浮子式液位計的製作方法

2023-12-02 07:04:41 2

專利名稱：浮子式液位計的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及液位測量的浮子式液位計。
已有技術如人們熟知的上海自動化儀表四廠，大連第五儀表廠，北京自動化儀表四廠和美國VAREC公司生產的浮子式液位計，其浮子與平衡器(如重錘或恆力發條)用帶子連接起來置於滑輪上，液位變化時，通過帶子帶動多個多位組合碼盤旋轉，進位靠撥齒，碼盤的編碼採用循環碼或BCD碼，每個碼盤多個碼道，對著每個碼道安放一個發信元件，對發信元件輸出編碼處理換算即可獲知液位。變送器多採用光電發信方式。該種液位計精度高，易於與計算機聯接，直觀，但尚有如下不足1.光電發信方式雖利於縮小體積，提高精度，但易受溫度、溼度、灰塵、蒸汽、腐蝕及光電元件性能變化影響使用。用於有壓密閉容器而將發信元件裝入容器時製造工藝複雜，成本高。而採用電磁碼盤用於隔離場合時，鑑於發信元件對著碼盤盤面安裝，使隔離室製作困難，且使整機體積大，製造、維護費用增加。2.某些場合需要採用耦合精確，製作麻煩的磁耦合機構或採用液封機構。採用液封介質存在高溫揮發，低溫結凍，與被測介質發生反應或物理作用及易汙染被測介質等問題。3.現行的專用碼盤造價高，信號線多，製造、維修困難，可靠性差，為減少信號傳輸線，現場需裝設複雜的處理轉換運算電路，使用溫度受到限制。4.為消除非單值性誤差及所採用的數據處理方法使電路相對複雜。5.實現大量程的準確測量較困難，既使實現裝置將較複雜，元器件多，故障率高，維修更加困難。
本實用新型的目的在於可服現有技術的不足，提供量程大、造價低、易於製造和維修，結構簡單、精度高、適用範圍寬廣的浮子式液位計。
本實用新型的另一個目的是消除人們所採用的液封或磁耦合機構後仍能滿足諸如防爆等級要求高，密閉有壓等多種苛刻場合的液位的大量程計測的浮子式液位計。
本實用新型還有一個目的是簡化數據變送處理系統，提高其可使用可靠性。
本實用新型的額外目的是提供新型的校零和平衡機構。
本實用新型是這樣實現的它包括浮子、轉輪、兩端分別連接轉輪和浮子的絲、繩或帶子，平衡器，處理顯示系統及與轉輪同軸相連且兩兩之間由減速器連接起來的兩個或更多的360°的角度變送器，其特徵是每個角度變送器是一個圓盤，圓盤圓周上鑲裝一塊磁鋼，沿圓盤周向對著磁鋼移動的位置非接觸地均布一圈並聯到兩根導線上的幹簧管或磁吸合開關，兩兩幹簧管或磁吸合開關間的其中一根導線上，接有電阻，每個角度變送器的導線通過信號線與處理顯示系統相連。該結構的液位變送器不是採用組合碼盤靠躍進齒輪和編碼進位、用校驗碼或邏輯糾錯的方式原理工作，而是採用人們熟知並廣泛使用的磁浮子液位計的變送方式，即磁鋼轉至不同位置作用於不同的幹簧管或磁吸合開關切換出不同的電阻值轉換出磁鋼所處的角位置，並進而得出每個角度變送器在360°平面坐標上的轉角。此時，若一圈內的幹簧管或磁吸合開關較多可能導致誤差大時，可以按前述原理將整圈均布的幹簧管或磁吸合開關所在的導線沿排列方向分成若干段，每段均以同上的方式通過信號線與處理顯示系統相連。角度變送器亦可以採用旋轉電位器，旋轉電容器或旋轉變壓器等，原理類似。
