专利名称：探头为热敏电阻的液位传感器及其液位测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及液位传感器及其液位测量装置。
背景技术：
液位是指液体容器内液体介质液面的高低。液位测量的目的主要在于测知液体容器中液 体(水、油或其他液体介质)的存储量，以便对液体容器中的液体进行监控以保证正常生产过 程及设备安全。因此，在生产过程和设备工程领域，液位是一个十分重要的参数。液位测量 已有很长的历史，在测量方法和测量仪器制作方面也积累了相当多的经验。工业上使用很多 种液位测量装置，按工作原理可分为直读式、浮力式、静压式、电容式、光纤式、激光式、 核辐射式。其中方法比较简单、直观的是利用与被测液体容器或设备旁通的玻璃管或夹缝的 玻璃管显示液位高度，但这种方法只能就地指示，无法实现信号远传和自动控制等问题。
另外，在建筑环境与设备工程领域，经常涉及许多罐、塔、设备等的残油油位(残油剩 余量)检测问题。由于设备的体积越来越小，所以连通管有时很细，现有的许多油位测量方 法及其装置均受到限制，特别是一些毛细管部位，许多现有的液位传感器根本无法安装。有 的虽然能够安装并很好地进行测量，但其装置成本又比较高。
实用新型内容
本实用新型的第一目的是，提供一种信号能够远距离传送、能够安装在较小液体容器内， 而且成本低廉的液位传感器。
本实用新型的第二目的是，提供一种运用上述液位传感器的液位测量装置。 为实现第一目的，提供一种探头为热敏电阻的液位传感器。该液位传感器是有待测电阻、 调零电阻、两个固定电阻和带交流电源的交流电桥结构的电阻测试装置。在本实用新型中， 待测电阻是作为液位传感器探头的热敏电阻。在该热敏电阻的桥臂上和调零电阻的桥臂上分 别串联有各一个电容，交流电源的一端接地。该热敏电阻桥臂和调零电阻桥臂联接的节点、 两个固定电阻桥臂相联接的节点，为本液位传感器的信号输出端。该热敏电阻以能够被待测 液位的液体浸没的状态、安置在该液体容器的侧壁上。为实现第二目的，提供这样一种液位测量装置。该测量装置包括有上述探头为热敏电阻 的液位传感器、与该液位传感器的信号输出端节点连接的信号放大电路、与该信号放大电路 的放大信号输出端连接的显示电路、和为液位传感器、信号放大电路和显示电路提供电源的 稳压电路。若干个相同的该液位测量装置中的对应数量的热敏电阻，分别安置在液体容器的 侧壁上的最高液位线及其以下的不同位置处。
从实现第一目的之方案中可以看出，作为本液位传感器探头的热敏电阻是"以能够被待 测液位的液体浸没的状态、安置在该液体容器的侧壁上"的，也就是说，液位升高与降低， 就能造成该热敏电阻或者浸没在液体中、或者暴露在液体容器内的上部空间(主要为空气) 中。由于液体与空气有相当显著的传热差别(空气传热差，热敏电阻升温快)，这样造成热敏 电阻的阻值有较大差别，通过对热敏电阻的阻值变化的检测，就能判断出液体容器中液体的 液位了。与现有的液位传感器相比较，采用热敏电阻作为探头的液位传感器有以下优点
1、 体积小，能测量空隙、腔体及细管内的液位；
2、 灵敏度高；
3、 使用方便；
4、 功耗低；
5、响应快(热惯性小)；
6、 容易实现远距离测量和控制；
7、 成本低廉。
从实现第二目的之方案中可以看出，本实用新型中的热敏电阻、构成电桥结构的液位传 感器中的元件、信号放大电路、显示电路及其稳压电路，均无特殊的要求。也就是说，组成 该技术方案产品的所有元件与电路产品均可采甩现有常规产品，鉴于，可供所属领域技术人 员选择的现有产品很多，在此不作进一步描述。从本方案所述"若干个相同的该液位测量装 置中的对应数量的热敏电阻，分别安置在液体容器的侧壁上的最高液位线及其以下的不同位 置处"中，只可以看出，本实用新型能够测量到各个不同的液位高度，在实践中，应当根据 测量的具体要求，来确定该液位测量装置及其对应数量的热敏电阻。
在进行液位测量装置调试时，首先把液体容器内的液体放空，让各个液位传感器中的热 敏电阻均与空气接触中；利用电源电路提供的交流高频电源给各个液位传感器中的热敏电阻 加热，待其阻值不再发生变化后，调整液位传感器中的调零电阻，即使电桥平衡，调整信号 放大电路使其无信号输出，此时显示电路不显示(在具体实施方式
