多層物位自動測量儀及其測量方法

2023-10-06 16:49:54

專利名稱：多層物位自動測量儀及其測量方法
技術領域：
本發明涉及 一種多層物位自動測量儀及其測量方法，更準確地說本發明涉 及一種基於力反饋的多層物位自動測量儀器及其測量方法。
技術背景目前，物位檢測技術與各種物位測量儀表眾多，例如，申請號為CN03819957，2申請公開了 一種藉助於雷達物位測量系統計算儲藏室中產品表面 高度的方法和裝置，但都為測量單層物料的測量儀表，多層物料的物位測量儀 卻未見報導，在實際的生產與生活中我們常常需要對多層物料進行物位測量， 需要一種新型測量儀表的出現。 發明內容本發明所要解決的技術問題是提供一種可以對多層物料進行測量的測量儀器。為解決上述技術問題,本發明提供一種多層物位自動測量儀及其測量方法。 本發明是釆取以下的技術方案來實現的本發明的多層物位自動測量儀包含測控計算機、驅動電機、導軌、滑塊、限 位開關、壓力傳感器、探杆和浮子，所述計算機連接著壓力傳感器、限位開關 和驅動電機，限位開關安裝在直線導軌上端，驅動電機帶動滑塊在導軌上移動， 探杆安裝在固定於滑塊上的壓力傳感器上。本發明的多層物位自動測量儀的測量原理為當探杆勻速向下扎入多層不同 物料時，由於不同物料密度不同，則探杆在不同物料的界面處所受的阻力就會 有突變，記錄各個突變時刻探杆下移量，就能夠計算得到多層不同物料的厚度， 也就是基於力反饋測量多層物位。前述的多層物位自動測量儀，其特徵在於探杆為剛性的，能夠直接把探杆下 移時所受的阻力高靈敏地傳遞給壓力傳感器。前述的多層物位自動測量儀，其特徵在於壓力傳感器為稱重傳感器。前述的多層物位自動測量儀，其特徵在於驅動電機為步進電機，步進電機具 有精確確定位移量的特點。4前述的多層物位自動測量儀，，其特徵在於當待測的多層物料物位間隔不大 時，導軌和滑塊釆用直線導軌副，驅動電機通過絲槓驅動滑塊上下移動，從而 實現探杆上下移動測量物位。前述的多層物位自動測量儀，其特徵在於當待測的多層物料物位間隔較大 時，導軌和滑塊採用齒輪和齒條結構，把齒條固定在容器內壁上，內裝有齒輪 的滑塊在驅動電機的帶動下上下移動，從而實現探杆上下移動測量物位。前述的多層物位自動智能測量儀，其特徵在於如果待測多層物料的密度相差 很小，為了增加不同界面的阻力突然變化量，探杆末端安裝一個中空平底浮子， 其平底大小根據物料密度差和壓力傳感器的靈敏度確定。前述的多層物位自動測量儀，其特徵在於限位開關釆用抗幹擾能力強和定位 精度高的遮擋式光電開關。前述的多層物位自動測量儀進行自動測量的方法，其特徵在於具有以下步驟(1) 測控系統初始化，即計算機控制驅動電機帶動滑塊在導軌上向上移動 到限位開關上部分處，然後計算機控制驅動電機帶動滑塊向下運動，這樣探杆 就會插入不同物料中，由於不同物料的密度不同，則探杆在不同物料的界面處所受的阻力就會突然增大，探杆實時把阻力傳遞給壓力傳感器；(2) 計算機實時檢測壓力傳感器的壓力變化，當壓力突然增大量達到一定 數值時，就記錄該時刻驅動電機的位移量，直到壓力突然增大量很大時，也就 是探杆已經下移到容器底層，記錄此時驅動電機位移量，計算機控制驅動電機帶動探杆返回到限位開關上部分處；(3) 計算機通過計算各個壓力突然增大時刻驅動電機的位移量之差，確定出各層物料的厚度值，為增加測量精度和可靠性，利用測量儀進行多次重複測本發明專利的有益效果是能夠測量多層物料的物位，比如測量汙水處理的沉 積池中水下泥沙厚度。而且能夠實現在高汙染、高溫、多粉塵、界面模糊等條 件下進行物位測量。


