CN2159556Y - 一种带报警的红外光电数字液位计 - Google Patents

Abstract

一种用于液位测量的数字液位计。它包括浮子、 滑轮、增速轮系、挡光针、非接触式光电转换器，集成 电路、数字显示器、报警器。其特征是：浮子随液面的 升降带动滑轮经轮系转动，使挡光针正转或反转遮挡 红外光接收管，所得到的电信号经整形、触发、可逆计 数，由数字显示液位。且在随意整定的上限和下限液 位时发警报音响同时闪动显示数字。本数字液位计 使用方便、传输距离长，量程大、精度高、体积小，适用 于水库、电站、深井、江河的水位测定。

Description

本实用新型是一种用于液位测量的带报警装置的红外光电数字液位计。适用于多种场合的液位测量。

现有的液位信号装置是在预先整定的液位高程上发上限信号和下限信号，其中间液位的变化不能直观地监视。或者是液位的变化通过回转变压器转换为电信号经电线输送到监视地点，再由另一回转变压器转换成指针式指示仪表显示或者是机械齿转式显示器显示。其不足之处是线性差，响应速度慢，机械磨损大，成本高，读数难，易损坏，难以与计算机或自动记录机联用。

本实用新型的目的是为了避免现有技术的不足而提供一种数字液位计，它不仅能精确地测出多种场合的液位变化，而且能方便地在随意整定的液位数字上发报警信号。

本实用新型的目的可以通过下述措施达到：在一个特定直径的滑轮上，滑轮槽套着的绳子上一边是浮子，另一边是坠子。滑轮轴联着增速齿轮，增速齿轮驱动轮轴，轮轴外端同轴装有挡光针。两只红外光发光管和两只红外光接收管构成非接触式光电转换器。当液位变化时，浮子随着液面的升降带动滑轮经齿轮增速转动，使挡光针正转或反转遮挡两只红外光接收管，经红外光接收管把液面变化的高程信号转变为电信号。此电信号经电线传输到集成电路，经集成电路逻辑选择、延时、触发、可逆计数，数字显示器显示液位高程数字，编码电路与数码开关组成上限和下限液位的报警电路。由于挡光针的挡光次数是由滑轮的周长所决定的，因而计数器所记录的数字反映了液面的实际高程。

由于采用上述方案，与现有的技术相比具有使用方便、传输距离长、测量精度高，量程大，体积小，能耗低、寿命长等优点。

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实施例光电转换器剖面构造图。

图2是本实施例信号逻辑电路。

图3是本实施例可逆计数显示报警电路。

光电转换器为图1所示：

光电转换器主要由浮子①、坠子②、滑轮③、齿轮④⑥、齿轴⑤⑦、挡光针⑧以及红外光发光管（L₁，L₂）红外光接收管（G₁，G₂）组成。

本实施例光电转换器动作原理：当液位上升时，浮子①上升，由绳子与浮子①连在一起通过滑轮③槽的坠子②下沉，使滑轮③、齿轮④顺时针转动，由于齿轮与齿轴的啮合，使齿轴⑤、齿轮⑥逆时针转动，齿轮⑥带动齿轴⑦连同挡光针⑧顺时针转动，挡光针转动180度挡光一次。液位每上升1毫米挡光针扫1次挡住红外发光管（L₁、L₂）的红外光，使红外受光管（G₁、G₂）因无红外光照射而绝止，经电路G₁和G₂各发出一个电信号。（电路见图2中虚线部分）。先挡光G₁后挡G₂为加（＋）。同理，当液位下降时，浮子①下沉经滑轮③、齿轮④、齿轴⑤、齿轮⑥、齿轴⑦使挡光针逆时针转动，挡光针先挡受光管G₂后挡G₁为减（－）。

液位每上升1毫米光电转换器得到1个“＋”信号，液位每下降一毫米光电转换器得到一个“－”信号，计数器计算的最小单位为毫米，计算精度为“±”1毫米（适用于水库型）。如果减少一级齿轮和齿轴，即得到液位每变化一厘米光电转换器得到一个信号，则计数的最小单位为厘米，计算精度为“±”1厘米（适用于电站型）。信号通过二根电线送至监视现场通过信号逻辑电路进行下一步的运转。

