在線檢測液體密度數字傳感變送器的製作方法

2023-10-11 14:10:14

專利名稱：在線檢測液體密度數字傳感變送器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種在線檢測液體密度的工業儀表，特別是一種基於CCD光電原理在線檢測液體密度數字傳感變送器。
背景技術：
在已發布的實用新型《液體濃度光電在線檢測傳感器》(專利號02279604)中，其雖然用到電荷偶合器(Charge Coupled Device，一般稱CCD)光電轉換接收晶片，但是是基於直接照射液體、成象及光折射率的原理，通過很多複雜的光學器件例如光筒、轉象鏡、成象鏡、反射稜鏡及轉象光纖等，結構複雜、成本高，工業現場難以實現。其它有關測密度報導，用光電原理的多為計算液體折射率，或是用測力、稱重原理，前者適用面小，後者多為有接觸式，難以在工業現場實現在線測量。

發明內容
本實用新型的目的是提供一種在線檢測液體密度數字傳感變送器，與浮子式液體密度計測量方式一致，但能夠非接觸式長時間在線檢測並完成信號變換，實時遠傳出高精度數字密度值，比現有技術簡化、成本低，更易應用於工業現場。
為了實現上述目的，本實用新型提供了一種在線檢測液體密度數字傳感變送器，包括下部沉入液體的玻璃密度計浮子，所述玻璃密度計浮子上部設有塗黑段，所述玻璃密度計浮子塗黑段設置在LED面光源和接受被塗黑段遮擋的平行光並轉換為電平信號的CCD晶片之間，所述CCD晶片與變送器電路連接。
所述玻璃密度計浮子包括下部的沉入液體段、中部的量程刻度段和上部的工藝延長段，所述塗黑段設置在工藝延長段上。所述玻璃密度計浮子上部的塗黑段為塗制的印刻度的化工黑塗料、粘入管內的黑紙卷或裹粘的黑塑膠布。
所述玻璃密度計浮子的工藝延長段上罩有玻璃保護管，所述玻璃保護管上頂封頭，下部開口，外壁管口作隔絕管內管外的密封。所述玻璃保護管可以全部塗黑，管中間兩邊沿軸向留有透光縫。所述玻璃保護管也可以由矩形黑膠木滑配合夾持，中部沿軸向留有透光縫。
所述CCD晶片背面緊貼有鋁散熱板，散熱板上裝有測溫數字傳感器，測溫數字傳感器與變送器電路連接。所述散熱板為T型截面的散熱板，其頂部平面緊貼半導體製冷片的冷麵，半導體製冷片的熱面緊貼進出循環水的接管口的鋁製夾層體。
本實用新型提供了一種與浮子式液體密度計測量方式一致，但能夠非接觸式信號變換，長時間在線檢測，實時遠傳出高精度數字密度值給儀表或計算機控制系統的密度傳感變送器儀表裝置，特別是CCD光電技術的應用技術方案克服了現有技術的不足，比現有技術簡化、成本低，更易應用於工業現場。該傳感變送器適用於密度範圍在0.5-2.0，溫度小於100℃的任何非粘稠性液體的在線檢測，由於使用TDC1501D晶片解析度達7×7μm，精度可達0.3-0.5級。
下面通過附圖和實施例，對本實用新型的技術方案做進一步的詳細描述。


圖1為本實用新型的結構示意圖；圖2為本實用新型的工作原理圖；圖3為本實用新型玻璃密度計浮子的結構示意圖；圖4為本實用新型玻璃保護管的結構示意圖；圖5為圖4中B-B向的剖面圖；圖6為實用新型窄縫透光遮光套的結構示意圖；圖7為圖6中A-A向的剖面圖；圖8為本實用新型傳感器盒的結構示意圖；圖9為圖8的俯視圖；圖10為本實用新型變送器盒的結構示意圖；圖11a為本實用新型傳感器盒內部結構圖，即圖11b中D-D向的剖面圖；圖11b為本實用新型傳感器盒內部結構圖，即圖11a中C-C向的剖面圖；圖12為本實用新型變送器電路原理圖；圖13為CCD晶片象素採集原理圖；圖14為智能數字顯示二次表的示意圖。
具體實施方式
