专利名称：一种料位检测设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及容器内储存物料的顶部表面位置检测技术领域， 特别涉及一种料位检测设备。
技术背景仓库内储存水泥、重晶石、搬土、面粉等细小颗粒或粉状物，罐 内储存油、水等，需要及时了解物料顶部所在的具体位置，需要对储 存的物料进行测量。目前，料位测量一般采用测量传感器与被测物质接触的方式进行 测量。参阅图l。采用在容器的不同高度安装传感器探头，探头连接外 界仪表，仪表显示探头与物料的接触与否，以测量物料顶部的高度。参阅图2。又如超声波类型检测设备，将测量探头置于被测物质容器顶 部，并接收物料顶部返回来的超声波，测量物料顶部的高度。现有料位检测设备的种类较少、制造成本较高，存在测量传感器、 探头易被所测量物质污染，使用寿命较短，影响测量准确度等不足。实用新型内容本实用新型的目的是提供一种料位检测设备，能检测由细小颗 粒组成物质的顶部表面位置，并可由获得的细小颗粒组成物质的顶部 位置数据、容器的形状及被测物质的密度，计算出被测物质的体积和 质量。本实用新型采用的技术方案是料位检测设备主要由测量传感器 和测量仪器两部分组成，通过测量电缆连接测量传感器和测量仪器两 部分。其特征在于测量传感器包括12V/220V隔离变压器1和两支绝缘管支架2。在一支绝缘管支架2上固定有5 50个测量电极4极片，每个测量电极4 极片连接一个限流电阻3，限流电阻3的另一端均与绝缘管支架2内的 一根公用输入导线相连。公用输入导线连接到12V/220V隔离变压器1 的一根输出端。12V/220V隔离变压器1的另一输出端接参考地。在另 一支绝缘管支架2上固定有对应的5 50个测量电极4极片，每个测 量电极4极片连接到一个测量转换电路5的信号输入端，所有测量转 换电路5的输出端连接到一根公用输出导线上。测量仪器包括电流表6、 土12V直流稳压电源7和220V/12V隔离变 压器8。 220V/12V隔离变压器8的输入端接220V工频电源，输出端通 过测量电缆9连接到12V /220V隔离变压器1的输入端。所有测量电 极4的限流电阻3通过公用输入导线与12V /220V隔离变压器1的一 个输出端连接。士12V直流稳压电源7通过测量电缆9连接到传感器上 所有测量转换电路5，为测量转换电路5提供稳定工作电压。电流表6 通过测量电缆9连接到传感器上所有测量转换电路5的公用输出导线。士12V直流电源7为传感器上所有的测量转换电路5提供直流稳压 工作电源。220V/12V隔离变压器8和12V /220V隔离变压器1将50Hz、 220V工频电源转换隔离为220V交流测量电压，通过限流电阻3送往 测量电极4;所有测量转换电路5输出的电流信号经测量电缆9送往测 量仪器中的电流表6，电流表6检测传感器的输出电流值。在接通220V交流电源时，220V/12V隔离变压器8通过测量电缆9 向测量传感器输出50Hz、 12V的测量电源。士12V直流电源7通过测量 电缆9向测量传感器输出士12V的直流工作电压。测量传感器通过测量 电缆9输出直流测量信号至电流表6，并在电流表(毫安表)上显示电流 大小。根据电流表(毫安表)上显示的测量电流值，即可知被测粉物料 位的高度。所述的限流电阻4和测量转换电路5分别由环氧树脂固化在两支绝缘管支架2相对应测量电极(4)的极片上。所述的两支绝缘管支架2采用塑料管。两支绝缘管支架2的长度不 限，可以根据测量料位的高度决定。如果测量高度较大，还可以串接 同样的绝缘管支架2以提高测量高度。在两支绝缘管支架2上，每隔 (100 300)毫米的相同高度(距离)固定一对测量电极4。根据对被 测粉物测量精度的要求选定。每对测量电极4极片之间的间距一致， 为30 50毫米，可根据被测粉物的导电特性加以调整。 一般测量电阻 率大的粉物，测量电极4极片之间的间隔间距小一些；测量电阻率小 的粉物，测量电极4极片的间隔间距大一些。测量电极4极片的形状 不受限制，方形、长方形、圆形、椭圆形均可。测量电极的面积在20 50平方厘米之间。测量转换电路5由电流电压转换器、整流电路、电压比较器和恒流 源电路组成。