CN204165620U - 一种无接触液面高度计 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种无接触液面高度计，包括箱体、激光发射器、上孔、下孔和刻度传感器；所述激光发射器和刻度传感器均设在箱体外的顶端，激光发射器与重垂线形成夹角；所述激光发射器上设有连接电源的第一导线；所述上孔设在箱体的顶端，下孔设在箱体的底端。本实用新型无接触液面高度计：1)不污染被测液体；2)不会被被测液体污染；3)不会受到水体中澡类、水垢等遮挡；4)不会因液体腐蚀而使刻度模糊；5)不会因为温度变化而影响精度；6)不受被测液体其他物化性质的影响，适用于所有液体；7)测量精度可以更高；8)更易于实现自动测量。

Description

一种无接触液面高度计

技术领域

本实用新型涉及一种无接触液面高度计。

背景技术

液面高度检测，有着广泛的应用，如水文观测、实验室试剂量观测、开水器液面、锅炉液面、热水器液面、内燃机燃油或润滑油液面等。

目前使用的液面检测方法，主要有：①刻度尺直接测量；②通过浮球上下移动的位置来测量；③用连通器，将液面引出来测量；④利用液体的电性能，通过电阻或电容改变或接近传感器原理来测量等

以上这些测量方法的缺点有：

1)与液体接接的，容易被被测液体污染，有些会被腐蚀，有些因为液体本身有一定有颜色从而使刻度不清晰等；

2)利用被测液体电学特性测量的，由于不同的被测液体，电学特性不同，因而不同液体只能用特定的测量参数。而且若是使用电容特性测量的，温度等其他性质也会影响液体的介电常数，从而影响测量量准确度；

3)使用浮球的位置来测量的，由于浮球位置的影响，从而使测量范围受到限制；

4)长期测量水面的，可能因为水澡或水垢等沉积而使刻度模糊或使浮球质量发生变化。

实用新型内容

实用新型目的：本实用新型提供了一种采用激光束照射液面，通过反光点位置判断液面高度的无接触液面高度计。

技术方案：为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

一种无接触液面高度计，包括箱体、激光发射器、上孔、下孔和刻度传感器；所述激光发射器和刻度传感器均设在箱体外的顶端，激光发射器与竖直方向形成夹角，所述激光发射器上设有连接电源的第一导线；所述上孔设在箱体的顶端，下孔设在箱体的底端。

上述激光发射器与竖直方向的夹角a即为光线的入射角；无接触液面高度计使用时，连通电源的第一导线为激光发射器提供电源，下孔用于被测液体进入箱体，若液面变化较快或液体比较黏稠则下孔适当加大，上孔用于气体进出，以使箱体内的液面与箱体外的液面保持齐平，激光发射器与垂线的夹角固定后，则不改变。

上述激光发射器与重垂线形成的夹角在0-90°之间，优选为30-60°。

工作原理：本实用新型无接触液面高度计用与液面不垂直的激光发射器照射液面，液面反射激光束，激光发射器与重垂线的夹角为a，刻度传感器与最低液面距离为H，液面高度(待测液面与最底液面距离)为x，反射光位置与激光发射器固定点O的距离为y，刻度传感器上对应刻度读数为z，则由几何学可知：

$\mathrm{tga}=\frac{\frac{1}{2}y}{H-x}---\left(1\right)$

化简后得：y＝-2(tga)·x+2Htga   ⑵

由于激光发射器与垂线夹角为a，刻度水平(若不水平，则乘一相应系数值)，激光束与感光板的位置是固定的，只要激光束与被测液面的角度不发生变化，则⑵式的线性关系不变。

在入射激光束不变的情况下，对于不同液面高度，反射回来的激光束位置不同，反射光位置z与激光发射器固定点O的距离为y，根据公式[2]，y为液面高度x的线性函数，反射光点位置z所指刻度传感器上刻度读数与y数值对应，因而根据y值即可知液面高度。

