CN201689345U - 浮标拉绳式水箱液位智能监控仪 - Google Patents

Abstract

一种浮标拉绳式水箱液位监控仪，它主要由浮标拉绳式液位传感和液位监控两部分组成，所述的浮标拉绳式液位传感部分至少包括有：一个浮标，一根钢丝绳，一个重锤，两个定滑轮及支架，一个多圈绝对编码器；所述的钢丝绳的一端连接着放在水箱内的浮标，另外一端经过水箱顶部上的两个定滑轮后，与置于水箱内的重锤连接；所述其中一个定滑轮的轴心与所述多圈绝对编码器的轴心相连，且所述的多圈绝对编码器与所述液位监控部分相连；数码显示屏可以显示液位值和时间，并可以通过面板按键调节编码器每步的液位值，液位控制的上下限水位值和补水时间段的起停时间；它具有结构简单，调节使用简便，节能效果好，监控智能，可靠耐用等特点。

Description

浮标拉绳式水箱液位智能监控仪 

技术领域

本实用新型涉及的是一种浮标拉绳式液位监控装置，尤其是对直热式空气源热泵系统的水箱液位进行监控的装置，属于一种液位监控技术。 

背景技术

空气源热泵是运用逆卡诺循环原理，采用极少的电能驱动压缩机做功，吸收空气中的热能，通过冷凝器排放到冷水中，从而使水温升高。空气源热泵系统主要分为循环式热泵系统和直热式热泵系统。 

循环式热泵系统是将冷水先加入到保温水箱中，然后将保温箱的水通过循环泵送进热泵设备进行加热，经过热泵多次循环加热后，水箱内的水逐渐升温到55度左右(温度值可以设定)。直热式热泵系统是将冷水送进热泵，经过热泵加热后可直接排出55度左右(温度值不可设定)的热水到保温水箱中，即水箱的补水过程主要由热泵完成。热泵系统设计时，会根据用户每天的用水量(以55℃作为热水设定标准，可调)设计几乎同量的保温水箱体积，设为L立方米(吨)。 

由于生产热水的及时性较好，直热式热泵系统的推广越来越多。目前，直热式热泵系统的水位主要使用水位继电器的方式来控制，即高低液位探头(电极)的高度由人为的方式固定。当水位上升到高点水位，水与探头接触，系统让热泵设备停止补水；当水位下降到低液位以下，水与探头脱离接触，系统开启热泵给水箱补水。这样的系统就出现了以下3个主要的问题： 

1、由于直热式热泵系统无法调节出水温度，于是热泵产水的温升Δt是不变的，根据热量计算公式：Q＝C·M·Δt可知，用户热水热量需求Q与水量M成比例关系。在使用热水淡季里，热水用量减少，就需要调整水箱的储水量以达到进一步节能的目的。但是要调节储水量只有通过专业人员拆装液位线来调节液位探头的高度，过程十分繁琐。 

2、由于这种热泵的液位显示只能用来显示水位是否达到高低液位探头的位置，并不能显示实际的液位高度。因此，如果水箱热水储水量不够时，系统和用户都无法知晓，从而影响用户使用热水。 

3、由于液位探头由电线连接，这样电线会长期浸泡在55℃的热水和高温蒸汽中，导致电线容易老化、接触不良、甚至断裂从而导致液位监控失效。另外，液位探头如果结满 水垢，也会导致无法与水接触，从而使液位监控失效。 

发明内容

本实用新型的目的在于克服上述存在的不足，提供一种不受热水温度和水质环境影响，结构简单，显示直观，调节容易的浮标拉绳式水箱液位智能监控仪。 

本实用新型的目的是通过如下技术方案来完成：它主要由浮标拉绳式液位传感和液位监控两部分组成，所述的浮标拉绳式液位传感部分至少包括有：一个浮标，一根钢丝绳，一个重锤，两个定滑轮及支架，一个多圈绝对编码器；所述的钢丝绳的一端连接着放在水箱内的浮标，另外一端经过水箱顶部上的两个定滑轮后，与置于水箱内的重锤连接；所述其中一个定滑轮的轴心与所述多圈绝对编码器的轴心相连，且所述的多圈绝对编码器与所述液位监控部分相连。 