检测过程中，测量电极(4)的测量信号输出到由运算放大 器A1 ( LM324)等器件组成的电流电压转换器，其中D1、 D2是保护二极管，Rl是反馈电阻。当有输入电流信号If，电流电压转换器输出电 压Vc^ RlXIf。 二极管D3和电容器Cl组成半波整流电路，将电流电 压转换器输出的交流电压信号Vo整流成为直流电压信号，输出至运算 放大器A2 ( LM324)组成的电压比较器，与由电阻R2、 R3组成的分压 器的输出电压(8V)相比较。当该直流电压信号大于分压器的输出电 压时，表明对应该电流电压转换器的测量电极间有被测粉物存在，A2 组成的电压比较器输出高电压，驱动由运放LM317和电阻R5组成的恒 流源电路输出 一 恒定电流至公用输出导线。该恒定电流的值 Iout=1.2/R5。 一般情况下R5阻值为240Q ，恒定电流的值Iout=5mA。 测量转换电路也用环氧树脂固化在测量电极4极片的背面。所有测 量电极4极片上的测量转换电路5的输出端均与一根公用输出导线相 连，该公用输出导线将传感器上所有测量电极4极片上的测量转换电路5输出的测量电流之和送往测量仪器的电流表(毫安表)6，根据电流 表(毫安表)6的显示值，确定被测粉物料位的高度。测量传感器上安装的隔离变压器1低电压输入端通过测量电缆9与 测量仪器内隔离变压器2低电压输出端相连。隔离变压器1输出端一 端连接传感器上所有限流电阻3的公用输入导线，另一端接传感器上 所有测量转换电路5的接地端。隔离变压器1输出端输出的220V交流 电源作为加在测量传感器上所有测量电极两极片上的测量电压。当测 量电极两极片间存有被测粉物时，流过被测粉物的电流进入测量转换 电路5，测量转换电路5输出5mA恒定电流到公用输出总线。当测量电 极4两极片间无被测粉物时，无电流进入测量转换电路5，测量转换电 路5输出到公用输出总线的电流为零。通过电流表6检测公用输出总 线的电流，可计算出两极片间存有被测粉物测量电极4的数量，进而 计算出被测粉物的高度测量电缆9使用7芯电缆，用于测量仪器和测量传感器之间的电源 和信号连接。其中2芯用于隔离变压器1和隔离变压器8之间的连接； 3芯用于向测量传感器上的测量转换电路5提供士12V的直流稳压工作 电压；另2芯用于传感器上所有测量转换电路5向测量仪器内电流表 (毫安表)6输出检测电流信号。本实用新型的有益效果本实用新型料位检测设备采用两级隔离变 压器向测量传感器提供测量电源，使得传感器所需的220V交流电源， 在经测量电缆传输过程中仅为12V，提高了安全性；另一方面，由于该 测量电源在经测量电缆传输过程中仅为12V交流电源，降低了对测量 转换电路所输出电流检测信号的干扰，使得远距离检测得以实现。该 料位检测设备的电路设计简单可靠。测量传感器便于加工制造，成本 低，安装方便，可以根据所需要测量精度，以多点测量实现料位高度 的连续测量。该设备抗环境电场干扰能力强，传感器不易被测量对象污染，测量料位高度的数据可靠。由于该实用新型具备上述特点，在 料位测量中可具有较广泛的应用价值。
本实用新型在每对测量电极上均安装一个限流电阻，可有效保护测
量电源；同时，由于每对测量电极上均安装的是一个相同阻值的限流 电阻，在对粉物料位的检测过程中，使得通过每对测量电极的测量电 流基本相等，提高了测量准确性和可靠性。
本实用新型不仅可用于水泥、重晶石、搬土、面粉等粉物料位的测 量，也可用于导电液体和油水界面的测量，拓宽了本实用新型的应用 范围，而现有各类粉物料位测量装置一般不具备这些功能。
图1是现有料位检测实例1示意图。
图2是现有料位检测实例2示意图。
图3是本实用新型料位检测设备整体结构示意图。
图4是本实用新型料位检测设备电路图示意图。
图5是测量转换电路示意图。
图中，1是12V/220V隔离变压器，2是绝缘管支架，3是限流电阻， 4是测量电极，5是测量转换电路，6是电流表，7是士12V直流稳压电 源，8.是220V/12V隔离变压器，9是测量电缆。
具体实施方式
实施例1:以一个测量水泥库内水泥顶面高度的料位检测设备为 例，对本实用新型作进一步详细说明。
参阅图3。料位检测设备主要由测量传感器和测量仪器两部分组 成，通过测量电缆连接测量传感器和测量仪器两部分。
