专利名称：多层物位自动测量仪及其测量方法
技术领域：
本发明涉及 一种多层物位自动测量仪及其测量方法，更准确地说本发明涉 及一种基于力反馈的多层物位自动测量仪器及其测量方法。
技术背景目前，物位检测技术与各种物位测量仪表众多，例如，申请号为CN03819957，2申请公开了 一种借助于雷达物位测量系统计算储藏室中产品表面 高度的方法和装置，但都为测量单层物料的测量仪表，多层物料的物位测量仪 却未见报道，在实际的生产与生活中我们常常需要对多层物料进行物位测量， 需要一种新型测量仪表的出现。 发明内容本发明所要解决的技术问题是提供一种可以对多层物料进行测量的测量仪器。为解决上述技术问题,本发明提供一种多层物位自动测量仪及其测量方法。 本发明是釆取以下的技术方案来实现的本发明的多层物位自动测量仪包含测控计算机、驱动电机、导轨、滑块、限 位开关、压力传感器、探杆和浮子，所述计算机连接着压力传感器、限位开关 和驱动电机，限位开关安装在直线导轨上端，驱动电机带动滑块在导轨上移动， 探杆安装在固定于滑块上的压力传感器上。本发明的多层物位自动测量仪的测量原理为当探杆匀速向下扎入多层不同 物料时，由于不同物料密度不同，则探杆在不同物料的界面处所受的阻力就会 有突变，记录各个突变时刻探杆下移量，就能够计算得到多层不同物料的厚度， 也就是基于力反馈测量多层物位。前述的多层物位自动测量仪，其特征在于探杆为刚性的，能够直接把探杆下 移时所受的阻力高灵敏地传递给压力传感器。前述的多层物位自动测量仪，其特征在于压力传感器为称重传感器。前述的多层物位自动测量仪，其特征在于驱动电机为步进电机，步进电机具 有精确确定位移量的特点。4前述的多层物位自动测量仪，，其特征在于当待测的多层物料物位间隔不大 时，导轨和滑块釆用直线导轨副，驱动电机通过丝杠驱动滑块上下移动，从而 实现探杆上下移动测量物位。前述的多层物位自动测量仪，其特征在于当待测的多层物料物位间隔较大 时，导轨和滑块采用齿轮和齿条结构，把齿条固定在容器内壁上，内装有齿轮 的滑块在驱动电机的带动下上下移动，从而实现探杆上下移动测量物位。前述的多层物位自动智能测量仪，其特征在于如果待测多层物料的密度相差 很小，为了增加不同界面的阻力突然变化量，探杆末端安装一个中空平底浮子， 其平底大小根据物料密度差和压力传感器的灵敏度确定。前述的多层物位自动测量仪，其特征在于限位开关釆用抗干扰能力强和定位 精度高的遮挡式光电开关。前述的多层物位自动测量仪进行自动测量的方法，其特征在于具有以下步骤(1) 测控系统初始化，即计算机控制驱动电机带动滑块在导轨上向上移动 到限位开关上部分处，然后计算机控制驱动电机带动滑块向下运动，这样探杆 就会插入不同物料中，由于不同物料的密度不同，则探杆在不同物料的界面处所受的阻力就会突然增大，探杆实时把阻力传递给压力传感器；(2) 计算机实时检测压力传感器的压力变化，当压力突然增大量达到一定 数值时，就记录该时刻驱动电机的位移量，直到压力突然增大量很大时，也就 是探杆已经下移到容器底层，记录此时驱动电机位移量，计算机控制驱动电机带动探杆返回到限位开关上部分处；(3) 计算机通过计算各个压力突然增大时刻驱动电机的位移量之差，确定出各层物料的厚度值，为增加测量精度和可靠性，利用测量仪进行多次重复测本发明专利的有益效果是能够测量多层物料的物位，比如测量污水处理的沉 积池中水下泥沙厚度。而且能够实现在高污染、高温、多粉尘、界面模糊等条 件下进行物位测量。
图l多层物位自动测量仪测量原理示意图； 图2多层物位自动测量仪实施例一的结构示意图左视图； 图3多层物位自动测量仪实施例一的结构示意图正视图； 图4多层物位自动测量仪实施例二的结构示意图左视图；图5多层物位自动测量仪实施例二的结构示意图正视图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明专利进 一 步说明如图1所示的本发明多层物位自动测量仪测量原理示意图，该图的纵坐标 为探杆下移过程中所受阻力，横坐标为驱动电机距离限位开关的位移。第一个 突变点为探杆的浮子下移遇到多层物料的第一层与空气的界面，第二个突变点 为探杆浮子全部进入第一层物料中，第三个突变点为浮子下移遇到多层物料的 第一层与第二层的界面，同理，第四个突变点为浮子下移遇到多层物料的第二层物料与第三层物料的界面。根据各个突变点对应的驱动电机位移，即能够计 算得到各层物料厚度。如图2和图3所示的本发明多层物位自动测量仪实施例一的结构示意图， 其中多层物位自动测量仪包括:驱动电机的丝杠1、驱动电机2、限位开关上 部分3、测量仪支架4、直线导轨副的导轨5、滑块6、压力传感器固定架7、压 力传感器8、探杆9、限位开关下部分10和浮子11。实施例一测量过程如下(1) 测控系统初始化，即计算机控制驱动电机2通过丝杠1带动滑块6在 导轨5上向上移动到限位开关上部分3处，限位开关动作，然后计算机控制驱 动电机2带动滑块6向下运动，这样探杆9和浮子11就会插入不同物料中，由 于不同物料的密度不同，则探杆9和浮子11在不同物料的界面处所受的阻力就 会突然增大，探杆9实时把阻力传递给压力传感器8;(2) 计算机实时检测压力传感器8的压力变化，每次当压力突然增大量达 到一定数值时，就记录该时刻驱动电机2的位移量，直到压力突然增大量很大 时，也就是浮子ll已经下移到容器底层，记录此时驱动电机2位移量，计算机 控制驱动电机2带动探杆9和浮子11返回到限位开关上部分处；(3) 计算机通过计算各个压力突然增大时刻驱动电机2的位移量之差，就 确定出了各层物料的厚度值，为了增加测量精度和可靠性，该测量仪还能够实 现多次重复测量。