所述的两个定滑轮包括一个主定滑轮和一个副定滑轮，它们分别固定在所述的定滑轮支架上；所述的光电多圈绝对编码器与主定滑轮组装在一起，并能随主定滑轮同步转动，副定滑轮的直径小于主定滑轮的直径，且副定滑轮的位置比主定滑轮低；所述的重锤和浮标分别固定在副定滑轮侧的钢丝绳端和主定滑轮侧的钢丝绳端，并且重锤的重量应大于钢丝绳本身的重量，但是小于浮标的重量。 

所述的多圈绝对编码器将取得主定滑轮转动角度的格雷码传输至相连的微电脑处理器，该微电脑处理器相连有为其提供稳定电源的电源电路；所述的微电脑处理器经过数码显示驱动电路与一数码显示屏相连；所述的微电脑处理器还与一继电器驱动电路相连，该继电器驱动电路与一可使继电器触点动作的驱动继电器相连。 

本实用新型结构独特，控制智能，拥有很好的水箱液位监控效果，具体如下： 

1、调节简单，由于能监测到水箱内完整的液位数据，只需要通过面板按钮修改液位控制的上下限水位值就可以调节水箱的储水量。 

2、节能效果好，由于能很方便的调节水箱储水量，这样就能在用水淡季让设备少产热水，从而减少产热水的电耗和保持水箱温度恒定时需要的电耗。如学校在寒假时的用水量可以降到放假前的10％左右，这时通过调节水箱储水量可以节省近80％的热量浪费。另外，由于可以通过面板按钮设置补水时间，就可以让热泵产热水时间集中在低谷电的时间段，这样，与传统的热泵系统相比可以节约60％电费。 

3、监控效果好，由于能直接显示水箱内的真实液位，这样就可以保证用户的用水量。一旦在用水高峰前发现热水储量可能不够，就可以开启其他电辅设备及时生产补充热水， 保证用水的可靠性。 

4、使用寿命长，由于容易老化或损坏的部件没有浸泡在保温水箱内，这样设备的使用寿命将大大延长。另外，也减少了大量的设备维护费用。 

附图说明

图1是本实用新型的液位传感部分的结构示意图。 

图2-1是本实用新型在直热式空气源热泵系统中的控制电路图。 

图2-2是本实用新型的直热式空气源热泵检测模块结构示意图。 

图3是本实用新型的液位监控电路结构示意图。 

图4是本实用新型的微电脑程序结构图。 

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型作详细的介绍：附图所示，本实用新型主要由浮标拉绳式液位传感和液位监控两部分组成，所述的浮标拉绳式液位传感部分至少包括有：一个浮标11，一根钢丝绳9，一个重锤10，两个定滑轮7、8及支架6，一个多圈绝对编码器14；所述的钢丝绳9的一端连接着被放在水箱3内的浮标，另外一端经过水箱顶部上的两个定滑轮后，与置于水箱3内的重锤10连接；所述其中一个定滑轮的轴心与所述多圈绝对编码器14的轴心相连，且所述的多圈绝对编码器14与所述液位监控部分相连。所述的液位监控部分由变压器、整流电路、微电脑处理器15、线路板、数码显示屏17、面板按钮等构成。 

所述的两个定滑轮包括一个主定滑轮7和一个副定滑轮8，它们分别固定在所述的定滑轮支架6上；所述的光电多圈绝对编码器14与主定滑轮7组装在一起，并能随主定滑轮7同步转动，副定滑轮8的直径小于主定滑轮7的直径，且副定滑轮8的位置比主定滑轮7低；所述的重锤10和浮标11分别固定在副定滑轮8侧的钢丝绳端和主定滑轮侧的钢丝绳端，并且重锤的重量应大于钢丝绳本身的重量，但是小于浮标的重量。 

