智能重锤料位计的制作方法

本实用新型涉及机械式料位计领域，特别涉及一种智能重锤料位计。

背景技术：

重锤料位计是被广泛应用于复杂恶劣工况下的料位测量装置，是雷达、超声波、激光等料位计在恶劣工况下无法可靠运行与测量的重要替代手段与传感器。

重锤料位计原理是利用悬挂于钢索或者钢带下的锤头接触物料后，失重感应机构感应到失重信号，再由处理器计算出锤头从容器顶端到出现失重信号的位置的长度，最后结合容器高度计算出料位高度。所有，在重锤料位计中的失重感应机构是重锤料位计的核心机构，其准确及时对于重锤接触物料的反馈，是重锤料位计可靠测量的基础。目前的失重感应机构通常是由弹性结构的机械复位机构与接近检测开关构成，基本是由弹簧和旋转轴以及其他连接结构件构成。在重锤料位计的锤头下降、上升过程中，机械复位机构因为与连接锤头的绳或者带连接，做相应的运动。当机械复位机构中处于运动状态的被检测部分运动到固定的接近检测开关位置时，接近检测开关将检测信息发送给运算处理器，运算处理器控制电机做相应的动作。目前的接近检测开关主要用霍尔开关、限位开关、接近开关等充当。

在实际使用中，重锤料位计容易出现埋锤、断锤等故障，究其原因，除了重锤料位计安装位置不合理以及料位计放锤没有与系统落料关联外，主要是锤头接触物料后，负责感应重锤失重的机械复位机构与位置开关在配合检测中没有及时检测到或者检测滞后造成的。重锤料位计里机械复位机构的运动被检测部分，在落锤、接触物料过程中，无法复位到接近开关检测位置，从而无法触发提锤动作。其无法复位的原因，主要：1、重锤料位计内部进粉尘，阻塞机械复位机构动作；2、被测物料为粉料，锤头进入物料一定深度，物料对于锤头托举力增大过程缓慢；3、锤头无法在倾斜物料表面站立，出现滑锤，物料掩埋锤头；4、由于长期使用，机械复位机构里的弹簧等弹性材料老化，性能发生变化；5、当物料在料仓底部这样的极限位置时，由于绳和或带自重增加、线性运动速度低，反馈滞后。

对于上述的缺陷，现有的基于机械复位机构的失重检测方案，基本没有办法解决。而本实用新型人在专利CN201520354348.0“智能重锤料位计”以及专利CN201520354394.0“非接触式智能重锤料位计”中声明的技术方案，均是通过在锤头部分的新技术手段实现接触或者接近物料检测的，但是由于上述两种技术手段关键检测部件安装有锤头部分，而锤头部分在容器内部工作，所以，上述两种技术方案，在高温、高压以及高湿等恶劣工况下，均无法使用。并且，由于需要给锤头部分的检测部件提供能源，上述两种方法实施技术难度大。

另外，其他一些技术方案，如通过称重方法，实现锤头接触物料后的触锤检测，由于称重结构与部件可靠性问题，均无法长期可靠使用，构成感应失灵以及埋锤现象。

技术实现要素：

实用新型目的：针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种智能重锤料位计，能够及时准确的分析出锤头与物料接触时机，避免出现埋锤和断锤故障。

技术方案： 本实用新型提供了一种智能重锤料位计，包括锤头部件、绳带部件、机械复位机构以及分别与总运算处理器信号连接的卷扬机构、姿态测量部件、长度测量部件和信号输出部件；所述卷扬机构通过所述绳带部件与所述锤头部件相连接，所述锤头部件通过所述绳带部件悬挂在测量空间内，所述机械复位机构中的运动单元与所述绳带部件以及所述姿态测量部件相连。