中，即发光二极管LED为熄灭状态)。至此，各液位测量装置调试完毕，开始进行液位的监视与测量。当加入液体时， 致使位于下面的某一热敏电阻浸没于液面后，如前所述，热敏电阻急剧降温，电阻发生变化， 电桥将不平衡，通过信号放大电路放大输出信号，最后通过显示电路把真实的液位显示出来。
与现有的液位测量装置相比较，本方案的液位测量装置具有较强的直观性、测量数据可 靠的优点。同时，信号放大电路的放大信号输出，还可以作液位上限报警信号，也可以作电 磁阔的控制信号，使被控液位在给定值范围内变化，实现位式控制。另外，本实用新型还有 所用电子元件均为常规电子元件，容易组织生产的特点。
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步说明。
图1是一个本实用新型的液位测量装置的电路原理图
图2是若干个本实用新型中的传感器探头(热敏电阻)及其相对应的液位测量装置的原理
框图
图3是若干个本实用新型中的传感器探头(热敏电阻)的安装示意图 图4是若干个本实用新型中的发光二极管构成的显示面板示意图
具体实施方式
一种探头为热敏电阻的液位传感器(参考图1中标记为1的虚线框中的电路图)。该液位 传感器是有待测电阻、调零电阻R2、两个固定电阻(R3、 R4)和带交流电源S的交流电桥结构 的电阻测试装置。在本实用新型中，待测电阻是作为液位传感器1探头的热敏电阻Rrm。在 该热敏电阻Rrra的桥臂上和调零电阻R2的桥臂上分别串联有各一个电容(C1、 C2)，交流电 源S的一端接地。该热敏电阻Rrm桥臂和调零电阻R2桥臂联接的节点Ul 、两个固定电阻(R3、 R4)桥臂相联接的节点U2，为本液位传感器1的信号输出端。该热敏电阻Rrm以能够被待测 液位的液体浸没的状态、安置在该液体容器4的侧壁上。
一种液位测量装置(参考图1、 2>。该测量装置包括有上述探头为热敏电阻的液位传感器 1、与该液位传感器l的信号输出端节点(U1、 U2)连接的信号放大电路2、与该信号放大电路 2的放大信号输出端U0连接的显示电路3、和为液位传感器1、信号放大电路2和显示电路 3提供电源的稳压电路。若干个相同的该液位测量装置中的对应数量的热敏电阻Rrm，分别 安置在所述液体容器4的侧壁上的最高液位线5及其以下的不同位置处(参考图2、 3、 4)。更具体地讲，在本具体实施方式
中(参考图1中标记为2的虚线框中的电路图)，信号放 大电路2包括由两个相同运算放大器(A1、 A2)构成的电压跟随器、和与该电压跟随器连接的 由一个运算放大器A3构成的差动放大器。该电压跟随器的两个电源输入端分别与稳压电源 的正负极(+VCC、 —VCC)连接，该电压跟随器中的两个运算放大器(A1、 A2)的正极输入端分 别与液位传感器l的信号输出端节点(U1、 U2)连接；该差动放大器的两个电源输入端分别与 稳压电源的正负极(+VCC、 一VCC)连接，该差动放大器中的运算放大器A3的输出端是放大 信号输出端UO。在差动放大器中的运算放大器A3上接有调零电位器RW，在与液位传感器l 的信号输出端节点(U1、 U2)连接之前，通过调节调零电位器RW，使放大信号输出端UO的输 出电压为零。在本具体实施方式
中，构成电压跟随器的两个运算放大器(A1、 A2)可采用型号 为LF353的运算放大器(也不排除其他可替代的元件)；构成差动放大器中的运算放大器A3 可采用型号为0P-07的运算放大器(也不排除其他可替代的元件)。
在本具体实施方式
中(参考图l中标记为3的虚线框中的电路图)，显示电路3为包括有 发光二极管LED和反向器ICla的显示电路。信号放大电路2的输出端U0与该反向器ICla 的输入端相连接；本显示电路3中的电源输入端与稳压电源正极输出端+VCC连接。
