多類型液位測控物理演示教學裝置的製作方法

2023-12-04 15:08:41 1

專利名稱：多類型液位測控物理演示教學裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於物理原理演示與應用領域，是一種用多種類型傳感器測量液位高度及控制液面位置的物理演示教學裝置。用於演示幾種類型傳感器在液位測控中的應用，幫助學生了解、學習幾種傳感器的原理及其應用。
背景技術：
液位高度測量和液面位置控制是科研、實際生產、工程中常見課題，但將不同種類的傳感器置於一個演示教學平臺上，演示液位的測量與控制在物理演示實驗儀器和教學中還是空白。而在物理演示實驗教學中，增加這方面的內容，可以使學生將物理學理論與工程實際應用有機結合起來，激發低年級學生對專業學習的興趣，開闊學生的知識視野，有利於激發學生的創新性，使學生受到科研工作能力基本素質訓練，全面提高學生的綜合能力。 本實用新型即為演示不同類型的傳感器在液位深度測量和液面位置控制上的原理及應用的物理演示教學裝置。
發明內容本實用新型的目的是提供一種用不同類型傳感器測量液位高度和控制液面位置的物理演示教學裝置。這一演示教學裝置能夠演示採用光電傳感器和霍爾傳感器分別控制液面的最低位置和最高位置，利用超聲液位傳感器、電容液位傳感器，即可測量也可控制液位的深度及高度。演示教學裝置可以將計量的液面深度顯示出來，液面到預置的位置，可聲光報警。為了實現這一發明內容，本實用新型採用如下的技術路線。根據圖I所述，本實用新型發明是在底座平臺(I)上並排放置玻璃容器I (2)和玻璃容器II (13)，用於盛放液體。根據圖3所述，玻璃容器1(2)和玻璃容器底座(38)用膠粘接在一起。玻璃容器底座(38)上固定有定位銷I (39)和定位銷II (41)。定位銷I (39)和定位銷II (41)分別與底座平臺(I)上定位孔I (40)和定位孔II (42)配合，實現定位。玻璃容器11(13)也採用相同的方法實現固定與定位，這樣方便玻璃容器1(2)和玻璃容器11(13)的拆裝清洗。根據圖I所述，底座平臺(I)上同時固定立柱I (5)、立柱II (8)。蠕動泵(6)通過蠕動泵固定座(7)固定在立柱I (5)和立柱II (8)上。蠕動泵(6)可以正反兩個方向工作。蠕動泵(6)上膠皮注水管1(4)和膠皮注水管11(9)分別插入玻璃容器1(2)和玻璃容器11(13)中。當蠕動泵(6)正向工作時，玻璃容器1(2)中液體通過膠皮注水管1(4)和膠皮注水管II (9)被抽至玻璃容器II (13)中。當蠕動泵(6)反向工作時，玻璃容器
II(13)中液體通過膠皮注水管II (9)和膠皮注水管I (4)被抽至玻璃容器I (2)中。所述光電傳感器的發射端(19)和光電傳感器接收端(17)分別通過光電傳感器固定座I (18)和光電傳感器固定座11(16)等高固定於玻璃容器I (2)的底部兩側。當光電傳感器發射端(19)和光電傳感器接收端(17)間無障礙物遮擋時，光電傳感器發射端(19)發出的光線能夠被光電傳感器接收端(17)接收，光電傳感器接收端(17)有高電平輸出，否則輸出低電平。玻璃容器1(2)內有一個浮子(36)隨著液位不同上下浮動。當液位下降，浮子(36)位於光電傳感器發射端(19)和光電傳感器接收端(17)之間時,光電傳感器發射端