优选地，所述机械复位机构中的运动单元为杠杆，所述机械复位机构由杠杆、弹簧和滑轮组成，所述姿态测量部件固定在所述杠杆上，所述杠杆的中部转动连接在支架上，所述滑轮与所述杠杆的一端转动连接，所述弹簧的顶端与所述杠杆的另一端固定连接，所述弹簧的底端固定连接在所述支架上；所述绳带部件悬挂在所述滑轮上；所述长度测量部件由配合单元和传感器单元组成，所述配合单元设置在所述滑轮上，所述传感器单元与所述总运算处理器信号连接。当绳带部件下方的锤头部件接触到物料时，锤头部件对绳带部件的拉力减小，绳带部件上的拉力通过滑轮作用在杠杆的一端，杠杆的另一端则会在弹簧的作用下下移，杠杆从平衡状态到不平衡状态的姿态会被姿态测量部件测量到，姿态测量部件则会将杠杆的姿态信息发送给总运算处理器，总运算处理器则会控制卷扬机构通过绳带部件将锤头部件上拉至止点，在上拉的过程中，长度测量部件中的配合单元与传感器单元配合测量绳带部件上移的距离，并将该距离信息发送给总运算处理器，总运算处理器则会通过该距离信息计算出物料的料位。

进一步地，所述的智能重锤料位计还包含至少一个用于检测所述机械复位机构中的运动单元的位置的开关部件，所述开关部件与所述总运算处理器信号连接。可以设置开关部件初始状态为断开状态，此时机械复位机构中的运动单元没有运动或运动没有到达预设位置，说明绳带部件下方的锤头部件还没有接触到物料；当机械复位机构中的运动单元由于绳带部件的牵引而运动时，若姿态测量部件此时测量到杠杆的姿态发生了变化，则会将姿态变化的信息发送给总运算处理器，然后总运算处理器通过控制卷扬机构将锤头部件上移；若姿态测量部件一直没有检测到杠杆的姿态发生变化的信息，则当杠杆下移到开关部件位置时，开关部件也会闭合，闭合的开关部件会将自身闭合的信号发送给总运算处理器，总运算处理器在接到开关部件闭合的信号后也判断出此时锤头部件已经接触到物料，然后就会控制卷扬机构通过绳带部件将锤头部件拉上来；可见，开关部件的设置能够辅助姿态测量部件测量机械复位机构中的运动单元的运动情况，以为用户提供更加可靠的机械复位机构的状态信息，使本料位计的测量结果更加准确。在实际应用中可以选择使用姿态测量部件和开关部件中任一种模式独立工作，也可以两种模式结合使用。

优选地，所述开关部件为以下任意一种或其组合：接触式开关部件或非接触式开关部件；所述接触式开关部件为以下任意一种或其组合：限位开关、拨动开关；所述非接触式开关部件为以下任意一种或其组合：霍尔开关、接近开关、光电开关。

优选地，所述姿态测量部件为以下任意一种或其组合：加速度计、陀螺仪、磁力计、倾角传感器。提供包括角度、速度、方向、位移和/或加速度等姿态信息给总运算处理器。

本实用新型还提供了一种智能重锤料位计的测量方法，包括以下步骤：S1：所述姿态测量部件持续测量所述机械复位机构中的运动单元的姿态信息，并将所述姿态信息发送给所述总运算处理器；S2：所述总运算处理器根据所述姿态信息通过预设的数学模型分析出所述锤头部件当时的状态，并根据该状态控制所述卷扬机构通过所述绳带部件带动所述锤头部件上升或下降；S3：在所述锤头部件上升或下降的过程中，所述长度测量部件测量所述绳带部件的伸缩长度相关信息，并将所述伸缩长度相关信息传递给所述总运算处理器；S4：所述总运算处理器将所述伸缩长度相关信息运算处理成物料的料位信息，并将所述料位信息通过所述信号输出部件输出。

进一步地，在所述S1中，在所述姿态测量部件将所述姿态信息发送给所述总运算处理器的同时，所述总运算处理器还能接收所述开关部件的开关信号；在所述S2中，所述总运算处理器能够根据所述姿态信息和所述开关信号通过预设的数学模型分析出所述锤头部件当时的状态。

