專利名稱：一種探針式高頻響液態(tài)金屬泄漏檢測裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于液態(tài)金屬泄漏測量技術領域，具體涉及一種探針式、高頻響液態(tài)金屬泄漏測量裝置。
背景技術：
液態(tài)金屬是高電導率的金屬，目前其泄漏測量方法主要有重力托盤和探針兩種方法。重力托盤檢測液態(tài)金屬泄漏的原理是當液態(tài)金屬出現泄漏后，其在重力作用下會下落到重力托盤上，此時托盤的質量會增加，從而輸出相應信號至檢測設備，便可以得到液態(tài)金屬泄漏的信號。其優(yōu)點在于能夠適應惡劣環(huán)境的使用要求，且可以檢測大范圍內是否有液態(tài)金屬泄漏。但其存在以下缺點(I)在線動態(tài)響應速度慢，由于該種檢測方法只有在液態(tài)金屬下落到重力托盤上方可檢測到泄漏信號，而從液態(tài)金屬泄漏到下落到托盤上需要一定的時間，從而不能第一時間檢測到液態(tài)金屬泄漏；(2)不能精確的得到泄漏點位置，由于該種檢測方法通常是檢測某一范圍和區(qū)域內是否有液態(tài)金屬泄漏，不能夠精確檢測某一位置的液態(tài)金屬泄漏。傳統(tǒng)的探針式檢測液態(tài)金屬泄漏的原理是將探針布置在某些易發(fā)生泄漏的位置，當有液態(tài)金屬泄漏時，會導通探針的兩個電極，從而輸出相應信號至檢測設備，便可以得到液態(tài)金屬的信號。其優(yōu)點在于能夠精確的檢測某一位置是否出現液態(tài)金屬泄漏，動態(tài)響應速度快。但傳統(tǒng)的探針式檢測液態(tài)金屬泄漏的方法存在如下缺點(I)探針導通后，會使液態(tài)金屬或管道帶電，從而影響其它布置在上面的傳感器工作。這是因為，當液態(tài)金屬泄漏導通探針的兩個電極時，此時，整個管道也隨之帶電，雖可以通過接地的方式將該電位鉗為零，但由于管道或金屬本身的分布電容和內阻的存在，會使其仍然帶有一定的電壓，該電壓信號會影響到其它直接布置在其管道上方的傳感器工作；(2)探針的固定較為麻煩，一方面要使探針能夠及時的檢測液態(tài)金屬泄漏，這就要求探針距離泄漏點或管道不可太遠，另一方面要保證探針在管道出現振動或波動的情況下，不會偏離原固定點，以防止于管道接觸或探針兩電極接觸，從而造成誤觸發(fā)。由以上兩點可知探針的布置要求兩探針電極即不可太遠又不可太近，這樣安裝起來是比較麻煩的。綜上，以上測量方法的缺點限制了其使用范圍。本發(fā)明的裝置也是利用探針式液態(tài)金屬泄漏，但是其克服了傳統(tǒng)探針式液態(tài)金屬泄漏檢測的缺點，使其適用范圍更廣，維護更加方便，并可以集成多點液態(tài)金屬泄漏檢測裝置。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于設計一種結構簡單、安裝方便、高頻響應且具有自動切斷探針電極的探針式液態(tài)金屬泄漏裝置。本發(fā)明提供的是一種探針式檢測液態(tài)金屬泄漏的裝置，其包括輸出探針、輸出探針固定卡件、輸入探針固定卡件、輸入探針、接線端子、檢測設備、主控電路板和24V直流電源。其相對關系為24V直流電源接至主控電路板，主控電路板的輸出端口連接至接線端子，輸出探針和輸入探針分別連接至接線端子上，輸出探針固定在輸出探針固定卡件上，輸入探針固定在輸入探針固定卡件上，輸出探針固定卡件和輸入探針固定卡件固定在被測管道上，其中液態(tài)金屬在管道內。其工作過程為24V直流電源輸出24V直流電供主控電路板使用，主控電路板的接線端子連接至輸出探針，輸出探針為一輸出+24V電極，此時，輸出探針和輸入探針之間沒有導通形成閉合回路，當有液態(tài)金屬泄漏時，液態(tài)金屬在重力作用下會流經輸出探針和輸入探針，造成輸出探針和輸入探針導通，形成閉合回路。而輸入探針一端連接至接線端子，會將泄漏信號傳輸至主控電路板。主控電路板記錄泄漏信號并輸出泄漏信號至其它檢測設備，同時，主控電路板會在10 μ s內切斷輸出探針的輸出電壓信號，保證液態(tài)金屬或管道處于無電狀態(tài)，從而不會影響其它安裝在管道上的傳感器的正常使用。