CN202372231U - 跟踪式测液位的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种跟踪式测液位的装置，包括磁浮子、牵引电缆、牵引装置、导向杆、跟踪传感器、控制计量装置；磁浮子中心通透套在导向杆上，磁浮子的内部安装有小磁针；导向杆内部空心，跟踪传感器设于导向杆的内部，跟踪传感器为磁感应传感器；跟踪传感器通过牵引电缆与牵引装置连接，牵引电缆设有位移传感器；跟踪传感器、牵引装置和位移传感器分别与控制计量装置电连接。可以通过牵引电缆带动跟踪传感器的上下移动，跟踪探测磁浮子的位置，从而检测到液面的位置，用这种方法实现测量液位的目的。制造简单、测量精度高、应用范围广，可以实现液位连续测量。

Description

跟踪式测液位的装置

技术领域

本实用新型涉及一种液位测量装置，特别是一种跟踪式测液位的装置。

背景技术

物位包括液位和固体料位两大类。而液位测量又包括液位位置的开关量测量和液位连续测量两种方式。液位位置的开关量测量是对几个固定位置的液位进行测量，用于液位的上、下限报警等。连续液位测量是对液位连续地进行测量，它广泛地应用于石油、化工、食品加工等诸多领域。

目前，液位连续测量方法主要有磁致伸缩法、核辐射法、光纤传感器法和雷达法等20余种液位测量方法。在《20余种液位测量方法分析》一文中对20余种连续液位测量方法、原理、特点等进行了详细的比较分析。比如文中提到的超声波法是利用换能器，将电功率脉冲转换为超声波，射向液面，经液面反射后再由换能器将该超声波转换为电信号。超声波是机械波，传播衰减小，界面反射信号强，且发射和接收电路简单，因而应用较为广泛；但超声波的传播速度受介质的密度、浓度、温度、压力等因素影响，其测量精度较低。又如微波法是微波通过天线(大多为口径天线，也有平面天线)辐射出去，经液面反射后被天线接收，然后由二次电路计算发射信号与接收信号的时间差计算出液位。微波速度受传播介质、温度、压力、液体介电常数的影响很小，但液体界面的波动、液体表面的泡沫、液体介质的介电常数对微波反射信号强弱有很大影响。

伺服式液位计也一直被广泛地用于储罐液位的高精确度测量，它是基于浮力平衡的原理，由微伺服电动机驱动体积较小的浮子，能精确地测出液位等参数。浮子用测量钢丝悬挂在仪表外壳内，而测量钢丝缠绕在精密加工过的外轮鼓上；外磁铁被固定在外轮鼓内，并与固定在内轮鼓的内磁铁耦合在一起。当液位计工作时，浮子作用于细钢丝上的重力在外轮鼓的磁铁上产生力矩，从而引起磁通量的变化。当被测介质液位变化时，使得浮子浮力发生改变。其结果是磁耦力矩被改变，使得带有温度补偿的霍尔元件的输出电压发生变化。伺服电动机转动，调整浮子上下移动重新达到平衡点。

另外，石化工业的液位连续测量有的采用测量压强换算液位的方法，而这种方法存在测量结果易受液体密度变化影响以及传感器长期漂移的影响，难以实现高精度测量。

随着微电子技术、计算机硬件技术、计算机软件技术的发展，也有一些新的连续液位测量方法实用新型专利公布，但是大都存在制造复杂、测量精度低等方面的不足。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种制造简单、测量精度高、应用范围广的跟踪式测液位的装置。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

本实用新型的跟踪式测液位的装置，包括磁浮子、牵引电缆、牵引装置、导向杆、跟踪传感器、控制计量装置；

所述磁浮子中心通透套在所述导向杆上，所述磁浮子的内部安装有小磁针；

所述导向杆内部空心，所述跟踪传感器设于所述导向杆的内部，所述跟踪传感器为磁感应传感器；

所述跟踪传感器通过牵引电缆与牵引装置连接，所述牵引电缆设有位移传感器；

所述跟踪传感器、牵引装置和位移传感器分别与所述控制计量装置电连接。

由上述本实用新型提供的技术方案可以看出，本实用新型提供的跟踪式测液位的装置，由于包括磁浮子、牵引电缆、牵引装置、导向杆、跟踪传感器、控制计量装置；磁浮子中心通透套在导向杆上，磁浮子的内部安装有小磁针；导向杆内部空心，跟踪传感器设于导向杆的内部，跟踪传感器为磁感应传感器；跟踪传感器通过牵引电缆与牵引装置连接，牵引电缆设有位移传感器；跟踪传感器、牵引装置和位移传感器分别与控制计量装置电连接。可以通过牵引电缆带动跟踪传感器的上下移动，跟踪探测磁浮子的位置，从而检测到液面的位置，用这种方法实现测量液位的目的。制造简单、测量精度高、应用范围广，可以实现液位连续测量。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的跟踪式测液位的装置的结构示意图一；