所述的多圈绝对式编码器14将取得主定滑轮转动角度的格雷码传输至相连的微电脑处理器4，该微电脑处理器15相连有为其提供稳定电源的电源电路12；所述的微电脑处理器15经过数码显示驱动电路16与一数码显示屏17相连；所述的微电脑处理器15还与一继电器驱动电路18相连，该继电器驱动电路18与一可使继电器触点动作的驱动继电器19相连。 

本实用新型所述的钢丝绳9的一端连接着浮标11放在水箱3内，另外一端穿过水箱3 顶部预留的圆孔后就穿出水箱，搁在两个定滑轮7、8上，然后沿定滑轮穿过水箱3顶部的另外一个圆孔，进入水箱后与重锤10连接。由于浮标11的质量大于重锤10的质量，这样浮标11和重锤10通过钢丝绳9挂在定滑轮的两端时，钢丝绳9能始终保持处于紧张状态，其中钢丝绳9在水箱3内部的长度与水箱3的总高度相等或者略长。当浮标11随液位的变化上下浮动时，与浮标11相连的钢丝绳9随浮标11移动，从而带动两个定滑轮转动。其中一个定滑轮的轴心与多圈绝对编码器14的轴心相连，定滑轮转动时编码器跟着同角度转动，于是可以测得钢丝绳9的位移，从而就获得液位高度的数据。液位监控电路接收到编码器的数据后，经过微电脑处理器15程序处理，然后输出当时的液位数值到数码显示屏上。用户只需要通过面板按钮输入热泵开始和停止补水的2个液位高度值后就可以对水箱液位进行实时监控了。另外，客户还可以很方便的控制补水的时间，让热泵设备主要工作在用电低谷的时间段，达到更好的节能效果。 

图1所示，本实用新型的液位传感部分包括定滑轮支架6，它用来固定主定滑轮7和副定滑轮8，并可以调节两个定滑轮的距离和高度，从而保证钢丝绳9在水箱3内不会缠绕，光电多圈绝对编码器14与主定滑轮7装在一起，能随主定滑轮7同步转动，副定滑轮8的比主定滑轮7的直径小，位置也比主定滑轮7低，主要用来拉开重锤10和浮标11的水平距离，钢丝9的长度主要由水箱的深度和两个定滑轮的距离决定，尤其钢丝绳9在水箱3内部分的长度要保证达到水箱3的总深度。重锤10和浮标11分别固定在副定滑轮8侧的钢丝绳9端和主定滑轮7侧的钢丝绳端，并且重锤10的重量应大于钢丝绳9的本身的重量，但是小于浮标11的重量；而浮标11的重量应大于重锤10和钢丝绳9的重量之和，最终要保持浮标11在液面上而又不离开液面，重锤10无论在水箱3的什么高度都能保持钢丝绳9处于紧张状态而不会松弛。 

除了本实用新型的液位传感部分的结构外，在图1中还可以看到直热式空气源热泵系统的主要补水结构，冷水通过冷水管1和相关阀门后进入直热式空气源热泵2，经过热泵2加热后变成55℃左右的热水，然后热水通过相关管路进入到保温水箱3内。在保温水箱3的另一侧是供水泵4和供水管5，用来提取保温水箱3内的热水供用户使用。当保温水箱3中有水以后，浮标11就漂浮在水面上，并且随液位一起升降。浮标11上升或下降时，钢丝绳9就带动定滑轮6、7一起逆时针或顺时针转动，这样光电多圈绝对编码器就测到浮标在各个水位对应的角度和圈数值，从而编码器就可以输出相应的编码信号。图1中H表示实际水位，H1表示液位控制下限水位，H2表示液位控制上限水位。 

图2-1至图2-2所示，本实用新型在直热式空气源热泵系统的电气控制结构十分简洁，只需要将控制部分SL的电源端与交流220V电源线连接，控制部分SL的常开触点与直热式热泵液位检测模块的公共端G、上限液位端H2和下限液位端H1连接，图中的BVM是多圈绝对编码器14。整个系统安装完毕后，如果已经通过SL的面板设置好了用户需要的相关参数，那么只需合上断路器QF，浮标拉绳式水箱液位智能监控仪就会自动工作，并在SL的屏幕上显示此时的水位值。 

