CN2116892U - 介质电阻区可调的电阻式物位仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型在工业自动化仪表领域中，属于一种 转换介质电阻区可调的电阻式物位仪表。一般电阻 式物位仪表的转换介质电阻区为＜120KΩ开 ＞1.2MΩ关。而本实用新型转换介质电阻区可在 ＜150Ω开＞650Ω关到＜3.6MΩ开＞4.1MΩ关之间 任意调设。液位发讯采用高寿命烧结式玻璃棒液位 电极，无须排污冲洗；红外光电转换通用于多种仪表 报警控制；二次表采用电子管插入式系列器件组装。 具备极高的防尘防爆，抗震抗腐抗氧化及避免电极结 垢极化的功能，是电阻式物位仪表更新换代的系列产 品。

Description

本实用新型在工业自动化仪表领域中，属于一种转换介质电阻区可调的电阻式物位仪表。

一般以转换介质电阻信号，来检测和控制物位的电阻式物位仪表。其主要弱点是：1、转换介质电阻信号的灵敏度较差，对转换接点开关电阻信号的介质电阻区大小无法调整，其转换介质电阻区一般固定在＜120KΩ开＞1.2MΩ关左右，适应不了各种复杂的工作环境。一般接点信号发讯装置的电极大都安装在筒体的壁上，绝缘体由于时常工作在高温高压的液体中，电极极易结垢、腐蚀、氧化和表面介质极化。所以每天必须多次采用排污的方法，用蒸汽冲洗电极绝缘体上的污垢，以不断提高电极绝缘体的绝缘能力，来满足二次表的正常工作。经多次冲洗后的电极工作寿命较短，一般使用寿命只有4－6个月左右，就此每台设备每年的更换电极成本费就需2000元左右。每年在用于发讯筒排污就必须浪费大量的蒸汽折合标准煤约16吨左右。加之各种导电液体的电导率大小各异，差别较大，致使二次表不能长期正常工作。2、仪器仪表一般都采用整体电路板装配结构设计。一有故障现场一时很难找到故障点加以排除，给一些缺少仪器仪表维修人员的基层单位，维护修理工作带来极大的麻烦。所以就一些简单的显示控制仪表都未能得到很好的推广应用。3、指针显示式控制仪表的报警控制触点，由于极易被氧化、腐蚀，以及触点拉弧等因素，经常造成报警控制失灵。4、物位控制范围设计得太窄太死，缺乏较好的机动性，使执行机构及控制设备动作过于频繁，严重影响其使用寿命，并给日常维护工作带来极大的麻烦，这样不但维修费用高，而且严重影响化工生产和工业锅炉的正常经济运行。至目前为止，这些因素已成为我国工业自动化仪表领域中，提高电阻式物位仪表利用率的重要障碍。

本实用新型的目的在于设计制造一种结构简单，造价成本低，工作灵敏度高，可靠性好，适应能力强，并具备维护修理极为方便的一种转换介质电阻区可调的电阻式物位仪表。

本实用新型一次表的发讯装置，主要由烧结式玻璃棒液位发讯筒或红外光电转换器件组成。二次表主要由转换介质电阻区可调的接点开关器件；物位超限自动报警器件；物位接点输出自动控制器件；稳压器件和变色显示屏器件等组成。

附图1为红外光电转换，液位接点信号发讯，转换介质电阻区可调的镜象恒流恒压接点开关电路工作原理图。图中件（1）至件（4）组成红外光电转换器件——件（5）。件（54）为液位接点信号发讯装置。件（6）至件（19）组成转换介质电阻区可调的镜象恒流恒压接点开关电路。

红外光电转换电路的工作原理。图中件（1）为件（2）的限流电阻，件（2）为红外发光二极管，件（3）为遮光片或显示表指针，件（4）为红外接收二极管，反向接入接点开关电路的接点输入端。这样当件（3）进入件（2）与件（4）件之间，件（4）正负两端反向显高阻，当件（3）离开件（2）与件（4）之间，件（4）显低阻。并以此来控制接点开关电路工作。本电路采用微型电路板，组装成一小巧的红外光电转换器件－件（5），用以组装在各种仪器仪表的传动部位作超限报警和自动控制，具备极高的抗腐蚀，抗氧化能力。