圖1為本實用新型的結構示意圖，圖2為本實用新型的工作原理圖。如圖1、圖2所示，本實用新型在線檢測液體密度數字傳感變送器主體結構包括玻璃密度計浮子9、線陣CCD晶片3和LED面光源31，其中玻璃密度計浮子9下部沉入液體，隨液體密度變化而上下移動，上部設有塗黑段，並位於線陣CCD晶片3和LED面光源31之間。LED面光源為30×70mm的發紅色平行面光的LED發光板(類似手機屏幕背景光)，內藏LED管經帶稜模板轉換成平行光，距離玻璃密度計20-30mm。CCD晶片3接受被塗黑段遮擋的平行光並轉換為電平信號，發送給變送器電路，變送器電路可計算出通過象素數計算出塗黑段的位移量，再轉換成密度值，經RS485串口通訊傳出。
圖3為實用新型玻璃密度計浮子的結構示意圖，玻璃密度計浮子包括三部分下部粗管為沉入液體段92，管內有鐵砂91，與普通玻璃密度計相同，只是上部加高使沉入液中長一些，以保持垂直不倒伏；中部次粗管為量程刻度段93，段長約為60mm，是顯示量程刻度在液面上下浮動部分，這段管的直徑隨密度量程大小而變；上部細管為工藝延長段94，為φ5mm直徑的細管。本實用新型技術方案中，工藝延長段4上設置有塗黑段95，細管頂部向下約100mm全部塗黑，塗黑段95的上端面應儘可能平齊。塗黑的方案可以是用防腐配製的印刻度的化工黑顏料，或者用黑塑膠布裹粘一層，也可以用無光黑紙卷粘入上段管內。
圖4為實用新型玻璃保護管的結構示意圖，圖5為圖4中B-B向的剖面圖。玻璃保護管1非接觸地罩在塗黑段外，底段密封，為內徑φ8mm，外徑φ12mm。此保護管全部塗黑，但是在管中間兩邊沿軸向留有寬2mm的透光縫101，要保證透光縫緊貼在CCD晶片中間，插入鋁製傳感器盒中，底段密封固定在流過檢測液、浮子浸入的檢測取樣桶上蓋、亦是安裝傳感變送器的底盤中心。
圖6為實用新型窄縫透光遮光套的結構示意圖，圖7為圖6中A-A向的剖面圖。這是另一種透光縫的製法，用厚度大於玻璃保護管1外徑1-2mm的矩形黑膠木2，中部銑孔滑配合夾持玻璃保護管，同樣在夾持管中部沿軸向留有2mm寬的透光縫101，CCD晶片受光面緊貼狹縫。透光縫101一道緊貼CCD晶片受光面，另一道面對LED面光源，玻璃保護管1兩端塗黑，遮擋外光幹擾。
圖8為本實用新型傳感器盒的結構示意圖，圖9為圖8的俯視圖，圖10為本實用新型變送器盒的結構示意圖，圖11a為本實用新型傳感器盒內部結構圖，即圖11b中D-D向的剖面圖，圖11b為本實用新型傳感器盒內部結構圖，即圖11a中C-C向的剖面圖。如圖8-圖11b所示，在透光狹縫另一面20-30mm處，立一面30×70mm的發紅色平行面光的LED發光板31(類似手機屏幕背景光)，CCD晶片3背面緊貼一塊「T」型截面的鋁散熱板6，散熱板上緊貼裝有DS18B20測溫數字傳感器4，散熱板的大平面緊貼半導體製冷片8的冷麵，其熱面緊貼有進出循環水的接管口10的鋁製夾層體7。把CCD晶片引腳線及光源還有檢測晶片的數字溫度傳感器引線用排線、D形接插座42引出，所有這些結構裝在鋁製傳感器盒36內，傳感器盒外面包有保溫的塑料保溫隔熱層33，然後此傳感器盒吊裝在固定於檢測桶上蓋即傳感器底盤上的門型安裝架41上，安裝架兩邊有吊住傳感器盒可調整盒高度的調節螺栓32，CCD高度調節螺栓連接安裝架與傳感器盒，調試高度找零點。被測液體從下口流入，溢流保持基準液面從上口流出託起玻璃密度計浮子使其塗黑段遮住CCD晶片的感光面，從而按正比關係得到對應玻璃密度計浮子的液體密度變化位移量，並將信號傳出。變送器盒29為硬塑外殼，內有單片機控制轉換，通過數字通訊將2路信號傳出。
由於CCD晶片對溫度比較敏感，影響工業現場應用的檢測精度，本實用新型上述結構具有智能溫度補償、冷卻控制功能由貼在CCD晶片散熱器上的DS18B20數字溫度傳感器把晶片溫度傳給單片機，當溫度小於30℃時按象素數向上增長的梯度的規律進行補償，當溫度等於30℃時，象素數不變，當溫度大於40℃時，控制繼電器動作接通半導體製冷片電源及電磁閥引進冷卻用自來水，從而使CCD晶片工作在正常溫度，變送器電路板還提供可調整電流大小以保證發光強度的發光板直流電源，此變送器電路另裝於塑殼盒29內固定於底盤上有排線與傳感器盒連接，其中半導體製冷片要用截面1.5(mm)2的粗線連接。