图2为本实用新型实施例提供的跟踪式测液位的装置的结构示意图二。

图中：1.磁浮子，2.导向杆，21.下定位环，22.上定位环，23.法兰，24.散热片，3.跟踪传感器，4.牵引电缆，5.电子仓外壳，6.转向机构总成，60.转向弯管，61.安装调节孔封闭螺栓，62.安装调节孔，63.定滑轮，64.连接杆，71.一级齿轮，72.二级齿轮，73.角位移传感器，74.储线轮，8.步进电机，9.控制电路板，91.显示屏，92.通讯接口，93.角位移传感器接口，94.电源模块，95.跟踪传感器接口，96.电源接口，97.CPU，98.步进电机控制接口，99.按键接口。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型实施例作进一步地详细描述。

本实用新型的跟踪式测液位的装置，其较佳的具体实施方式是：

包括磁浮子、牵引电缆、牵引装置、导向杆、跟踪传感器、控制计量装置；

所述磁浮子中心通透套在所述导向杆上，所述磁浮子的内部安装有小磁针；

所述导向杆内部空心，所述跟踪传感器设于所述导向杆的内部，所述跟踪传感器为磁感应传感器；

所述跟踪传感器通过牵引电缆与牵引装置连接，所述牵引电缆设有位移传感器；

所述跟踪传感器、牵引装置和位移传感器分别与所述控制计量装置电连接。

所述导向杆的下部可以固定有下定位环，所述导向杆的上部可以固定有上定位环、法兰和散热片等。

所述下定位环和上定位环的内部均可以安装有小磁针。

所述磁感应传感器优选为磁阻传感器。

所述牵引装置、控制计量装置和位移传感器可以设于电子仓外壳内，所述牵引装置可以为步进电机，所述位移传感器可以为角位移传感器，所述电子仓外壳可以设于所述导向杆的顶部；

所述电子仓外壳内可以设有一级齿轮和二级齿轮，所述牵引电缆绕过所述一级齿轮缠绕在储线轮上，所述储线轮与所述步进电机的驱动轴连接，所述一级齿轮与二级齿轮啮合，所述角位移传感器与所述二级此轮同轴连接。

所述控制计量装置包括控制电路板，所述控制电路板可以设有显示屏、通讯接口、角位移传感器接口、电源模块、跟踪传感器接口、供电电源接口、CPU、步进电机控制接口和按键接口等。

所述电子仓外壳可以通过转向机构总成与所述导向杆的顶部连接。

所述转向机构总成可以包括转向弯管和连接杆等，所述转向弯管内设有定滑轮，所述牵引电缆绕过所述定滑轮，所述转向弯管的壁上可以设有安装调节孔，所述安装调节孔设有安装调节孔封闭螺栓。

所述牵引电缆可以包括多芯导线、尼龙线束和护套等。

本实用新型的跟踪式测液位的装置，安装方便、测量准确、性能可靠，可以实现液位连续测量。下面对其结构和原理进行进一步的描述：

本实用新型总体思路是，克服现有产品和技术中存在的不足，充分利用电子技术和器件新技术的发展成果，开发出一种新型液位测量装置，并提供一种跟踪式测液位的方法和装置。

本实用新型主要包括磁浮子、导向杆、牵引电缆、电子仓外壳、转向机构总成、一级齿轮、二级齿轮、角位移传感器、储线轮、步进电机和控制电路板几部分，导向杆上固定有下定位环、上定位环、法兰和散热片部件，转向机构总成包括转向弯管、安装调节孔封闭螺栓、安装调节孔、定滑轮和连接杆，控制电路板上有显示屏、通讯接口、角位移传感器接口、电源模块、跟踪传感器接口、供电电源接口、CPU、步进电机控制接口和按键接口几个功能模块，这种结构可以做到在控制电路板的控制下，由步进电机的正反向转动，通过牵引电缆带动跟踪传感器的上下移动，跟踪探测磁浮子的位置，从而检测到液面的位置，用这种方法实现测量液位的目的。