信号逻辑电路如图2所示。

信号逻辑电路主要由集成块CD40106B中的H_1～6六个斯密特触发器；集成块CD4013B中的D₁和D₂触发器；集成块CD4071B中1个2输入或门H₇；集成块CD4011B中的4个与非门Y_1～4及配合电路的电阻R_1～5，电容C_1～5组成。

本实施例信号逻辑电路是这样工作的：当光电转换器中G₁、G₂发送的信号到该逻辑电路时由H₁、H₂变成脉冲信号，假设先挡光G₁后挡光G₂，此时G₁的脉冲信号经H₁到P₁点即到D₁的输入端CP₁，使D₁的输出端Q₁由“0”变“1”（两个D触发器起始时输出端均为“0”），同时脉冲信号到达Y₂输入端1。紧跟着G₂的脉冲信号经H₂到P′₁点即加到D₂的输入端CP₂，使D₂的输出端Q₂由“0”变“1”，同时脉冲信号还加到Y₁的输入端1。这时，由于Y₁的两个输入端都为高电平“1”，Y₁的输出端P₂点输出一个负脉冲，P₂的负脉冲经延时电路C₃、H₅、C₄、H₆到达P₃点已反相为正脉冲信号。P₃点的正脉冲分两路：一路经Y₃在P₄点反相为负脉冲信号，送往可逆计数电路的输入端CP_U进行加（＋）法计数。另一路经或H₇送回D₁、D₂的复位端R，使两个D触发器立即复位为原来状态。

同理：当光电转换器发送的信号来自先挡G₂后挡光G₁时（液位在正降，挡光针逆时转动），G₂及G₁的脉冲信号经逻辑电路向可逆计数器的输入端CP_D输入1个负脉冲信号进行减（－）法计数。同时两个D触发器也复回原来状态。

按钮A₁、A₂为初始数字整定按钮，A₁为加（＋），A₂为减（－），以便调整初始时液位的实际高程数字。

电阻R₁、R₂、R₃、R₄分别为100KΩ，R5为20KΩ，R₆、R₇各为40KΩ，R₈、R₉分别为200Ω。电容C₁、C₃分别为0.01μF，C₂、C₄分别为1000PF，C₅为0.1μF。

可逆计数显示报警电路如图3所示。

可逆计数显示报警电路是由5块集成块CD40192B组成的IC_1－1～5电路；5块集成块CD4511B组成IC_2－1～5电路，5个半导体发光数码管LED_1～5；4块集成块CD4028B组成IC_3－1～4电路，1块集成块CD4082B组成Y₅、Y₆电路；上限报警由4个数码开关B_1－1～4组成；下限报警由4个数码开关B_2－1～4组成；且还有放大器T、继电器J，蜂鸣器F等组成。

本实施例计数显示报警电路的工作原理：光电转换得到的信号经逻辑电路送到集成电路IC_1－1，加（＋）信号从CP_U脚输入，减（－）信号从CP_D脚输入，经IC_1－1计数得到的结果电平由4线（即8、4、2、1码）送至集成块IC_2－1，由IC_2－1把8、4、2、1码译成十进制数码电平，并驱动半导体数码管LED₁，使数码管LED₁显示出液位数值。本实施例计数脉冲为1脉冲／1毫米，即显示数值的最小单位为毫米。当IC_1－1计算的数值本位满“10”时，IC_1－1通过进位输出脚 向集成块IC_1－2进位。当IC_1－1计算的数值小于0时，IC_1－1通过退位输入脚