其工作原理和數據處理過程為液位變化時，浮子與平衡機構的共同作用使轉輪帶動幾個角度變送器逐位按一定的減速比隨轉輪轉動。低位變送器每轉一周，相對高一位的變送器轉過N個幹簧管或磁吸合開關或產生一定量的電量變化，即切換出幾個不同的電阻值或切換出新的電信號，其後的角度變送器依次類推。浮子的直線位置對應著所用的幾個角度變送器的唯一信號的組合，即只表示一個位置。其數據處理過程為高位角度變送器的信號測算知相鄰低一位的角度變送器轉過360°Xn＋ψ±x的角度(n＝0，1，2……i，n)，ψ為角度值，x為相連的高低位變送器之間機械、電器、傳動鏈等因素產生的最大角位移變送誤差值，則相鄰低一位的角度變送器的角位移為360°×n＋ψ－x～360°×n＋ψ＋x中的一個數值，為避免出現雙值，保證低一位的角度變送器的角位置在360°的平面坐標上單值地落在ψ－x～ψ＋x所決定的區域內，應使x小於180°讀出低一位的角度變送器零點在坐標上相對於ψ角的角度β，以液位上升時的旋轉方向為正，另一個方向為負，則低一位的角度變送器的角位移量為360°×n＋ψ＋β，依此原理逐位確定即可得出轉輪角位移量，該角位移量與浮子位置變化量成正比，經處理顯示系統換算得知實際液位。為保證前述的相鄰兩位的角度變送誤差小於180°，假如高位的角度變送器在確定比其相鄰低位的角度變送器的角位移量的誤差對應高位變送器的±1個電阻變化量時，為保證數值確定的單值性，應使低位的角度變送器每轉一周，相鄰高位的角度變送器至少依次切換出三個電阻值或依排列順序依次分別作用於三個幹簧管或此吸合開關，同理，誤差為±Y個電阻變化量時，應依照排列順序切換出2Y＋1個不同的電阻值或依排列順序分別依次作用於2Y＋1個幹簧管或磁吸合開關。依照上述，若採用循環碼碼盤，誤差為±Y個數碼時，應使低位碼盤每轉一周，相鄰的高位碼盤依次通過2Y＋1個數碼。同理，用旋轉電位器、旋轉電容器或旋轉變壓器時，為保證數值確定的單值性，應使低位每轉一周，相鄰高位的電量變化量應大於相鄰兩位變送器之間所有的誤差的兩倍轉換為電量的值。
本實用新型用於有壓密閉或防爆等級要求較高等場合時，最好採用電磁感應發信方式來消除液封或磁耦合機構，其實現方案是在上述已有的浮子式液位計上增加一個用諸如1Cr18Ni9Ti等非導磁材料製作的且與被測的容器相通的隔離室固定於容器的上方，其特點是檢測和機械變送器部分在隔離室內，幹簧管或磁吸合開關在隔離室的外部。
本實用新型用於有壓密閉或防爆等級要求較高等場合的另一個實現方案是它包括浮子、轉輪、兩端分別連接轉輪和浮子的絲、繩或帶子、平衡器，數據處理顯示系統及兩兩之間由減速器連接起來的兩個或更多的360°的角度變送器以及一個用非磁性材料製作且與容器相通並固定的隔離室，其特徵是角度變送器與轉輪同軸連接。其特徵還在於角度變送器是鐵磁性材料的圓盤的徑向表面上沿旋轉方向編有凸凹循環碼的碼盤，在隔離室外部對著每條碼道安放一個電磁感應發信元件。對應的發信元件是磁讀頭。碼盤可以是在上述碼盤上有塊磁極位於碼盤中心線與碼盤同軸相連的磁鋼替代現行的鑲裝磁鋼的碼盤。對應使用的發信元件是幹簧管，磁吸合開關，霍爾或磁敏元件中的一種，發信元件的信導線與處理顯示系統相連。
本實用新型的隔離室厚度較大影響信號發信時，可以穿過隔離室在發信元件與碼道之間鑲裝導磁棒。
採用本實用新型，為減小體積，提高靈敏度，應力求使與轉輪相連的最低位的角度變送器解析度高，可以在轉輪與最低位角度變送器之間裝一個輸入軸與轉輪軸相連，輸出軸與最低位角度變送器相連的增速器。
本實用新型的平衡器可以是平衡塊，可以是恆力發條，亦可以採用磁能機來實現。磁能機的結構和原理在CN86107148A公開的磁能機的說明書中已有詳盡介紹。將磁能機的轉子同軸連到轉輪上，使之與定子構成的旋轉力矩與浮子對轉輪的重力矩方向相反構成平衡。為降低波動和對磁能機旋轉力矩大小的要求，可以在磁能機與轉輪之間加一個輸入軸與磁能機轉子軸相連，輸出軸與轉輪軸相連的減速器。該種平衡機構可免除採用過長的恆力發條或大量程時用平衡錘的鱉端。
