专利名称：导电液体液位测量装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种导电液体的液位测量装置。
背景技术：
由于技术的飞速发展，目前水工或河工模型实验引入了大量仪器，用于实验过程中模型边界条件的控制及各种水力要素的实时高精度测量。目前，用于测量水位的仪器较先进的是跟踪式光栅水位仪，它测量量程最大为350mm，0.02mm分辨率，尽管该仪器具备了较高性能的指标，但仍存在着测量水位的光栅尺及测杆高度(也就是仪器高度)对工作环境有限制，如果要测量的水位有10m以上，那么该水位仪的测杆就随之要有10m以上的高度来满足测量，也就是说，传统液位测量仪要么测量准确度不能满足要求，要么测量量程太小或仪器外形太高，使模型上的各类仪器不能同时协调工作。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种导电液体的液位测量装置，用金属线或金属带替代改进传统的测杆，它能保证高准确度测量前堤下，解决有较大测量量程和仪器外形高度的矛盾，同时还降低了测量成本，具有较大的社会效益和经济效益。
为此，本发明提供了一种导电液体的液位测量装置，由与液面检测电极及金属线或金属带、卷绕轮连接的液面检测模块，与液面检测模块连接的接地电极，与步进电机连接的电机驱动电路，与液面检测模块及电机驱动电路连接的处理与控制部分，与处理与控制部分连接的基面检测电路，与基面检测电路连接的基准面传感器，与处理与控制部分连接的显示电路及工作电源组成，其特征在于与液面检测电极有导电通路的机械部件全部固定在绝缘板上，使液面检测电极与被测导电液体绝缘，绝缘板固定在装置的底板上；所述的绝缘板上安装有步进电机轴及由它带动的卷绕轮、过轮，连接在卷绕轮、过轮上的金属线或金属带，一个基准面传感器，连接在金属线或金属带上的重垂及重垂基准面、固定在重垂上的液面检测电极。
本发明所述的导电液体液位测量装置，其特征在于所述处理与控制部分包含一微处理机，所述微处理机具有通过测量从基面检测电路发出信号到液面检测模块发出信号间卷绕轮卷过的角度计算导电液体的液位、单位转换后送显示电路显示。
本发明所述的导电液体液位测量装置，其特征在于所述装置中的重垂下端有一空腔，在测量装置长时间不使用或运输过程中，液面检测电极针型端被置入重垂下端空腔中，保护该液面检测电极不被损坏。
本发明所述的导电液体液位测量装置，其特征在于所述装置中的重垂足够重，使金属线或金属带张紧并垂直。
一种导电液体的液位测量装置，其特征在于所述的测量装置的测量方法如下测量时，本发明装置安装于被测液面上方，接地电极一端放入被测导电液体，一端通过导线接入液面检测模块；①确定导电液体液位基点开机通电后，处理与控制部分通过电机驱动电路控制电机正向转动，带动卷绕轮转动，使金属线或金属带卷入卷绕轮，从而使重垂及液面检测电极垂直向上运动，直至基准面传感器检测到重垂基准面，处理与控制部分把此时液面检测电极针尖所处高程作为液位测量基点；②导电液体液位测量处理与控制部分通过步进电机驱动电路控制电机反向转动，带动卷绕轮转动，使金属线或金属带卷出卷绕轮，从而使重垂及液面检测电极垂直向下运动；处理与控制部分同时从基点开始测量卷绕轮转过的角度并根据卷绕轮直径计算卷出卷绕轮的金属线或金属带的长度，直至处理与控制部分接收到接触液面信号，从基点至液面检测电极针尖接触液面，卷绕轮卷出的金属线或金属带的长度即为被测液面液位值；③显示导电液体液位数值处理与控制部分进行液位单位换算后送显示电路显示，完成导电液体液位测量。
图1是本发明实施例的结构示意图。
图2是本发明实施例的结构示意图。
图3是本发明的电路原理框图。
具体实施例方式