如圖1——圖11b所示，玻璃保護管1為非金屬防腐材料，上頂封頭，下部開口，外壁管口作隔絕管內管外的密封；窄縫透光遮光套2為黑色膠木或硬塑，包住保護管，緊貼CCD晶片，使光線透過窄縫照到CCD晶片上；CCD傳感晶片(TCD1501D)3接受透過窄縫被塗黑浮子遮擋的平行光並轉換為高低電壓信號；測溫數字傳感器(18B20)4用於檢測CCD晶片的溫度，以控制冷卻；印刷線路板5用插座39加高CCD晶片，插座中間開方槽孔以使散熱板貼緊CCD晶片；T型散熱板6由鋁材銑制，將CCD晶片的熱量傳導到半導體製冷板的冷麵；冷卻水通道夾層7由鋁材銑制，鋁板銑空流水槽，蓋上焊有流水進出管10，用膠墊密封；半導體製冷板8(12V，5A)由陶瓷封裝，冷麵緊貼T型散熱板，熱面緊貼流水冷卻槽板；玻璃密度計浮子9為玻璃加塗層，如圖3所示；進出流水管10由鋁材銑制，下流進，上流出，用橡膠軟管倒入導出，外有電磁閥控制；向中收緊螺栓及密封填料函11為金屬及生料帶，中空的螺栓向下壓緊傘形圈向中收緊四氟軟填料起到密封作用；向中收緊螺栓及密封填料函12為金屬及生料帶，中空的螺栓向下壓緊傘形圈向中收緊四氟軟填料起到密封作用；溫度檢測保護管13為防腐金屬或玻璃，內注變壓器油或導熱矽脂，內裝溫度傳感器；取樣檢測桶14為防腐金屬或玻璃，檢測取樣承載體進出口與工藝管線相連，中部有壓波溢流液面隔層；測溫傳感器保護管的導向管15為防腐金屬或玻璃，與壓波隔層連在一起，管口高於密度基準液面；密度檢測溢流基準液面管口16為防腐金屬或玻璃，液體向此管湧出將浮子託在中心並從此管口溢出，形成基準液面；出液口17為金屬及生料帶，從對稱的兩邊(浮子受力對稱)並低於液面流出聯到工藝管線；浮子限中四壁鏤空導向管箍18為防腐金屬或玻璃，四壁鏤空連通液體，直徑略大於浮子外徑，防止浮子擺動；數字溫度傳感器(DS18B20)19浸在保護管13內導熱液探入被測液體中送出數位訊號；浮子下落軟墊護託20為聚四氟乙烯，當液體急減，浮子下落到此中間空的軟墊上，不致破碎；切線方向進液管口21為防腐材料或玻璃，取樣進口與工藝管線連接，切線進液可成漩渦，浮子在中心旋轉；排汙螺栓22為防腐材料或玻璃，檢修時打開排出液體沉澱的渣滓；裝於桶外壁的玻璃透鏡23為工業玻璃，通過它可觀察浮子在基準液面的高度，調試及監控用；壓波隔層24為防腐材料或玻璃，液體湧上經它壓波並產生向中心託力並從基準液面管口溢出；傳感器安裝底盤(桶上蓋)25為防腐材料，即是桶上蓋又是傳感器承載體，安裝時要保證水平調正；密封平墊26為氟橡膠或石棉，安裝時周邊螺栓均勻旋緊保證」密封又保持水平安裝；防水密封電纜穿線管接頭27為硬塑或金屬鍍層，電纜從接頭內的橡膠圈穿過，經螺帽旋緊擠壓抱緊達到密封；儀器安裝水平泡28為塑殼內玻璃泡，玻璃泡內有酒精不滿有氣泡，安放的很平，氣泡在中可測水平；密度、溫度數字變送器29為硬塑外殼，內有單片機控制轉換，通過數字通訊將2路信號傳出；安裝支架30為鋁材和鐵板，支承傳感器用門形鋁，變送器用2mm厚的鐵板L型支架；可調亮度的紅色平行光發光板31為LED冷光源，內藏LED管經帶稜模板轉換成平行光，光衰時可調供電電壓保亮度；CCD高度調節螺栓32為金屬細絲扣，用以調試高度找零點，連接於架裝傳感器盒鋁製門形支承架41；保溫隔熱層33為塑料板，粘貼於傳感器鋁外殼36周邊，保持冷卻效果；傳感器帽子外殼34為塑料金屬電鍍，對傳感變送器起保護和遮光作用，外層金屬電鍍接地起屏蔽作用。通過上述說明，本領域技術人員完全可以實現本實用新型。