有益效果：本实用新型中，当需要测量空间内的料位信息时，总运算处理器能够控制卷扬机构通过绳带部件将锤头部件下移，当锤头部件下移到与物料接触时，由于物料对锤头的支撑作用，锤头部件对绳带部件的拉力减小，绳带部件上的拉力减小则会导致机械复位机构中的运动单元发生运动，姿态测量部件则会测量该运动单元的姿态信息，并将该姿态信息发送给总运算处理器，总运算处理器则会根据该姿态信息通过数学模型分析出锤头当时的状态，并根据该状态控制卷扬机构通过绳带部件将锤头部件拉上来，在将锤头拉上来的过程中，长度测量部件则会测量绳带部件的伸缩长度相关信息并将其发送给总运算处理器，总运算处理器则会将上述伸缩长度相关信息处理成物料的料位信息通过输出部件输出。可见，本实用新型通过姿态测量部件持续测量机械复位机构的运动单元的运动状态，依据预设的数学模型，及时准确的分析出锤头部件与物料接触时机，避免出现埋锤和断锤故障；由于姿态测量部件与锤头部件分离，能够有效避免因埋锤出现姿态检测部件测量不准确的现象，便于为姿态检测部件提供能源；本料位计能够在高温、高压以及高湿等恶劣工况下使用，结构可靠，测量结构精确。

附图说明

图1为实施方式1中重锤料位计的结构示意图；

图2为实施方式2中重锤料位计的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行详细的介绍。

实施方式1：

本实施方式提供了一种智能重锤料位计，如图1所示，该智能料位计主要由锤头部件1、绳带部件3、机械复位机构5以及分别与总运算处理器7信号连接的卷扬机构2、姿态测量部件6、长度测量部件4和信号输出部件8组成，上述机械复位机构5、总运算处理器7、卷扬机构2、姿态测量部件6和长度测量部件4均位于仪表壳体9内，锤头部件位于仪表壳体9外测量空间内；上述机械复位机构5由杠杆501、弹簧502和滑轮503组成，杠杆501的中部转动连接在支架10上，支架10固定在测量空间内，滑轮503转动连接在杠杆501一端，弹簧502的顶端固定在杠杆501的另一端，弹簧502的底端固定在支架10上，绳带部件3的中部悬挂在滑轮503上，且绳带部件3的一端缠绕在卷扬机构2上，另一端与锤头部件1连接，锤头部件1通过该绳带部件3悬挂在测量空间内，姿态测量部件6固定在杠杆501上，长度测量部件4由配合单元401和传感器单元402组成，传感器单元402优选使用霍尔开关，配合单元401优选使用感应磁块，感应磁块固定在滑轮503上，霍尔开关设置在滑轮503的机构件上，当滑轮503转动、感应磁块经过霍尔开关时，霍尔开关将信号发送给总运算处理器7，总运算处理器7则根据接收到的信号计算绳带部件3变化的长度。