液位接点信号发讯工作原理。图中件（54）为液位接点信号发讯装置示意图，该装置可根据液显高度的不同，将烧结式玻璃棒液位电极组装在发讯装置的适当部位。这样当导电液体接触到电极极点端子头，电极正负极间显低阻即为液体的导电电阻。这里有一点必须说明的是，由于各种储液设备的工作环境即工作状态不同、液体所含杂质的不同，设备所处压力和温度的不同，其导电阻值也不同。如锅炉水在高温高压状态下，导电阻值只有几Ω至几十Ω，普通自来水即引用水在常温常压下一般为15KΩ到30KΩ，普通蒸汽积水以及蒸馏水在热态下为几十KΩ到几百KΩ，冷态为几百KΩ到1MΩ以上，医用去离子水在1.6MΩ到2MΩ之间。当液体接触不到电极极点端子头时，电极正负极间显高阻，即为电极绝缘体的绝缘电阻。但在锅炉储液设备内，电极长期工作在高温高压的环境里，由于锅炉水对电极绝缘体结垢的作用，电极工作时间不长就会使绝缘体的绝缘电阻逐步下降，但经多年来的实测证明，一般锅炉电极装在发讯简的顶部，长期工作后绝缘电阻不会低于10KΩ。能确保本实用新型二次仪表长期正常工作。再之电极的正极接负电源，其电解腐蚀为反方向进行，而且流过电极的电流为微安级，所以对电极的腐蚀是极小的，该装置就是工作在极为恶劣的环境中，正负极间电阻值在有液无液状态下，总是有一定的差异的。根据液位接点发讯装置的工作特性，必须设计一种转换介质电阻区可调，开关变阻范围较小的接点开关电路，以达到能广泛适用于各种储液设备，在测液时作接点信号的快速转换。现经多年来的反复试验，一种转换介质电阻区可调的镜象恒流恒压接点开关电路，是一种极为理想的接点开关电路，经使用达到预期效果。

转换介质电阻区可调的镜象恒流恒压接点开关电路其工作原理。图中件（6）为晶体三极管，件（7）为件（6）的基结上偏流电阻。件（8）晶体三极管，件（9）件（10）限流电阻，件（11）稳压二极管组成件（6）基结和发射结间的恒流恒压电路。件（8）的发射结接件（9），件（9）的另一端接接点信号输入端。即接液位电极的正极或红外接收管的反向输入端。件（11）的另一端接件（10）到电源地。件（6）的集电结接负载件（13）继电器线圈，件（13）的线圈两端并接开关二极管件（12）和一只电解电容器件（14）。这样当给电路送适当的直流电压后，件（6）基结的上偏流减下偏的值大于件（6）基结工作电流，电路工作，件（6）发射结与集电结之间导通，由于件（8）（10）（11）的恒流恒压作用，使该回路中只需15mA电流流过件（13）线圈，件（13）作接点电路功能转换。反之当件（6）基结上偏流减下偏流值小于件（6）基结工作电流时，电路不工作，件（6）截止。这种镜象恒流恒压接点开关电路的最大特点是：当改变件（11）的稳压值，件（7）的电阻值和件（6）的放大倍数，可方便地改变其电路的输入直流接点开关电阻区，其最小开关电阻区为＜150Ω开＞650Ω关，最大为＜3.6MΩ开＞4.1MΩ关。一般地讲，工业锅炉用二次表的转换介质电阻区可以设置在＜3KΩ开＞3.8KΩ关，氮肥厂碳化塔可设在＜500Ω开＞1KΩ关，普通水塔水箱，可设在＜40K开＞48KΩ关，冷凝水，蒸馏水积水箱可设在＜800K开＞1.1KΩ关，医用离子水储水箱可设置在＜3MΩ开＞3.5MΩ关。总之可以根据实际应用场合设置不同转换介质电阻区的接点开关器件，以完全能确保新型电阻式物位仪表的长期可靠工作。图中件（15）（16）为变色显示屏的红绿发光灯泡，件（17）为件（15）（16）的冷态起动保护电阻，件（18）为物位自控电流输出控制电阻，件（19）为超限报警或物位自控接点输出器件。

