專利名稱：導(dǎo)電液體液位測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種導(dǎo)電液體的液位測量裝置。
背景技術(shù)：
由于技術(shù)的飛速發(fā)展，目前水工或河工模型實(shí)驗(yàn)引入了大量儀器，用于實(shí)驗(yàn)過程中模型邊界條件的控制及各種水力要素的實(shí)時(shí)高精度測量。目前，用于測量水位的儀器較先進(jìn)的是跟蹤式光柵水位儀，它測量量程最大為350mm，0.02mm分辨率，盡管該儀器具備了較高性能的指標(biāo)，但仍存在著測量水位的光柵尺及測桿高度(也就是儀器高度)對工作環(huán)境有限制，如果要測量的水位有10m以上，那么該水位儀的測桿就隨之要有10m以上的高度來滿足測量，也就是說，傳統(tǒng)液位測量儀要么測量準(zhǔn)確度不能滿足要求，要么測量量程太小或儀器外形太高，使模型上的各類儀器不能同時(shí)協(xié)調(diào)工作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種導(dǎo)電液體的液位測量裝置，用金屬線或金屬帶替代改進(jìn)傳統(tǒng)的測桿，它能保證高準(zhǔn)確度測量前堤下，解決有較大測量量程和儀器外形高度的矛盾，同時(shí)還降低了測量成本，具有較大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
為此，本發(fā)明提供了一種導(dǎo)電液體的液位測量裝置，由與液面檢測電極及金屬線或金屬帶、卷繞輪連接的液面檢測模塊，與液面檢測模塊連接的接地電極，與步進(jìn)電機(jī)連接的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，與液面檢測模塊及電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路連接的處理與控制部分，與處理與控制部分連接的基面檢測電路，與基面檢測電路連接的基準(zhǔn)面?zhèn)鞲衅?，與處理與控制部分連接的顯示電路及工作電源組成，其特征在于與液面檢測電極有導(dǎo)電通路的機(jī)械部件全部固定在絕緣板上，使液面檢測電極與被測導(dǎo)電液體絕緣，絕緣板固定在裝置的底板上；所述的絕緣板上安裝有步進(jìn)電機(jī)軸及由它帶動(dòng)的卷繞輪、過輪，連接在卷繞輪、過輪上的金屬線或金屬帶，一個(gè)基準(zhǔn)面?zhèn)鞲衅?，連接在金屬線或金屬帶上的重垂及重垂基準(zhǔn)面、固定在重垂上的液面檢測電極。
本發(fā)明所述的導(dǎo)電液體液位測量裝置，其特征在于所述處理與控制部分包含一微處理機(jī)，所述微處理機(jī)具有通過測量從基面檢測電路發(fā)出信號到液面檢測模塊發(fā)出信號間卷繞輪卷過的角度計(jì)算導(dǎo)電液體的液位、單位轉(zhuǎn)換后送顯示電路顯示。
本發(fā)明所述的導(dǎo)電液體液位測量裝置，其特征在于所述裝置中的重垂下端有一空腔，在測量裝置長時(shí)間不使用或運(yùn)輸過程中，液面檢測電極針型端被置入重垂下端空腔中，保護(hù)該液面檢測電極不被損壞。
本發(fā)明所述的導(dǎo)電液體液位測量裝置，其特征在于所述裝置中的重垂足夠重，使金屬線或金屬帶張緊并垂直。
一種導(dǎo)電液體的液位測量裝置，其特征在于所述的測量裝置的測量方法如下測量時(shí)，本發(fā)明裝置安裝于被測液面上方，接地電極一端放入被測導(dǎo)電液體，一端通過導(dǎo)線接入液面檢測模塊；①確定導(dǎo)電液體液位基點(diǎn)開機(jī)通電后，處理與控制部分通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路控制電機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)卷繞輪轉(zhuǎn)動(dòng)，使金屬線或金屬帶卷入卷繞輪，從而使重垂及液面檢測電極垂直向上運(yùn)動(dòng)，直至基準(zhǔn)面?zhèn)鞲衅鳈z測到重垂基準(zhǔn)面，處理與控制部分把此時(shí)液面檢測電極針尖所處高程作為液位測量基點(diǎn)；②導(dǎo)電液體液位測量處理與控制部分通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路控制電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)卷繞輪轉(zhuǎn)動(dòng)，使金屬線或金屬帶卷出卷繞輪，從而使重垂及液面檢測電極垂直向下運(yùn)動(dòng)；處理與控制部分同時(shí)從基點(diǎn)開始測量卷繞輪轉(zhuǎn)過的角度并根據(jù)卷繞輪直徑計(jì)算卷出卷繞輪的金屬線或金屬帶的長度，直至處理與控制部分接收到接觸液面信號，從基點(diǎn)至液面檢測電極針尖接觸液面，卷繞輪卷出的金屬線或金屬帶的長度即為被測液面液位值；③顯示導(dǎo)電液體液位數(shù)值處理與控制部分進(jìn)行液位單位換算后送顯示電路顯示，完成導(dǎo)電液體液位測量。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本發(fā)明的電路原理框圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1和圖2所示，是本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，與液面檢測電極1有導(dǎo)電通路的機(jī)械部份由兩相混合式步進(jìn)電機(jī)(圖中未標(biāo)出)、步進(jìn)電機(jī)軸8、帶鏍紋的卷繞輪7、鋼絲繩6、重垂2、液面檢測電極1、重垂基準(zhǔn)面3、基面檢測傳感器4及過輪5組成；鋼絲繩6一端卷繞在卷繞輪7鏍紋內(nèi)，另一端通過過輪5連接在重垂基面3上，重垂下端固定液面檢測電極1，卷繞輪7直接固定在步進(jìn)電機(jī)軸8上，與液面檢測電極1有導(dǎo)電通路的機(jī)械部件全部固定安裝在絕緣板9上，使液面檢測電極1與被測導(dǎo)電液體絕緣，絕緣板固定在裝置的底板上。
如圖3所示，是本發(fā)明的電路原理框圖，主要由液面檢測模塊10、64細(xì)分恒流步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路14、2相混合式步進(jìn)電機(jī)16、處理與控制部分12、基面檢測電路11、顯示電路13、工作電源15等組成。接地電極放入被測液體且通過導(dǎo)線與液面檢測模塊10相連，液面檢測電極1通過重垂2、鋼絲繩6、卷繞輪7和電機(jī)軸8連接至液面檢測模塊10；工作電源給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路提供36V高壓電源，向其他電路提供5V工作電源。
上述電路中本實(shí)施例液面檢測模塊采用了芯片LM324、CD4046、CD4053，基面檢測電路采用了芯片LM339，處理與控制部分采用了芯片77E58，顯示電路采用了芯片74HC164、MC1413，電源電路采用了芯片7805，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路采用深圳雷賽公司的M535細(xì)分步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器；本發(fā)明電路部分不限制采用其它有相同功能的集成塊。
參見圖1、圖2、圖3，測量時(shí)，本發(fā)明裝置安裝于被測液面上方，接地電極放入被測液體且通過導(dǎo)線與液面檢測模塊10相連；在開機(jī)通電后，處理與控制部分12通過64細(xì)分恒流步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路14控制步進(jìn)電機(jī)16，使卷繞輪7逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，鋼絲繩6卷入卷繞輪7帶動(dòng)重垂2及液面檢測電極1垂直向上運(yùn)動(dòng)，當(dāng)重垂基面3上升至基準(zhǔn)面?zhèn)鞲衅魈幉⒈粰z測到時(shí)，基面檢測電路11向處理與控制部分12發(fā)出信號，處理與控制部分12將此時(shí)液面檢測電極針尖所處位置作為液面液位基點(diǎn)；之后，通