CN202549128U - 多类型液位测控物理演示教学装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种液位深度测量和液位控制物理演示教学装置，可演示多种类型传感器在液位测控上的原理及应用。该物理演示教学装置由底座平台，蠕动泵，固定蠕动泵的两个立柱，用于盛放液体的两个玻璃容器，用于测量液位深度的超声液位传感器、电容液位传感器和控制液位的光电传感器、霍尔传感器及其控制系统组成。蠕动泵用于改变液位的高度，光电传感器、霍尔传感器分别用于控制玻璃容器内的最低液面和最高液面的位置，超声液位传感器、电容液位传感器可测量并控制液位的高度。

Description

多类型液位测控物理演示教学装置

技术领域

本实用新型属于物理原理演示与应用领域，是一种用多种类型传感器测量液位高度及控制液面位置的物理演示教学装置。用于演示几种类型传感器在液位测控中的应用，帮助学生了解、学习几种传感器的原理及其应用。

背景技术

液位高度测量和液面位置控制是科研、实际生产、工程中常见课题，但将不同种类的传感器置于一个演示教学平台上，演示液位的测量与控制在物理演示实验仪器和教学中还是空白。而在物理演示实验教学中，增加这方面的内容，可以使学生将物理学理论与工程实际应用有机结合起来，激发低年级学生对专业学习的兴趣，开阔学生的知识视野，有利于激发学生的创新性，使学生受到科研工作能力基本素质训练，全面提高学生的综合能力。

本实用新型即为演示不同类型的传感器在液位深度测量和液面位置控制上的原理及应用的物理演示教学装置。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种用不同类型传感器测量液位高度和控制液面位置的物理演示教学装置。这一演示教学装置能够演示：采用光电传感器和霍尔传感器分别控制液面的最低位置和最高位置，利用超声液位传感器、电容液位传感器，即可测量也可控制液位的深度及高度。演示教学装置可以将计量的液面深度显示出来，液面到预置的位置，可声光报警。为了实现这一发明内容，本实用新型采用如下的技术路线。

根据图1所述，本实用新型发明是在底座平台(1)上并排放置玻璃容器I(2)和玻璃容器II(13)，用于盛放液体。根据图3所述，玻璃容器I(2)和玻璃容器底座(38)用胶粘接在一起。玻璃容器底座(38)上固定有定位销I(39)和定位销II(41)。定位销I(39)和定位销II(41)分别与底座平台(1)上定位孔I(40)和定位孔II(42)配合，实现定位。玻璃容器II(13)也采用相同的方法实现固定与定位，这样方便玻璃容器I(2)和玻璃容器II(13)的拆装清洗。根据图1所述，底座平台(1)上同时固定立柱I(5)、立柱II(8)。蠕动泵(6)通过蠕动泵固定座(7)固定在立柱I(5)和立柱II(8)上。蠕动泵(6)可以正反两个方向工作。蠕动泵(6)上胶皮注水管I(4)和胶皮注水管II(9)分别插入玻璃容器I(2)和玻璃容器II(13)中。当蠕动泵(6)正向工作时，玻璃容器I(2)中液体通过胶皮注水管I(4)和胶皮注水管II(9)被抽至玻璃容器II(13)中。当蠕动泵(6)反向工作时，玻璃容器II(13)中液体通过胶皮注水管II(9)和胶皮注水管I(4)被抽至玻璃容器I(2)中。

所述光电传感器的发射端(19)和光电传感器接收端(17)分别通过光电传感器固定座I(18)和光电传感器固定座II(16)等高固定于玻璃容器I(2)的底部两侧。当光电传感器发射端(19)和光电传感器接收端(17)间无障碍物遮挡时，光电传感器发射端(19)发出的光线能够被光电传感器接收端(17)接收，光电传感器接收端(17)有高电平输出，否则输出低电平。玻璃容器I(2)内有一个浮子(36)随着液位不同上下浮动。当液位下降，浮子(36)位于光电传感器发射端(19)和光电传感器接收端(17)之间时，光电传感器发射端(19)发出的光线被浮子(36)遮挡，光电传感器接收端(17)有低电平输出，这样通过高低电平的输出来控制蠕动泵(6)的转动方向和是否工作。用光电法只能控制液位，适用于透光玻璃容器，若不用浮子的方式遮挡，液体需为较深颜色。

