本质安全型水箱液位探测装置的制作方法

本实用新型涉及矿用设备技术领域，尤其涉及一种本质安全型水箱液位探测装置。

背景技术：

在煤矿开采行业中，一些液压控制系统将以水为主的混合乳化剂作为液压液，其中蓄水池的液位测量装置是液压系统重要的测量部件，在要求可靠性的前提下，还需要满足矿下的本质安全要求。现有技术在对蓄水池的液位进行探测时，水箱液位探测装置以雷达探测技术、浮球探测技术、霍尔传感器探测技术为主，这些传统的探测技术在矿井下工作时往往存在例如电性能不满足本质安全、结构存在故障风险、矿井下的环境适应性低、需要严格标定等问题，在矿井下的液压系统中难以直接可靠地进行液位测量应用。

技术实现要素：

本实用新型提供一种本质安全型水箱液位探测装置，结构简单，可降低矿用液位测量系统的复杂性，通过独立可靠的磁控开关触点实现分布式、高可靠性的液位测量要求，同时测量装置能够通过收发处理器的输出接口输出4-20ma信号给液压系统自动化决策使用，能够满足矿下液位测量的本质安全要求。

本实用新型采取的技术方案为：

本实用新型提供的本质安全型水箱液位探测装置，包括传感器壳体、印制电路板、环形浮子及收发处理器：

所述传感器壳体呈直筒状杆体结构；所述印制电路板竖直设置在所述传感器壳体中；所述印制电路板的表面在竖直方向上间隔布置有若干个磁控开关触点；所述印制电路板上还设置有若干股导线；若干股所述导线从所述印制电路板的末端伸出，一股所述导线在所述印制电路板上电性连接一个所述磁控开关触点，若干股所述导线构成线束；所述环形浮子可浮动地套设在所述传感器壳体的外壁表面；所述环形浮子内置有强磁体；所述环形浮子可浮动地同所述磁控开关触点磁性连接；若干个所述磁控开关触点通过所述线束同所述收发处理器电性连接；所述收发处理器上设置有用于输出4～20ma电信号至液压系统控制器的输出接口。

本实用新型提供的本质安全型水箱液位探测装置，优选地，所述收发处理器包括若干个光耦、一数字信号处理器、一4～20ma发生器、一供电单元及一个所述输出接口；一个所述光耦通过一股所述导线电性连接一个所述磁控开关触点；若干个所述光耦均同所述数字信号处理器电性连接；所述数字信号处理器同所述4～20ma发生器电性连接；所述4～20ma发生器同所述输出接口电性连接；所述供电单元为所述收发处理器提供工作电源。

本实用新型提供的本质安全型水箱液位探测装置，优选地，所述传感器壳体为阻燃型尼龙加纤材质直管。

本实用新型提供的本质安全型水箱液位探测装置，优选地，所述导线为铁氟龙导线。

本实用新型提供的本质安全型水箱液位探测装置，优选地，所述磁控开关触点为干簧管，所述磁控开关触点以插装件方式布置在所述印制电路板上。

本实用新型提供的本质安全型水箱液位探测装置，优选地，所述传感器壳体及所述印制电路板的间隙内灌封有阻燃树脂胶。

本实用新型提供的本质安全型水箱液位探测装置，优选地，还包括一对固定支架；所述固定支架包括三角状的支架本体、所述支架本体的一边上一体设置有一支架固定板，所述支架固定板上开设有一对用于同水箱内壁固定的支架固定孔；所述支架本体上相对所述支架固定板的一个角上开设有用于固定所述传感器壳体的传感器固定孔。

上述技术方案具有如下优点或者有益效果：

本实用新型提供的本质安全型水箱液位探测装置，包括传感器壳体、印制电路板、环形浮子及收发处理器：印制电路板竖直设置在传感器壳体中，印制电路板的表面在竖直方向上间隔布置有若干个磁控开关触点；印制电路板上还设置有若干股导线；环形浮子可浮动地套设在传感器壳体的外壁表面；环形浮子内置有强磁体；环形浮子可浮动地同磁控开关触点磁性连接；若干个磁控开关触点同收发处理器电性连接；收发处理器上设置有用于输出4～20ma电信号的输出接口。本实用新型提供的本质安全型水箱液位探测装置，结构简单，能够降低矿用液位测量系统的复杂性，实现较高的工作可靠性，还能够实现本质安全要求。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型及其特征、外形和优点将会变得更加明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未刻意按照比例绘制附图，重点在于示出本实用新型的主旨。