从集成块IC_1－2借“1”退位。本实施例计数显示电路IC_1－1～5各位数都可以通过输入脚CP_U输入加（＋）的信号进行加（＋）的计数和输出脚

向上一位输出进位“1”的信号。也可以通过输入脚CP_D输入（－）的信号进行减（－）的计数和输出脚

向上一位借“1”的信号。同理，当十位满“10”时向百位进位（百位由IC_1－3、IC_2－3、LED₃组成），百位满“10”时向千位进位（千位由IC_1－4、IC_2－4、LED₄组成），千位满“10”时向万位进位（万位由IC_1－5、IC_2－5、LED₅组成）。且当个位为“0”要减“1”时将从十位退“1”；当十位为“0”要减“1”时将从百位退“1”；……；这就是可逆计数的特点。

本实施例计数显示为5位数，最高位为万位，也可以按实际需要增加十万位、百万位等电路。本实施例数字显示的小数点定在千位上，数字显示最大值为99.999，即数字显示的单位为米。

信号报警电路由4块CD4028B4线－10线编码器（IC_3－1－4）；两组共8个10线数码开关（B_1～4、B_2～4）；2

个4输入与门，放大器T，闪光电路S，继电器J组成。报警原理：以十位数电路（去掉小数点时）为例：4线－10线编码器IC_3－1从可逆计数器IC_1－2的输出端得到的4个输出的BCD码，即8、4、2、1（2³、2²、2¹、2⁰）码电平，由IC_3－1编译成“0”～“9”的10个十进制码电平。这10个十进制码电平分两路：

一路经上限报警10线数码开关B_1－1至4输入与门Y₅。10线数码开关B_1－1可随意按使用要求整定报警数码，当计数器的输出数码电平与数码开关B_1－1的整定数码一致时，数码开关B_1－1的输出端得到一个高电平。假如当其余的3个数码开关（B_1－2～4）在相应的整定数码且也向输出端输出高电平，即门Y₅的4个输入端都呈高电平时，门Y₅的输出端也呈高电平。这时，在放大器T、闪光电路S的作用下，继电器周期性地吸合、释放，继电器触点J₁的“通”“断”使数码管数字周期地“亮”“灭”地闪动。触点J₂使蜂鸣器F发上限报警音响信号。

另一路经下限数码开关（B_2－1～4）同上限报警原理一样：假如数码开关在相应的整定数码且也向输出端输出高电平，即门Y₆的4个输入呈高电平时，门Y₆的输出端也呈高电平，在放大器T，闪光电路S的作用下，断电器J使得显示数字闪动和蜂鸣器发音，这就是下限的报警。下限报警也是随意整定的。因为考虑到个位量程小，本实施例不设报警，从十位至万位设报警，报警继电器的触点也可驱动其他执行机构。

按钮A₃为手动清零按钮，可在任意数字时清零，按A₃后使显示数字立即为00.000，使用时以此数作为监测起点的相对高程。

本实施例的光电转换器（包括外壳）安装在监测液面的上边，通过4根普通电线（2根电源线，2根信号线）与数字计数显示器（包括外壳）连线。测量地点与监视地点可远隔几百米，如稍加改进，测量地点与监视地点可以更远。数字计数显示器（包括外壳）可安装在桌面上，也可以安装在配电屏上。

本实施例适宜水库、电站、深井、江河以及任何测量监视液位的场合，而且数字液位计通过输出的BCD码，使液位数据成为电子计算机的指令一部分，并也能与自动记录机联用，使液位数据自动记录下来。

Claims (3)

1、一种数字液位计，包括外壳，红外光电信号转换，集成电路可逆计数，半导体数码管数字显示，编码电路与数码开关组成报警，其特征是：液位的变化经光电转换器变为电信号，由集成电路可逆计数后半导体数码管数字显示液位高程。

2、根据权利要求1所述的数字液位计，其特征是：红外光电转换器由浮子、坠子、滑轮、增速齿轮、齿轴、挡光针组成，挡光针可正转或反转遮挡两个红外光接收管，使液位的高程变化转换为“加”“减”的电脉冲信号。

3、根据权利要求1所述的数字液位计，其特征是：集成电路计数器是一个多位的可逆计数器，计数显示是半导体数码管显示，经数控电路发上限和下限报警信号。

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