CN217716558U - 基于浮力和压力测量的传感装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种基于浮力和压力测量的传感装置，包括水箱本体和液位传感器；所述液位传感器包括压力传感器和/或浮力传感器，所述液位传感器置于所述水箱本体上；所述压力传感器包括压力式液位传感结构和压差式液位传感结构，所述浮力传感器包括浮子可变电阻式液位传感结构所述液位传感器在上述择一结构设于所述水箱本体上。通过压力传感器将静压转换为电信号，再经过温度补偿和线性修正，转化成标准电信号，以检测液位的高低，或者通过浮子传感器改变了搭铁与浮子间的电阻值，即改变了回路的电阻值，标识液位的高低，具有精度高、稳固性好，抗烦扰机能强，应用广泛的效果。

Description

基于浮力和压力测量的传感装置

技术领域

本发明属于实验设备技术领域，具有涉及一种基于浮子测量的传感装置。

背景技术

目前在教学实验中，基于多容水箱进行自动化控制的实验平台是对自行设计和实现各种控制策略进行研究的一种设备，多容水箱是一个典型的非线性、非最小相位、多变量耦合过程控制对象。采用该对象可以进行各种非线性控制、解耦控制、多变量控制和故障诊断与容错控制等实验。可以验证各种复杂的先进控制与优化算法，如模型预测控制，神经网络控制，模糊控制等。

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。

现有的多容水箱液位控制实验教学装置管路单一，且对液位的测量不准确，应用场合不广泛，同时无法根据不同高度的水箱进行液位测量方式的选择；因此，发明人致力于对现有的多容水箱存在的问题进行研发改进。

实用新型内容

本实用新型在于解决现有技术中存在的问题，提供一种用于教学实验过程控制多容水箱的基于浮力和压力测量的传感装置；本方案基于所测液体静压与该液体的高度成比例的原理,具有精度高、稳固性好，抗烦扰机能强且应用广泛。

其具体方案如下：

一种基于浮力和压力测量的传感装置，包括水箱本体和液位传感器；所述液位传感器包括压力传感器和/或浮力传感器，所述液位传感器置于所述水箱本体上；

所述压力传感器包括压力式液位传感结构和压差式液位传感结构，所述浮力传感器包括浮子可变电阻式液位传感结构,所述液位传感器设于所述水箱本体上。

所述压力式液位传感结构包括压力表式液位计，所述压力表式液位计包括第一压力表、旋钮阀和引压管，所述引压管的一端连通至所述水箱本体的底部，另一端连通至所述第一压力表，所述旋钮阀设于所述引压管上。

在某些可选的实施例中，所述压力式液位传感结构包括法兰式液位变送器，所述法兰式液位变送器包括压力变送器和法兰，所述水箱本体的侧壁上连通一管道连通至所述压力变送器。

在某些可选的实施例中，所述压力式液位传感结构包括吹气式液位计，所述吹气式液位计包括置于所述水箱本体内部的吹气管和测压管，所述吹气管的上端口与水平面平行、下端口置于所述水箱本体的底部，所述吹气管的下端口连通至所述测压管，所述测压管上连通有旋钮阀和第二压力表，所述旋钮阀和第二压力表设于水平面上方。

在某些可选的实施例中，所述压差式液位传感结构包括连接管路，所述连接管路上设有压差式变送器和控制阀，所述连接管路设于所述水箱本体的外侧，所述连接管路的一端连接至所述水箱本体的液位下方，另一端连接至液位上方，所述连接管路的两端均设置所述控制阀。

在上述方案的基础上进一步地，所述连接管路下端的压差式变送器的水平高度低于所述水箱本体的底面，所述连接管路的下端并联一个设有所述控制阀的控制管路，所述控制管路连接至液位处。

作为优选地，所述连接管路上还设有隔离罐，所述隔离罐设于所述压差式变压器和水箱本体之间。

在某些可选的实施例中，所述浮子可变电阻式液位传感结构包括浮子、电位器和浮子臂，所述电位器上设有滑动电阻，所述浮子带动与其相连的浮子臂在滑动电阻上滑动。

本方案的基于浮子测量的传感装置通过压力传感器将静压转换为电信号，再经过温度补偿和线性修正，转化成标准电信号，以检测液位的高低，或者通过浮子传感器改变了搭铁与浮子间的电阻值，即改变了回路的电阻值，标识液位的高低，具有精度高、稳固性好，抗烦扰机能强，应用广泛的效果。

