一种带信号远传的储液罐物位指示装置及其设计方法、物位计算方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种带信号远传的储液罐物位指示装置及其设计方法、物位计算方法，属于液体物位检测领域。
【背景技术】
[0002]储液罐液体物位就地指示和信号远传是工业过程常用的检测技术，现有的液体物位检测仪表和检测方法种类繁多、各有所长，采用不同的技术方法解决物位的检测问题，但也存在一些不足之处。
[0003]雷达物位计、超声波物位计、激光物位计等物位检测仪表可直接安装于储液罐上测量液体物位，但不适用与强腐蚀性液体、高压、高温、有雾、易结露等场合，显示的物位数据不适用于远距离观察，价格也比较昂贵。压力变送器和差压变送器可以简单地测量液体的物位，但要求液体密度恒定。
[0004]浮子式液体物位检测装置是目前工业生产常用的液位检测手段。由浮子感受液体的物位，通过连动机构，将液位传到罐体外部，从而直观地指示储液罐内液体的物位。但从目前公知的这种类型的检测装置和检测方法来看，还存在一些不足，主要表现在:1、指示液位方向与液体实际物位变化方向相反，需要人工进行计算才能获得液体高度；2、没有光指示，夜间需要外设照明灯，观察很不方便；3、刻度线和数字不太清晰，不便于远距离观察；
4、没有物位远传信号，或者提供的信号不连续，或者可靠性低。
[0005]专利CN101706308A公开一种方案:装置包括浮子、刻度尺和夜光轮，通过浮子和连动机构，可以在罐体外部指示液位，能适用于夜间观察。通过导轨，将液位转换为电阻，实现液位信号的远传。该方法优点为结构简单、指示醒目、提供远传信号，在某种程度上解决了储液罐的液位就地指示和信号远传问题，但还存在一些不足，主要便现在:1、刻度尺指示液位的方向与实际液位变化方向相反，需要人工计算才能获得实际的物位；2、通过导轨获取电阻值，存在接触电阻变化大，可靠性差，不适用于潮湿、多粉尘、有腐蚀性的场合；3、通过导轨给夜光轮供电，容易存在接触不良或冒火花，不能用于防爆要求高的场合。
[0006]其它浮子式液位检测装置或检测方法，如CN86101109B、ZL200820107045、ZL94206404.6、ZL94235895.3、ZL99220056.3所述，还不同程度地存在以下问题:1、结构复杂，可靠性差；2、现场指示不清楚，目测困难，尤其夜间和光线不足时；3、有的无远传信号或远传信号不连续；4、打滑引起累计误差；5、现场指示和信号远传分别采用两个独立的机构，成本高。
【发明内容】
[0007]为了克服现有液位检测存在的结构复杂、精度低、成本高、适应性差或者信号不连续、指示不直观、不便于全天候现场观察等不足，本发明提出一种带信号远传的储液罐物位指示装置及其设计方法、物位计算方法进行就地指示和信号远传的技术，指示光棒的位置高度与储液罐内的液面高度一致，方便于全天候观察，提供与液位成线性关系的电阻信号。
[0008]本发明的技术方案是:一种带信号远传的储液罐物位指示装置，包括浮子1、软绳A2、双轮滑轮3、电位器4、定滑轮5、软绳B6、配重体7、换向定滑轮8、软绳C9、标尺10、指示光棒11、软导线12、滑轮轴13、轴承14、主动轮15、从动轮16、联轴管17、电位器轴套18、光电开关19 ；
所述软绳A2连接浮子I和双轮滑轮3的主动轮15，软绳B6连接双轮滑轮3的从动轮16和配重体7，中间跨接在定滑轮5上；
双轮滑轮3的主动轮15和从动轮16固定在同一根滑轮轴13上，滑轮轴13安装在两个轴承14上，滑轮轴13的一端通过联轴管17连接电位器轴套18，电位器轴套18通过电位器转轴连接电位器4，联轴管17与电位器轴套18的连接为活动式连接，当电位器4转动达到极限时，联轴管17与电位器轴套18之间产生相对运动，从而避免由于安装不当损坏电位器4 ；
软绳C9的中间挂在换向定滑轮8上，两端分别连接配重体7和指示光棒11 ;
指示光棒11沿标尺10上下移动，指示光棒11的中部套装一个金属管，以增大指示光棒11的重量，软绳C9连接在金属管上，指示光棒11能精确直观地指示容器内液体的液位；指示光棒11电源由光电开关19控制，通过软导线12供电，软导线12下部为圈状，可以随指示光棒11升降而伸缩；
指示光棒11的发光元件为能耗低的发光二极管，可以在夜间或光照不足时供标尺10照明。
[0009]所述标尺10底色为白色，标尺10上的刻度线和数字采用荧光粉涂料，使得标尺10上的刻度线和数字更加清晰。
[0010]所述电位器4为多圈式；其中电位器4的最大圈数由储液罐最大高度H max确定:选择电位器4时，其规格圈数应该不低于H max/1.6，并且取满足这一条件的最低圈数规格，电位器的规格圈数为5、10、15、20，电位器4输出与液位成线性关系的电阻信号。
[0011]一种带信号远传的储液罐物位指示装置的设计方法，
