专利名称：一种外置式超声波液位控制监控报警装置的制作方法
技术领域：
一种外置式超声波液位控制监控报瞀装置技术领城本实用涉及储罐中液体液位非接触监控报警装置，特别适用于一种外置式 超声波液位监控报警装置。
技术背景在医药、石油、化工、电力、食品等行业的液位工程控制中，必须对储罐 内的液位进行监控，当储罐内的液位到达上限位或下限位时，液位报警设备需 对此给出警示。当前己有的超声波液位报警设备大体分为外贴式和插入式两 种，外贴式需用两个超声探头，超声发射探头连接变送器的输出端子，超声接 收探头连接变送器的输入端子，并且安装时两个探头还要在同一水平线上，且相邻距离要小；插入式安装时需要停产进行开孔焊接，这在有防爆要求或用于 有毒性、有腐蚀性液体液位越限报警时不太适宜。而且这两类设备大都存在采 用超声探头和变送器分离结构的缺陷，增加了系统体积及拖拽损坏的可能性。 发明内容本实用新型的目的在于克服上述技术缺陷，提供一种一体式结构、方便安 装和维护的一种外置式超声波液位监控报警装置。为了实现上述目的，本新型的技术方案是这样解决的包括安装在液体储 罐外壁上的外贴式控制器，所述控制器包括一个超声探头和与之相连的变送 器，其超声探头为兼具发射和接收的超声换能器，且超声探头同时与变送器的 信号输出端子和信号输入端子相连，所述超声探头信号输出端子与接收信号限 幅保护器连接，接收信号限幅保护器与接收信号放大器连接，接收信号放大器 与接收信号检波器连接，接收信号检波器与信号处理器连接，信号处理器的信 号输出端子一端通过发射信号功放驱动器与超声探头相连，信号处理器的报警 信号输出端子与报警设备控制器相连，超声探头与吸盘相连，吸盘与液体储罐 连接。本实用新型与现有技术相比，本新型液位控制器为一体式结构，安装时不 穿孔、不动火、不损伤罐体，可不停产安装，安装和工作时对罐内液体不产生 干扰、无泄漏、无污染、无腐蚀。该装置具有结构筒单、安装维修方便、适用 范围广、可靠性强、安全性好、功率小、检测精度高、声光报警，使用方便及 远程控制等特点，可广泛应用于医药、石油、化工、电力、食品等行业的液位 工程控制。
图1为本实用新型液位控制器的使用示意图； 图2为本实用新型液位控制器结构剖视图； 图3为图2的左视图；图4为本实用新型液位控制器电路方框图； 图5为控制器的电路原理图。
具体实施方式
附图为本实用新型的防爆型实施例
以下结合附图和具体实例对本实用新型的内容作进一步说明 参照图l、图2、图3、图4所示， 一种外置式超声波液位控制监控报警装 置，包括安装在液体储罐5外壁上置有外贴式控制器1，其所述控制器l包括 一个超声探头3和与之相连的变送器2，其超声探头3为兼具发射和接收的超 声换能器,且超声探头3同时与变送器2的信号输出端子和信号输入端子相连， 所述超声探头3信号输出端子与接收信号限幅保护器12连接，接收信号限幅 保护器12与接收信号放大器13连接，接收信号放大器13与接收信号检波器 14连接，接收信号检波器14与信号处理器10连接，信号处理器10的信号输
出端子通过发射信号功放驱动器11与超声探头3相连，信号处理器10的报警 信号输出端子与报警设备控制器15相连，超声探头与吸盘4相连，吸盘4与 液体储罐5连接。图5所示为控制器的电路原理图，与原理框图相对应，图示中IO为信号 处理器单元，11为发射信号功放驱动单元，12为接收信号限幅保护单元，13 为接收信号放大单元，14为接收信号检波单元，15为报警设备控制单元。信 号处理器10中的Ul的第3脚并联有电容C7、C8，电容C7、C8另一端与AGND 连接，第12脚并联电阻Ro、电容Co，电阻Ro另一端接VDD，电容Co另一端 接地，Ul为C8051F007，用于对发射信号、报警信号的控制及对接收信号的 采样、处理。