本實用新型還提供了如下用於校零的裝置，它是利用電磁感應的渦流效應這樣來實現的轉輪軸上同軸地裝一個鐵磁性材料的圓盤，將u型磁鋼的兩極對著圓盤非接觸地對稱安裝，並靠近圓盤，u型磁鋼的中心對稱裝入與轉輪軸同軸安裝的電機上，當u型磁鋼隨電機旋轉時，圓盤產生渦流磁場阻礙磁鋼與圓盤的相對運動，使圓盤產生旋轉力矩，校零可通過該力矩與平衡的力矩共同作用將浮子提至容器上方預定的位置進行。亦可使浮子比重大於被測液比重，通過該渦流效應的力矩反向作用，將浮子沉入容器下方預定的位置進行。渦流效應的力矩應保證不致將連接浮子的絲、繩或帶子拉斷。採用將浮子沉入液體的方式校零時，應使渦流效應的力矩大於使浮子沉入液體所需的力矩且小於平衡器對轉輪的力矩。其校零過程為當電機轉至變送器輸出無變化時，得知浮子相對給定校驗位置的偏差值，將該偏差值在處理顯示系統中進行補償、修正或以偏差為給定的零點經電路處理即可消除。校零可手動進行，亦可由處理系統自動進行。
為降低對渦流效應力矩大小的要求，可以在鐵磁性材料的圓盤與轉輪之間設置一個輸入軸與圓盤軸相連，輸出軸與轉輪軸相連的減速器，有壓密閉容器場合使用時，電機及其相連的u刑磁鋼與鐵磁性材料的圓盤之間被隔離室隔開。
某些場合由於液體波動或衝擊浮子或其它因素會導致轉輪上的絲、繩松馳變亂而影響使用時，可以採取在浮子上方連接浮子的絲、繩上與浮子相距一定間距再裝一個重塊。使絲、繩在浮子上下波動、跳躍等現象產生時，重塊的重力仍能保證絲、繩受有一定的拉力而不致松馳變亂。
由於氣體導熱不良，為提高適用範圍，可以在隔離室與容器上方的法蘭之間加設隔熱密封墊，墊上開設不影響絲、繩、帶子通過的小孔，以減少氣體在隔離室內的對流量，該隔熱墊可同時起擋塊的作用。
為便於遠傳，減少電纜數，節省安裝和維修費用，簡化現場電路部分，可在信號線上靠近變送器處裝設多路自動切換開關，依次分別切換出每個角度變送器的量經信號線傳至處理顯示系統中，亦可在該處設V／I、V／F等電量變換器件改變電參數以利於信號遠傳，以上兩者視場合或選用的器件確定是否設置其中的一個或全部裝設。裝設上述器件後，識別信號來之哪路變送器可以用如下方式來實現幾個變送器可以設置成不同的電量工作區域，如低位角度變送器在1－3V內變化，相鄰高位的在5－7V內工作，再高一位的在9－11V內工作，依此類推。亦可採用電流參數。次外，亦可利用每個變送器的切換時間長短不同由主機來辯別信號來之哪個角度變送器。還可利用每個變送器的信號切換前，先切換出一個零位信號，其後依次切換而來的信號逐個從低位到高位或高位到低位順序排列傳至主機，由主機以零位信號作起點，判別出其後的每個信號來之哪位變送器，依此循環。另外可利用V／F器件將每個變送器轉換出來的處於不同工作區域的頻率信號通過兩根信號線傳至主機，由主機進行頻譜分析將每個變送器的頻率參數分離出來供分析計算。
本實用新型具有如下特點1、量程大，成本低，可靠性高。這是因為本實用新型設計並採用了結構簡單，成本低，信號線少，數據處理方法簡單，且可實現大量程測量的液位變送器。2、適用範圍廣闊，這是由於本實用新型既考慮了大量程、高精度的實現，又考慮了有壓密閉容器或防爆等場所的可靠使用。還考慮了利用重塊消除波動，衝擊對使用的影響和限制。3、消除了一些場合所採用的液封或磁耦合機構及結構複雜的隔離室對精度，適用範圍和成本的影響。4、整機易於製造和維護。5、提供了新型校零機構使精度得以提高。6、提出了用磁能機代替現有的平衡器避免了採用很長的恆力發條或用平衡塊時需附設軌絲等導向結構的弊端。
附圖及圖面的說明

圖1是本實用新型浮子式液位計的一個實施例圖。
