一种管道液位的检测方法及装置与流程

本发明涉及管道液位检测领域，尤其是涉及一种管道液位的检测方法及装置。

背景技术：

红外检测被广泛应用于工农业生产日常控制等众多领域，但往往是以被遮挡或者完全被物体吸收，红外接收管无法接收到红外线信号，产生的前后电信号差，来完成开关型的检测，比如报警，计数，定位等等。但是对透明液体的检测，往往就不易实现。有提出利用液面反射来检测的，类似可见光的一定角度下在液面的全反射，让红外发射光，以一定角度来照射即将到来的液面。于液面形成一定的夹角，在液体未升至敏感位置之前，红外光直接穿过容器外壁，到达红外接收管，不受液面影响，产生电信号；液体到达敏感位置时，红外发射光到达液面，因为液面的反射，而无法达到红外接收管，达到和未到达，红外接收管的电信号差别比较，形成开关型的电信号，然后做出相应电信号动作。

而细小管道检测，情况更特殊，这种应用会更显困难！在一定倾斜角度情况下，管壁对红外光柱的影响更为复杂！尤其在小管径下，导致红外光检测透明液体往往比较困难。我们在实践中，也发现了这个问题。直接让红外对射管中间，放入通过液体的管道，简单电路，往往很难实现对是否流经液体的检测，特别是在2～30mm管径的检测中。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种管道液位的检测方法及装置，灵敏度更高，抗干扰能力更强。

本发明的技术方案：

一种管道液位的检测装置，包括安装基座，所述安装基座上开设有方便将待测管道卡住的管道卡槽，所述管道卡槽的两侧分别开设有发射管安装位和接收管安装位，在发射管安装位与管道卡槽之间以及接收管安装位与管道卡槽之间均开设有红外线通道，所述红外线通道的中心线与管道卡槽的圆心距离为a，所述发射管安装位内安装有红外线发射装置，在接收管安装位内安装有红外线接收装置，红外线接收装置连接检测电路。

所述安装基座的两端开设有方便将待测管道卡紧的限位槽。

所述红外线通道的中心线与管道卡槽的圆心距离a的取值为待测管道内径的1/2～1/4。

一种管道液位的检测方法，包括以下具体步骤：

根据待测管道的管径选择好相应尺寸的检测装置；

安装好红外线发射装置和红外线接收装置，红外线发射装置和红外线接收装置的中心正对红外线通道的中心，连接好检测电路并通电；

根据待测管道内的液体选择外测管道检测法或者内测管道检测法进行检测；

当待测管道内为无挂壁现象的透光性液体或吸光性液体时，选择外测管道检测发检测，直接检测红外线接收装置接收到的光信号强弱来进行判定管道内的液体情况；

当待测管道内的为粘度高挂壁现象严重的液体时，选择内测管道检测法进行检测，检测时将安装在管道卡槽内的管道替换成四氟乙烯管道，然后再通过红外线接收装置接收到的光信号强弱来进行判定管道内的液体情况。

所述红外线发射装置通过红外线通道发射的小光柱为圆形或椭圆形或矩形。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明检测更准确，抗干扰能力更强，可靠性更高，更适用于对可靠性要求高的场所。

附图说明

图1是本发明检测装置截面结构示意图；

图2是本发明检测装置整体结构示意图；

图3是本发明管道无液体时检测光路示意图；

图4是本发明管道内填充透明液体时检测光路示意图；

图5是本发明管道内填充不透明液体时检测光路示意图；

图6是本发明内测管道检测法原理示意图；

图7是本发明外测管道检测法原理示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1和2所示，一种管道液位的检测装置，包括安装基座1，所述安装基座1上开设有方便将待测管道卡住的管道卡槽2，所述管道卡槽2的两侧分别开设有发射管安装位3和接收管安装位4，在发射管安装位3与管道卡槽2之间以及接收管安装位4与管道卡槽2之间均开设有红外线通道5，所述红外线通道5的中心线与管道卡槽2的圆心距离为a，所述发射管安装位3内安装有红外线发射装置，在接收管安装位4内安装有红外线接收装置，红外线接收装置连接检测电路。