图1是本实用新型实施例1提供的本质安全型水箱液位探测装置的简要结构示意图；

图2是本实用新型实施例1提供的本质安全型水箱液位探测装置中印制电路板的简要结构示意图；

图3是本实用新型实施例1提供的本质安全型水箱液位探测装置的部件间电性连接关系简要示意图；

图4是本实用新型实施例1提供的本质安全型水箱液位探测装置提供的固定支架的简要结构示意图。

具体实施方式

在本实用新型的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等，其所指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。如出现术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。需要注意的是，本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。当在本说明书中如使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。如出现术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的说明，显然所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。因此，以下对附图中提供的本实用新型实施例中的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。

实施例1：

现有技术中，液压系统的液位测量装置，多以雷达探测传感器、霍尔传感器、浮球传感器等为主。基于雷达探测技术、霍尔传感技术以及浮球探测技术的传感器内部器件实施结构较为复杂，造成其在井下恶劣的工作环境使用时因结构损坏而失效的风险也相应较高。而且，雷达探测传感器、霍尔传感器、浮球传感器等需要专业的操作人员进行井下接线、维护及水位校准等操作，操作环境差，实施成本较高，再者矿井环境易燃易爆、安装条件简陋，导致传统液位测量装置难以在煤矿开采行业直接可靠地应用。

基于上述问题，本实用新型实施例1提供一种本质安全型水箱液位探测装置，以实现对煤矿开采领域的井下液压控制系统的水箱液位进行测量。具体地，参照图1、图2及图3进行理解，本实用新型实施例1提供的本质安全型水箱液位探测装置，包括传感器壳体1、印制电路板2、环形浮子3及一收发处理器5：所述传感器壳体1呈直筒状杆体结构；所述印制电路板2竖直设置在所述传感器壳体1中；所述印制电路板2的表面在竖直方向上间隔布置有若干个磁控开关触点21；所述印制电路板2上还设置有若干股导线22；若干股所述导线22从所述印制电路板2的末端伸出，一股所述导线22在所述印制电路板2上电性连接一个所述磁控开关触点21，若干股所述导线22构成线束23；所述环形浮子3可浮动地套设在所述传感器壳体1的外壁表面；所述环形浮子3内置有强磁体；所述环形浮子3可浮动地同所述磁控开关触点21磁性连接；若干个所述磁控开关触点21通过所述线束23同所述收发处理器5电性连接；所述收发处理器5上设置有用于输出4～20ma电信号至液压系统控制器的输出接口54。

本实用新型提供的本质安全型水箱液位探测装置在矿井下实施时，安装结构简单，易于实施，安装时仅需要将传感器壳体1插入水箱底部，线束23的接线口朝上，固定在水箱即可，对安装要求极低。收发处理器5设置的输出接口54同液压系统控制器连接，能够将液位测量信号以4～20ma模拟电信号的方式提供给系统的控制器，从而系统控制器能够对进水、乳化液等的电磁阀和/或继电器进行启停控制。当对液位进行探测时，传感器壳体1上的环形浮子3随着水箱液位浮动而升降于传感器壳体1的外壁表面，环形浮子3内置的强磁铁在跟随液位上下浮动的同时，会随之磁性导通印制电路板2上相应水位所对应的磁控开关触点21，磁控开关触点21进而通过相应连接的导线22传递电信号至收发处理器5，收发处理器5将液位情况通过输出接口54输出为4～20ma电信号，便于液压系统控制器进行参数采集，由此完成了蓄水池水箱的液位测量过程。相比于传统雷达液位探测器、浮球液位传感器、霍尔传感器等要求的严格安装角度、安装位置和校准流程，本实用新型实施例1提供的本质安全型水箱液位探测装置，结构简单，通过将多个磁控开关触点21间隔设置在印制电路板2上，各个磁控开关触点21分别基于各自连接的导线22将反映各个磁控开关触点21通断的电信号输出至收发处理器5，实现了分布式的液位传感结构；在此结构中，多个磁控开关触点21的磁性连接回路及电性连接回路彼此独立，在水箱中实施时传递的皆为反映通断状态的开关量信号，信号类型单调，不存在传统探测技术所要求的校准工序，从实施层面来看，免去了复杂的调试工作，降低了液位测量系统的实施的复杂性及难度。同时，正是因为各液位的测量回路彼此独立，某一路测量回路失效后不会出现液位测量系统完全失效的情况，如此一来，在结构简单的同时能够取得较高的可靠性。本实施例1中，收发处理器5通过输出接口54输出的4～20ma信号在本实施例1中是两线制、三线制的标准防爆传感器信号线，属于小电流信号，在短路或者其他大负载情况下，不足以点燃煤矿矿井中的可燃气体，可实现一类、二类的防爆等级要求，能够保障水箱液位探测装置在矿井这类易燃易爆场合下应用的本质安全水平。