(19)發出的光線被浮子(36)遮擋，光電傳感器接收端(17)有低電平輸出，這樣通過高低電平的輸出來控制蠕動泵(6)的轉動方向和是否工作。用光電法只能控制液位，適用於透光玻璃容器，若不用浮子的方式遮擋，液體需為較深顏色。所述的霍爾傳感器(3)通過其霍爾傳感器固定架(34)固定在底座平臺(I)上，霍爾傳感器(3)位於玻璃容器I (2)的軸線上方，玻璃容器內放置一個圓柱形浮子(36)，浮子 (36)的上面圓心處粘一個圓片形狀的永磁鐵(35)。浮子(36)隨著液位上下浮動，當永磁鐵(35)離霍爾傳感器(3) —定距離時，霍爾傳感器會發出跳變信號傳給控制系統。蠕動泵
(6)停止工作，達到控制液位高點的目的。用霍爾傳感器檢測液位時，因霍爾傳感器在液體之外，且系無接觸傳感，在檢測過程中不產生火花，可實現遠距離測量，因此，可用來檢測易燃、易爆、有腐蝕性和有毒的液體的液位和容器中的液體存量。所述超聲液位傳感器(10)，通過超聲液位傳感器固定架(11)固定在底座平臺(I)上，超聲液位傳感器(10)位於玻璃容器II (13)的軸線上。測量的液位的高度可數字顯示，到預置的位置蠕動泵(6)停止工作並聲光報警。由於採用非接觸的測量，被測介質幾乎不受限制，可用於各種液體和固體物料高度的測量。所述的電容液位傳感器(14)通過其電容傳感器固定架(37)固定在底座平臺(I)上，電容液位傳感器(14)位於玻璃容器II (13)內。當液位變化時，電容液位傳感器(14)的電容量會發生變化，測量電容大小，即可測出液位的深度。被測介質不同，電容式傳感器要選用不同類型。本實用新型發明所述的控制系統都安裝於控制箱中，超聲液位傳感器(10)和電容液位傳感器(14)測量的結果通過控制面板(21)上的數碼管顯示屏(22)顯示。鍵盤輸入區(25)可以輸入相關的控制信息與演示。該演示教學裝置還配有教學軟體，查閱可更詳細了解各種傳感器的原理、應用、參數及適用範圍。根據圖4、圖6、圖7所述，本實用新型的工作過程為，啟動光電法低液位控制開關
(28)時，蠕動泵(6)開始工作，向外排水，即向玻璃容器II (13)內注入液體，玻璃容器I (2)中的液位下降。當浮子(36)隨液面下降到光電傳感器發射端(19)和光電傳感器接收端
(17)之間位置時，蠕動泵(6)停止工作。當啟動霍爾法高液位控制開關(29)時，向玻璃容器1(2)內注入液體，浮子(36)隨液面上升，浮子上的永磁鐵(35)距霍爾傳感器(3) —定距離時，霍爾傳感器(3)會發出跳變信號傳給控制系統。蠕動泵(6)停止工作。分別啟動超聲液位傳感器(10)、電容液位傳感器(14)時，蠕動泵(6)按照指令開始工作，液位到達預置位置時，蠕動泵(6)停止工作，數碼管顯示屏(22)顯示液位的深度，同時聲光報警。本專利的有益效果是在一臺演示教學裝置上可分別演示多種類型傳感器測量液位的深度和控制液位高度的工作原理和控制過程，通過對比，可加深學生對每種傳感器在檢測技術上的應用的了解。同時，使學生能了解同一個物理量用不同傳感器計量，適用範圍不同，所測量的精度也不同，成本也各異，目的是開拓學生視野，培養學生具體問題具體分析的習慣和加強工程意識，使學生受到科研工作能力基本素質的訓練。

圖I總體結構正面示意圖[0014]圖2控制箱控制面板示意圖圖3玻璃容器定位示意圖圖4光電傳感器控制液位示意圖圖5霍爾傳感器控制液位示意圖圖6超聲液位傳感器測控液位示意圖圖7電容液位傳感器測控液位示意圖I-底座平臺2-玻璃容器I 3-霍爾傳感器4-膠皮注水管I 5-立柱I 6-蠕動泵7-蠕動泵固定座8-立柱II 9-膠皮注水管II 10-超聲液位傳感器11-超聲液位傳感器固定架12-立柱III 13-玻璃容器II 14-電容液位傳感器15-立柱IV 16-光電傳感器固定座II 17-光電傳感器接收端18-光電傳感器固定座I 19-光電傳感器發射端20-指示 燈I 21-控制面板22-數碼管顯示屏23-指示燈II 24-蜂鳴器25-鍵盤輸入區26-超聲法測量開關27-電容法測量開關28-光電法低液位控制開關29-霍爾法高液位控制開關30-復位31—電源開關32-指示燈III 33-立柱V 34-霍爾傳感器固定架35-永磁鐵36-浮子37-電容傳感器固定架38-玻璃容器底座39-定位銷I 40-定位孔I 41-定位銷II 42-定位孔II