信号处理器10通过输出端口P0.0、 P0.1与发射信号功放驱动器 ll相连，输出端口 P0.0—端连接在Q2上，输出端口 P0.1—端连接在Q3上， Q2另一端与二极管D3和变压器一次侧的第1脚连接，Q3另一端与二极管D4 和变压器一次侧的第4脚连接，二极管D3、 D4反向串并联连接在变压器一次 侧的第l、 4脚的两端，变压器一次侧的第2、 3脚连接一个晶体振荡器CB, 晶体振荡器C13另一端接地，变压器二次侧的第5、 6脚连接到端子J1的1、 2 脚上，发射信号功放驱动器ll用以产生发射信号。发射信号功放驱动器ll通 过端子Jl与超声探头3相连。超声探头3在发射的同时接收回波信号，超声 探头3同时与接收信号限幅保护单元12相连，接收信号限幅保护单元12串联 连接一个电阻R16，电阻R16的另一端并联反向二极管D5、 D6，反向二极管 D5、 D6另一端接地，该单元主要利用二极管D5、 D6特性对接收信号进行限 幅、保护。接收信号限幅保护单元12再与接收信号放大单元13相连，接收信 号放大单元13—端依次串联连接电容C14、电阻R17，电阻R17另一端分别与 电阻R170 —端、运算放大器U5第2脚连接，运算放大器U5第8脚串联连接 一个电容C15，电容C15另一端接地，电阻R18分别与电阻R19—端、运算放 大器U5第3脚连接，电阻R19、运算放大器U5第4脚接地，该单元通过运算放大器U5对接收来的信号进行放大。接收信号放大单元13再与接收信号检波 单元14，运算放大器U5的第1脚与接收信号检波单元14中的二极第管D7 连接，二极第管D7的另一端依次分别与电阻R20、电容C16、运算放大器U5B 的5脚连接，电阻R20、电容C16、运算放大器U5B的4脚、二极第管D8与 地连接，运算放大器U5B的8脚接电源，6、 7脚短接，第7脚与二极第管D8、 D9的一端连接，对放大后的信号进行检波处理，提取接收信号的包络信息。 接收信号检波单元14将该信息送到信号处理器10的AD转化器中，信号处理 器10对其进行采样、处理，根据处理结果判断控制器所处位置到底有无液体 存在。最后，信号处理器10通过输端口 P0.3、 P0.4、 P0.5控制报警设备控制 器15，控制报警设备控制器15的芯片U4的第1脚上串联连接一个电阻R21， 第2脚接地，3、 4脚与端子Jl连接，发光二极管L3的第2脚节点两侧各连接 一个电阻R13、 R14， RVG的第l脚连接一个电阻Rll，电阻Rll、 R13另一端 与输出端口 P0.5连接，RVG的第3脚连接-一个电阻R12,电阻R12、 R14另 一端与输出端口P0.4连接，给出声光报警及进行继电操控。其工作方式为变送器中的CPU给出一个激励脉冲，经过功放电路放大 后，加到超声发射探头上发射超声波信号，超声信号在罐壁及罐内液体分界面 发生反射，超声探头接收该回波信号，送到变送器经限幅保护、信号放大、包 络检波处理后，再经过变送器中CPU采集处理进行比对，根据回波信号的强 弱判断出储罐液体液位是否达到报警线，并由变送器中的CPU将报警信号送 到控制器，最后由控制器驱动声光报警及进行继电操控。其比对原理是当超 声探头所在位置有液体时，因为液体声阻抗小，储罐壁与液体交界面声阻抗跳 跃小，超声探头会接收到一个相对较弱的反射信号；当超声探头所在位置没有 液体时，因为罐内气体的声阻抗相对较高，超声探头会接收到一个相对较强的 反射信号；当然两种反射信号需要事先预存到CPU中作为比对标准。超声探头3是Tonpile (复合棒形)换能器，超声探头3与变送器2共同装
配在一个壳体内，该壳体前端连接吸盘，吸盘四周镶有磁铁，超声探头3位于 壳体前端，与之相连的变送器2位于其后部空腔内，这样设计可以节省系统所 占空间，系统也更牢靠。安装时超声探头3利用壳体吸盘4上的磁铁直接吸附 在储罐5表面报警液面处，并用硅酯或凡士林作为探头3表面与罐壁之间的耦 合剂，分别记录报警液面处有液体和没液体两种状态下的回波信号值进行探头 标定，探头标定完毕后进入"工作"状态，变送器2会根据实际的液位状态进 行判断。当然，安装前需要将预定检测位置用钢丝刷、砂纸、锉刀等工具打磨 清理出一个直径约150mm的平面，要求应尽可能平滑(用手触摸无较明显的 凸凹不平和毛刺)。再用丙酮(或用其它方法)进行脱脂、净化处理，以保证 该安装接合平面无污垢、油漆、灰尘、颗粒物等。