本实用新型实施例1提供的本质安全型水箱液位探测装置，竖直间隔布置的磁控开关触点21的间距不限于具体的参数，传感器壳体1及印制电路板2的尺寸也不作具体限定，只要能够适应于水箱液位范围及液位测量需求即可。例如在本实施例1中，根据特定的水箱尺寸及控制需求，可以设置传感器壳体1长度为1600mm，直径为30mm，内径为20mm；印制电路板2长度为1500m，宽度为19mm，磁控开关触点21以100mm为间距在印制电路板2的长度方向上等间隔放置。优选地，对于传感器壳体1，本实施例1采用阻燃型尼龙加纤材质直管制成，其具有较大强度和韧性、可实现防水防火功能及较好的防腐蚀性能，兼具较低的实施成本，有利于在煤矿开采行业的井下水箱中长期可靠应用。对于磁控开关触点21，不限于具体的结构及元器件形式，只要能够同环形浮子3磁性导通，并将导通的信号电性输出至收发处理器5即可。作为一种优选的实施方式，磁控开关触点21在本实用新型实施例1中采用干簧管，并且所述干簧管以插装件方式布置在所述印制电路板2上。干簧管插装布置在印制电路板2上，体积小，重量轻，不存在复杂的凸轮或曲柄结构，不会出现金属疲劳现象，保障了几乎无限的使用寿命，降低了液位探测装置的实施成本和实施体积。而且，由于干簧管的开关元器件被密封于惰性气体中，不与外界环境接触，大大减少了接点在开闭过程中由于接点火花引起的接点氧化和碳化，还能进一步防止水箱中的水汽杂质等对接点的侵蚀。此外，从开关速度方面来说，干簧管具有较高的固有频率，提高了接点的通断速度，开关速度比一般的电磁继电器快5～10倍，间接提高了本实用新型实施例1中本质安全型水箱液位探测装置的探测响应实时性。在本实用新型实施例1中，具体选用gps-14a型号的常开式干簧管作为感应装置使用，具有较好的抗振防损坏能力，其只需要极低的电流即可工作，相应的驱动电路不需要大电感、大电容等大容量器件，进一步增强了本实用新型提供的液位探测装置在矿用环境下使用的本质安全性，将其以长宽分别为10mm*3.5mm的插装件插接在印制电路板2上，设置简单，降低了电路的安装维护难度。

优选地，本实用新型实施例1提供的本质安全型水箱液位探测装置，在印制电路板2末端引出的导线22均采用铁氟龙导线。铁氟龙导线，又称高温线，其电线的绝缘层用氟塑料制作，具备耐高温的性能。这样一来，能够通过增强导线22的耐高温性能提高磁控开关触点21至收发处理器5电性连接结构的可靠性，进一步提升水箱液位探测装置在矿井下应用时的本质安全性。