需進一步補充的是輸出探針固定卡件和輸入探針固定卡件可以適應16mm —120mm管徑的管道，可以靈活方便的固定在管道上，安裝方便，便于調節(jié)。所述的主控電路板能夠在無液態(tài)金屬泄漏情況下，供24V直流電給輸出探針，當有液態(tài)金屬泄漏導通輸出探針和輸入探針時，獲取金屬泄漏信號并輸出該信號至檢測設備，同時，能在 ο μ s內切斷輸出探針的電壓信號，從而避免因液態(tài)金屬或管道帶電而影響其它安裝在管道或與液態(tài)金屬直接相接觸的傳感器工作。綜上所述，本發(fā)明裝置與現有液態(tài)金屬泄漏裝置相比的優(yōu)點在于I)、本發(fā)明裝置的探針固定卡件可以根據實際使用管道的管徑進行適當的調節(jié)，便可以滿足探針固定的需求，從而保證探針固定的可靠性和穩(wěn)定性，減少了大量的人為安過程。2)、本發(fā)明裝置具有自動切斷電極信號的功能，可以在無液態(tài)金屬泄漏情況下，供24V直流電給探針，當有液態(tài)金屬泄漏導通兩個探針時，裝置可自動獲取金屬泄漏信號并輸出該信號至檢測設備，同時，能在10 μ s內切斷探針的電壓信號，從而避免因液態(tài)金屬或管道帶電而影響其它安裝在管道或與液態(tài)金屬直接相接觸的傳感器工作，保證了測量系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。


圖1液態(tài)金屬泄漏檢測裝置構成圖；圖2固定卡件結構示意圖；圖3主控電路板原理框圖；圖4系統(tǒng)測控時序示意圖。
具體實施方式

以下結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。圖1表示液態(tài)金屬泄漏檢測裝置構成圖。其主要包括輸出探針1、輸出探針固定卡件2、輸入探針固定卡件3、輸入探針4、接線端子6、檢測設備7、主控電路板8和24V直流電源9。其相對關系為24V直流電源9接至主控電路板8，主控電路板8的輸出端口連接至接線端子6，輸出探針I(yè)和輸入探針4分別連接至接線端子6上，輸出探針I(yè)固定在輸出探針固定卡件2上，輸入探針4固定在輸入探針固定卡件3上，輸出探針固定卡件2和輸入探針固定卡件3固定在被測管道5上，其中液態(tài)金屬在管道5內。其具體的實施過程為以下幾點1、市電220V經24V直流電源9AC-DC轉換后，轉換為24V直流電源供整個發(fā)明裝置使用，直流電源9的功率為65W，為單輸出24V直流電。直流電源 9與主控電路板8就近放置，并在兩者之間加入隔離和屏蔽裝置，防止AC-DC轉換過程中的電磁干擾影響主控電路板8的正常工作。2、24V直流電經主控電路板8的DC-DC轉換后，輸出5V直流電，供主控電路板8的電子元器件工作。輸出探針I(yè)連接在主控電路板8的輸出接線端子6上，輸出24V直流電，此時，輸出探針I(yè)作為一個電極。當有液態(tài)金屬泄漏時，便會導通輸出探針I(yè)和輸入探針4，此時24V直流電便經過輸入探針4輸入至主控電路板的輸入接線端子6，由主控電路板采集到相應的24V直流信號，經過對該信號處理后，在10 μ s內切斷輸出探針I(yè)上的24V直流電，同時，輸出液態(tài)金屬泄漏信號至相關的監(jiān)測設備7。3、需要補充說明的是，輸出探針I(yè)和輸入探針4之間的距離是通過工程施工過程中進行調整的，通常其間距為2 3_。輸出探針I(yè)和輸入探針是通過輸出探針卡件2和輸入探針卡件3固定在被測管道5上的。圖2表示的是固定卡件結構示意圖。固定卡件包括輸出探針固定卡件I和輸入探針固定卡件4，其結構是一樣的。均包括固定螺釘2Α，固定擋板2Β，V形固定槽2C和固定螺釘2D。V形固定槽2C的頂端角度為60度，當被固定的管道放入至V形固定槽2C內時，其可放入管道的外徑便可以推算出，具體如下1、最小被固定的管道外徑固定擋板2Β至V形固定槽2C的頂端距離Η0+Η1,該距離值為結構設計時已固定，其值為412mm。Hl為固定螺釘2A所能伸長的最大距離，為376mm，這樣根據相關幾何關系得管道半徑