附图说明

图1为本实用新型的压力表式液位计的结构示意图；

图2为本实用新型的法兰式液位传感结构的结构示意图；

图3为本实用新型的吹气式液位计的结构示意图；

图4为本实用新型的压差式液位传感结构的第一实施例结构示意图；

图5为本实用新型的压差式液位传感结构的第二实施例的结构示意图；

图6为本实用新型的压差式液位传感结构的第三实施例的结构示意图；

图7为本实用新型的压力表式液位计的结构示意图。

附图标记说明：1、水箱本体，2、液位传感器，3、压力传感器，4、浮力传感器，301、压力式液位传感结构，302、压差式液位传感结构，41、可变电阻式液位传感结构，31、压力表式液位计，311、第一压力表，312、旋钮阀，313、引压管，32、法兰式液位变送器， 321、压力变送器，322、法兰，33、吹气式液位计，331、吹气管， 332、测压管，3321、旋钮阀，3322、第二压力表，34、连接管路， 341、压差式变送器，342、控制阀，343、控制管路，344、隔离罐， 411、浮子，412、电位器，413、浮子臂，3121、滑动电阻。

具体实施方式

以下实施例进一步说明本实用新型的内容，但不应理解为对本实用新型的限制。在不背离本实用新型精神和实质的情况下，对本实用新型方法、步骤或条件所作的修改或替换，均属于本实用新型的范围。

结合图1-图6所示，本实施例详细描述一种基于浮力和压力测量的传感装置，包括水箱本体1和液位传感器2；所述液位传感器2包括压力传感器3和/或浮力传感器4，所述液位传感器2置于所述水箱本体 2上；所述压力传感器3包括压力式液位传感结构301和压差式液位传感结构302，所述浮力传感器4包括浮子可变电阻式液位传感结构41 所述液位传感器2在上述择一结构设于所述水箱本体1上。

其中，静压式液位计是基于所测液体静压与该液体的高度成比例的原理，通过压力传感器，将静压转换为电信号，再经过温度补偿和线性修正，转化成标准电信号，以检测液位的高低，主要分为压力式和差压式液位传感器。

进一步结合图1所示，作为一种可选的实施例，所述压力式液位传感结构301包括压力表式液位计31，所述压力表式液位计31包括第一压力表311、旋钮阀312和引压管313，所述引压管313的一端连通至所述水箱本体1的底部，另一端连通至所述第一压力表311，所述旋转阀312设于所述引压管313上。

压力表式液位计31利用引压管将压力变化值引入高灵敏度压力表中进行测量。压力表的高度与容器底等高，压力表中的读数直接反映液位的高度。如压力表的高度与容器底不等高，当容器中液位为零时，表中读数不为零，为容器底部与压力表之间的液体的压力差值，该差值称为零点迁移，这时要进行正向或负向迁移来消除影响。压力表式液位计使用范围较广，但要求介质洁净，黏度不能过大，以免阻塞引压管。

进一步结合图2所示，作为一种可选的实施例，在某些可选的实施例中，所述压力式液位传感结构301包括法兰式液位变送器32，所述法兰式液位变送器32包括压力变送器321和法兰322，所述水箱本体 1的侧壁上连通一管道连通至所述压力变送器321。

其中，法兰式液位变送器32装在容器底部的法兰上，作为敏感元件的金属膜和导压管与压力变送器的测量室相连，导压管内封入沸点高、膨胀系数小的硅晶体，使被测介质与测量系统隔离。法兰式液位变送器将液位信号转换为电信号或气动信号，用于液面显示或控制调节。由于采用了法兰式连接，而且介质不必流经导压管。因而可检测有腐蚀性、易结晶、黏度大或有色的介质。

进一步结合图3所示，作为一种可选的实施例，所述压力式液位传感结构301包括吹气式液位计33，所述吹气式液位计33包括置于所述水箱本体1内部的吹气管331和测压管332，所述吹气管331的上端口与水平面平行、下端口置于所述水箱本体1的底部，所述吹气管331 的下端口连通至所述测压管332，所述测压管332上连通有旋钮阀312 和第二压力表3322，所述旋钮阀312和第二压力表3322设于水平面上方。

吹气式液位计将一根吹气管插入至被测液体的最底面(零液位)，使吹气管通入一定量的气体，吹气管中的压力与管口处液柱静压力相等，用压力计测量吹气管上端压力，进行液位测量。由于吹气式液位计将压力检测电路移至顶部，其使用维修都很方便，很适合于地下储藏、深井等场合。

进一步结合图4所示，作为一种可选的实施例，所述压差式液位传感结构302包括连接管路34，所述连接管路34上设有压差式变送器 341和控制阀342，所述连接管路34设于所述水箱本体1的外侧，所述连接管路34的一端连接至所述水箱本体1的液位下方，另一端连接至液位上方，所述连接管路的两端均设置所述控制阀342。

在封闭容器中测量液位的高度，被测液体表面的压力不一定与大气压力相同，此时不能应用压力式液位计。因为容器下部的液体压力除了与液位高度有关外，还与液面上的气体介质压力有关。在这种情况下，可以采用测量差压的方法来测量液位。

差压式液位计的原理为，在测量过程中需消除液面波动对示值的影响，差压式液位计采用差压式变送器，经容器底部反映液位高度和液面上气体的压力引入变压器的正压室；将容器上气体压力引入变送器的负压室。

进一步结合图5所示，作为一种可选的实施例，所述连接管路34 下端的压差式变送器341的水平高度低于所述水箱本体1的底面，所述连接管路34的下端并联一个设有所述控制阀342的控制管路343，所述控制管路343连接至液位处。

