CN2062830U - 光电式滑轮编码液位仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型利用传动钢带直接驱动低位数的光电式滑轮编码器传感方式，采用双向自控电磁计数器，构成一种能显示五位数字、断电后能保留信号、结构简单、加工成本低和性能稳定的新型光电式滑轮编码液位仪。

Description

本实用新型属于测量仪表，用于测量容器内部液面的高度。

传统的石油、化工、电力等部门所用的浮子式液位仪，大多是采用浮子随液面升降的直线运动，经钢丝绳、导向滑轮等传递部件，使用机械变速机构的高低位数两级编码器的传感方式，以实现五位数字的液位显示，但其传动机构较复杂，导致传动误差大而影响液位的测量精度，为改变这一现状，CN85203066提出了一种新型的光电摄象液位仪，其测量机构的主测元件为一根由浮子直接带动并与浮子同步运动的钢码带，钢码带的正面刻有明暗相间的高低位编码图形。用光电摄象器摄象后，光信息码变成电信息码，经放大器放大后遥传至格雷码显示仪，用于遥测，钢码带的背面为米制刻度尺，最小读数为毫米，用于就地观测。但因其编码图形因磨擦退色和老化，以及光电检测头适用室外工作环境性能差等多种因素，使其仪表的性能不够稳定。

本实用新型的目的是利用传动钢带（或钢丝绳）驱动低位数的光电式滑轮编码器传感方式，采用双向自控电磁计数器或电子计算机，构成一种能显示五位数字、连续测试、结构简单和性能稳定的新型液位仪。

本实用新型即不采用带变速机构的高低位两级编码器，也不使用制码误差大、运行不平稳的传动钢带式编码器。而是利用传动钢带直接驱动光电式滑轮编码器的独特传感方式，光电式滑轮编码器它具有导向滑轮（或传动滑轮）和编码器的双重功能，其上面的低位数编码信息则通过非功能式透射型光纤检测头（或透射型型光电式检测头）传输至二次仪表。光电式滑轮编码器由低位数向高位数的进位和计数，则通过双向自控电磁计数器或电子计算机转换和传输。本实用新型设计的光电式滑轮编码液位仪解决了低位数的光电式滑轮编码器的传动机构和其转动一周以上的数据显示、信号保留与输出的技术问题，从而提出了双向自控电磁计数器或电子计算机处理系统。

下面举一实施例对本实用新型作进一步介绍：

在浮子式液位传感元件与配重之间的传动机构中，利用传动钢带与导向滑轮的同步运动和导向滑轮的转动周数与周长的乘积等于浮子的位移量这一原理，而设计的《光电式滑轮编码液位仪》如图1所示，它主要包括浮子（1）、传动钢带（2）、导向滑轮（3）、V型液封（4）、护套（5）、配重（6）、非功能式透射型光纤检测头（7）、光电式滑轮编码器（10）和二次仪表中的信号处理电路、双向自控电磁计数器或电子计算机和数字显示等部分。传动钢带（2）在随着浮子（1）做同步运动的同时，它又作为主传动件而驱动光电式滑轮编码器（10）作旋转运动，二者接触时所产生的摩擦力矩M大于光电式滑轮编码器（10）本身所产生的摩擦阻力矩M，又因为它们之间受力状况的特殊性，也不存在产生弹性滑动的因素，所以能够实现同步运动，使传动钢带（2）直接驱动光电式滑轮编码器（10）的传动能够成立。光电式滑轮编码器（10），在被传动钢带（2）带动旋转时，其上的格雷码信息通过非功能式透射型光纤检测头（7）传输至二次仪表中，低位数的格雷码信号，经信号处理电路可直接由显示仪显示出低位数的液位高度；而光电式滑轮编码器（10）由低位数向高位数的进位和计数，则需要由双向自控电磁计数器或电子计算机转换后，由显示仪显示出高位数的液位高度，从而构成一种可显示五位数字的液位仪。

传动钢带（2）穿过V型液封（4），是用于阻止液体（12）的蒸气进入仪表箱（11）内。

在传动钢带（2）的一面刻印着十厘米级的刻度值，与最小刻度值为1毫米、量程0～10厘米的固定标尺（9）配合使用，即可在现场由观察孔（8）直接读数。

光电式滑轮编码器是将液位高度转换成格雷码信息的一种传感器。结构如图2所示，它主要由导向滑轮（6）和编码器（1）组成，二者通过锁紧螺钉（5）连接一体。导向滑轮（6）由传动钢带（2）直接驱动旋转，其中转动周数与周长的乘积等于传动钢带（2）的位移量，因此，依据导向滑轮（6）的周长（L＝πD）、按着格雷码的编码程序、沿着编码器（1）的圆周方向或侧面制作个位～百位数的透光孔码道，其编码信号通过非功能式透射型光纤检测头（4）或光电检测头传输至二次仪表。