所述安装基座1的两端开设有方便将待测管道卡紧的限位槽6。

所述红外线通道5的中心线与管道卡槽2的圆心距离a的取值为待测管道内径的1/2～1/4。

如图3-图7所示，一种管道液位的检测方法，包括以下具体步骤：

根据待测管道的管径选择好相应尺寸的检测装置；

安装好红外线发射装置和红外线接收装置，红外线发射装置和红外线接收装置的中心正对红外线通道5的中心，连接好检测电路并通电；

根据待测管道内的液体选择外测管道检测法或者内测管道检测法进行检测；

当待测管道内为无挂壁现象的透光性液体或吸光性液体时，选择外测管道检测发检测，直接检测红外线接收装置接收到的光信号强弱来进行判定管道内的液体情况；

当待测管道内的为粘度高挂壁现象严重的液体时，选择内测管道检测法进行检测，检测时将安装在管道卡槽2内的管道替换成四氟乙烯管道，然后再通过红外线接收装置接收到的光信号强弱来进行判定管道内的液体情况。

所述红外线发射装置通过红外线通道5发射的小光柱为圆形或椭圆形或矩形。

实施例：

本发明提出了这种小于2～30mm管径的新的检测方法：即利用红外发射管发射出的红外光，用挡板或“隧道”形成光路，在光路中形成细小红外光柱，光柱穿过被检测的、固定位置的被检测管道，光柱轴心与被检测管道轴心偏离(偏离程度，光路离管壁较近，效果会越好)设置，最优的位置是被检测管道半径的1/2到管壁间(即内径的1/2～1/4之间)，再透过挡板或者“隧道”，再被对位装的红外接收管接收，然后由相应电路处理。

无液体时，该光柱在从发射管到红外接收管，整个路径，会几乎呈直线，透过被检测管道直接达到对位的红外接收管，被电路检测到；此时，红外接收管会形成一个电信号值，此值与设定的电路比较器阈值比较，超过阈值，比较器通路翻转，接通报警器件。有液体时，被检测管道在填充液体的作用下，形成了类似三角棱角效果，红外光柱在棱镜的折射下，偏离原来与发射管呈一条直线的接收管位置，从而不易被接收管接收到，导致接收管信号值变弱，此值与设定的电路比较器比较，没有超过设定的阈值，比较器通路保持关闭，报警器件无反应。通过报警器有无反应，或者连接报警器输出端的高低电平，进一步处理，来完成检测。

如此在管道有无液体时，接收管即会产生电信号显著差别，灵敏度非常高，电路处理后，常规器件，甚至不用放大电路，就能完成有无液体检测，信号放大倍数越小，抗干扰能力就越强。此方法，比无差别的中心位置投射检测，或者大光柱透射，更易形成有无液体，红外光折射后的位置差别导致接收管信号差别，更易完成检测，或者说灵敏度更高，抗干扰能力更强，反之，也减少了接收管电路信号高放大系数的要求，受其他因素干扰的情况就降低。红外光形成的小光柱可以是圆型，椭圆形，也可以是方形，长方形，但必须比被检测管管径小，如果是长方形的光柱，其宽至少要比管径要小，光柱中心必须偏离液体管的管芯，且光柱与管径尺寸差别越大，被液体折射后的红外线，越不易被接收管检测到，效果会越好；光柱越靠近管道的侧壁，折射效果也越好，折射后的红外光，偏离接收管的位置也会越大，这样红外接收管安装的位置就越灵活，另一个方面的结果就是同一装置可以更适应于不同管径的检测，对于不便于更换管道材质来完成液位检测的场所，如医院输液器，适用性会更好，对不同厂家输液管径差别，管道管壁厚度的差别适应性更强。即本文所指外测管道检测方法。

被检测液体无论是透光性液体还是吸光性液体，或者二者兼之液体，此检测方法都适用。

同时，对墨水等容许更换管道材质的使用环境，可在检测部位，替换为低表面张力又具有透光性的材质管道，如四氟乙烯材料的管道，来克服部分液体粘度过高，被检测液体在管道内挂壁严重，影响检测的情况。通过让红外光透过四氟乙烯这类低表面张力的管道，来完成高粘度液体的检测，管道材质张力低，不易出现液体挂壁现象。具体就是原管道接四氟乙烯管，在四氟乙烯管道部位来检测液位，超出检测部位，再接回原管道。即本文所指的内测管道检测方法。内测管道检测方法，也适用于不透明的管道液体检测，本质是用在检测部位用透明材料管道代替了原有不透明管道来实现。