本实用新型利用转换介质电阻区可调的镜象恒流恒压接点开关、超限自动报警、物位自动控制、稳压电源和变色显示电路，设计装配的电子管插入式通用器件组装的二次表。以及采用烧结式玻璃棒液位发讯简或红外光电转换器件组成一次元件。构成的各种转换介质电阻区可调的电阻式物位系列仪表。其主要特点是：

1、电子管插入式接点开关器件，由于采用了转换介质电阻区可调的镜象恒流恒压接点开关电路，其接点开关电阻区已缩小到一个相当小的范围内。使接点转换器件的工作灵敏度比旧电路要提高十倍以上。由于电路的转换介质电阻区可调，因此可以根据各种液体电导率的不同，电极长期工作后无液绝缘电阻的大小，来调整设定接点开关器件的转换介质电阻区，以达到广泛适应绝大部分储液设备导电液体的液位测控目的。使其具备很高的环境使用适应能力，且长期工作不会现现误动作。

2、红外光电转换器件，由于它具备天然的抗腐蚀抗氧化特性，不管仪器使用环境如何，只要件（3）能顺利进入件（2）件（4）之间，就能使电路作可靠的开关动作，是自动化仪表领域中，一种十分理想的光电转换器件，具备成本低，使用可靠的特点。

3、新型烧结式玻璃棒液位发讯装置，配用转换介质电阻区可调的接点开关器件组装的电阻式物位仪表，对各种储液设备的液位实现远距离测控，其发讯装置的使用寿命和可靠性得以很大程度的提高，该装置不须经常排污，每年只须清除极点污垢一次，以确保下一年正常工作，其使用寿命在三至五年以上，如使用保养效果好的可达6－8年。是液位接点发讯装置极为理想的更新换代产品。

4、由于接点开关器件的接点工作电流小至微安级，一般地说与介质电阻区的大小有关，介关电阻区越大电流越小，反之则越大，＜500Ω开＞1KΩ关约800uA，＜40K开＞48K关约200uA，＜3.6MΩ开＞4.1MΩ关约4uA。由于电流极小使发讯装置具备天然的防爆性能。

5、为解决好仪器仪表维修难的问题，本实用新型所有电阻式物位仪的内部结构全部采用电子管插入式系列器件组装，所有器件通用于各种规格的电阻式物位仪。给现场就地维修，快速排除故障带来极大的方便。而且所有电子管插入式器件，全部采取了严格的密封措施，使其具备很强的防尘防腐抗氧化能力。仪器在运行中如发生故障，只要极时查明故障部位，随时更换备用器件，就能立即使仪器恢复正常工作。不必拆御检查修理。

6、为了提高控制设备的使用寿命，对接点控制输出电路进行了认真改进，增设了波幅，波位调整设定装置。使操作人员可以根据设备运行的具体情况，自行确定物位所需控制部位和控制范围。使控制系统具备较强的机动性和适应能力。并为延长该系统的使用寿命起主导作用。

7、利用本实用新型对物位实现远距离自动显示报警控制。比采用电动、气动、电脑以及其他一些自动化控制仪表，要节约一笔相当大的安装调整维修开支，就其使用寿命和可靠性是旧电阻式物位仪不能相比的。本实用新型只要元器件选得好，就可以实现长期工作而无维修。对节电节水节能起有十分关键的主导作用，特别是对我国目前基层单位的工业自动化和工业锅炉的安全经济运行，将起现出十分显著的经济效益和安全保障系数。是目前各种电阻式物位仪表的理想型更新换代产品。

附图2为烧结式玻璃棒液位电极的结构示意图。图中在件（20）汽车火花塞中心电极杆或不锈钢电极杆的下端，焊接一根导电引线件（23），件（23）的下端焊接在件（24）极点端子头的上端，在件（20）外部螺纹下端焊接不锈钢导管或直接使用一段不锈导管件（21），然后采用高压玻璃管件（22），将件（23）（24）套入管内，在件（22）的上端与件（20）（24）的下端和件（22）的下端与件（24）的上端，采用低溶点玻璃粉烧结成形，在件（24）的下端可加工一段螺纹，以方便加长电极杆长度用。