如图1和图2所示，是本发明实施例的结构示意图，与液面检测电极1有导电通路的机械部份由两相混合式步进电机(图中未标出)、步进电机轴8、带镙纹的卷绕轮7、钢丝绳6、重垂2、液面检测电极1、重垂基准面3、基面检测传感器4及过轮5组成；钢丝绳6一端卷绕在卷绕轮7镙纹内，另一端通过过轮5连接在重垂基面3上，重垂下端固定液面检测电极1，卷绕轮7直接固定在步进电机轴8上，与液面检测电极1有导电通路的机械部件全部固定安装在绝缘板9上，使液面检测电极1与被测导电液体绝缘，绝缘板固定在装置的底板上。
如图3所示，是本发明的电路原理框图，主要由液面检测模块10、64细分恒流步进电机驱动电路14、2相混合式步进电机16、处理与控制部分12、基面检测电路11、显示电路13、工作电源15等组成。接地电极放入被测液体且通过导线与液面检测模块10相连，液面检测电极1通过重垂2、钢丝绳6、卷绕轮7和电机轴8连接至液面检测模块10；工作电源给步进电机驱动电路提供36V高压电源，向其他电路提供5V工作电源。
上述电路中本实施例液面检测模块采用了芯片LM324、CD4046、CD4053，基面检测电路采用了芯片LM339，处理与控制部分采用了芯片77E58，显示电路采用了芯片74HC164、MC1413，电源电路采用了芯片7805，步进电机驱动电路采用深圳雷赛公司的M535细分步进电机驱动器；本发明电路部分不限制采用其它有相同功能的集成块。
参见图1、图2、图3，测量时，本发明装置安装于被测液面上方，接地电极放入被测液体且通过导线与液面检测模块10相连；在开机通电后，处理与控制部分12通过64细分恒流步进电机驱动电路14控制步进电机16，使卷绕轮7逆时针转动，钢丝绳6卷入卷绕轮7带动重垂2及液面检测电极1垂直向上运动，当重垂基面3上升至基准面传感器处并被检测到时，基面检测电路11向处理与控制部分12发出信号，处理与控制部分12将此时液面检测电极针尖所处位置作为液面液位基点；之后，通过步进电机驱动电路14控制步进电机16，使卷绕轮7顺时针转动，钢丝绳6卷出卷绕轮7，在重垂重力作用下，重垂2、液面检测电极1垂直向下运动并张紧钢丝绳6，处理与控制部分12同时测量步进电机细分步进数，当液面检测电极与被测液面接触时，液面检测电极与接地电极间电阻率减小，当两极电阻率小于设定值时，液面检测模块10检测到后向处理与控制部分12发出信号，处理与控制部分12通过从基面检测电路11发出信号到液面检测模块10发出信号间步进电机走过的细分步数、卷绕轮等效直径、基点高程三个量按公式(1)和公式(2)进行液面液位的计算，经单位转换后送显示电路13显示，完成导电液体的液位测量。
N=360P12800---(1)]]>其中 N卷绕轮卷过的角度；P为步进电机走过的64细分步数。
H=H0-NDπ360---(2)]]>其中 H为被测液面液位；H0为基点高程，为事先设定的常数；N为从基点开始至液面检测电极针尖接触液面，卷绕轮转过的角度；D为卷绕轮等效直径。
下面将依照上述本发明装置作进一步的实际测量举例实施例1本发明装置测量量程最大为2000mm，卷绕轮直径为32mm，测量分辨率为0.01mm，测量准确度为0.1mm，按图1结构示意图的方法，采用57BYG二相混合式步进电机，整步步距角为1.8°，装置整体高度105mm，在保证高准确度测量前堤下，很好地解决了实测量程。
本实施例1误差测试表见附表，被测液体为饮用水，水位单位为mm。
实施例2本发明装置测量量程最大为10000mm，卷绕轮直径为150mm，按图2结构示意图的方法，采用86BYG二相混合式步进电机，整步步距角为1.8°，装置整体高度250mm，在保证高准确度测量前堤下，很好地解决了实测量程。
误差测试表附表
权利要求