如图4和图5所示的本发明多层物位自动测量仪实施例二的结构示意图， 所述多层物位自动测量仪包括固定于容器内壁的齿条12、齿轮13、探杆9、 浮子11、限位开关上部分3、限位开关下部分10、驱动电机2、压力传感器8和滑块6。实施例二测量过程如下(1) 测控系统初始化，即计算机控制驱动电机2通过齿轮13带动滑块6在 齿条上12向上移动到限位开关上部分3处，限位开关动作，然后计算机控制驱 动电机2带动滑块6向下运动，这样探杆9和浮子11就会插入不同物料中，由 于不同物料的密度不同，则探杆9和浮子11在不同物料的界面处所受的阻力就 会突然增大，探杆9实时把阻力传递给压力传感器8;(2) 计算机实时检测压力传感器8的压力变化，每次当压力突然增大量达 到一定数值时，就记录该时刻驱动电机2的位移量，直到压力突然增大量很大 时，也就是浮子ll已经下移到容器底层，记录此时驱动电机2位移量，计算机 控制驱动电机2带动探杆9和浮子11返回到限位开关上部分处；(3) 计算机通过计算各个压力突然增大时刻驱动电机2的位移量之差，就 确定出了各层物料的厚度值，为了增加测量精度和可靠性，该测量仪还能够实 现多次重复测量。实验表明该测量仪的测量误差在lmm左右。除上述两个实施例外，凡釆用等同替换或等效变换的形式所获得的技术方 案，均落在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种多层物位自动测量仪，其特征在于包含测控计算机、驱动电机(2)、导轨、滑块(6)、限位开关、压力传感器(8)和探杆(9)，所述计算机连接着压力传感器(8)、限位开关和驱动电机(2)，限位开关安装在直线导轨(2)上，驱动电机(2)带动滑块(6)上下移动，探杆(9)安装在固定于滑块(6)上的压力传感器(8)上。
2. 根据权利要求1所述的多层物位自动测量仪，其特征在于所述探杆(9) 为刚性的。
3. 根据权利要求l所述的多层物位自动测量仪，其特征在于所述压力传感器(8) 为称重传感器。
4. 根据权利要求1所述的多层物位自动测量仪，其特征在于驱动电机(2) 为步进电机。
5. 根据权利要求l所述的多层物位自动测量仪，其特征在于所述导轨和滑块 (6)釆用直线导轨副，驱动电机(2)通过丝杠驱动滑块(6)在直线导轨副的导轨(5)上上下移动，从而实现探杆(9)上下移动测量物位。
6. 根据权利要求l所述的多层物位自动测量仪，其特征在于所述导轨和滑块 (6)釆用齿条和齿轮结构，齿条(12)做为导轨固定在容器内壁上，内装有齿轮(13)的滑块(6)在驱动电机(2)的带动下上下移动，从而实现探杆(9) 上下移动测量物位。
7. 根据权利要求1所述的多层物位自动测量仪，其特征在于所述探杆末端安 装一个中空平底浮子(11)，其平底大小根据物料密度差和压力传感器的灵敏 度确定。
8. 根据权利要求l所述的多层物位自动测量仪，其特征在于所述限位开关釆 用抗干扰能力强和定位精度高的遮挡式光电开关。
9. 一种利用权利要求l所述的多层物位自动测量仪进行自动测量的方法，其特 征在于包括以下步骤(1)测控系统初始化，即计算机控制驱动电机(2)带动滑块(6)在导轨 上向上移动到限位开关上部分(3)处，然后计算机控制驱动电机(2)带动 滑块(6)向下运动，这样探杆(9)就会插入不同物料中，由于不同物料的 密度不同，则探杆(9)在不同物料的界面处所受的阻力就会突然增大，探杆 实时把阻力传递给压力传感器(8);(2) 计算机实时检测压力传感器(8)的压力变化，每当压力突然增大量达 到一定数值时，就记录该时刻驱动电机的位移量，直到压力迅速增大量很大 时，也就是探杆已经下移到容器底层，记录此时驱动电机(2)位移量，计算 机控制驱动电机(2)带动探杆(9)返回到限位开关上部分处；(3) 计算机通过计算各个压力突然增大时刻驱动电机的位移量之差，确定 出各层物料的厚度值，为增加测量精度和可靠性，利用该测量仪进行多次重
全文摘要
本发明公开了一种多层物位自动测量仪器及其测量方法，所述多层物位自动测量仪包含测控计算机、驱动电机、导轨、滑块、限位开关、压力传感器、探杆和浮子，所述计算机连接着压力传感器、限位开关和驱动电机，限位开关安装在直线导轨上端，驱动电机带动滑块在导轨上移动，探杆安装在固定于滑块上的压力传感器上。本发明的多层物位自动测量仪器能够测量多层物料的物位，而且能够实现在高污染、高温、多粉尘、界面模糊等条件下进行物位测量。
文档编号G01F23/14GK101329191SQ200810123088
公开日2008年12月24日 申请日期2008年7月16日 优先权日2008年7月16日
发明者丁茂实, 吴昆明, 姚恩涛, 宋大鹏, 徐贵力, 程月华 申请人:南京航空航天大学