所述浮子I设计为中空密封圆柱型，为高度小直径大(直径大于高度的4?6倍)的扁平式圆盘，浮子I重量为指示光棒11重量的4?6倍，配重体7的重量为指示光棒11重量的2?4倍，指示光棒11重量范围为0.5?1.5kg，指示光棒11重量不足时附加重物；所述电位器4的额定电阻值为10?20kQ，以用于减小线路电阻因温度发生而发生漂移的影响；
所述软绳A2和软绳B6均采用细绳以用于减少直径变化对测量的影响，主动轮15和从动轮16选择内径范围为0.35m-lm (如:主动轮和从动轮的槽内直径为50cm，软绳A和软绳B的直径为1mm，储液罐的高度为10m，当液位处于最小值时，造成的测量偏差小于±0.06m，相对误差小于±0.6%，如果增大主动轮和从动轮的直径，相对误差还会更小。)；
将浮子I和指示光棒11同时拉至最高点，并使指示光棒11与液面的位置高度相同，将配重体7放在最低点；根据电位器转轴的转向与浮子I升降的关系，将电位器4的电阻值调至极限值；将软绳B6和软绳C9牢固连接在配重体7上；以用于保证生产时进行调试。
[0012]一种带信号远传的储液罐物位指示装置的物位计算方法，所述物位计算方法为:
H = H max—K (R0—R)，K = Δ H / Δ R ； 其中，H为液体物位；H max为储液罐的最大高度；K为长度系数(即每欧姆电阻值对应的长度)，K值由调试获得；△ R是液面高度改变量；△ H对应的电位器电阻值改变量；R O为当浮子I处于最高度位置时，电位器4的电阻值；R为当前的电位器4的电阻值。
[0013]本发明的工作原理是:
本装置的运动主要由浮子和配重体联合作用产生。当储液罐的液面上升时，整个传动体系受配重体7的牵引作用而运动；当液面下降时，整个传动体系受浮子I的牵引作用而运动。软绳A2与软绳B6的位移大小相等方向相反，软绳B6与软绳C9的位移大小相等方向相反，因此，软绳A2与软绳C9的位移大小相等方向相同，从而保证浮子I与指示光棒11的位置高度一致。液位变化引起浮子I发生升降，浮子I带动双轮滑轮3和电位器转轴转动，电位器4的电阻值变化量与浮子I位移量成正比，通过测量电位器4的电阻值，即可计算储液罐内液体的物位。
[0014]本发明的有益效果是:
1、通过换向定滑轮的转换作用，一改目前常见的指示变化方向与液位变化方向相反的状况，使得光棒指示位置与储液罐液面位置相同，指示更加直观，无需人工爬上储液罐即可观察到储液罐内液体的液位，断电也不影响液位观察。
[0015]2、指示光棒既指示储存罐内液体液面的实际高度，还兼做夜间光源和作为传动装置的力平衡部件，采用发光二极管作为发光元件，节能效果好、可靠性高。
[0016]3、采用电位器对液位进行信号远传，具有结构简单、测量精度高、制造成本低、性能可靠、无需供电等优点，能适应液位的快速变化；电阻信号可远传，可供自动化仪表、计算机系统等利用。
[0017]4、本发明既适用于常规液体的液位检测，也适用于强腐蚀性液体的检测；既适用于常压容器的液位检测，也适用于压力较高容器的液位检测。
【附图说明】
[0018]图1为本发明的系统结构示意图；
图2为本发明的双轮滑轮与电位器的连接示意图；
图3为本发明的指示光棒与光电开关连接的电路图；
图中各标号:1-浮子，2-软绳A，3-双轮滑轮，4-电位器，5-定滑轮，6-软绳B，7-配重体，8-换向定滑轮，9-软绳C，10-标尺，11-指示光棒，12-软导线，13-滑轮轴，14-轴承，15-主动轮，16-从动轮，17-联轴管，18-电位器轴套，19-光电开关。
【具体实施方式】
[0019]实施例1:如图1-3所示，一种带信号远传的储液罐物位指示装置，包括浮子1、软绳A2、双轮滑轮3、电位器4、定滑轮5、软绳B6、配重体7、换向定滑轮8、软绳C9、标尺10、指示光棒11、软导线12、滑轮轴13、轴承14、主动轮15、从动轮16、联轴管17、电位器轴套18、光电开关19 ；
所述软绳A2连接浮子I和双轮滑轮3的主动轮15，软绳B6连接双轮滑轮3的从动轮16和配重体7，中间跨接在定滑轮5上；
双轮滑轮3的主动轮15和从动轮16固定在同一根滑轮轴13上，滑轮轴13安装在两个轴承14上，滑轮轴13的一端通过联轴管17连接电位器轴套18，电位器轴套18通过电位器转轴连接电位器4，联轴管17与电位器轴套18的连接为活动式连接，当电位器4转动达到极限时，联轴管17与电位器轴套18之间产生相对运动，从而避免由于安装不当损坏电位器4 ；
软绳C9的中间挂在换向定滑轮8上，两端分别连接配重体7和指示光棒11 ;
指示光棒11沿标尺10上下移动，指示光棒11的中部套装一个金属管，以增大指示光棒11的重量，软绳C9连接在金属管上，指示光棒11能精确直观地指示容器内液体的液位；指示光棒11电源由光电开关19控制，通过软导线12供电，软导线12下部为圈状，可以随指示光棒11升降而伸缩；
指示光棒11的发光元件为能耗低的发光二极管，可以在夜间或光