1.一种导电液体的液位测量装置，由与液面检测电极(1)及金属线或金属带(6)、卷绕轮(7)连接的液面检测模块(10)，与液面检测模块(10)连接的接地电极，与步进电机(16)连接的电机驱动电路(14)，与液面检测模块(10)及电机驱动电路(14)连接的处理与控制部分(12)，与处理与控制部分(12)连接的基面检测电路(11)，与基面检测电路(11)连接的基准面传感器(4)，与处理与控制部分(12)连接的显示电路(13)及工作电源(15)组成，其特征在于与液面检测电极(1)有导电通路的机械部件全部固定在绝缘板(9)上，使液面检测电极(1)与被测导电液体绝缘；所述的绝缘板(9)上安装有步进电机轴(8)及由它带动的卷绕轮(7)、过轮(5)，连接在卷绕轮(7)、过轮(5)上的金属线或金属带(6)，一个基准面传感器(4)，连接在金属线或金属带(6)上的重垂(2)及重垂基准面(3)、固定在重垂(2)上的液面检测电极(1)。
2.根据权利要求1所述的导电液体的液位测量装置，其特征在于处理与控制部分(12)包含一微处理机，所述微处理机具有通过测量从基面检测电路(11)发出信号到液面检测模块(10)发出信号间卷绕轮(7)转过的角度计算导电液体的液位、经单位转换后送显示电路(13)显示。
3.根据权利要求1所述的导电液体液位测量装置，其特征在于该装置中的重垂(2)下端有一空腔，在测量装置长时间不使用或运输过程中，液面检测电极(1)针型端被置入重垂(2)下端空腔中，保护该液面检测电极(1)不被损坏。
4.根据权利要求1所述的导电液体液位测量装置，其特征在于该装置中的重垂(2)足够重，使金属线或金属带(6)张紧并垂直。
5.一种导电液体的液位测量装置，其特征在于所述的测量装置的测量方法如下测量时，本发明装置安装于被测液面上方，接地电极放入被测液体且通过导线与液面检测模块(10)相连；①确定导电液体液位基点开机通电后，处理与控制部分(12)通过电机驱动电路(14)控制电机正向转动，带动卷绕轮(7)转动，使金属线或金属带(6)卷入卷绕轮(7)，从而使重垂(2)及液面检测电极(1)垂直向上运动，直至基准面传感器(4)检测到重垂基准面(3)，处理与控制部分(12)把此时液面检测电极(1)针尖所处高程作为液位测量基点；②导电液体液位测量处理与控制部分(12)通过步进电机驱动电路(14)控制电机(16)反向转动，带动卷绕轮(7)转动，使金属线或金属带(6)卷出卷绕轮(7)，从而使重垂(2)及液面检测电极(1)垂直向下运动；处理与控制部分(12)同时从基点开始测量卷绕轮(7)转过的角度并根据卷绕轮(7)直径计算卷出卷绕轮(7)的金属线或金属带(6)的长度，直至处理与控制部分(12)接收到接触液面信号，从基点至液面检测电极(1)针尖接触液面，卷绕轮(7)卷出的金属线或金属带(6)的长度即为被测液面液位值；③显示导电液体液位数值处理与控制部分(12)进行液位数值换算送显示电路(13)显示，完成导电液体液位测量。
全文摘要
本发明涉及一种导电液体的液位测量装置，由步进电机(16)、电机轴(8)、卷绕轮(7)、金属线(6)、过轮(5)、重垂基面(3)，重垂(2)、液面检测电极(1)、基面检测传感器(4)、接地电极、液面检测模块(10)、电机驱动电路(14)、处理与控制部分(12)、基面检测电路(11)、显示电路(13)及工作电源(15)组成。本装置测量时，接地电极放入被测液体且通过导线连接液面检测模块(10)，处理与控制部分(12)通过电机驱动电路(14)控制电机转动，测量从检测到重垂基准面(3)开始到检测到液面为止的卷出卷绕轮(7)的金属线或金属带(6)的长度，即为液面高程。
文档编号G01F23/00GK1776376SQ20051001992
公开日2006年5月24日 申请日期2005年12月1日 优先权日2005年12月1日
发明者李旺兴, 肖方祥, 崔承章 申请人:武汉大学