进一步，所述磁浮子由外壳和内部安装的小磁针构成，磁浮子中心通透，套在导向杆上，并在浮力的作用下沿导向杆上下移动。

进一步，所述导向杆由不锈钢管制作而成，底端密封，内部空心，跟踪传感器在内部上下移动，导向杆上端和底端分别固定有下定位环和上定位环，。

进一步，所述下定位环和上定位环均由外壳和内部安装的小磁针构成，跟踪传感器在牵引电缆带动下上下移动，并能感知定位环内的磁铁，从而找到下定位环和上定位环的位置，因两个定位环的距离一定，这种结构保证了自标定测量方法的实现。

进一步，所述跟踪传感器由磁感应传感器、外壳和接口构成，并通过接口和牵引电缆连接，所述磁感应传感器可以根据需要选择低功耗的磁阻传感器，并通过牵引电缆实现供电和信息传递，所述跟踪传感器的重量可以根据测量范围和整个转动机构所需的摩擦力选择，所述跟踪传感器安装于导向杆的内部，其在牵引电缆的作用下可在导向杆内沿竖直方向上下移动，所述跟踪传感器可以检测到下定位环、上定位环和磁浮子的内部磁场，即它们的位置，并把位置信号信息通过牵引电缆传送给控制电路板的CPU。

进一步，所述牵引电缆由多芯导线、尼龙线束和护套构成，其一端与跟踪传感器连接，另一端与控制电路板的跟踪传感器接口连接，实现了跟踪传感器的感应信号与控制电路板的CPU接口，同时还起到牵引跟踪传感器的作用。

进一步，所述转向机构总成包括转向弯管、安装调节孔封闭螺栓、安装调节孔、定滑轮和连接杆，实现电子仓部分和安装在罐体内的测量部分的分离，增加了设备制造的灵活性。

进一步，所述一级齿轮、二级齿轮、角位移传感器、储线轮、步进电机几个部分构成了联动装置，实现了跟踪传感器的移动和液位的测量，所述一级齿轮和二级齿轮上有轮齿，并通过轮齿啮合，所述二级齿轮和角位移传感器同轴连接，所述一级齿轮有凹槽结构，用于放置牵引电缆，牵引电缆压在一级齿轮凹槽上，通过牵引电缆与一级齿轮凹槽的摩擦力带动一级齿轮转动，进而带动二级齿轮转动，使角位移传感器同角度转动，实现角位移传感器角度变化的测量，CPU根据算法计算出液位位置的变化，实现了测液位的方法。

进一步，所述储线轮和步进电机同轴连接，牵引电缆缠绕在储线轮上。

本实用新型的优点是：克服了各种部件制造的难度，跟踪传感器需要很小的磁感应强度就能正常工作，当CPU发现跟踪传感器感应不到磁信号时，将控制步进电机在液位附近移动，重新找到磁浮子，这样通过跟踪传感器跟踪磁浮子的方法实现液位的测量，进一步，由于增加了一级齿轮和二级齿轮等装置，可以将很小的线位移变换为大得角位移，从而实现高精度测量，进一步，由于导向杆完全可以密封，因此，可适应于各和环境中检测各种液体的液位，特别是测量精度要求很高的场合，总之，本实用新型实现简单，运行可靠，可以做到对液位的计量级测量。

具体实施例：

如图1所示，设计制造磁浮子1、导向杆2、下定位环21、上定位环22、法兰23、散热片24、跟踪传感器3、牵引电缆4、转向弯管60、安装调节孔封闭螺栓61、定滑轮63、连接杆64，具体实施时根据测量范围选择导向杆2的长度，根据测量压力要求选择磁浮子1和导向杆2的厚度，将导向杆2的底端封闭，并将法兰23和散热片24焊接到导向杆2上，放入液体容器内部的结构制作完成。

将转向弯管60、安装调节孔封闭螺栓61、定滑轮63和连接杆64安装在一起，形成转向机构总成6，装到导向杆2的顶端，所述转向机构总成6目的是安装检修牵引电缆4和实现电子仓外壳5的侧装，以适合各种工况，具体实施时，拧下安装调节孔封闭螺栓61后可通过安装调节孔62实施对牵引电缆4的调整或更换，另外本实用新型考虑到实际的需要，为简化测量装置可以不安装转向机构总成6部分，使用顶装也可，即将电子仓外壳5直接装到导向杆2的顶端。