具體實施方式
以下結合附圖所示實施例進一步說明本實用新型的具體內容及實施方式。I、光電傳感器控制液位的技術路線根據圖4所示，光電傳感器的發射端(19)和光電傳感器接收端(17)分別固定在光電傳感器固定座I (18)和光電傳感器固定座II (16)上,兩者位於玻璃容器I (2)的下部兩側，並且其軸線等高。啟動光電法低液位控制開關(28)，蠕動泵(6)開始工作，向外排水，將液體從玻璃容器I (2)導到玻璃容器II (13)內，液位下降，當浮子(36)遮擋光電傳感器發射端(19)和光電傳感器接收端(17)軸線時，蠕動泵(6)停止工作，蜂鳴器(24)報警，指示燈II (23)閃爍。控制系統和蠕動泵(6)相連接，可以控制蠕動泵￠)的轉動方向和是否工作。2、霍爾傳感器控制液位的技術路線根據圖5所示，霍爾傳感器(3)通過霍爾傳感器固定架(34)固定在底座平臺(I)上，霍爾傳感器(3)位於玻璃容器I (2)的軸線上方,霍爾傳感器(3)下方玻璃容器I (2)內放置一個中空的塑料材質的圓柱形的浮子(36)，浮子(36)上面圓心處粘一個小的圓片形的永磁鐵(35)，圓柱形的浮子(36)的外徑與玻璃容器I (2)間隙配合，隨著液面上下浮動。啟動霍爾法高液位控制開關(29)，蠕動泵(6)開始工作，向玻璃容器I (2)內注入液體，隨著液位變化，永磁鐵(35)隨著浮子(36)上浮，永磁鐵距霍爾傳感器一定距離時，霍爾傳感器
(3)會發出跳變信號傳給控制系統。蠕動泵(6)停止工作，蜂鳴器(24)報警，指示燈II (23)閃爍。霍爾傳感器⑶的輸出線從立柱V(33)中穿過，從底座平臺⑴底部出來，與控制箱連接。3、超聲液位傳感器測量和控制液位的技術路線根據圖6所示，超聲液位傳感器(10)，通過超聲液位傳感器固定架(11)固定在底座平臺(I)上，超聲液位傳感器(10)位於玻璃容器II (13)的軸線上，啟動超聲法測量開關(26),超聲液位傳感器(10)發出脈衝聲波,聲波經液體表面反射後被超聲液位傳感器(10)接收，轉換成電信號。由計時器測量出聲波的發射和接收之間的時間，通過單片機計算出超聲液位傳感器到被測液體表面的距離。液位的高度由其數碼管顯示屏(22)數字顯示，液位到預置的位置蠕動泵(6)停止工作，蜂鳴器(24)報警，指示燈11(23)閃爍。超聲液位傳感器(10)的輸出線從立柱III (12)中穿過，從底座平臺(I)底部出來，與控制箱連接。4、電容液位傳感器測量和控制液位的技術路線根據圖7所示，電容液位傳感器(14)通過電容傳感器固 定架(37)固定在底座平臺(I)上，電容液位傳感器(14)位於玻璃容器11(13)內。啟動電容法測量開關(27)，由鍵盤輸入區(25)輸入預置液位的高度，蠕動泵(6)開始工作。當液位變化時，由細長不鏽鋼管、同軸絕緣導線及液體共同構成的金屬圓柱形的電容液位傳感器(14)的電容量隨著液位不同發生變化，控制系統測量電容大小，測出液位的深度。液位的高度由數碼管顯示屏
(22)數字顯示，液位到預置的位置蠕動泵停止工作，蜂鳴器(24)報警，指示燈II (23)閃爍。電容液位傳感器(14)的輸出線從立柱IV(15)中穿過，從底座平臺(I)底部出來，與控制箱連接。