Γ Rl I-=—
HO —Rl 2其中，Rl為管道的半徑，HO為固定螺釘頂端至V形固定槽頂端的距離，將相關數據帶入后，計算得到最小被固定的管道外徑為Rl = 16mm2、最大被固定的管道外徑根據上面的計算關系，可以得到最大被固定的管道外徑R2為
Γ R2I-=—
HO + H\- H1-Rl 2其中，H3為固定螺釘頂端至V形固定槽頂端的距離，其值為52mm，代入上式計算得到最大被固定的管道外徑為R2 = 120mm需要指出的是，當固定卡件固定后，還需要將輸出探針2和輸入探針3固定在相應的固定卡件上，并適當的調整兩輸出探針2和輸入探針3之間的距離，距離即不可太大，也不可過小。距離過大會導致液態(tài)金屬泄漏時可能導通不了兩探針，距離太近時會導致管道振動而誤導通兩探針。本發(fā)明所實施的安裝距離為2 3_。圖3表示的是主控電路板原理框圖。其包括電壓轉換單元，STC12C5A60S2單片機，三極管轉換單元Wl和三極管轉換單元W2，場效應管單元Ul和U2和光電隔離單元。其具體實施過程為1、24V直流電經過電壓轉換單元轉換后，轉換為5V的直流電，5V的直流電供主控電路板8其它組成單元使用。其中，電壓轉換單元的電壓轉換芯片為LM2596，該芯片最高支持的轉換電壓為37V，在本發(fā)明中可以將24V直流電平穩(wěn)的轉換為5V的直流電，同時，該芯片還配置了旁路和濾波電容以及電感，保證輸出電壓的紋波較小。2、主控芯片STC12C5A60S2單片機經三 極管轉換單元Wl控制場效應管單元U1，此時，場效應管單元Ul處于飽和導通狀態(tài)，其輸出信號為24V直流電，并經接線端子6輸出至輸出探針I(yè)上。當有液態(tài)金屬泄漏時，液態(tài)金屬會在重力作用下流經輸出探針I(yè)和輸入探針4，從而導通兩探針。這時，24V直流電信號便會經過輸入探針4傳輸至主控電路板，由光電隔離單元將該信號進行隔離，并將其輸入電壓從24V降至5V，從而輸入至主控芯片STC12C5A60S2單片機并觸發(fā)單片機。經過對該觸發(fā)信號處理后，STC12C5A60S2會輸入一低電平至三極管單元W1，從而使場效應管單元Ul截止，此時，加在輸入探針I(yè)上的24V直流電壓信號便被切斷。另一方面，STC12C5A60S2單片機被觸發(fā)后會輸出一高電平信號至三極管單元W2，從而導通場效應管單元U2，最終輸出24V直流電至監(jiān)測設備。3、主控電路板8會持續(xù)保持輸出液態(tài)金屬泄漏信號至監(jiān)測設備，直至液態(tài)金屬泄漏信號被解除或人為的重啟主控電路板8。圖4表示系統(tǒng)測控時序示意圖。本發(fā)明液態(tài)金屬泄漏監(jiān)測系統(tǒng)所涉及的測控信號包括輸入探針監(jiān)測信號，控制輸出探針信號和系統(tǒng)輸出泄漏信號。在實施過程中，其具體時序關系如下1、當輸出探針I(yè)和輸入探針4被泄漏的液態(tài)金屬導通后，會從輸入探針輸出一個24V直流電壓信號，同時，該信號會觸發(fā)主控芯片STC12C5A60S2單片機切斷加在輸出探針I(yè)上的24V直流電壓信號，從輸入探針監(jiān)測到24V直流電壓信號至輸出探針信號被切斷之間的延時為tl，該延時的時間在I μ s以內。切斷信號作用時間為t2，在本發(fā)明中其持續(xù)時間在5μ s左右。由上可知，在整個監(jiān)測過程中從輸入探針監(jiān)測到信號至加在輸出探針上的信號被切斷所持續(xù)的時間不超過10 μ S。2、主控芯片STC12C5A60S2被觸發(fā)后會輸出液態(tài)金屬泄漏信號至其他的監(jiān)測設備，該過程是通過主控芯片I/o引腳輸出信號控制三極管和場效應管單元來實現的，從輸入探針監(jiān)測到泄漏信號至主控芯片輸出泄漏信號之間的延時為t3，在本發(fā)明中，其值約為15 μ S。該信號需要持續(xù)保持一段時間t4，以保證能充分的被其它監(jiān)測設備采集到并響應。本發(fā)明中，該保持時間最短為Is。本發(fā)明裝置克服了傳統(tǒng)探針式液態(tài)金屬泄漏檢測的缺點，使其適用范圍更廣，維護更加方便，并可以集成多點液態(tài)金屬泄漏檢測裝置。本發(fā)明未詳細闡述的部分屬于本領域公知技術。盡管上面對本發(fā)明說明性的具體實施方式