所述磁浮子1由外壳和内部安装的小磁针构成，外壳选用不锈钢或钛钢焊接制作，内部小磁针N、S极方向沿径向放置，在满足磁感应强度的要求下，尽量使用较小的磁针，这样可以减轻整个磁浮子1的重量，从而在液体密度一定的情况下可以减小磁浮子1的体积。磁浮子1中心通透，套在导向杆2上，并在浮力的作用下沿导向杆2上下移动。

所述导向杆2由不锈钢管制作而成，内部空心，且内壁光滑，这样可以减少跟踪传感器3在内部上下移动的摩擦力。

所述下定位环21和上定位环22使用不锈钢或其他没有磁屏蔽性能的材料制作，内部小磁针N、S极方向沿径向放置。

所述跟踪传感器3可以用不锈钢或其他没有磁屏蔽功能的材料制作，内部可以安装霍尔传感器或留出接口引线后固定或胶封，向上引出的连接件可以使用高性能航空插头，并注意引出位置尽量沿轴线方向，这样有利于跟踪传感器3处于良好的竖直状态，减少与导向杆2的摩擦力，另外在制作时还要根据实际需要调整跟踪传感器3的整体重量，以保证将牵引电缆4拉伸伸直，同时增加与一级齿轮71的摩擦力。

所述牵引电缆4内部至少有三条导线，为保证必要的强度，内部增加几条尼龙线束或网，并加以胶封做成一条电缆，为保证测量的精度，电缆的刚性不要太强。

如图2所示，设计制作电子仓外壳5、一级齿轮71、二级齿轮72、角位移传感器73、储线轮74、控制电路板9等部件，在生产时将一级齿轮71、二级齿轮72、角位移传感器73、储线轮74和控制电路板9，安装于电子仓外壳5中，并将各种引线与控制电路板9的相应接口连接。

所述一级齿轮71外圆加工有轮齿和凹槽，凹槽用于放置牵引电缆4。

所述二级齿轮72上有轮齿，通过轮齿和一级齿轮71啮合，角位移传感器73和二级齿轮72同轴安装固定在电子仓外壳5上，这样做可以保证在相同液位变化时得到较高的测量精度，另外所述角位移传感器73可选用线性度较好的电阻式角位移传感器或霍尔传感器。

所述储线轮74和步进电机8同轴安装固定在电子仓外壳5上，储线轮74的大小根据测量范围选择，步进电机8根据实际扭力的需要选用。

所述控制电路板9由显示屏91、通讯接口92、角位移传感器接口93、电源模块94、跟踪传感器接口95、电源接口96、CPU97、步进电机控制接口98和按键接口99几个功能模块组成，所述显示屏91实现各类信息的显示，所述通讯接口92可以实现与上位机或其他设备的连接和数据传输，所述角位移传感器接口93用于连接角位移传感器73，所述电源模块94用于为整个系统供电，所述跟踪传感器接口95和跟踪传感器3连接，所述电源接口96连接外部供电电源，所述CPU97是整个系统的控制核心并与每个功能模块有电路的连接，CPU97可选用AVR、ARM7等多种处理器，所述步进电机控制接口98和步进电机8连接，所述按键接口99几和按键连接并通过按键实现装置需要的参数设置。