附图3为一种采用转换介质电阻区可调的镜象恒流恒压接点开关电路，组装的转换介质电阻区可调的接点开关器件工作原理图。其工作原理不重复。本器件共没有九个引出脚（同样可设七脚或十三脚），图下端至左向右，1＃插脚为接点信号输入脚，2＃插脚为负电源输入脚，3＃插脚为自控常闭输出脚，4＃插脚为正电源输入脚，5＃插脚为自控常开输出脚，6＃插脚为绿色灯电源输出脚、7＃插脚为红色灯电源输出脚，8＃9＃插脚为电流信号控制输出脚。

附图4为转换介质电阻区可调的接点开关器件装配结构示意图。图3中的件（6）至件（14）（17）（18）电子元件全部焊接装配在件（25）主线路板上，然后将装配焊接好的件（25）线路板背向件（26）插头板中心，并对齐上下线路，垂直焊接在件（26）九脚插头线路板上，在件（25）的左右两侧用两根φ1.2×15mm的定位针将件（25）（26）焊接加固。最后采用JTX通用继电器的有机密封外罩或金属密封外罩件（27），将件（26）上方的全部电子元件加以紧固密封。组装成一支完整的转换介质电阻区可调的接点开关器件——件（28）。本器件通用于本实用新型的电阻式物位仪表，只是转换介质电阻区必须根据需要进行调试设定。

附图5为超限自动报警器件的电路工作原理图、电路主要由两只单组转换触点继电器件（29）（30）和两只开关二级管件（31）（32）组成。当电源经件（29）的291D常闭触点送入件（30）线圈后，件（30）工作、301H常开触点动合给报警电路送电工作。但当按下仪器的消警按钮后，即短接本电路3＃4＃引出脚，件（29）工作，291D动开给件（30）断电消警。件291H常开触点动合给件（29）线圈送电自保。这样我们可利用件（28）的3＃或5＃引出脚送来的报警电源，使该电路作超限自动报警工作，这样我们只要用一只按钮将电源引至1＃2＃脚，就可以实现报警电路的试验。本电路共设七个引出脚，图5下端至左向右1＃插脚接高位报警信号，2＃插脚接低位报警信号，3＃4＃插脚接消警按钮，5＃插脚接正电源、6＃7＃插脚接报警控制线路。

附图6为超限自动报警器件装配结构示意图。其装配结构与图4相同，只不过件（26）采用的是七脚插头线路板。装配完整的超限自动报警器件为——件（33）。该器件在本实用新型中主要作超限自动报警用。

附图7为物位接点自动控制器件的电路工作原理图。电路主要由两只双组转换触点继电器件（34）（35）和两支开关二极管件（36）（37）组成。低位控制电路从4＃插脚引进使件（34）工作，件（34）的342H动合接通物位控制输出电源，此电源控制JTX通用继电器件（552）工作，以增大控制触点负载的承受能力。并当物位高于低位控制触点时，件（34）341H常开触点动合时自保着物位接点控制输出电源。而当高位控制电源从5＃插脚引入件（35）线圈，件（35）工作，其351D、352D常闭触点动开、同时断物位接点控制输出电源。但当物位低于高位，又未降到低位时。又急需将液体进至高位，只要将7＃4＃插脚用按钮短接一下，即可将液位进至高位。如需接液位自排，只需将接点控制输出接5521D即件（552）的常闭触点。本电路同样没有七个引出脚，图下端至左向右，1＃插脚为正电源引入脚，2＃3＃插脚为负电源引入脚，4＃插脚为低位控制点引入脚，5＃插脚为高位控制点引入脚，6＃插脚为物位接点控制电源输出脚，7＃插脚为强行起动按钮电源引入脚。

附图8为物位接点自动控制器件装配结构示意图，其装配结构与件（33）完全相同，装配完整的物位接点自动控制器件为——件（38）。该器件在本实用新型中主要作物位自动控制接点信号输出用。

附图9为采用三端稳压集成块设计的稳压电路工作原理图。其稳压原理不再复述，图纸上也未标元件序号，因这是目前应用较为广泛的通用电路。该电路设有四个引出脚，1＃2＃插脚为交流输入，3＃4＃插脚为直流输出。其最大稳压输出负载为1.5A。如仪器负载大于1.5A可同时加并一只稳压器使用，其输出端各串用一只0.5Ω电阻。