引压方式可根据液体性质选择，为了防止由于内、外温差使气压引压管中的气体凝结成液体，一般在低压管中充满隔离液体。差压式变送器测得的差压与液位高度成正比。应用此种方法，由差压式变送器将差压输出，经其他方式将压力转换成电信号，通过输出的电信号来检测液位的高低，当差压变送器与容器底面不平行时，必须采用零点迁移当输入处于范围下限值时，由于某些影响量引起的输出值的变化。当下限值不为零值时，亦称为始点迁移的方法来克服固定差压的影响。

进一步结合图6所示，在上述实施例的基础上进一步进行拓展，所述连接管路上还设有隔离罐344，所述隔离罐344设于所述压差式变压器341和水箱本体1之间。如果被测介质具有腐蚀性，差压变送器的正负压室与取压口之间往往需要分别安装隔离罐，防止腐蚀性介质直接与变送器接触。

进一步结合图7所示，在某些可选的实施例中，所述浮子可变电阻式液位传感结构41包括浮子411、电位器412和浮子臂413，所述电位器412上设有滑动电阻3121，所述浮子411带动与其相连的浮子臂 413在滑动电阻3121上滑动。

浮子可变电阻式液位传感器的浮子可以随液位上、下移动，通过浮子的移动带动与其相连的浮子臂在滑动电阻上滑动，从而改变了搭铁与浮子间的电阻值，即改变了回路的电阻值。利用这一特性控制回路中的电流大小并在仪表上显示出来，即可表示液位高低。

本方案的基于浮子测量的传感装置通过压力传感器将静压转换为电信号，再经过温度补偿和线性修正，转化成标准电信号，以检测液位的高低，或者通过浮子传感器改变了搭铁与浮子间的电阻值，即改变了回路的电阻值，标识液位的高低，具有精度高、稳固性好，抗烦扰机能强，应用广泛的效果。

虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对其作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。

Claims (8)

1.基于浮力和压力测量的传感装置，其特征在于：包括水箱本体(1)和液位传感器(2)，所述液位传感器(2)包括压力传感器(3)和/或浮力传感器(4)，所述液位传感器(2)置于所述水箱本体(1)上；

所述压力传感器(3)包括压力式液位传感结构(301)和压差式液位传感结构(302)，所述浮力传感器(4)包括浮子可变电阻式液位传感结构(41)，所述液位传感器(2)设于所述水箱本体(1)上。

2.根据权利要求1所述的传感装置，其特征在于：所述压力式液位传感结构(301)包括压力表式液位计(31)，所述压力表式液位计(31)包括第一压力表(311)、旋钮阀(312)和引压管(313)，所述引压管(313)的一端连通至所述水箱本体(1)的底部，另一端连通至所述第一压力表(311)，所述旋钮阀(312)设于所述引压管(313)上。

3.根据权利要求1所述的传感装置，其特征在于：所述压力式液位传感结构(301)包括法兰式液位变送器(32)，所述法兰式液位变送器(32)包括压力变送器(321)和法兰(322)，所述水箱本体(1)的侧壁上连通一管道连通至所述压力变送器(321)。

4.根据权利要求1所述的传感装置，其特征在于：所述压力式液位传感结构(301)包括吹气式液位计(33)，所述吹气式液位计(33)包括置于所述水箱本体(1)内部的吹气管(331)和测压管(332)，所述吹气管(331)的上端口与水平面平行、下端口置于所述水箱本体(1)的底部，所述吹气管(331)的下端口连通至所述测压管(332)，所述测压管(332)上连通有旋钮阀(312)和第二压力表(3322)，所述旋钮阀(312)和第二压力表(3322)设于水平面上方。

5.根据权利要求1所述的传感装置，其特征在于：所述压差式液位传感结构(302)包括连接管路(34)，所述连接管路(34)上设有压差式变送器(341)和控制阀(342)，所述连接管路(34)设于所述水箱本体(1)的外侧，所述连接管路(34)的一端连接至所述水箱本体(1)的液位下方，另一端连接至液位上方，所述连接管路的两端均设置所述控制阀(342)。

6.根据权利要求5所述的传感装置，其特征在于：所述连接管路(34)下端的压差式变送器(341)的水平高度低于所述水箱本体(1)的底面，所述连接管路(34)的下端并联一个设有所述控制阀(342)的控制管路(343)，所述控制管路(343)连接至液位处。

7.根据权利要求5或6任一所述的传感装置，其特征在于：所述连接管路上还设有隔离罐(344)，所述隔离罐(344)设于所述压差式变压器(341)和水箱本体(1)之间。

8.根据权利要求1所述的传感装置，其特征在于：所述浮子可变电阻式液位传感结构(41)包括浮子(411)、电位器(412)和浮子臂(413)，所述电位器上设有滑动电阻(3121)，所述浮子(411)带动与其相连的浮子臂(413)在滑动电阻(3121)上滑动。

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