在图1中，电阻R5、.R6、 R7、 R8以及调零电位器RW与运算放大器A3构成了差动放大 器；标记为R9、 RIO、 Rll的是构成显示电路3的限流电阻，起到保护发光二极管LED和反 向器ICla的作用。鉴于仅就信号放大电路2和显示电路3而言，己经是本领域技术人员所 熟知的，所以，在此不进一步详细介绍。
本液位测量装置的具体安装办法是根据其他条件或要求，将热敏电阻Rrm从上到下依 次排列安装在一块测量板6上，并把该测量板6固定在液体容器4的内壁(参考图2、 3);把 对应数量的发光二极管LED对应的安装在显示面板上(参考图4)。通过发光二极管LED发光 来表示还有一定液位。液面在某一高度时，液面以下部分的热敏电阻Rrm阻值发生变化，电 桥处于不平衡状态，液面位置以下对应发光二极管LED被点亮，通过发光二极管LED被点亮 的高度表示液位的高低。
权利要求1、探头为热敏电阻的液位传感器，该液位传感器是有待测电阻、调零电阻(R2)、两个固定电阻(R3、R4)和带交流电源(S)的交流电桥结构的电阻测试装置，其特征在于，所述待测电阻是作为液位传感器(1)探头的热敏电阻(Rrm)；在该热敏电阻(Rrm)的桥臂上和所述调零电阻(R2)的桥臂上分别串联有各一个电容(C1、C2)，所述交流电源(S)的一端接地；该热敏电阻(Rrm)桥臂和调零电阻(R2)桥臂联接的节点(U1)、两个固定电阻(R3、R4)桥臂相联接的节点(U2)，为本液位传感器(1)的信号输出端；该热敏电阻(Rrm)以能够被待测液位的液体浸没的状态、安置在该液体容器(4)的侧壁上。
2、 一种液位测量装置，其特征在于，该测量装置包括有权利要求1所述的液位传感器(1) 、与该液位传感器(l)的信号输出端节点(m、 U2)连接的信号放大电路(2)、与该信号放 大电路(2)的放大信号输出端(U0)连接的显示电路(3)、和为液位传感器(l)、信号放大电路(2) 和显示电路(3)提供电源的稳压电路；若千个相同的该液位测量装置中的对应数量的热敏 电阻(Rrm)，分别安置在所述液体容器(4)的侧壁上的最高液位线(5)及其以下的不同位置处。
3、 根据权利要求2所述的液位测量装置，其特征在于，所述信号放大电路(2)包括由两 个相同运算放大器(A1、 A2)构成的电压跟随器、和与该电压跟随器连接的由一个运算放大器 (A3)构成的差动放大器；该电压跟随器的两个电源输入端分别与稳压电源的正负极(+VCC、 一VCC)连接，该电压跟随器中的两个运算放大器(A1、 A2)的正极输入端分别与液位传感器(1) 的信号输出端节点(U1、 U2)连接；该差动放大器的两个电源输入端分别与稳压电源的正负极 (+VCC、 一VCC)连接，该差动放大器中的运算放大器(A3)的输出端是放大信号输出端(U0); 在该差动放大器中的运算放大器(A3)上接有调零电位器(RW)，在与液位传感器(1)的信号输 出端节点(lil、 U2)连接之前，通过该调节调零电位器(RW),使放大信号输出端(UO)输出电压 为零。
4、 根据权利要求2或3所述的液位测量装置，其特征在于，所述显示电路(3)为包括有 发光二极管(LED)和反向器(ICla)的显示电路；所述信号放大电路(2)的输出端(UO〉与该反向 器(ICla)的输入端相连接；本显示电路(3)中的电源输入端与稳压电源正极输出端(+ VCC)连 接。
专利摘要探头为热敏电阻的液位传感器及其液位测量装置。该液位传感器是交流电桥结构的电阻测试装置，其待测电阻是作为液位传感器探头的热敏电阻。该测量装置包括有该液位传感器、与该液位传感器的连接的信号放大电路、与该信号放大电路连接的显示电路稳压电路。若干个相同的该液位测量装置中的对应数量的热敏电阻，分别安置在液体容器的侧壁上的最高液位线及其以下的不同位置处。本实用新型具有较强的直观性、测量数据可靠的优点；信号放大电路的信号输出，还可以作液位上限报警信号，也可以作电磁阀的控制信号。另外，本实用新型还有所用电子元件均为常规电子元件，容易组织生产的特点。
文档编号G01F23/24GK201233264SQ20082009946
公开日2009年5月6日 申请日期2008年7月16日 优先权日2008年7月16日
发明者禾 串, 涛 江, 杨 高, 齐研科 申请人:重庆大学