圖2是本實用新型浮子式液位計的一種360°的角度變送器結構示意圖圖3是本實用新型浮子式液位計圖2所示的360°的角度變送器的變送原理圖。
圖4是本實用新型浮子式液位計的另一個實施例圖。
圖5是本實用新型浮子式液位計的另一種360°的角度變送器的結構示意圖。
圖6是本實用新型浮子式液位計的又一種360°的角度變送器的結構示意圖圖7是本實用新型浮子式液位計的處理顯示系統框圖。
參照圖1、圖2和圖3，它主要包括浮子(1)，絲，繩或帶子(3)，轉輪(4)，平衡塊(12)，轉輪(4)驅動的360°的角度變送器(8)，最低位的角度變送器(8)與轉輪(4)同軸連接，其後兩兩之間均通過減速器(9)依次連接起來，角度變送器(8)的發信元件與數據處理顯示系統(11)用信號線(10)連接起來。本實施例中，角度變送器(8)通常最好採用360°的旋轉電位器，旋轉電容器，旋轉變壓器等價廉的變送器。此時，若欲提高精度，與轉輪(4)相連的最低位的角度變送器(8)最好採用分辨較高的循環碼碼盤。角度變送器(8)還可以這樣構成，一個圓盤(8－1)的徑向表面上鑲裝一塊磁鋼(8－2)對著磁鋼(8－2)沿圓周方向整圈均布數個幹簧管或磁吸合開關(8－3)，幹簧管或磁吸合開關(8－3)並聯到導線(8－5)上，其中一根導線(8－5)上的兩兩幹簧管或磁吸合開關(8－3)之間接有電阻(8－4)，為提高測量的靈敏度，轉輪(4)與變送器(8)之間裝有輸入軸與轉輪軸相連，輸出軸與最低位的角度變送器(8)相連的增速器(7)，浮子(1)上方的絲，繩上還可以裝一個重塊(2)來防止被測液(13)波動大時，絲、繩鬆弛可能產生的混亂。平衡機構還可以用一個磁能機(5)，將磁能機(5)的轉子軸與轉輪(4)同軸連接，中間可加減速器(6)。
圖(4)所示是本實用新型又一實施例，該例中增加了與容器(20)相通並在容器(20)上方法蘭固定的隔離室(18)，檢測部分和機械變送部分在隔離室(18)內，角度變送器採用電磁感應發信方式，對應的發信元件(8－3)在隔離室(18)的外部。穿過隔離室(18)在變送器機構和發信元件(8－3)之間，可固定導磁棒(22)，以利於發信，鐵磁性材料圓盤(15)和u形磁鋼(16)及電機(17)構成了校零機構。(14)為減速器。(19)為隔熱墊，其上開有小孔(21)。本實施例中，角度變送器最好採用前述的圓盤(8－1)，磁鋼(8－2)，發信元件(8－3)，導線(8－5)，電阻(8－4)組成的結構。平衡機構同樣可以採用轉輪(4)相連的磁能機(5)或同時在磁能機(5)與轉輪(4)之間加有減速器(6)，浮子上方亦可設置重塊(2)，(22)為導磁棒，(7)為增速器，(12)為平衡塊，(11)為處理顯示系統，(8)為角度變送器，(9)為減速器，(10)為信號線。
圖5是本實用新型的另一種角度變送器，亦稱碼盤，其中(8－1)為鐵磁性材料的圓盤，圓盤(8－1)的圓周徑向表面上有凸凹的循環碼(8－6)，對應的發信元件(8－3)是磁讀頭。
圖6是本實用新型的又一種角度變送器，亦稱碼盤，鐵磁性材料圓盤(8－1)的圓周徑向表面上制有凸凹循環碼(8－6)，一塊磁鋼(8－7)的兩極位於圓盤(8－1)的軸線上與圓盤(8－1)同軸相連，對應的發信元件(8－3)是幹簧管、磁吸合開關、霍爾或磁敏元件。該結構與圖5所示結構的變送器易於滿足隔離場合的發信，較之現有的鑲裝磁鋼的碼盤製造工藝簡單，成本低，且由於將發信元件對碼盤軸向面安裝改為沿圓盤徑向表面的安裝方式，使發信元件(8－3)在隔離室(18)的外部安裝時，較之採用軸向面編碼的碼盤時，隔離室製作工藝大大簡化。