附图10为稳压器件的装配结构示意图。其装配结构与件（38）大致相同，只是为稳压块增设了一块铝制散热器件（39），件（26）插头线路板为四脚板。装配完整的稳压器件为——件（40），该器件在本实用新型中主作仪器仪表的电源稳压用。

附图11为一种采用彩色灯泡组装的变色显示屏结构示意图。件（15）为绿色发光灯泡，件（16）为红色发光灯泡，件（41）为显示屏变色灯泡插座板，件（42）为插座垫圈，件（43）为仪器面板，件（44）为显示屏内罩，采用乳白色塑料压注成形，件（45）为显示屏外罩采用淡黄色透明有机压注成形，然后将件（45）套装在件（44）上，并用502胶快速粘结为显示屏滤光罩。件（46）为显示屏电源线路压板，用它来直接接通件（15）（16）的电源。件（41）（42）（46）用螺钉紧固在件（43）仪表面板背面，件（47）为件（46）的防尘外罩，用螺钉紧固在件（41）的背面。最后将件（15）（16）分别从件（43）的正面插入件（41）的每对插孔内，用显示屏内外罩件（44）（45）合成滤光罩将件（15）（16）罩上。组成一完整的变色发光显示屏——件（48）。这种显示屏具有更换灯泡极为方便，造价低，显示逼真，色彩鲜艳，可视距远角大，发光强度高的优点。显示屏滤光罩由于采用半椭园形突出显示面结构设计，使显示屏可视角从60°增大为180°。

附图12为本实用新型实施例SBK－13型双色液位显示控制器的装配接线原理图。它主要采用了件（28）十三只即件（2801——2813），件（33）一只，件（38）一只，件（40）一只，件（48）一块，件（54）烧结式玻璃棒液位发讯装置一套。图中件（49）为接点控制低位调节开关，件（50）为高位调节开关。件（51）为消警按钮，件（52）为报警试验按钮，件（53）为强行起动按钮。件（551）为缺液自动停炉控制插件，件（552）为液位自动控制接点输出插件，其件（551）（552）都为JTX——22通用继电器。件（56）（57）分别为交流输入输出保险丝，件（58）为电源变压器，（59）为电源开关，件（60）为电源插头。本实施例具备双色液位显示，高低位超限自动报警，缺液自动停炉，液位控制采用接点信号输出控制，并没有十一档波幅波位人为调整设定功能。操作人员可以根据锅炉运行负荷的大小，炉膛温度的高低及其他辅助设备的运行情况，人为调整设定液位控制的波动幅度，是一种安装使用维护极为方便，使用可靠性高，造价较低的普及型电阻式双色液位显示控制仪表。

利用本实用新型还可组装成规格品种繁多，测试显示控制功能各异的新型电阻式物位显示控制系列仪表。现初分几类予以简要说明：

一、显示报警类：

1、SBJ－1型接点信号报警仪，主要用于各种场合实施单向报警，并设有消警自保装置。如氮肥厂联合厂房实施负压报警。

2、SBJ－2型接点信号显示报警仪，主要用于各种仪器仪表的超限自动报警。并设有消警自保装置，可适用于各种场合的双向报警。

3、SBJ－3型，SBJ－4型，SBJ－7型，SBJ－9型，SBJ－13型双色液位显示报警仪，主要适用于氮肥厂碳化塔，碳化固定付塔，静氨塔，热水饱和塔，水洗塔，回收塔，制药厂蒸馏水箱，医用离子水箱等一些化工企业储液设备和各种工业锅炉，作双色液位显示，高低超限自动报警。

二、显示报警接点控制类：

1、SBK－2型水塔水箱液位自动控制器，主要适用于各种水塔水箱，小型锅炉及各种储液设备的液位显示自动控制，并采用接点信号控制设备的自动进液。采用红外光电信号可对各种场合实施接点控制。