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路14控制步進(jìn)電機(jī)16，使卷繞輪7順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，鋼絲繩6卷出卷繞輪7，在重垂重力作用下，重垂2、液面檢測電極1垂直向下運(yùn)動(dòng)并張緊鋼絲繩6，處理與控制部分12同時(shí)測量步進(jìn)電機(jī)細(xì)分步進(jìn)數(shù)，當(dāng)液面檢測電極與被測液面接觸時(shí)，液面檢測電極與接地電極間電阻率減小，當(dāng)兩極電阻率小于設(shè)定值時(shí)，液面檢測模塊10檢測到后向處理與控制部分12發(fā)出信號，處理與控制部分12通過從基面檢測電路11發(fā)出信號到液面檢測模塊10發(fā)出信號間步進(jìn)電機(jī)走過的細(xì)分步數(shù)、卷繞輪等效直徑、基點(diǎn)高程三個(gè)量按公式(1)和公式(2)進(jìn)行液面液位的計(jì)算，經(jīng)單位轉(zhuǎn)換后送顯示電路13顯示，完成導(dǎo)電液體的液位測量。
N=360P12800---(1)]]>其中 N卷繞輪卷過的角度；P為步進(jìn)電機(jī)走過的64細(xì)分步數(shù)。
H=H0-NDπ360---(2)]]>其中 H為被測液面液位；H0為基點(diǎn)高程，為事先設(shè)定的常數(shù)；N為從基點(diǎn)開始至液面檢測電極針尖接觸液面，卷繞輪轉(zhuǎn)過的角度；D為卷繞輪等效直徑。
下面將依照上述本發(fā)明裝置作進(jìn)一步的實(shí)際測量舉例實(shí)施例1本發(fā)明裝置測量量程最大為2000mm，卷繞輪直徑為32mm，測量分辨率為0.01mm，測量準(zhǔn)確度為0.1mm，按圖1結(jié)構(gòu)示意圖的方法，采用57BYG二相混合式步進(jìn)電機(jī)，整步步距角為1.8°，裝置整體高度105mm，在保證高準(zhǔn)確度測量前堤下，很好地解決了實(shí)測量程。
本實(shí)施例1誤差測試表見附表，被測液體為飲用水，水位單位為mm。
實(shí)施例2本發(fā)明裝置測量量程最大為10000mm，卷繞輪直徑為150mm，按圖2結(jié)構(gòu)示意圖的方法，采用86BYG二相混合式步進(jìn)電機(jī)，整步步距角為1.8°，裝置整體高度250mm，在保證高準(zhǔn)確度測量前堤下，很好地解決了實(shí)測量程。
誤差測試表附表

權(quán)利要求
1.一種導(dǎo)電液體的液位測量裝置，由與液面檢測電極(1)及金屬線或金屬帶(6)、卷繞輪(7)連接的液面檢測模塊(10)，與液面檢測模塊(10)連接的接地電極，與步進(jìn)電機(jī)(16)連接的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路(14)，與液面檢測模塊(10)及電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路(14)連接的處理與控制部分(12)，與處理與控制部分(12)連接的基面檢測電路(11)，與基面檢測電路(11)連接的基準(zhǔn)面?zhèn)鞲衅?4)，與處理與控制部分(12)連接的顯示電路(13)及工作電源(15)組成，其特征在于與液面檢測電極(1)有導(dǎo)電通路的機(jī)械部件全部固定在絕緣板(9)上，使液面檢測電極(1)與被測導(dǎo)電液體絕緣；所述的絕緣板(9)上安裝有步進(jìn)電機(jī)軸(8)及由它帶動(dòng)的卷繞輪(7)、過輪(5)，連接在卷繞輪(7)、過輪(5)上的金屬線或金屬帶(6)，一個(gè)基準(zhǔn)面?zhèn)鞲衅?4)，連接在金屬線或金屬帶(6)上的重垂(2)及重垂基準(zhǔn)面(3)、固定在重垂(2)上的液面檢測電極(1)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)電液體的液位測量裝置，其特征在于處理與控制部分(12)包含一微處理機(jī)，所述微處理機(jī)具有通過測量從基面檢測電路(11)發(fā)出信號到液面檢測模塊(10)發(fā)出信號間卷繞輪(7)轉(zhuǎn)過的角度計(jì)算導(dǎo)電液體的液位、經(jīng)單位轉(zhuǎn)換后送顯示電路(13)顯示。