權利要求1.一種浮子式液位計，包括浮子(1)，轉輪(4)，兩端分別連接轉輪(4)和浮子(1)的絲、繩或帶子(3)，平衡器，數據處理顯示系統(11)及與轉輪(4)同軸連接且兩兩之間由減速器(9)連接起來的兩個或更多的360°的角度變送器(8)，其特徵是角度變送器(8)是一個圓盤(8-1)，圓盤(8-1)的圓周上鑲裝一塊磁鋼(8-2)，沿圓盤周向對著磁鋼移動位置非接觸地均布一圈並聯在兩根導線(8-5)上的幹簧管或磁吸合開關(8-3)，一根導線(8-5)上兩兩幹簧管或磁吸合開關(8-3)之間，接有電阻(8-4)，導線(8-5)通過信號線(10)與處理顯示系統(11)相連，或角度變送器(8)是旋轉電位器，旋轉電容器，旋轉變壓器中的一種。
2.根據權利要求1所述的浮子式液位計，其特徵在於容器(20)上方固定了一個非導磁性材料製作且與容器(20)相通的隔離室(18)，其特徵還在於角度變送器(8)是鐵磁性材料的圓盤(8－1)上的徑向表面上沿旋轉方向編有凸凹循環碼(8－6)的碼盤，在隔離室(18)的外部對著每條碼道安放一個電磁感應發信元件(8－3)，發信元件(8－3)通過信號線(10)與處理顯示系統(11)相連。
3.根據權利要求1所述的浮子式液位計，其特徵在於容器(20)上方固定了一個非導磁性材料製作且與容器(20)相通的隔離室(18)，幹簧管或磁吸合開關(8－3)在隔離室(18)的外部。
4.根據權利要求1所述的浮子式液位計，其特徵在於均布的一圈幹簧管或磁吸合開關(8－3)所在的導線(8－5)沿排列方向分成若干段，每段通過信號線(10)與處理顯示系統(11)相連。
5.根據權利要求1所述的浮子式液位計，其特徵在於信號線(10)上靠近變送器(8)處可設置自動切換開關。
6.根據權利要求2所述的浮子式液位計，其特徵在於所說的碼盤上有塊磁極位，於碼盤中心線與碼盤同軸相連的磁鋼(8－7)，所說的發信元件(8－3)是幹簧管，磁吸合開關，霍爾或磁敏元件中的一種。
7.根據權利要求1所述的浮子式液位計，其特徵在於信號線(10)上靠近變送器(8)處可設置V／I或V／F等利於信號遠傳的轉換器件。
8.根據權利要求1所述的浮子式液位計，其特徵在於所說的平衡器是轉子與轉輪(4)相連的磁能機(5)或恆力發條或轉輪(4)通過絲、繩、帶子(3)連接的平衡塊(12)。
9.根據權利要求5所述的浮子式液位計，其特徵在於自動切換開關後可裝設V／T、V／F等利於信號遠傳的轉換器件。
10.根據權利要求2所述的浮子液位計，其特徵在於轉輪(4)軸上同軸裝有一個鐵磁性材料的圓盤(15)，在隔離室(18)的外部，u形磁鋼(16)的兩極對稱靠近圓盤(15)，並對稱地固定在與轉輪(4)同軸安放的電機(17)的軸上。
11.根據權利要求2或3所述的浮子式液位計，其特徵在於隔離室(18)與容器(20)的法蘭之間，加有隔熱密封墊(19)，墊(19)上開有小孔(21)。
12.根據權利要求1所述的浮子式液位計，其特徵在於與轉輪(4)直接相連的最低位的角度變送器(8)是循環碼的碼盤。
專利摘要本實用新型涉及液位測量的浮子式液位計。它由浮子，平衡器，轉輪，絲、繩或帶子，處理顯示系統及與轉輪同軸連接且兩兩之間由減速器連接起來的360°的角度變送器組成，對角度變送器輸出的模擬或數字量處理獲知浮子的位置。利用碼盤徑向編碼和電磁感應隔離發信方式消除了液封或磁耦合或複雜的隔離機構。還利用磁能機替代平衡器，並利用渦流效應設計了校零機構。本實用新型適用範圍廣闊，量程大，精度高，結構簡單，成本低。
文檔編號G01F23/64GK2112810SQ9122814
公開日1992年8月12日 申請日期1991年11月5日 優先權日1991年11月5日
發明者王嘉賢 申請人:王嘉賢