所述的霍尔传感器(3)通过其霍尔传感器固定架(34)固定在底座平台(1)上，霍尔传感器(3)位于玻璃容器I(2)的轴线上方，玻璃容器内放置一个圆柱形浮子(36)，浮子(36)的上面圆心处粘一个圆片形状的永磁铁(35)。浮子(36)随着液位上下浮动，当永磁铁(35)离霍尔传感器(3)一定距离时，霍尔传感器会发出跳变信号传给控制系统。蠕动泵(6)停止工作，达到控制液位高点的目的。用霍尔传感器检测液位时，因霍尔传感器在液体之外，且系无接触传感，在检测过程中不产生火花，可实现远距离测量，因此，可用来检测易燃、易爆、有腐蚀性和有毒的液体的液位和容器中的液体存量。

所述超声液位传感器(10)，通过超声液位传感器固定架(11)固定在底座平台(1)上，超声液位传感器(10)位于玻璃容器II(13)的轴线上。测量的液位的高度可数字显示，到预置的位置蠕动泵(6)停止工作并声光报警。由于采用非接触的测量，被测介质几乎不受限制，可用于各种液体和固体物料高度的测量。

所述的电容液位传感器(14)通过其电容传感器固定架(37)固定在底座平台(1)上，电容液位传感器(14)位于玻璃容器II(13)内。当液位变化时，电容液位传感器(14)的电容量会发生变化，测量电容大小，即可测出液位的深度。被测介质不同，电容式传感器要选用不同类型。

本实用新型发明所述的控制系统都安装于控制箱中，超声液位传感器(10)和电容液位传感器(14)测量的结果通过控制面板(21)上的数码管显示屏(22)显示。键盘输入区(25)可以输入相关的控制信息与演示。该演示教学装置还配有教学软件，查阅可更详细了解各种传感器的原理、应用、参数及适用范围。

根据图4、图6、图7所述，本实用新型的工作过程为，启动光电法低液位控制开关(28)时，蠕动泵(6)开始工作，向外排水，即向玻璃容器II(13)内注入液体，玻璃容器I(2)中的液位下降。当浮子(36)随液面下降到光电传感器发射端(19)和光电传感器接收端(17)之间位置时，蠕动泵(6)停止工作。当启动霍尔法高液位控制开关(29)时，向玻璃容器I(2)内注入液体，浮子(36)随液面上升，浮子上的永磁铁(35)距霍尔传感器(3)一定距离时，霍尔传感器(3)会发出跳变信号传给控制系统。蠕动泵(6)停止工作。分别启动超声液位传感器(10)、电容液位传感器(14)时，蠕动泵(6)按照指令开始工作，液位到达预置位置时，蠕动泵(6)停止工作，数码管显示屏(22)显示液位的深度，同时声光报警。

本专利的有益效果是：在一台演示教学装置上可分别演示多种类型传感器测量液位的深度和控制液位高度的工作原理和控制过程，通过对比，可加深学生对每种传感器在检测技术上的应用的了解。同时，使学生能了解同一个物理量用不同传感器计量，适用范围不同，所测量的精度也不同，成本也各异，目的是开拓学生视野，培养学生具体问题具体分析的习惯和加强工程意识，使学生受到科研工作能力基本素质的训练。