激光器偏移角度a的取值范围为：设液面的最大高度为X'，最大刻度距O点距离为Y'，则根据图2，激光发射器的最大偏移角度A'为：

$A^{\′}=\mathrm{arctg}\frac{\frac{1}{2}{Y}^{\′}}{H-X^{\′}}---\left(3\right)$

若最小刻度距O点位置以Y″，则激光发射器的最小偏移角度A″为：

$A^{\′\′}=\mathrm{arctg}\frac{\frac{1}{2}{Y}^{\′\′}}{H}---\left(4\right)$

即激光器偏移角度a的范围为：

$\mathrm{arctg}\frac{\frac{1}{2}{Y}^{\&prime;\&prime;}}{H}<a<\mathrm{arctg}\frac{\frac{1}{2}{Y}^{\&prime;}}{H-X^{\&prime;}}---\left(5\right)$

公式(5)中，最大角度即为激光器偏移的最佳角度。

所述刻度传感器为感光板或刻度盘，能间接或直接读出液面高度。

所述感光板上设有连接信号处理显示仪器的第二导线，能将反射光在感光板上不同位置的信息转换成电信号，从而间接读数。

上述感光板为半导体材料制作的，能将不同位置的光信号转换成相应电信号，第二导线则将相应电信号传送给处理设备。

所述箱体顶端还设有挂链，能在液面没有波动的情况下(如热水器中，锅炉中等)，采用悬挂的方式测量液面高度。

上述采用悬挂的方式，利用重力作用，使其重直(制造时注意重心的把握)，在液面有振动的情况下，需带阻尼装置，以免摆动过大同影响测量。

所述箱体内壁设有粗糙弹性材料层，能吸收水波，避免被测液面受到外面液面的的影响。

所述箱体为长方体箱体结构，能进一步避免被测液面受到外面液面的的影响。

本实用新型未提及的技术均为现有技术。

本实用新型无接触液面高度计：

1)不污染被测液体；

2)不会被被测液体污染；

3)不会受到水体中澡类、水垢等遮挡；

4)不会因液体腐蚀而使刻度模糊；

5)若刻度传感器做好恒温工作(对精度要求较高的测量，加装恒温装置)，则不会因温度变化而影响精度；

6)不受被测液体其他物化性质的影响，适用于所有液体；

7)测量精度可以更高；

8)更易于实现自动测量。

附图说明

图1是本实用新型无接触液面高度计结构示意图；

图2是本实用新型无接触液面高度计刻度读数原理图；

图3是本实用新型无接触液面高度计使用状态图；

图4是本实用新型实施例2刻度不水平状态测量原理图；

图中，1为箱体，2为激光发射器，3为第一导线，4为上孔，5为下孔，6为刻度传感器，7为第二导线，8为挂链，9为被测容器，10为信号处理显示仪器，11为电源，C1为待测液面，C2为最底液面，C3为内液面,C4为外液面。

具体实施方式

为了更好地理解本实用新型，下面结合实施例进一步阐明本实用新型的内容，但本实用新型的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1

如图1-图3所示的无接触液面高度计，包括长方体箱体1、激光发射器2、上孔4、下孔5和刻度传感器6；所述激光发射器2和刻度传感器6均设在箱体1外的顶端，激光发射器2与竖直方向的夹角a为arctg所述激光发射器2上设有连接电源11的第一导线3；所述上孔4设在箱体1的顶端，下孔5设在箱体1的底端；刻度传感器6为刻度盘；箱体1内壁设有粗糙弹性材料层。

使用时，将无接触液面高度计放入盛有待测液体的被测容器9中，被测容器9中的待测液体通过下孔5进入箱体1内部，直至箱体1内液面C3与被测容器9中的外液面C4持平，此时，内液面C3即为待测液面C1；再用与液面不垂直的激光发射器2照射待测液面C1，待测液面C1反射激光束，激光发射器2与重垂线的夹角为a，刻度传感器6与最低液面距离为H，液面高度(待测液面C1与最底液面C2距离)为x，反射光位置与激光发射器2固定点O的距离为y，刻度传感器6上对应刻度读数为z，则由几何学可知：