權利要求1.一種多類型液位測控物理演示教學裝置，主要由底座平臺(I)、改變液位的蠕動泵(6)、盛放液體的玻璃容器I (2)、玻璃容器II (13)和採集液位信息的幾種類型傳感器以及控制系統組成，其特徵在於，所述傳感器包括由光電傳感器發射端(19)和光電傳感器接收端(17)組成的光電傳感器、霍爾傳感器(3)、超聲液位傳感器(10)、電容液位傳感器(14)，光電傳感器、霍爾傳感器(3)分別用於控制玻璃容器I (2)內的最低液面和最高液面的位置；超聲液位傳感器(10)、電容液位傳感器(14)用於測量、控制液位的高度，液位的高度可數字顯示，到預置的位置蠕動泵停止工作並聲光報警。
2.根據權利要求I所述的一種多類型液位測控物理演示教學裝置，其特徵在於，所述的蠕動泵(6)通過蠕動泵固定座(7)固定在立柱I (5)和立柱II (8)上，蠕動泵(6)上膠皮注水管I (4)和膠皮注水管II (9)分別插入玻璃容器I (2)和玻璃容器II (13)中，當蠕動泵(6)正向工作時，玻璃容器1(2)中液體通過膠皮注水管1(4)和膠皮注水管11(9)被抽至玻璃容器II (13)中；當蠕動泵￠)反向工作時，玻璃容器11(13)中液體通過膠皮注水管II(9)和膠皮注水管I (4)被抽至玻璃容器I⑵中。
3.根據權利要求I所述的一種多類型液位測控物理演示教學裝置，其特徵在於，所述的光電傳感器的發射端(19)和光電傳感器接收端(17)分別通過光電傳感器固定座I (18)和光電傳感器固定座II (16)等高固定於底座平臺(I)上，位於玻璃容器I (2)的底部兩側。
4.根據權利要求I所述的一種多類型液位測控物理演示教學裝置，其特徵在於，所述的霍爾傳感器(3)通過其霍爾傳感器固定架(34)固定在底座平臺(I)上，霍爾傳感器(3)位於玻璃容器I (2)的軸線上方，玻璃容器內放置一個可以隨液位上下移動的圓柱形浮子(36)，浮子(36)的上面圓心處粘一個圓片形狀的永磁鐵(35)。
5.根據權利要求I所述的一種多類型液位測控物理演示教學裝置，其特徵在於，所述的超聲液位傳感器(10)，通過超聲液位傳感器固定架(11)固定在底座平臺(I)上，超聲液位傳感器(10)位於玻璃容器II (13)的軸線上。
6.根據權利要求I所述的一種多類型液位測控物理演示教學裝置，其特徵在於，所述的電容液位傳感器(14)通過其電容傳感器固定架(37)固定在底座平臺(I)上，電容液位傳感器(14)位於玻璃容器II (13)內。
7.根據權利要求I所述的一種多類型液位測控物理演示教學裝置，其特徵在於，所述的控制系統都安裝於控制箱中，超聲液位傳感器(10)和電容液位傳感器(14)測量的結果通過控制面板(21)上的數碼管顯示屏(22)顯示，鍵盤輸入區(25)可以輸入相關的控制信肩、O
專利摘要本實用新型涉及一種液位深度測量和液位控制物理演示教學裝置，可演示多種類型傳感器在液位測控上的原理及應用。該物理演示教學裝置由底座平臺，蠕動泵，固定蠕動泵的兩個立柱，用於盛放液體的兩個玻璃容器，用於測量液位深度的超聲液位傳感器、電容液位傳感器和控制液位的光電傳感器、霍爾傳感器及其控制系統組成。蠕動泵用於改變液位的高度，光電傳感器、霍爾傳感器分別用於控制玻璃容器內的最低液面和最高液面的位置，超聲液位傳感器、電容液位傳感器可測量並控制液位的高度。
文檔編號G09B23/18GK202549128SQ20122009902
公開日2012年11月21日 申請日期2012年3月16日 優先權日2012年3月16日
發明者馮毅, 林曉瓏, 王鈺, 白炳蓮, 翟微微 申請人:吉林大學