圖l多層物位自動測量儀測量原理示意圖； 圖2多層物位自動測量儀實施例一的結構示意圖左視圖； 圖3多層物位自動測量儀實施例一的結構示意圖正視圖； 圖4多層物位自動測量儀實施例二的結構示意圖左視圖；圖5多層物位自動測量儀實施例二的結構示意圖正視圖。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發明專利進 一 步說明如圖1所示的本發明多層物位自動測量儀測量原理示意圖，該圖的縱坐標 為探杆下移過程中所受阻力，橫坐標為驅動電機距離限位開關的位移。第一個 突變點為探杆的浮子下移遇到多層物料的第一層與空氣的界面，第二個突變點 為探杆浮子全部進入第一層物料中，第三個突變點為浮子下移遇到多層物料的 第一層與第二層的界面，同理，第四個突變點為浮子下移遇到多層物料的第二層物料與第三層物料的界面。根據各個突變點對應的驅動電機位移，即能夠計 算得到各層物料厚度。如圖2和圖3所示的本發明多層物位自動測量儀實施例一的結構示意圖， 其中多層物位自動測量儀包括:驅動電機的絲槓1、驅動電機2、限位開關上 部分3、測量儀支架4、直線導軌副的導軌5、滑塊6、壓力傳感器固定架7、壓 力傳感器8、探杆9、限位開關下部分10和浮子11。實施例一測量過程如下(1) 測控系統初始化，即計算機控制驅動電機2通過絲槓1帶動滑塊6在 導軌5上向上移動到限位開關上部分3處，限位開關動作，然後計算機控制驅 動電機2帶動滑塊6向下運動，這樣探杆9和浮子11就會插入不同物料中，由 於不同物料的密度不同，則探杆9和浮子11在不同物料的界面處所受的阻力就 會突然增大，探杆9實時把阻力傳遞給壓力傳感器8;(2) 計算機實時檢測壓力傳感器8的壓力變化，每次當壓力突然增大量達 到一定數值時，就記錄該時刻驅動電機2的位移量，直到壓力突然增大量很大 時，也就是浮子ll已經下移到容器底層，記錄此時驅動電機2位移量，計算機 控制驅動電機2帶動探杆9和浮子11返回到限位開關上部分處；(3) 計算機通過計算各個壓力突然增大時刻驅動電機2的位移量之差，就 確定出了各層物料的厚度值，為了增加測量精度和可靠性，該測量儀還能夠實 現多次重複測量。如圖4和圖5所示的本發明多層物位自動測量儀實施例二的結構示意圖， 所述多層物位自動測量儀包括固定於容器內壁的齒條12、齒輪13、探杆9、 浮子11、限位開關上部分3、限位開關下部分10、驅動電機2、壓力傳感器8和滑塊6。實施例二測量過程如下(1) 測控系統初始化，即計算機控制驅動電機2通過齒輪13帶動滑塊6在 齒條上12向上移動到限位開關上部分3處，限位開關動作，然後計算機控制驅 動電機2帶動滑塊6向下運動，這樣探杆9和浮子11就會插入不同物料中，由 於不同物料的密度不同，則探杆9和浮子11在不同物料的界面處所受的阻力就 會突然增大，探杆9實時把阻力傳遞給壓力傳感器8;(2) 計算機實時檢測壓力傳感器8的壓力變化，每次當壓力突然增大量達 到一定數值時，就記錄該時刻驅動電機2的位移量，直到壓力突然增大量很大 時，也就是浮子ll已經下移到容器底層，記錄此時驅動電機2位移量，計算機 控制驅動電機2帶動探杆9和浮子11返回到限位開關上部分處；(3) 計算機通過計算各個壓力突然增大時刻驅動電機2的位移量之差，就 確定出了各層物料的厚度值，為了增加測量精度和可靠性，該測量儀還能夠實 現多次重複測量。實驗表明該測量儀的測量誤差在lmm左右。