上述姿态测量部件6为以下任意一种或其组合：加速度计、陀螺仪、磁力计、倾角传感器。

上述智能重锤料位计的工作原理（即测量方法）如下：

当需要测量空间内的料位信息时，总运算处理器7能够控制卷扬机构2通过绳带部件3将锤头部件1下移，在锤头部件1下移的过程中，机械复位机构5中的杠杆501一直处于平衡状态；当锤头部件1下移到与物料接触时，由于物料对锤头部件1的支撑作用，锤头部件1对绳带部件3的拉力减小，绳带部件3上的拉力通过滑轮503作用在杠杆501的一端，杠杆501的另一端则会在弹簧502的作用下下移，姿态测量部件6一直连续测量杠杆501的姿态信息，杠杆501从平衡状态到不平衡状态的姿态都会被姿态测量部件6测量到，并且姿态测量部件6会将杠杆501的姿态信息发送给总运算处理器7。当总运算处理器7控制卷扬机构2开始转动时，锤头部件1开始下降，下降过程中姿态测量部件6测量到的姿态不断发生变化，同时长度测量部件4在绳带部件3下降过程中，滑轮503会转动，滑轮503每转动一圈，长度测量部件4中的霍尔开关即能断开和闭合一次，霍尔开关将断开和闭合的次数信号传递给总运算处理器7。当锤头部件1触及到物料时，锤头部件1由于物料的托举，对绳带部件3的拉力减小或者消失，此时杠杆501另外一端的弹簧502回拉，杠杆501姿态发生变化，当杠杆501姿态达到预设程序预设的姿态信息时（如角度大于水平角10°），预设程序判断锤头部件1触及到物料，总运算处理器7开始控制卷扬机构2反转，开始提锤。于此同时，总运算处理器7将长度测量部件4在开始回拉锤头部件1的时刻的长度信息换算成物料料位信息，并将该料位信息通过输出部件8输出。

本实施的优点在于，对于很多特殊情况下，如物料为密度非常低的粉状物料时，传统重锤料位计的锤头进入非常深，物料对于锤头的支撑力才能够使弹性复位机构的运动部分回到预设的限位开关位置，此过程时间长，甚至由于物料的摩擦力或者新物料的掩埋，机械复位机构5的运动部分无法恢复到预设位置，结果出现埋锤现象。另外，在测量的极限位置，由于绳带部件3自身重量，使得机械复位机构5回到预设位置更加困难。而本实施中，总运算处理器7可以通过许多种方法分析出锤头部件1触及物料，比如杠杆501向下倾斜的角速度小于预设值，或者向下倾斜停止，或者弹簧502回拉时，只要角度变化或方向发生反转即可，极大地提升了总运算处理器7对于锤头部件1触及物料时的状态判断。

实施方式2：

本实施方式为实施方式1的进一步改进，主要改进之处在于，在实施方式1中，有时候会出现姿态测量部件6测量不到杠杆501姿态发生变化的信息，这样就会导致总运算处理器7收不到杠杆姿态变化的信息，就不会控制卷扬机构2通过绳带部件3将锤头部件1拉上来，这样就很容易发生埋锤现象，导致测量结果不准，甚至毁坏料位计。而在本实施方式中可以有效避免上述情况的发生。

具体地说，本实施方式中的重锤料位计中，还包括用于检测杠杆501的位置的开关部件11，如图2，该开关部件11设置在固定有弹簧502的杠杆501一端下方，并与总运算处理器7信号连接，该开关部件11优选使用以下任意一种或其组合：限位开关、拨动开关、霍尔开关、接近开关、光电开关。

开关部件11的初始状态为断开状态，当锤头部件1接触到物料而使得绳带部件3上的拉力变小时，固定有弹簧502的杠杆501一端在弹簧502的作用下下移，若姿态测量部件6此时测量到杠杆501的姿态发生了变化，则会将姿态变化的信息发送给总运算处理器7，然后根据与实施方式1中相同的方式将锤头部件1上移；若姿态测量部件6一直没有检测到杠杆501的姿态发生变化的信息，则当杠杆501下移到开关部件11位置时，开关部件11也会闭合，闭合的开关部件11会将自身闭合的信号发送给总运算处理器7，总运算处理器7在接到开关部件11闭合的信号后也判断出此时锤头部件1已经接触到物料，然后就会控制卷扬机构2通过绳带部件3将锤头部件1拉上来。

可见，开关部件11的设置能够辅助姿态测量部件6测量机械复位机构5中的运动单元的运动情况，以为用户提供更加可靠的机械复位机构5的状态信息，使本料位计的测量结果更加准确。

在实际应用中可以选择使用姿态测量部件6和开关部件11中任一种模式独立工作，也可以两种模式结合使用，两种模式结合使用效果更好。

除此之外，本实施方式与实施方式1完全相同，此处不做赘述。

上述实施方式只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。