图3所示，本实用新型的电路集中在监控部分，监控电路的核心是微电脑处理器15，选用51单片机。电源电路12可将工频220V交流电变为稳定的5V直流电，给微电脑处理器15提供稳定的电源。微电脑处理器15通电以后，用户可通过按键输入电路13输入主定滑轮的直径，液位控制的上下限水位值和补水时间段，然后系统就可以正常工作了。微电脑处理器主要工作流程是先从多圈绝对编码器14取得主定滑轮转动角度的格雷码，通过内部程序通过相关计算可得到主定滑轮每个转动角度信息对应的液位值，然后将液位值以二进制码的形式经过数码显示驱动电路16传送给数码显示屏17，就可以显示出十进制液位值。另外，在显示液位的同时，液位值还要通过微电脑处理器4内部程序一系列的比较运算，如果液位值达到补水条件的要求，微电脑处理器15就发送驱动继电器的二进制码给继电器驱动电路18，继电器驱动电路18就会驱动继电器19的线圈，从而使继电器触点动作。 

图4所示，本实用新型的程序首先需要通过面板按键输入编码器每步对应的液位值A，液位控制的上限水位值H1、液位控制的下限水位值H2、补水时间段的起始时间T1、补水时间段的起始时间T2，这样就完成数据的设置。完成数据设置后，系统进入自动监控状态，先检测编码器输出的步值N，根据H＝A×N就可以水箱此时的液位值H，并将液位值H发送给相关数码显示屏电路将以十进制的形式显示出来，同时将液位值H与H1进行比较，如果H≤H1就下一步检测时间T是否满足T1≤T≤T2，如果满足就输出继电器驱动信号，从而使继电器触点动作，系统开始补水，然后再检测H是否满足H≥H2的条件，如果满足就停止输出继电器驱动信号，程序开始重新检测，如此反复监测与控制。 

Claims (3)

1.一种浮标拉绳式水箱液位监控仪，它主要由浮标拉绳式液位传感和液位监控两部分组成，其特征在于所述的浮标拉绳式液位传感部分至少包括有：一个浮标(11)，一根钢丝绳(9)，一个重锤(10)，两个定滑轮(7、8)及支架(6)，一个多圈绝对编码器；所述的钢丝绳(9)的一端连接着放在水箱(3)内的浮标(11)，另外一端经过水箱顶部上的两个定滑轮(7、8)后，与置于水箱内的重锤(10)连接；所述其中一个定滑轮的轴心与所述多圈绝对编码器的轴心相连，且所述的多圈绝对编码器与所述液位监控部分相连。

2.根据权利要求1所述的浮标拉绳式水箱液位监控仪，其特征在于所述的两个定滑轮包括一个主定滑轮(7)和一个副定滑轮(8)，它们分别固定在所述的定滑轮支架(6)上；所述的光电多圈绝对编码器与主定滑轮(7)组装在一起，并能随主定滑轮(7)同步转动，副定滑轮(8)的直径小于主定滑轮(7)的直径，且副定滑轮(8)的位置比主定滑轮(7)低；所述的重锤(10)和浮标(11)分别固定在副定滑轮(8)侧的钢丝绳端和主定滑轮侧的钢丝绳端，并且重锤的重量应大于钢丝绳本身的重量，但是小于浮标的重量。

3.根据权利要求1或2所述的浮标拉绳式水箱液位监控仪，其特征在于所述的多圈绝对式编码器将取得的主定滑轮(7)转动角度的格雷码传输至相连的微电脑处理器(15)，该微电脑处理器(15)相连有为其提供稳定电源的电源电路(12)；所述的微电脑处理器(15)经过数码显示驱动电路(16)与一数码显示屏(17)相连；所述的微电脑处理器(15)还与一继电器驱动电路(18)相连，该继电器驱动电路(18)与一可使继电器触点动作的驱动继电器(19)相连。

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