测量传感器包括12V/220V隔离变压器(1)和两支绝缘管支架(2)。两 支绝缘管支架(2)采用塑料管。在两支绝缘管支架(2)上，每隔200毫 米的相同高度(距离)固定一对测量电极(4)。每对测量电极(4)两极片之间的间距均匀一致，为50毫米。测量电极的面积为30平方厘米。 在一支绝缘管支架(2)上固定有20个测量电极(4)，每个测量电极(4) 极片连接一个限流电阻(3)，限流电阻(3)的另一端均与绝缘管支架(2) 内的一根公用输入导线相连。公用输入导线连接12V/220V隔离变压器 (l)的一根输出端，12V/220V隔离变压器(l)的另一输出端接参考地； 在另一支绝缘管支架(2)上相应固定有20个测量电极(4)，每个测量电 极(4)极片连接到一个测量转换电路(5)的信号输入端，测量转换电路 (5)的输出端连接在公用输出导线上。限流电阻(4)和测量转换电路(5) 由环氧树脂分别固化在其连接的测量电极(4)极片上。测量仪器内有电流表(6)、 士12V直流稳压电源(7)和220V/12V隔离 变压器(8) 。 220V/12V隔离变压器(8)的输入端接50HZ、 220V工频电源， 输出端通过测量电缆9连接到12V /220V隔离变压器(l)的输入端。所 有测量电极4极片上的限流电阻(3)通过公用输入导线与12V /220V隔 离变压器(l)的输出端连接。士12V直流稳压电源(7)通过测量电缆9 连接到所有传感器上的测量转换电路(5)，为测量转换电路(5)提供稳 定工作电压。电流表(6)通过测量电缆9连接到传感器上所有测量转 换电路(5)的公用输出导线。测量电缆(9)使用7芯电缆，2芯用于两个隔离变压器Tl、 T2之间 的连接；3芯用于向测量传感器上的测量转换电路(5)提供土12V的直流 工作电压；另2芯用于传感器上所有测量转换电路(5)向测量仪器内电 流表(毫安表)(6)输出检测电流信号。测量转换电路5由电流电压转换器、整流电路、电压比较器和恒流 源电路组成。检测过程中，测量电极(4)的测量信号输出到由运算放大 器A1 ( LM324)等器件组成的电流电压转换器，其中D1、 D2是保护二 极管，Rl是反馈电阻。当有输入电流信号If，电流电压转换器输出电 压Vc^ RlXIf。 二极管D3和电容器Cl组成半波整流电路，将电流电压转换器输出的交流电压信号Vo整流成为直流电压信号，输出至运算 放大器A2 ( LM324)组成的电压比较器，与由电阻R2、 R3组成的分压 器的输出电压(8V)相比较。当该直流电压信号大于分压器的输出电 压，表明对应该电流电压转换器的测量电极间有被测粉物存在，A2组 成的电压比较器输出高电压驱动由运放LM317和电阻R5组成的恒流源 电路输出一恒定电流至公用输出导线，该恒定电流的值Iout=1.2/R5， 一般情况下R5阻值为240 Q ，恒定电流的值Iout=5mA。实际应用中，本实用新型将按需要长度和测量电极数量制造的测量 传感器安装固定在堆放被测物料的埸地或被测物料的容器壁上；在测 量传感器和测量仪器间连接测量电缆。通电检测时，测量传感器上的 12V /220V隔离变压器(l)将测量仪器内220V/12V隔离变压器(8)输出 的12V交流电源恢复为220V交流电源作为测量电源，该测量电源通过 限流电阻、测量电极间的被测粉物和测量转换电路5内的前级电路形 成测量回路。若测量传感器某测量电极两极片间有被测物料时，则有 电流流过，该电流信号经该对测量电极4极片上的测量转换电路5转 换为一个定值为5mA的电流信号，经传感器上所有测量转换电路5的 公用输出导线送往测量仪器内的电流表6进行检测；若测量传感器某 测量电极4两极片间无被测物料时，则无电流流过，则安装在该对测 量电极4极片上的测量转换电路5输出到所有测量转换电路5的公用 输出导线的电流为零。电流表6测量公用输出导线的电流，为传感器 上所有测量转换电路5输出电流之和。将电流表6读得的电流值除以 5mA，即可计算出两极片间有被测物料的测量电极4的数量。根据两极 片间有被测物料的测量电极4的数量和已知测量电极4间的距离，可 计算出被测粉物料位的高度。由计算出的被测粉物料位的高度、被测 粉物容器的形状及被测粉物密度，可进一步计算出被测粉物的体积和 质量。