导向滑轮（6）的另一方案，是用带有若干个齿的齿星轮来代替导向滑轮（6），与编码器（1）组合成《光电式齿星轮编码器》，齿星轮的转动须由与之相齿合的有孔的传动钢带（2）驱动。

图3是一种非功能式透射型光纤检测头的原理方框图。它是由光源S、发送光纤束A（包括光纤接收端头1、发送端头2）、接收光纤束B（包括光纤接收端头3、发送端头4）、光电接收器G、光纤组合器5和电源等组成。

光源S发射的光，由接收端头1接收，通过发送光纤束A传输到发送端头2，光束穿过光电式滑轮编码器6上面的透光孔码道，由接收端头3接收，经接收光纤束B传输至发送端头4，由光电接收器G接收光信息，转为电信号传输至信号处理电路和双向自控电磁计数器或电子计算机处理系统再转换传至液位显示仪。

发送光纤束A的发送端头2和接收光纤束B的接收端头3，分别置于透光孔码道的两侧，并按着透光孔码道的数量和程序，在光纤组合器5中进行组合排列。在这里，光导纤维仅作为传递信息的介质通路，属于非功能性。而透射型光电检测头，是把发光元件和受光元件直接置于透光孔码道的两侧。

由于在光源S和光电接收器G之间采用了光导纤维进行光的导通，诸如光源S等电路元件，就可安置在离一次仪表较远的理想位置，因此它更适用于防爆等级要求较高的洞式油罐群环境中的液位测量。

双向自控电磁计数器是用于实现低位数的光电式滑轮编码器，由低位数向高位数的进位和计数的显示和信号保留与输出的转换机构。本实用新型利用将电磁铁的电磁能转换为执行机构的机械能原理，提出了《双向自控电磁计数器》的技术方案。

图4是双向自控电磁计数器的示意图。它主要包括上升显示电磁执行机构（1）、下降显示电磁执行机构（2）、单向回转棘轮（3）、（4）数字显示转换轮（5）和信号检测头（6）等部分。

当上升电磁执行机构（1）接到液位上升脉冲信号，即可推动单向回转棘轮（3）逆时针转动一个齿，同时数字显示转换轮（5）在棘轮（3）的带动下，也转动一个相应的角位移，每个角位移上均刻印着代表一定液位高度的数码，这个数码除通过观察孔（7）可直接读数外，并同时由信号检测头（6）转换成电信号传输至液位显示仪。当断开脉冲信号电流上升电磁执行机构（1）便自动复位，与棘轮（3）的齿脱开，如下降电磁执行机构（2）接到液位下降脉冲信号，其工作过程与上述相同，其根本区别就在于，下降电磁执行机构（2）推动棘轮（4）顺时针转动一个齿，这时数字显示转换轮（5）所显示的数码和传输信号，即表示液位下降的高度，在这里，数字显示转换轮即可正转，也可反转。

双向自控电磁计数器的另一种结构，是由电磁执行机构驱动，采用锚状的双棘爪与矩形（或对称三角形、对称梯形）齿棘轮相齿合的双向回转棘轮机构来带动数字显示转换轮正转或反转。

解决光电式滑轮编码器转动，由低位数向高位数的进位和计数的显示和传输的又一种方案，可以按着一定的程序由电子计算机完成，为了使断电后能继续保留信号，应采用备用电源措施。

图5是光电式滑轮编码液位仪电路方框图。它包括放大整形1和6、造通销存2和7，译码3和8、光源4、光电接收器5、信号处理电路9、双向自控电磁计数器10或电子计算机11、显示电路12以及稳压电源13。

本实用新型由于采用了双向自控电磁计数器技术（或电子计算机处理系统），从而能够实现利用传动钢带直接驱动低位数的光电式滑轮编码器的传感方式，组成一组能连续测试、自动显示五位数字和信息传输的新型液位仪。它具有传动平稳、加工简单、制码精度高和机构简单等特点。

Claims (3)

1、一种光电式滑轮编码液位仪，它是利用一条与浮子同步运动的传动钢带直接驱动低位数的光电式滑轮编码器(或光电式齿星轮编码器)作为检测液位高度的传感器，在编码器上制作编码图形，传动钢带的一面刻有与浮子升降高度相应的数值，其特征在于：

发送端头和接收端头在光纤组合器中排列组合构成的非功能式透射型光纤检测头将编码器上低位数的格雷码信号检出，

双向自控电磁计数计的上升和下降电磁执行机构分别联接各自的单向回转棘轮，刻印有表示液位高度的数字显示转换轮由单向回转轮带动正转或反转解决编码器由低位数向高位数的进位和计数，构成一种能连续测试，信息传输、遥测和自动显示五位数字的光电式滑轮编码液位仪。

2、根据权利要求1所述的光电式滑轮编码液位仪，其特征在于：编码器上的低位数的格雷码信号由装有若干个发光元件和与之相对应的受光元件组成的透射型光电式检测头检出。

3、根据权利要求1所述的光电式滑轮编码液位仪，其特征在于：编码器由低位数向高位数的进位和计数，通过电子计算机控制。

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