圖12為本實用新型變送器電路原理圖，圖13為CCD晶片象素採集原理圖，圖14為智能數字顯示二次表的示意圖。變送器電路由現有技術以CPLD可編程邏輯晶片製作的CCD驅動器以及本實用新型的單片機智能變送單元組成，裝於硬塑盒內用排線、D形接插座引出至傳感器盒，其電路原理見附圖12所示，單片機從CCD驅動電路採集到計數脈衝時基、初始及終止脈衝信號(一個象素對應一個脈衝)，又採集到CCD晶片受光轉換出的電平信號，用比較器電路找到從低到高亦為從黑到亮的轉折處脈衝上升沿，轉後整形後傳給單片機，其採集CCD感光象素方案如圖13所示，單片機可計算出此處(例如3260個)象素數，也就是找到玻璃密度計浮子位移量，再轉換成密度值，經RS485串口通訊傳出，變送器還可採集液體溫度信號，以數字量與密度值一併通訊傳出。圖14中，NI、PI、TI分別顯示濃度、密度和溫度，AI是超限報警，CI是控制狀態指示，KD是功能鍵盤設定區。上述結構採用現有的變送器電路即可實現。
權利要求1.一種在線檢測液體密度數字傳感變送器，包括下部沉入液體的玻璃密度計浮子，其特徵在於，所述玻璃密度計浮子上部設有塗黑段，所述玻璃密度計浮子塗黑段設置在LED面光源和接受被塗黑段遮擋的平行光並轉換為電平信號的CCD晶片之間，所述CCD晶片與變送器電路連接。
2.如權利要求1所述的在線檢測液體密度數字傳感變送器，其特徵在於，所述玻璃密度計浮子包括下部的沉入液體段、中部的量程刻度段和上部的工藝延長段，所述塗黑段設置在工藝延長段上。
3.如權利要求2所述的在線檢測液體密度數字傳感變送器，其特徵在於，所述玻璃密度計浮子上部的塗黑段為塗制的印刻度的化工黑塗料。
4.如權利要求2所述的在線檢測液體密度數字傳感變送器，其特徵在於，所述玻璃密度計浮子上部的塗黑段為粘入管內的黑紙卷。
5.如權利要求2所述的在線檢測液體密度數字傳感變送器，其特徵在於，所述玻璃密度計浮子上部的塗黑段為裹粘的黑塑膠布。
6.如權利要求2所述的在線檢測液體密度數字傳感變送器，其特徵在於，所述玻璃密度計浮子的工藝延長段上罩有玻璃保護管，所述玻璃保護管上頂封頭，下部開口，外壁管口作隔絕管內管外的密封。
7.如權利要求6所述的在線檢測液體密度數字傳感變送器，其特徵在於，所述玻璃保護管全部塗黑，管中間兩邊沿軸向留有透光縫。
8.如權利要求6所述的在線檢測液體密度數字傳感變送器，其特徵在於，所述玻璃保護管由矩形黑膠木滑配合夾持，中部沿軸向留有透光縫。
9.如權利要求1所述的在線檢測液體密度數字傳感變送器，其特徵在於，所述CCD晶片背面緊貼有鋁散熱板，散熱板上裝有測溫數字傳感器，測溫數字傳感器與變送器電路連接。
10.如權利要求9所述的在線檢測液體密度數字傳感變送器，其特徵在於，所述散熱板為T型截面的散熱板，其頂部平面緊貼半導體製冷片的冷麵，半導體製冷片的熱面緊貼進出循環水的接管口的鋁製夾層體。
專利摘要本實用新型涉及一種在線檢測液體密度數字傳感變送器，包括下部沉入液體的玻璃密度計浮子，所述玻璃密度計浮子上部設有塗黑段，所述玻璃密度計浮子塗黑段設置在LED面光源和接受被塗黑段遮擋的平行光並轉換為電平信號的CCD晶片之間，所述CCD晶片與變送器電路連接。所述玻璃密度計浮子包括下部的沉入液體段、中部的量程刻度段和上部的工藝延長段，所述塗黑段設置在工藝延長段上。所述玻璃密度計浮子上部的塗黑段為塗制的印刻度的化工黑塗料、粘入管內的黑紙卷或裹粘的黑塑膠布。本實用新型技術方案克服現有技術的不足，比現有技術簡化、成本低，更易應用於工業現場。
文檔編號G01N9/12GK2921824SQ20052002789
公開日2007年7月11日 申請日期2005年10月25日 優先權日2005年10月25日
發明者李鑑, 何乃文, 馬千, 王保國, 李德志 申請人:李鑑