超声探头3的频率范围为20K-500KHz，发射信号功放驱动器输送给超声 探头的电信号为电压幅度为20-300V的短时脉冲，持续时间为0.01-3毫秒，脉 冲信号重复周期为0.5-5秒。其适用范围广，对被测液体介质、容器材料及容 器压力没有特殊要求。变送器2由信号处理器10、发射信号功放驱动器ll、接收信号限幅保护 器12、接收信号放大器13、接收信号检波器14和报警设备控制器15组成； 信号处理器10的信号输出端子通过发射信号功放驱动器11与超声探头3相连， 信号处理器10的信号接收端子通过接收信号检波器14、接收信号放大器13、 接收信号限幅保护器12与超声探头3相连，信号处理器10的报警信号输出端 子与报警设备控制器15相连。超声探头3的辐射面紧贴在罐壁外表面，用同 一个超声探头3发射接收，变送器2中的CPU给出一个激励脉冲，经过功率 放大后，加到超声探头3上，超声探头3发出超声信号，此信号经过储罐内介 质反射回来，经过超声探头3接收后变成电信号加到变送器2输入端子，该接 收信号经过接收信号限幅保护器12进行限幅保护后，经过接收信号放大器13 进行放大，再对其进行检波处理后，送到变送器2中的信号处理器(CPU)进
行采样处理，CPU根据回波信号的强弱判断出储罐5的液位是否达到报警线， 当达到报警线时，由变送器2中的CPU向报警设备控制器15输出报警信号， 最后由报警设备控制器15驱动声光报警及进行继电操控。该 装置可根据用户的要求及使用场所的不同，可以做成防爆型，也可以做成普通 型，所说防爆型装置必须符合国家对防爆产品的有关规定。
权利要求1、一种外置式超声波液位监控报警装置，包括安装在液体储罐(5)外壁上的外贴式控制器(1)，其特征在于所述控制器(1)包括一个超声探头(3)和与之相连的变送器(2)，其超声探头(3)为兼具发射和接收的超声换能器，且超声探头(3)同时与变送器(2)的信号输出端子和信号输入端子相连，所述超声探头(3)信号输出端子与接收信号限幅保护器(12)连接，接收信号限幅保护器(12)与接收信号放大器(13)连接，接收信号放大器(1 3)与接收信号检波器(14)连接，接收信号检波器(14)与信号处理器(10)连接，信号处理器(10)的信号输出端子通过发射信号功放驱动器(11)与超声探头(3)相连，信号处理器(10)的报警信号输出端子与报警设备控制器(15)相连，超声探头(3)连接在吸盘(4)内，吸盘(4)与液体储罐(5)连接。
2、 根据权利要求1所述一种外置式超声波液位监控报警装置，其特征在 于超声探头的频率范围为20K-500KHz，发射信号功放驱动器(11)输送给超 声探头(3)的电信号的电压幅度为20-300V的短时脉冲，持续时间为0.01-3 毫秒，脉冲信号重复周期为0.5-5秒。
3、 根据权利要求1或2所述一种外置式超声波液位监控报警装置，其特 征在于超声探头(3)由Tonpile (复合棒形)换能器和壳体构成，超声探头(3) 通过壳体与吸盘(4)相连，吸盘(4)上镶有磁铁，变送器(2)固定于控制 器(1)的壳体空间内。
专利摘要本实用新型公开外置式超声波液位控制监控报警装置。包括超声探头和与之相连的变送器，探头为兼具发射和接收的超声换能器，探头同时与变送器输出端子和输入端子相连，探头与接收限幅保护器连接，接收限幅保护器与接收放大器连接，接收放大器与接收检波器连接，接收检波器与处理器连接，处理器输出端子通过发射功放驱动器与超声探头相连，处理器报警信号输出端子与报警设备控制器相连进行声光报警，超声探头与吸盘相连，吸盘与储罐壁相连。本实用外贴于被测储罐，对储罐无需开孔，具有结构简单、安装维修方便、声光报警，可靠性强、安全性好、功率小、检测精度高的特点，可广泛应用于医药、石油、化工、电力、食品行业的液位控制。
文档编号G01F23/22GK201016774SQ200720031328
公开日2008年2月6日 申请日期2007年3月9日 优先权日2007年3月9日
发明者吴志强, 斌 李, 阎志超 申请人:西安华舜测量设备有限责任公司