進行了描述，以便于本技術領的技術人員理解本發(fā)明，但應該清楚，本發(fā)明不限于具體實施方式
的范圍，對本技術領域的普通技術人員來講，只要各種變化在所附的權利要求限定和確定的本發(fā)明的精神和范圍內，這些變化是顯而易見的，一切利用本發(fā)明構思的發(fā)明創(chuàng)造均在保護之列。
權利要求
1.一種探針式高頻響液態(tài)金屬泄漏檢測裝置，其特征在于該裝置包括輸出探針(I)、輸出探針固定卡件(2)、輸入探針固定卡件(3)、輸入探針(4)、接線端子(6)、檢測設備(J)、主控電路板(8)和24V直流電源(9) ;24V直流電源(9)接至主控電路板(8)，主控電路板(8)的輸出端口連接至接線端子(6)，輸出探針(I)和輸入探針(4)分別連接至接線端子(6)上，輸出探針(I)固定在輸出探針固定卡件(2)上，輸入探針(4)固定在輸入探針固定卡件(3)上，輸出探針固定卡件(2)和輸入探針固定卡件(3)固定在被測管道(5)上，其中液態(tài)金屬在管道(5)內；其工作過程如下24V直流電源(9)輸出24V直流電供主控電路板(8)使用，主控電路板的接線端子(6)連接至輸出探針(I)，輸出探針(I)為一輸出+24V電極，此時，輸出探針(I)和輸入探針(4)之間沒有導通形成閉合回路，當有液態(tài)金屬泄漏時，液態(tài)金屬在重力作用下會流經輸出探針(I)和輸入探針(4)，造成輸出探針(I)和輸入探針(4)導通，形成閉合回路；而輸入探針(4) 一端連接至接線端子(6)，會將泄漏信號傳輸至主控電路板(8);主控電路板(8)記錄泄漏信號并輸出泄漏信號至其它檢測設備(7)，同時，主控電路板(8)會在IOys內切斷輸出探針(I)的輸出電壓信號，保證液態(tài)金屬或管道處于無電狀態(tài)，從而不會影響其它安裝在管道(5)上的傳感器的正常使用。
2.根據權利要求1所述探針式高頻響液態(tài)金屬泄漏檢測裝置，其特征在于，所述的輸出探針固定卡件(2)和輸入探針固定卡件(3)能夠適應不同管道(5)管徑的固定要求，適用管道管徑范圍為16mm — 120mm,其安裝靈活,便于拆卸和維護。
3.根據權利要求1所述探針式高頻響液態(tài)金屬泄漏檢測裝置，其特征在于，所述的主控電路板(8)能夠在無液態(tài)金屬泄漏情況下，供24V直流電給輸出探針(1)，當有液態(tài)金屬泄漏導通輸出探針(I)和輸入探針(4)時，獲取金屬泄漏信號并輸出該信號至檢測設備(7),同時，能在IOys內切斷輸出探針(I)的電壓信號，從而避免因液態(tài)金屬或管道帶電而影響其它安裝在管道(5 )或與液態(tài)金屬直接相接觸的傳感器工作。
全文摘要
本發(fā)明提供一種探針式高頻響液態(tài)金屬泄漏檢測裝置，包括輸出探針、輸入探針、輸出探針固定卡件、輸入探針固定卡件、24V直流電源、主控電路板和接線端子，主控電路板引出的接線端子連接輸出探針和輸入探針，輸出探針和輸入探針由固定卡件固定在液態(tài)金屬泄漏處。當有液態(tài)金屬泄漏時，輸出探針和輸入探針便會導通，導通過程中會觸發(fā)主控電路板，由主控電路板輸出導通信號供其它檢測設備使用。同時，主控電路板會在10μs內切斷輸出探針的輸出信號，防止由于輸出探針信號的緣故導致整個液態(tài)金屬及其管道帶電，從而影響其它與液態(tài)金屬或管道相接觸傳感器的工作。該裝置可快速檢測泄漏和輸出泄漏信號，并能及時切斷因液態(tài)金屬導通所產生的探針信號的輸出。
文檔編號G01V3/02GK103018780SQ201210591619
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月31日 優(yōu)先權日2012年12月31日
發(fā)明者姚傳明, 朱志強, 黃群英 申請人:中國科學院合肥物質科學研究院