲洗，还需要设定压缩氮气吹扫的时间SpT3。

下面以方式三为例说明实施过程，方式一与方式二同理。方式三在面板中设定好参数后，仪表的反冲洗时间计时器T1开始计时累加。当T1≥SpT1时，启动反冲洗计时器T2累加，当T2<SpT2时，开启电磁阀V2，对液位变送器的腔体内部和过程连接进行反冲洗。当T2≥SpT2时，启动反冲洗计时器T3累加，当T3<SpT3时，开启电磁阀V1，对液位变送器的腔体内部和过程连接进行氮气吹扫吹干。当T3≥SpT3时，将T1、T2、T3清零，系统自动进入下一个反吹扫周期。

结合图4智能判堵洗流程图，对实施过程进行说明。智能判堵功能在控制面板M1中设置参数，并自动运行。当整个液位变送器进行反吹扫冲洗时实时监测压电陶瓷传感器的压力值Pt1，以选用工艺水反冲为例，在控制面板设定工艺水供液的压力SpPt2，同时计算出CaPt02＝0.8*SpPt2。当进行工艺水反冲洗结束最后一秒时，比较Pt1与CaPt02，因为工艺反冲洗水的压力远远高于变送器设定的物料量程上限，所以当Pt1>CaPt02时，可以判断过程连接处发生了堵塞。此时变送器的输出值为量程上限，同时堵塞报警的继电器动作输出。

结合图5自动排气流程图，对实施过程进行说明。自动排气功能在控制面板M1中设置参数，并自动运行。当液位计从设备空罐或者空管状态时检测到Pt1有压力突变时，液位变送器自动进行一次排气操作，开启排气电磁阀V3，此时腔体中的空气由V3排出。此时检测微型水流开关S2，当S2动作时有液体从V3流出，因V3处于整个液位变送器腔体顶部，可以判断此时腔体中的空气已经排净。SK1动作后延时2秒后，自动关闭排气电磁阀V3，结束自动排气的动作。

本发明提供了一种性能稳定可靠，结构紧凑的一种可冲洗的智能化液位变送器。通过集成在壳体中的电磁阀，外接自动冲洗吹扫的介质实现了液位变送器的壳体和过程连接设备的冲洗和吹扫功能。结合了压变陶瓷传感器和微型水流开关采集的数据，实现了液位变送器智能判堵和自动排气的功能。一体可冲洗的智能化液位变送器能够在满足精准的物位测量功能的同时，可以智能化判断当前变送器过程连接处是否发生堵塞，自动启动反冲洗，自动排气，大大的提高物位检测的准确度；整体结构紧凑，体积小巧大大节省了安装空间，适用于空间狭小的场地；仪表高度智能化，自带堵塞报警输出，在减少人工巡检的同时降低了系统开销合成本，方便仪表的日常保养维护，且具有良好的稳定性和可靠性。

Claims (6)

1.一种一体可冲洗的智能化液位变送器，其特征在于，将压电陶瓷传感器、反冲洗电磁阀、压缩空气电磁阀、排气电磁阀和显示操作面板集成在一个壳体中，通过单片机统一控制，并将测量的液位和报警信号输出；所述压电陶瓷传感器用于液体压力检测，所述反冲洗电磁阀安装于壳体外部，所述压缩空气电磁阀和排气电磁阀安装于壳体内部，所述显示操作面板安装于壳体顶部内侧；还设置有堵塞故障继电器，在发生堵塞时动作输出报警信号，智能化液位变送器可以设置三种反冲洗功能：选用氮气、选用工艺水或者选用工艺水之后使用氮气吹干。

2.根据权利要求1所述的一体可冲洗的智能化液位变送器，其特征在于，所述选用氮气具体为：开启压缩空气电磁阀。

3.根据权利要求1所述的一体可冲洗的智能化液位变送器，其特征在于，所述选用工艺水具体为：开启反冲洗电磁阀。

4.根据权利要求1所述的一体可冲洗的智能化液位变送器，其特征在于，所述选用工艺水之后使用氮气吹干具体为：在面板中设定好参数：SpT1为两次反冲洗之间的时间间隔、SpT2为单次反冲洗的时间，SpT3为压缩氮气吹扫的时间；仪表的反冲洗时间计时器T1开始计时累加，当T1≥SpT1时，启动反冲洗计时器T2累加，当T2<SpT2时，开启反冲洗电磁阀，对液位变送器的腔体内部和过程连接进行反冲洗；当T2≥SpT2时，启动反冲洗计时器T3累加，当T3<SpT3时，开启压缩空气电磁阀，对液位变送器的腔体内部和过程连接进行氮气吹扫吹干，当T3≥SpT3时，将T1、T2、T3清零，系统自动进入下一个反吹扫周期。

5.根据权利要求1所述的一体可冲洗的智能化液位变送器，其特征在于，具有智能判堵功能，具体为：

显示操作面板中设置参数，并自动运行；当整个液位变送器进行反吹扫冲洗时实时监测压电陶瓷传感器的压力值Pt1，以选用工艺水反冲为例，在控制面板设定工艺水供液的压力SpPt2，同时计算出CaPt02＝0.8*SpPt2；当进行工艺水反冲洗结束最后一秒时，比较Pt1与CaPt02，因为工艺反冲洗水的压力远远高于变送器设定的物料量程上限，所以当Pt1>CaPt02时，可以判断过程连接处发生了堵塞，此时变送器的输出值为量程上限，同时堵塞故障继电器输出报警信号。

6.根据权利要求1所述的一体可冲洗的智能化液位变送器，其特征在于，具有自动排气功能，具体为：

显示操作面板中设置参数，并自动运行；当液位计从设备空罐或者空管状态时检测到压电陶瓷传感器的压力值Pt1有压力突变时，液位变送器自动进行一次排气操作，开启排气电磁阀，此时腔体中的空气由排气电磁阀排出；空气已经排净后延时2秒后，自动关闭排气电磁阀，结束自动排气的动作。

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