光電式滑輪編碼液位儀的製作方法

2023-07-27 06:58:11 2

專利名稱：光電式滑輪編碼液位儀的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於測量儀表，用於測量容器內部液面的高度。
傳統的石油、化工、電力等部門所用的浮子式液位儀，大多是採用浮子隨液面升降的直線運動，經鋼絲繩、導向滑輪等傳遞部件，使用機械變速機構的高低位數兩級編碼器的傳感方式，以實現五位數字的液位顯示，但其傳動機構較複雜，導致傳動誤差大而影響液位的測量精度，為改變這一現狀，CN85203066提出了一種新型的光電攝象液位儀，其測量機構的主測元件為一根由浮子直接帶動並與浮子同步運動的鋼碼帶，鋼碼帶的正面刻有明暗相間的高低位編碼圖形。用光電攝象器攝象後，光信息碼變成電信息碼，經放大器放大後遙傳至格雷碼顯示儀，用於遙測，鋼碼帶的背面為米制刻度尺，最小讀數為毫米，用於就地觀測。但因其編碼圖形因磨擦退色和老化，以及光電檢測頭適用室外工作環境性能差等多種因素，使其儀表的性能不夠穩定。
本實用新型的目的是利用傳動鋼帶(或鋼絲繩)驅動低位數的光電式滑輪編碼器傳感方式，採用雙向自控電磁計數器或電子計算機，構成一種能顯示五位數字、連續測試、結構簡單和性能穩定的新型液位儀。
本實用新型即不採用帶變速機構的高低位兩級編碼器，也不使用制碼誤差大、運行不平穩的傳動鋼帶式編碼器。而是利用傳動鋼帶直接驅動光電式滑輪編碼器的獨特傳感方式，光電式滑輪編碼器它具有導向滑輪(或傳動滑輪)和編碼器的雙重功能，其上面的低位數編碼信息則通過非功能式透射型光纖檢測頭(或透射型型光電式檢測頭)傳輸至二次儀表。光電式滑輪編碼器由低位數向高位數的進位和計數，則通過雙向自控電磁計數器或電子計算機轉換和傳輸。本實用新型設計的光電式滑輪編碼液位儀解決了低位數的光電式滑輪編碼器的傳動機構和其轉動一周以上的數據顯示、信號保留與輸出的技術問題，從而提出了雙向自控電磁計數器或電子計算機處理系統。
下面舉一實施例對本實用新型作進一步介紹在浮子式液位傳感元件與配重之間的傳動機構中，利用傳動鋼帶與導向滑輪的同步運動和導向滑輪的轉動周數與周長的乘積等於浮子的位移量這一原理，而設計的《光電式滑輪編碼液位儀》如