$\mathrm{tga}=\frac{\frac{1}{2}y}{H-x}---\left(1\right)$

化简后得：y＝-2(tga)·x+2Htga   ⑵

由于激光发射器2与垂线夹角为a，刻度水平时，激光束与刻度盘的位置是固定的，只要激光束与待测液面C1的角度不发生变化，则⑵式的线性关系不变；由于刻度与液面高度线性关系，若装有液体的容器为竖壁为直线，则容量与刻度为线性关系。

在入射激光束不变的情况下，对于不同液面高度，反射回来的激光束位置不同，反射光位置z与激光发射器2固定点O的距离为y，根据公式[2]，y为液面高度x的线性函数，反射光点位置z所指刻度盘上刻度读数与y数值对应，因而根据y值即可知液面高度。

实施例2

与实施例1基本相同，所不同的是，刻度传感器6为感光板，感光板上设有连接信号处理显示仪器10的第二导线7；箱体1顶端还设有挂链8。

使用时，，将无接触液面高度计悬挂于盛有待测液体的被测容器9中，被测容器9中的待测液体通过下孔5进入箱体1内部，直至箱体1内液面C3与被测容器9中的外液面C4持平，此时，内液面C3即为待测液面C1；在液面没有波动的情况下(如热水器中，锅炉中等)，利用重力作用，使无接触液面高度计重直(制造时注意重心的把握)，在液面有振动的情况下，需带阻尼装置，以免摆动过大同影响测量；然后用与液面不垂直的激光发射器2照射液面，液面反射激光束，激光发射器2与重垂线的夹角为刻度传感器6与最低液面距离为H，液面高度(待测液面C1与最底液面C2距离)为x，反射光位置与激光发射器2固定点O的距离为_y，刻度传感器6上对应刻度读数为z，则由几何学可知：

$\mathrm{tga}=\frac{\frac{1}{2}y}{H-x}---\left(1\right)$

化简后得：y＝-2(tga)·x+2Htga   ⑵

由于激光发射器2与垂线夹角为a，刻度不水平时，则乘一相应系数值，如图4所示，设感光板与水平面倾斜一个角度θ，反射光线照射到过O点的水平线上的点到O点的距离为y(y＝-2(tga)·x+2Htga)，照射到感光板上的点距O点的距离为Z，由图中所示的角度关系及几何知识可知：

将上两式合并化简得：

即当感光板与水平面倾斜一个角度θ时，实际刻度Z与为无倾斜时的刻度y乘一系数，此系数为：

由于入射角a小于90°，可知，当θ＝0时，δ＝1，则Z＝y

由于刻度与液面高度线性关系，若装有液体的容器为竖壁为直线，则容量与刻度为线性关系，若上下壁不为直线形，则通过修正，使刻度与容体同样成线性。

在入射激光束不变的情况下，不同液面高度，反射回来的激光束位置不同，通过测量反射光点位置z，反射光位置z与激光发射器2固定点O的距离为y，感光板为半导体材料制作，将不同位置的光信号转换成相应电信号，第二导线7则将相应电信号传送给信号处理及显示装置，从而确定液面高度。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种无接触液面高度计，其特征在于：包括箱体(1)、激光发射器(2)、上孔(4)、下孔(5)和刻度传感器(6)；所述激光发射器(2)和刻度传感器(6)均设在箱体(1)外的顶端，激光发射器(2)与重垂线形成夹角；所述激光发射器(2)上设有连接电源(11)的第一导线(3)；所述上孔(4)设在箱体(1)的顶端，下孔(5)设在箱体(1)的底端。

2.如权利要求1所述的无接触液面高度计，其特征在于：所述刻度传感器(6)为感光板或刻度盘。

3.如权利要求2所述的无接触液面高度计，其特征在于：所述感光板上设有连接信号处理显示仪器(10)的第二导线(7)。

4.如权利要求1所述的无接触液面高度计，其特征在于：所述箱体(1)顶端还设有挂链(8)。

5.如权利要求1-4任意一项所述的无接触液面高度计，其特征在于：所述箱体(1)内壁设有粗糙弹性材料层。

6.如权利要求1-4任意一项所述的无接触液面高度计，其特征在于：所述箱体(1)为长方体箱体(1)结构。