除上述兩個實施例外，凡釆用等同替換或等效變換的形式所獲得的技術方 案，均落在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種多層物位自動測量儀，其特徵在於包含測控計算機、驅動電機(2)、導軌、滑塊(6)、限位開關、壓力傳感器(8)和探杆(9)，所述計算機連接著壓力傳感器(8)、限位開關和驅動電機(2)，限位開關安裝在直線導軌(2)上，驅動電機(2)帶動滑塊(6)上下移動，探杆(9)安裝在固定於滑塊(6)上的壓力傳感器(8)上。
2. 根據權利要求1所述的多層物位自動測量儀，其特徵在於所述探杆(9) 為剛性的。
3. 根據權利要求l所述的多層物位自動測量儀，其特徵在於所述壓力傳感器(8) 為稱重傳感器。
4. 根據權利要求1所述的多層物位自動測量儀，其特徵在於驅動電機(2) 為步進電機。
5. 根據權利要求l所述的多層物位自動測量儀，其特徵在於所述導軌和滑塊 (6)釆用直線導軌副，驅動電機(2)通過絲槓驅動滑塊(6)在直線導軌副的導軌(5)上上下移動，從而實現探杆(9)上下移動測量物位。
6. 根據權利要求l所述的多層物位自動測量儀，其特徵在於所述導軌和滑塊 (6)釆用齒條和齒輪結構，齒條(12)做為導軌固定在容器內壁上，內裝有齒輪(13)的滑塊(6)在驅動電機(2)的帶動下上下移動，從而實現探杆(9) 上下移動測量物位。
7. 根據權利要求1所述的多層物位自動測量儀，其特徵在於所述探杆末端安 裝一個中空平底浮子(11)，其平底大小根據物料密度差和壓力傳感器的靈敏 度確定。
8. 根據權利要求l所述的多層物位自動測量儀，其特徵在於所述限位開關釆 用抗幹擾能力強和定位精度高的遮擋式光電開關。
9. 一種利用權利要求l所述的多層物位自動測量儀進行自動測量的方法，其特 徵在於包括以下步驟(1)測控系統初始化，即計算機控制驅動電機(2)帶動滑塊(6)在導軌 上向上移動到限位開關上部分(3)處，然後計算機控制驅動電機(2)帶動 滑塊(6)向下運動，這樣探杆(9)就會插入不同物料中，由於不同物料的 密度不同，則探杆(9)在不同物料的界面處所受的阻力就會突然增大，探杆 實時把阻力傳遞給壓力傳感器(8);(2) 計算機實時檢測壓力傳感器(8)的壓力變化，每當壓力突然增大量達 到一定數值時，就記錄該時刻驅動電機的位移量，直到壓力迅速增大量很大 時，也就是探杆已經下移到容器底層，記錄此時驅動電機(2)位移量，計算 機控制驅動電機(2)帶動探杆(9)返回到限位開關上部分處；(3) 計算機通過計算各個壓力突然增大時刻驅動電機的位移量之差，確定 出各層物料的厚度值，為增加測量精度和可靠性，利用該測量儀進行多次重
全文摘要
本發明公開了一種多層物位自動測量儀器及其測量方法，所述多層物位自動測量儀包含測控計算機、驅動電機、導軌、滑塊、限位開關、壓力傳感器、探杆和浮子，所述計算機連接著壓力傳感器、限位開關和驅動電機，限位開關安裝在直線導軌上端，驅動電機帶動滑塊在導軌上移動，探杆安裝在固定於滑塊上的壓力傳感器上。本發明的多層物位自動測量儀器能夠測量多層物料的物位，而且能夠實現在高汙染、高溫、多粉塵、界面模糊等條件下進行物位測量。
文檔編號G01F23/14GK101329191SQ200810123088
公開日2008年12月24日 申請日期2008年7月16日 優先權日2008年7月16日
發明者丁茂實, 吳昆明, 姚恩濤, 宋大鵬, 徐貴力, 程月華 申請人:南京航空航天大學