权利要求1、一种料位检测设备，主要由测量传感器和测量仪器两部分组成，通过测量电缆连接，其特征在于测量传感器包括12V/220V隔离变压器(1)和两支绝缘管支架(2)，在其中一支绝缘管支架(2)上固定有5～20个测量电极(4)极片，每个测量电极(4)极片连接一个限流电阻(3)，限流电阻(3)的另一端均与绝缘管支架(2)内的一根公用输入导线相连，公用输入导线连接12V/220V隔离变压器(1)的一个输出端，12V/220V隔离变压器(1)的另一输出端接系统参考地，在另一支绝缘管支架(2)上固定有与前述支架相对应的5～20个测量电极(4)极片，每个测量电极(4)极片连接一个测量转换电路(5)，所有测量电极(4)极片上的测量转换电路(5)的输出端连接到一根公用输出导线上；测量仪器包括电流表(6)、±12V直流电源(7)和220V/12V隔离变压器(8)，220V/12V隔离变压器(8)的输入端接220V工频电源，输出端通过测量电缆连接到测量传感器上12V/220V隔离变压器(1)的输入端，所有测量电极(4)极片上的限流电阻(3)通过公用输入导线与12V/220V隔离变压器(1)输出端连接，±12V直流稳压电源(7)通过测量电缆连接到测量传感器上所有测量电极(4)极片上的测量转换电路(5)，电流表(6)通过测量电缆，连接到与测量传感器上所有测量电极(4)极片上的测量转换电路(5)输出端相连的公用输出导线上。
2、 根据权利要求l所述的料位检测设备，其特征是所述的限流电 阻(3)是由环氧树脂分别固化连接在其中一支绝缘管支架(2)的所有测 量电极(4)极片上，每个极片上固化连接一只限流电阻(3)，测量转换 电路(5)同样由环氧树脂固化连接在另一支绝缘管支架(2)的所有测 量电极(4)极片上，每个极片上固化连接一组测量转换电路(5)。
3、 根据权利要求l所述的料位检测设备，其特征是所述的两支绝缘管支架(2)采用塑料管，在两支绝缘管支架(2)上，每隔100 200毫 米的相同高度固定一对测量电极(4)，每对测量电极(4)极片之间的间 距为30 50毫米，测量电极(4)极片的面积在20 50平方厘米。
4、 根据权利要求1或2或3所述的料位检测设备，其特征是所述 的测量转换电路(5)由电流电压转换器、整流电路、电压比较器和恒流 源电路组成，其中，运算放大器Al和反馈电阻Rl构成电流电压转换 器，二极管D1、 D2是电流电压转换器输入保护二极管，二极管D3和 Cl组成的整流电路，运算放大器A2和电阻R2、 R3组成电压比较器， 运放LM317和电阻R5组成的恒流源电路，传感器上所有恒流源电路的 输出端均与公用输出导线相连，+12V和-12V稳压电源为传感器上所有 测量转换电路(5)提供工作电源。
5、 根据权利要求1或2或3所述的料位检测设备，其特征是测量 电缆(9)使用7芯电缆，2芯用于两个隔离变压器T1、 T2之间的连接； 3芯用于向测量传感器上的测量转换电路(5)提供士12V的直流稳压工 作电压；另2芯用于传感器上所有测量转换电路(5)向测量仪器内电流 表(6)输出检测电流信号。
专利摘要料位检测设备，应用于容器内储存物料的顶部表面位置检测。特征是测量传感器包括12V/220V隔离变压器和两支绝缘管支架。两支绝缘管支架固定有相对应的一组测量电极。其中一支绝缘管支架上每个测量电极极片的背面有使用环氧树脂固化在其上的限流电阻，另一支绝缘管支架上每个测量电极极片的背面有使用环氧树脂固化在其上的测量转换电路。测量仪器由电流表、±12V直流稳压电源和220V/12V隔离变压器组成。通过测量电缆连接测量传感器和测量仪器。效果是料位检测设备的电路设计简单可靠。测量传感器根据所需要测量精度，以多点测量实现料位高度的连续测量。该设备抗环境电场干扰能力强，测量料位高度的数据可靠。
文档编号G01F23/22GK201221967SQ20082008047
公开日2009年4月15日 申请日期2008年5月9日 优先权日2008年5月9日
发明者磊 乔, 吴国明, 周裕京, 平 屈, 庄晓谦, 萍 李, 来恩良, 田中岚, 申瑞臣, 袁光杰, 袁进平, 路立君, 高彦尊, 齐奉忠 申请人:中国石油天然气集团公司;中国石油集团钻井工程技术研究院