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)電液體液位測量裝置，其特征在于該裝置中的重垂(2)下端有一空腔，在測量裝置長時(shí)間不使用或運(yùn)輸過程中，液面檢測電極(1)針型端被置入重垂(2)下端空腔中，保護(hù)該液面檢測電極(1)不被損壞。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)電液體液位測量裝置，其特征在于該裝置中的重垂(2)足夠重，使金屬線或金屬帶(6)張緊并垂直。
5.一種導(dǎo)電液體的液位測量裝置，其特征在于所述的測量裝置的測量方法如下測量時(shí)，本發(fā)明裝置安裝于被測液面上方，接地電極放入被測液體且通過導(dǎo)線與液面檢測模塊(10)相連；①確定導(dǎo)電液體液位基點(diǎn)開機(jī)通電后，處理與控制部分(12)通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路(14)控制電機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)卷繞輪(7)轉(zhuǎn)動(dòng)，使金屬線或金屬帶(6)卷入卷繞輪(7)，從而使重垂(2)及液面檢測電極(1)垂直向上運(yùn)動(dòng)，直至基準(zhǔn)面?zhèn)鞲衅?4)檢測到重垂基準(zhǔn)面(3)，處理與控制部分(12)把此時(shí)液面檢測電極(1)針尖所處高程作為液位測量基點(diǎn)；②導(dǎo)電液體液位測量處理與控制部分(12)通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路(14)控制電機(jī)(16)反向轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)卷繞輪(7)轉(zhuǎn)動(dòng)，使金屬線或金屬帶(6)卷出卷繞輪(7)，從而使重垂(2)及液面檢測電極(1)垂直向下運(yùn)動(dòng)；處理與控制部分(12)同時(shí)從基點(diǎn)開始測量卷繞輪(7)轉(zhuǎn)過的角度并根據(jù)卷繞輪(7)直徑計(jì)算卷出卷繞輪(7)的金屬線或金屬帶(6)的長度，直至處理與控制部分(12)接收到接觸液面信號，從基點(diǎn)至液面檢測電極(1)針尖接觸液面，卷繞輪(7)卷出的金屬線或金屬帶(6)的長度即為被測液面液位值；③顯示導(dǎo)電液體液位數(shù)值處理與控制部分(12)進(jìn)行液位數(shù)值換算送顯示電路(13)顯示，完成導(dǎo)電液體液位測量。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種導(dǎo)電液體的液位測量裝置，由步進(jìn)電機(jī)(16)、電機(jī)軸(8)、卷繞輪(7)、金屬線(6)、過輪(5)、重垂基面(3)，重垂(2)、液面檢測電極(1)、基面檢測傳感器(4)、接地電極、液面檢測模塊(10)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路(14)、處理與控制部分(12)、基面檢測電路(11)、顯示電路(13)及工作電源(15)組成。本裝置測量時(shí)，接地電極放入被測液體且通過導(dǎo)線連接液面檢測模塊(10)，處理與控制部分(12)通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路(14)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，測量從檢測到重垂基準(zhǔn)面(3)開始到檢測到液面為止的卷出卷繞輪(7)的金屬線或金屬帶(6)的長度，即為液面高程。
文檔編號G01F23/00GK1776376SQ20051001992
公開日2006年5月24日 申請日期2005年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月1日
發(fā)明者李旺興, 肖方祥, 崔承章 申請人:武漢大學(xué)