红外感应外侧检测方法，必须是透明管道。透明通常是指在可见光范围的透明，但本文所提到的相对透明，就是特别强调，在可见光范围不透明，但在红外光区透明，也适合于我们这种检测方法。同时，管道材质透明度越高，对红外光透射效果前后差别就越大，有无液体电信号差别就越大，越易完成检测或者便于电路设计，灵敏度越好；管壁越薄，有无液体检测信号差别也越显著，越有利于检测。红外线波长越低，相对折射率也会越高，越有利于检测，从经济性易获性考虑，红外线常用800～940nm波长。

针对墨水，或者一些可见光透明，但红外光不完全透明液体，红外检测其实是折射+吸收(遮挡)两种效应的检测。对于光全吸收的液体，光柱偏心与否对检测效果影响不大。但本发明方法依然适用，显示本发明方法通用性。

为便于对光柱偏心，管质材料等多因素对检测的影响，有量化的认识，我们选取了8*10(内径*外径)，6*8(内径*外径)的两种管径，三张管子的材质，两种模具材料，光柱相对管子多种偏心位置，两种液体(透光性好的水性黄色墨水和透光性非常低uv黑色墨水)进行了检测对比。

表1为8*10管径测试的电位器电阻在报警下的阈值，模具白色，墨水黄色

表一数据可以看出越靠近管壁，三角棱镜的折射角度就越大，所以，在离管壁仅0.5mm距离，三种材料的墨水管，均显示出，电位器阻值变化的区间就越大，容许范围就越宽，范围越大，比较器阈值越易选取，说明此位置本检测方法越灵敏，可靠，受干扰可能性越小。同时显示，墨水管材质对电位器阻值范围也有影响，可能是因材质不同，其对红外吸收不同有关。过于靠近管轴芯，偏心1.0，红外光柱相当于透射过一只圆形对称透镜，聚焦效应就明显，所以此时，只是改变了光路的路径，总体没太改变最终的方向，是否有液体红外接收管依然可以接收到，所以无法在现有电路里，加以区分。同样电路，此时完全无法检测，充分说明，没有位置的选择，透明液体检测时非常困难的！与技术背景中介绍的情况相吻合！

表2为6*8管径测试的电位器电阻在报警下的阈值模具白色，墨水黄色

此表与上表一样，只是管径变小。

表3为8*10管径测试的电位器电阻在报警下的阈值，模具白色，墨水黑色

表3看出，uv黑色墨水，强烈的红外光吸收作用，所以，无论是红外光柱偏心多少，电位器阻值几乎变化不大，显示，此时的感应，主要是吸收红外光(遮挡)取决定性作用。对8*10的管径，其3.5～2.5间的偏心距离，数据差别不大，其中也有个别的数据显示。表3也显示，当被检测是吸收性液体，被检测管与红外检测装置的相对位置，影响不大！

表4为6*8管径测试的电位器电阻在报警下的阈值模具白色，墨水黑色

表4可以看出，与表3一样，说明管径大小也影响不大。

表5为8*10管径测试的电位器电阻在报警下的阈值，模具黑色，墨水黄色

表5与表1的区别，就是安装红外发射管和接收管的模具材料变了，改成了黑色——吸收红外光。从数据表明电位器阻值可用阈值大大加宽了。无论是哪种材料，其中透明四氟乙烯材料最好。模具材料的不同，只是对发射管光柱的散光加以更严格的纠正作用，也应包括部分达到接收管的红外光，不再乱跑致影响接收管敏感性。也说明红外光透过被检测管道后，再次用挡板遮住，避免光柱外围的红外光干扰，是有必要性的。

表6为6*8管径测试的电位器电阻在报警下的阈值模具黑色，墨水黄色

表6表明，对小管径，并非越靠近管壁(偏心)越好。对6*8的管径，2.0～2.5的更好！乳白四氟乙烯稍低。同时显示管径越小，对偏心距离控制要求越高。

表7为8*10管径测试的电位器电阻在报警下的阈值，模具黑色，墨水黑色

表8为6*8管径测试的电位器电阻在报警下的阈值模具黑色，墨水黑色

测量工具：万用表。测量方法：实现有无液体报警，电位器可改变的最小和最大阻值，测量电位器管脚1、2。

检测用红外光发射管，接收管型号：市售f3。电位器型号w2033296

表7，表8，如表3、表4，均充分表现出黑色墨水吸收红外光的特性对检测取关键作用。

红外槽式对射管，也可以适用。

对墨水检测，最优是内测管道法，综合应用便利，管材最优是乳白四氟乙烯管。选用6*8管径。偏心2.0。

电路选择电位器阻值为14k为最佳！兼顾小功耗，测量范围宽。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。