2、SBK－5型、SBK－7型、SBK－9型、SBK－13型双色液位显示控制器。主要适用于1.5T／H－10T／H锅炉液位自控，氮肥厂煤气发生炉夹道锅炉汽泡的液位自控，还可用于高压加热器，低压加热器，除氧器，双水内冷发电机组水箱等各种储液设备的水位测量和控制。

3、SBB－2型、SBB－4型、SBB－9型液位显示自动排放控制器。主要适用于各种工业锅炉的分气缸，缓冲缸，蒸汽积水箱的液位自动显示排放控制。

三、显示报警调节控制类：

1、SBT－13型、SBT－17型、SBT－25型双色液位显示调节控制器。主要适用于2T／H－400T／H锅炉汽鼓以及中大型储液设备的液位双色显示，高低位超限自动报警，缺液自动停炉，控制方式分为接点信号和PID电流信号控制方式任选，PID电流信号可直接推动电动或气动执行机构控制液位，并设有手动和自动转换，仪器所测信号备有二次标准电流信号输出，可供记录仪表随时将液位的波动情况记录下来。同样适用于高压加热器，低压加热器，除氧器，双水内冷发电机组水箱等各种储液设备的水位测量和控制。

2、SBY－13型、SBY－17型、SBY－25型双色液位压力数显调节控制器。主要适用于各种工业锅炉的液位单冲量自动调节控制，具备压力数显，高低压超限自动报警，超压自动停炉，自动排汽，是目前用于锅炉自动控制的理想型电阻式物位仪。

Claims (3)

1、在工业自动化仪表领域中，一种以接点电阻信号作信号源，远距离接收采用电子仪器实现显示控制物位的介质电阻区可调的电阻式物位仪表，其特征是：液位发讯采用烧结式玻璃棒液位电极，物位发讯采用红外光电转换器件件(5)，电子仪器采用电子管插入式介质电阻电阻区可调的接点开关器件件(28)，超限报警器件件(33)，物位控制器件件(38)，稳压器件件(40)组装。

2、根据权利要求1所述的介质电阻区可调的电阻式物位仪，其特征是：烧结式玻璃棒液位电极由件（20）汽车火花塞中心电极（或不锈钢电极杆）的下端焊有导电引线件（23）极点端子头件（24），在件（23）（24）的表面烧结高压玻璃管件（22）而成；红外发射二极管件（2）的上端接限流电阻件（1），红外接收二级管件（4）反向接入件（28）接点开关器件的接点信号输入端，组成红外光电转换器件件（5）；件（6）晶体三极管集电极接件（13）继电器线圈到电源，件（13）线圈的两端并接件（12）晶体二极管和电解电容件（14），件（6）发射极接件（8）三极管基极和件（11）晶体稳压二极管，件（11）的另一端接限流电阻件（10）到电源地，件（6）的基极上偏流接限流固定电阻或可变电阻件（7）到电源，下偏流接件（8）的集电极，件（8）的发射极接限流电阻件（9）到接点信号输入端，组成介质电阻可调的接点开关器件件（28）电路；件（29）（30）继电器线圈两端分别并接晶体二极管件（31）（32）到地，件（30）线圈的另一端接件（29）1D，件（29）1D的另一端和件（29）1H的一端接报警信号电源，件（29）1H的另一端接件（29）线圈和消警按钮件（51），件（30）1H接控制报警输出，组成件（33）超限报警电路；件（34）（35）继电器线圈两端分别并接晶体二极管件（36）（37）到地，件（34）的另一端接低位控制信号电源和件（35）1D，件（35）1D的另一端接件（34）1H和强行起动按钮件（53），件（34）1H的另一端接电源，件（35）线圈的另一端接高位控制信号电源，件（35）2D的一端接电源，另一端接件（34）2H到控制信号输出端，组成件（38）物位控制器件电路。

3、根据权利要求1所述的介质电阻区可调的电阻式物位仪，其特征是：件（28）（33）（38）（40）电路分别组装焊接在件（25）对应型号电路板上，件（25）的下端左右两侧焊有两根直径1.2×15mm的定位针，将件（25）背向件（26）插头线路板中心，对齐上下线路对角锡焊连接，件（25）上定位针的另一端锡焊加固在件（26）左右两侧的线路上，并采用件（27）有机或金属密封外罩，将件（26）上方的全部电子元件加以紧固密封。

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