附图说明

图1总体结构正面示意图

图2控制箱控制面板示意图

图3玻璃容器定位示意图

图4光电传感器控制液位示意图

图5霍尔传感器控制液位示意图

图6超声液位传感器测控液位示意图

图7电容液位传感器测控液位示意图

1-底座平台 2-玻璃容器I 3-霍尔传感器 4-胶皮注水管I 5-立柱I 6-蠕动泵 7-蠕动泵固定座 8-立柱II 9-胶皮注水管II 10-超声液位传感器 11-超声液位传感器固定架 12-立柱III 13-玻璃容器II 14-电容液位传感器 15-立柱IV 16-光电传感器固定座II 17-光电传感器接收端 18-光电传感器固定座I 19-光电传感器发射端 20-指示灯I 21-控制面板 22-数码管显示屏 23-指示灯II 24-蜂鸣器 25-键盘输入区 26-超声法测量开关 27-电容法测量开关 28-光电法低液位控制开关 29-霍尔法高液位控制开关 30-复位 31--电源开关 32-指示灯III 33-立柱V 34-霍尔传感器固定架 35-永磁铁 36-浮子 37-电容传感器固定架 38-玻璃容器底座 39-定位销I 40-定位孔I  41-定位销II 42-定位孔II

具体实施方式

下面结合附图所示实施例进一步说明本实用新型的具体内容及实施方式。

1、光电传感器控制液位的技术路线

根据图4所示，光电传感器的发射端(19)和光电传感器接收端(17)分别固定在光电传感器固定座I(18)和光电传感器固定座II(16)上，两者位于玻璃容器I(2)的下部两侧，并且其轴线等高。启动光电法低液位控制开关(28)，蠕动泵(6)开始工作，向外排水，将液体从玻璃容器I(2)导到玻璃容器II(13)内，液位下降，当浮子(36)遮挡光电传感器发射端(19)和光电传感器接收端(17)轴线时，蠕动泵(6)停止工作，蜂鸣器(24)报警，指示灯II(23)闪烁。控制系统和蠕动泵(6)相连接，可以控制蠕动泵(6)的转动方向和是否工作。

2、霍尔传感器控制液位的技术路线

根据图5所示，霍尔传感器(3)通过霍尔传感器固定架(34)固定在底座平台(1)上，霍尔传感器(3)位于玻璃容器I(2)的轴线上方，霍尔传感器(3)下方玻璃容器I(2)内放置一个中空的塑料材质的圆柱形的浮子(36)，浮子(36)上面圆心处粘一个小的圆片形的永磁铁(35)，圆柱形的浮子(36)的外径与玻璃容器I(2)间隙配合，随着液面上下浮动。启动霍尔法高液位控制开关(29)，蠕动泵(6)开始工作，向玻璃容器I(2)内注入液体，随着液位变化，永磁铁(35)随着浮子(36)上浮，永磁铁距霍尔传感器一定距离时，霍尔传感器(3)会发出跳变信号传给控制系统。蠕动泵(6)停止工作，蜂鸣器(24)报警，指示灯II(23)闪烁。霍尔传感器(3)的输出线从立柱V(33)中穿过，从底座平台(1)底部出来，与控制箱连接。

3、超声液位传感器测量和控制液位的技术路线

根据图6所示，超声液位传感器(10)，通过超声液位传感器固定架(11)固定在底座平台(1)上，超声液位传感器(10)位于玻璃容器II(13)的轴线上，启动超声法测量开关(26)，超声液位传感器(10)发出脉冲声波，声波经液体表面反射后被超声液位传感器(10)接收，转换成电信号。由计时器测量出声波的发射和接收之间的时间，通过单片机计算出超声液位传感器到被测液体表面的距离。液位的高度由其数码管显示屏(22)数字显示，液位到预置的位置蠕动泵(6)停止工作，蜂鸣器(24)报警，指示灯II(23)闪烁。超声液位传感器(10)的输出线从立柱III(12)中穿过，从底座平台(1)底部出来，与控制箱连接。

4、电容液位传感器测量和控制液位的技术路线

根据图7所示，电容液位传感器(14)通过电容传感器固定架(37)固定在底座平台(1)上，电容液位传感器(14)位于玻璃容器II(13)内。启动电容法测量开关(27)，由键盘输入区(25)输入预置液位的高度，蠕动泵(6)开始工作。当液位变化时，由细长不锈钢管、同轴绝缘导线及液体共同构成的金属圆柱形的电容液位传感器(14)的电容量随着液位不同发生变化，控制系统测量电容大小，测出液位的深度。液位的高度由数码管显示屏(22)数字显示，液位到预置的位置蠕动泵停止工作，蜂鸣器(24)报警，指示灯II(23)闪烁。电容液位传感器(14)的输出线从立柱IV(15)中穿过，从底座平台(1)底部出来，与控制箱连接。

Claims (7)

1.一种多类型液位测控物理演示教学装置，主要由：底座平台(1)、改变液位的蠕动泵(6)、盛放液体的玻璃容器I(2)、玻璃容器II(13)和采集液位信息的几种类型传感器以及控制系统组成，其特征在于，所述传感器包括：由光电传感器发射端(19)和光电传感器接收端(17)组成的光电传感器、霍尔传感器(3)、超声液位传感器(10)、电容液位传感器(14)，光电传感器、霍尔传感器(3)分别用于控制玻璃容器I(2)内的最低液面和最高液面的位置；超声液位传感器(10)、电容液位传感器(14)用于测量、控制液位的高度，液位的高度可数字显示，到预置的位置蠕动泵停止工作并声光报警。

2.根据权利要求1所述的一种多类型液位测控物理演示教学装置，其特征在于，所述的蠕动泵(6)通过蠕动泵固定座(7)固定在立柱I(5)和立柱II(8)上，蠕动泵(6)上胶皮注水管I(4)和胶皮注水管II(9)分别插入玻璃容器I(2)和玻璃容器II(13)中，当蠕动泵(6)正向工作时，玻璃容器I(2)中液体通过胶皮注水管I(4)和胶皮注水管II(9)被抽至玻璃容器II(13)中；当蠕动泵(6)反向工作时，玻璃容器II(13)中液体通过胶皮注水管II(9)和胶皮注水管I(4)被抽至玻璃容器I(2)中。

3.根据权利要求1所述的一种多类型液位测控物理演示教学装置，其特征在于，所述的光电传感器的发射端(19)和光电传感器接收端(17)分别通过光电传感器固定座I(18)和光电传感器固定座II(16)等高固定于底座平台(1)上，位于玻璃容器I(2)的底部两侧。

4.根据权利要求1所述的一种多类型液位测控物理演示教学装置，其特征在于，所述的霍尔传感器(3)通过其霍尔传感器固定架(34)固定在底座平台(1)上，霍尔传感器(3)位于玻璃容器I(2)的轴线上方，玻璃容器内放置一个可以随液位上下移动的圆柱形浮子(36)，浮子(36)的上面圆心处粘一个圆片形状的永磁铁(35)。

5.根据权利要求1所述的一种多类型液位测控物理演示教学装置，其特征在于，所述的超声液位传感器(10)，通过超声液位传感器固定架(11)固定在底座平台(1)上，超声液位传感器(10)位于玻璃容器II(13)的轴线上。

6.根据权利要求1所述的一种多类型液位测控物理演示教学装置，其特征在于，所述的电容液位传感器(14)通过其电容传感器固定架(37)固定在底座平台(1)上，电容液位传感器(14)位于玻璃容器II(13)内。

7.根据权利要求1所述的一种多类型液位测控物理演示教学装置，其特征在于，所述的控制系统都安装于控制箱中，超声液位传感器(10)和电容液位传感器(14)测量的结果通过控制面板(21)上的数码管显示屏(22)显示，键盘输入区(25)可以输入相关的控制信息。 

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