在装置的每个部件制作完成后，经过组装调试后，在CPU97内写入嵌入式控制程序、即可进行液位的跟踪与测量，下面详细介绍一下这种跟踪式测液位的装置的工作原理：

放入液体中的磁浮子1会随着液面的变化而沿导向杆2上下移动，也就是说磁浮子1的磁场发生变化，跟踪传感器3就会检测到这种磁场的变化，由于CPU97通过牵引电缆4与跟踪传感器3连接，CPU97在很短的时间内能检测到跟踪传感器3与磁场的失步，CPU97马上控制步进电机8在小范围内移动，至于向上移动还是向下移动，CPU97会根据液面上次变化的情况，如果液面上升，CPU97控制控制步进电机8正向转动，从而储线轮74收储牵引电缆4到储线轮74上，由于牵引电缆4压在一级齿轮71的凹槽内，他们之间的摩擦力将带动一级齿轮71正向转动，一级齿轮71同时带动二级齿轮72转动，最终带动角位移传感器73的转动，跟踪传感器3在牵引电缆4的牵引下向上移动，这种一连串的转动和移动继续进行，直到跟踪传感器3跟踪到磁浮子1的磁场后，CPU97控制控制步进电机8停止转动，然后计算出角位移传感器73变化的角度，并根据角位移和线位移的变化关系，计算出液位上升的高度和目前的液面高度值，并对当前的移动方向、液面高度、当前角位移值等多个参数进行存储和显示，最后完成本次因液位变化而引起的跟踪测量的过程。值得注意的是，在这个正向转动过程中，虽然跟踪传感器3的竖直方向变化一定，但是由于一级齿轮71和二级齿轮72的结构和变速关系，不仅将线位移转化为角位移，同时将角位移放大一定的倍数，从而实现了高精度测量。

液面下降的测量与实现过程与此相同，这里不再赘述。下面详述一下自标定的实施过程。

经过一段时间的运行，或由于液位的变化跟踪传感器3不能很快跟踪到磁浮子1时，CPU97控制步进电机8反向转动，跟踪传感器3会由于自身重力与受到牵引电缆4的拉力失衡而向下运动，直到跟踪传感器3检测到下定位环21后，CPU97控制步进电机8停止转动，并将当前的液面高度设为零高度、将当前角位移值设置为零，然后CPU97控制步进电机8正向转动，跟踪传感器3会在牵引电缆4的拉动下向上运动，直到跟踪传感器3检测到上定位环22后，CPU97控制步进电机8停止转动，并将当前的液面高度设为满量程高度、将当前角位移值设置为最大角位移值，由于下定位环21和上定位环22的距离在生产时已经通过按键进行了设置，CPU97会根据算法计算出角位移和液位高度的对应关系，即实现了指标定。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种跟踪式测液位的装置，其特征在于，包括磁浮子、牵引电缆、牵引装置、导向杆、跟踪传感器、控制计量装置；

所述磁浮子中心通透套在所述导向杆上，所述磁浮子的内部安装有小磁针；

所述导向杆内部空心，所述跟踪传感器设于所述导向杆的内部，所述跟踪传感器为磁感应传感器；

所述跟踪传感器通过牵引电缆与牵引装置连接，所述牵引电缆设有位移传感器；

所述跟踪传感器、牵引装置和位移传感器分别与所述控制计量装置电连接。

2.根据权利要求1所述的跟踪式测液位的装置，其特征在于，所述导向杆的下部固定有下定位环，所述导向杆的上部固定有上定位环、法兰和散热片。

3.根据权利要求2所述的跟踪式测液位的装置，其特征在于，所述下定位环和上定位环的内部均安装有小磁针。

4.根据权利要求1所述的跟踪式测液位的装置，其特征在于，所述磁感应传感器为磁阻传感器。

5.根据权利要求1至4任一项所述的跟踪式测液位的装置，其特征在于，所述牵引装置、控制计量装置和位移传感器设于电子仓外壳内，所述牵引装置为步进电机，所述位移传感器为角位移传感器，所述电子仓外壳设于所述导向杆的顶部；

所述电子仓外壳内设有一级齿轮和二级齿轮，所述牵引电缆绕过所述一级齿轮缠绕在储线轮上，所述储线轮与所述步进电机的驱动轴连接，所述一级齿轮与二级齿轮啮合，所述角位移传感器与所述二级此轮同轴连接。

6.根据权利要求5所述的跟踪式测液位的装置，其特征在于，所述控制计量装置包括控制电路板，所述控制电路板设有显示屏、通讯接口、角位移传感器接口、电源模块、跟踪传感器接口、供电电源接口、CPU、步进电机控制接口和按键接口。

7.根据权利要求5所述的跟踪式测液位的装置，其特征在于，所述电子仓外壳通过转向机构总成与所述导向杆的顶部连接。

8.根据权利要求7所述的跟踪式测液位的装置，其特征在于，所述转向机构总成包括转向弯管和连接杆，所述转向弯管内设有定滑轮，所述牵引电缆绕过所述定滑轮，所述转向弯管的壁上设有安装调节孔，所述安装调节孔设有安装调节孔封闭螺栓。

9.根据权利要求5所述的跟踪式测液位的装置，其特征在于，所述牵引电缆包括多芯导线、尼龙线束和护套。

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