圖1所示，它主要包括浮子(1)、傳動鋼帶(2)、導向滑輪(3)、V型液封(4)、護套(5)、配重(6)、非功能式透射型光纖檢測頭(7)、光電式滑輪編碼器(10)和二次儀表中的信號處理電路、雙向自控電磁計數器或電子計算機和數字顯示等部分。傳動鋼帶(2)在隨著浮子(1)做同步運動的同時，它又作為主傳動件而驅動光電式滑輪編碼器(10)作旋轉運動，二者接觸時所產生的摩擦力矩M大於光電式滑輪編碼器(10)本身所產生的摩擦阻力矩M，又因為它們之間受力狀況的特殊性，也不存在產生彈性滑動的因素，所以能夠實現同步運動，使傳動鋼帶(2)直接驅動光電式滑輪編碼器(10)的傳動能夠成立。光電式滑輪編碼器(10)，在被傳動鋼帶(2)帶動旋轉時，其上的格雷碼信息通過非功能式透射型光纖檢測頭(7)傳輸至二次儀表中，低位數的格雷碼信號，經信號處理電路可直接由顯示儀顯示出低位數的液位高度；而光電式滑輪編碼器(10)由低位數向高位數的進位和計數，則需要由雙向自控電磁計數器或電子計算機轉換後，由顯示儀顯示出高位數的液位高度，從而構成一種可顯示五位數字的液位儀。
傳動鋼帶(2)穿過V型液封(4)，是用於阻止液體(12)的蒸氣進入儀表箱(11)內。
在傳動鋼帶(2)的一面刻印著十釐米級的刻度值，與最小刻度值為1毫米、量程0～10釐米的固定標尺(9)配合使用，即可在現場由觀察孔(8)直接讀數。
光電式滑輪編碼器是將液位高度轉換成格雷碼信息的一種傳感器。結構如圖2所示，它主要由導向滑輪(6)和編碼器(1)組成，二者通過鎖緊螺釘(5)連接一體。導向滑輪(6)由傳動鋼帶(2)直接驅動旋轉，其中轉動周數與周長的乘積等於傳動鋼帶(2)的位移量，因此，依據導向滑輪(6)的周長(L＝πD)、按著格雷碼的編碼程序、沿著編碼器(1)的圓周方向或側面製作個位～百位數的透光孔碼道，其編碼信號通過非功能式透射型光纖檢測頭(4)或光電檢測頭傳輸至二次儀表。
導向滑輪(6)的另一方案，是用帶有若干個齒的齒星輪來代替導向滑輪(6)，與編碼器(1)組合成《光電式齒星輪編碼器》，齒星輪的轉動須由與之相齒合的有孔的傳動鋼帶(2)驅動。
圖3是一種非功能式透射型光纖檢測頭的原理方框圖。它是由光源S、發送光纖束A(包括光纖接收端頭1、發送端頭2)、接收光纖束B(包括光纖接收端頭3、發送端頭4)、光電接收器G、光纖組合器5和電源等組成。
光源S發射的光，由接收端頭1接收，通過發送光纖束A傳輸到發送端頭2，光束穿過光電式滑輪編碼器6上面的透光孔碼道，由接收端頭3接收，經接收光纖束B傳輸至發送端頭4，由光電接收器G接收光信息，轉為電信號傳輸至信號處理電路和雙向自控電磁計數器或電子計算機處理系統再轉換傳至液位顯示儀。
發送光纖束A的發送端頭2和接收光纖束B的接收端頭3，分別置於透光孔碼道的兩側，並按著透光孔碼道的數量和程序，在光纖組合器5中進行組合排列。在這裡，光導纖維僅作為傳遞信息的介質通路，屬於非功能性。而透射型光電檢測頭，是把發光元件和受光元件直接置於透光孔碼道的兩側。
由於在光源S和光電接收器G之間採用了光導纖維進行光的導通，諸如光源S等電路元件，就可安置在離一次儀表較遠的理想位置，因此它更適用於防爆等級要求較高的洞式油罐群環境中的液位測量。
雙向自控電磁計數器是用於實現低位數的光電式滑輪編碼器，由低位數向高位數的進位和計數的顯示和信號保留與輸出的轉換機構。本實用新型利用將電磁鐵的電磁能轉換為執行機構的機械能原理，提出了《雙向自控電磁計數器》的技術方案。
圖4是雙向自控電磁計數器的示意圖。它主要包括上升顯示電磁執行機構(1)、下降顯示電磁執行機構(2)、單向迴轉棘輪(3)、(4)數字顯示轉換輪(5)和信號檢測頭(6)等部分。
當上升電磁執行機構(1)接到液位上升脈衝信號，即可推動單向迴轉棘輪(3)逆時針轉動一個齒，同時數字顯示轉換輪(5)在棘輪(3)的帶動下，也轉動一個相應的角位移，每個角位移上均刻印著代表一定液位高度的數碼，這個數碼除通過觀察孔(7)可直接讀數外，並同時由信號檢測頭(6)轉換成電信號傳輸至液位顯示儀。當斷開脈衝信號電流上升電磁執行機構(1)便自動復位，與棘輪(3)的齒脫開，如下降電磁執行機構(2)接到液位下降脈衝信號，其工作過程與上述相同，其根本區別就在於，下降電磁執行機構(2)推動棘輪(4)順時針轉動一個齒，這時數字顯示轉換輪(5)所顯示的數碼和傳輸信號，即表示液位下降的高度，在這裡，數字顯示轉換輪即可正轉，也可反轉。
雙向自控電磁計數器的另一種結構，是由電磁執行機構驅動，採用錨狀的雙棘爪與矩形(或對稱三角形、對稱梯形)齒棘輪相齒合的雙向迴轉棘輪機構來帶動數字顯示轉換輪正轉或反轉。
解決光電式滑輪編碼器轉動，由低位數向高位數的進位和計數的顯示和傳輸的又一種方案，可以按著一定的程序由電子計算機完成，為了使斷電後能繼續保留信號，應採用備用電源措施。
圖5是光電式滑輪編碼液位儀電路方框圖。它包括放大整形1和6、造通銷存2和7，解碼3和8、光源4、光電接收器5、信號處理電路9、雙向自控電磁計數器10或電子計算機11、顯示電路12以及穩壓電源13。
本實用新型由於採用了雙向自控電磁計數器技術(或電子計算機處理系統)，從而能夠實現利用傳動鋼帶直接驅動低位數的光電式滑輪編碼器的傳感方式，組成一組能連續測試、自動顯示五位數字和信息傳輸的新型液位儀。它具有傳動平穩、加工簡單、制碼精度高和機構簡單等特點。
權利要求1.一種光電式滑輪編碼液位儀，它是利用一條與浮子同步運動的傳動鋼帶直接驅動低位數的光電式滑輪編碼器(或光電式齒星輪編碼器)作為檢測液位高度的傳感器，在編碼器上製作編碼圖形，傳動鋼帶的一面刻有與浮子升降高度相應的數值，其特徵在於發送端頭和接收端頭在光纖組合器中排列組合構成的非功能式透射型光纖檢測頭將編碼器上低位數的格雷碼信號檢出，雙向自控電磁計數計的上升和下降電磁執行機構分別聯接各自的單向迴轉棘輪，刻印有表示液位高度的數字顯示轉換輪由單向迴轉輪帶動正轉或反轉解決編碼器由低位數向高位數的進位和計數，構成一種能連續測試，信息傳輸、遙測和自動顯示五位數字的光電式滑輪編碼液位儀。
2.根據權利要求1所述的光電式滑輪編碼液位儀，其特徵在於編碼器上的低位數的格雷碼信號由裝有若干個發光元件和與之相對應的受光元件組成的透射型光電式檢測頭檢出。
3.根據權利要求1所述的光電式滑輪編碼液位儀，其特徵在於編碼器由低位數向高位數的進位和計數，通過電子計算機控制。
專利摘要本實用新型利用傳動鋼帶直接驅動低位數的光電式滑輪編碼器傳感方式，採用雙向自控電磁計數器，構成一種能顯示五位數字、斷電後能保留信號、結構簡單、加工成本低和性能穩定的新型光電式滑輪編碼液位儀。
文檔編號G01F23/30GK2062830SQ8920441
公開日1990年9月26日 申請日期1989年5月20日 優先權日1989年5月20日
發明者尹寶泉 申請人:尹寶泉