本实用新型实施例1提供的本质安全型水箱液位探测装置，收发处理器5不限于具体的结构和型号，只要能够接收线束23传递的各个磁控开关触点21的信号，并将相应导通的磁控开关触点21信号转换为反映液位情况的4～20ma模拟量输出电信号即可。为了便于本领域技术人员理解，作为一种具体而优选的实施方式，参照图3，本实施例1中收发处理器5具体包括若干个光耦51、一数字信号处理器52、一4～20ma发生器53、一供电单元55及一所述输出接口54；一个所述光耦51通过一股所述导线22电性连接一个所述磁控开关触点21；若干个所述光耦51均同所述数字信号处理器52电性连接；所述数字信号处理器52同所述4～20ma发生器53电性连接；所述4～20ma发生器53同所述输出接口54电性连接；所述供电单元55为所述收发处理器5提供工作电源。本实施例1提供的收发处理器5在实施时，一个光耦51电性连接一个传感器壳体1内的磁控开关触点21，若干个光耦51通过线束23电性连接全部的磁控开关触点21，实现了对各个液位的磁性开关触点21开闭信号的接收，由于光耦51在工作时以光为媒介进行电信号传输，具有较强的共模抑制能力，对输入端与输出端实现了完全的电气隔离，实现单向信号传输，如此一来收发处理器5在获取水箱液位情况时具有较强的抗干扰能力，能够将可靠地将磁性开关触点21的开闭电信号传递至数字信号处理器52中进行处理。数字信号处理器52同4～20ma发生器53电性连接，数字信号处理器52能够基于获取的水箱液位测量情况向4～20ma发生器53传送驱动控制信号，而后4～20ma发生器53同输出接口54电性连接，使得4～20ma发生器53能够在驱动控制信号的作用下通过其内部的数模转换芯片电路实现数字量至模拟量的转换，并通过输出接口54输出4～20ma的模拟量电信号，工作过程简单，可靠性高。为了本领域技术人员更好地理解，在本实施例1中，数字信号处理器52的型号具体为msp430f4152；光耦51的型号具体为tlp2301；参照图3，供电单元55包括数字电源单元552及隔离电源单元551，具体地，数字电源单元552采用型号为tps7a1601dgn的电源芯片来产生数字电源，供收发处理器5中的数字器件工作；隔离电源单元551基于型号为b2424s-1wr2的电源芯片提供隔离电源电路，为收发处理器5提供隔离电源。对于收发处理器5中的4～20ma发生器53，其产生4～20ma的模拟量输出电信号可以基于内部的dac161p997cisq数字模拟信号输出控制芯片实现，数字信号处理器52通过spi信号线与4～20ma发生器53中的数字模拟信号输出控制芯片通信，由4～20ma发生器53实现4～20ma的模拟电流信号输出，最终通过输出接口54输出4～20ma信号。基于本实用新型实施例1提供的本质安全型水箱液位探测装置，矿井下的液压控制系统控制器可以通过采集线缆连接至收发处理器5的输出接口54上，来实现水箱液位的实时读取，而后基于实时读取的液位参数进行自动化的决策控制。

本实施例1中，对于传感器壳体1的固定方式，不限于固定在水箱侧壁或水箱中间位置，只要能够使得传感器壳体1垂直插入水箱，并且传感器壳体1的底部设置在水箱底部即可。考虑到在井下环境中，不同的水箱往往尺寸不一，呈现出非标特性，为了增强液位探测装置对于井下不同水箱尺寸应用时的普适性，实现传感器壳体1在不同尺寸水箱上的可靠固定，参照图4，本实施例1提供的本质安全型水箱液位探测装置，还包括一对固定支架6；所述固定支架6包括三角状的支架本体61、所述支架本体61的一边上一体设置有一支架固定板62，所述支架固定板62上开设有一对用于同水箱内壁固定的支架固定孔621；在所述支架本体61的相对所述支架固定板62的一个角上开设有用于固定所述传感器壳体1的传感器固定孔611。采用这一固定支架6的结构，能够将一对固定支架6通过支架固定孔621同安装水箱的顶端内壁及底端内壁分别固定，而后传感器壳体1的顶部及底部分别限定在两个固定支架6的传感器固定孔611内，由此实现不依赖于水箱的尺寸大小，就能够实现同各种尺寸水箱的高效固定。同时，依靠固定支架6的支架本体61所呈的三角状结构，在结构简单的同时，能够起到较好的稳定性和较低的实施成本。作为更为优选的实施方式，本实用新型提供的水箱液位探测装置，在所述传感器壳体1及所述印制电路板2的间隙内灌封有阻燃树脂胶。通过设置阻燃树脂胶，可以实现传感器壳体1内部的密封防水，避免水箱潮湿环境对传感器使用寿命带来较大影响，另一方面，利用阻燃树脂胶的绝缘、阻燃及轻便特性，能够进一步增强传感器在矿井下工作的防爆本质安全性，而且不会对印制电路板2上的磁控开关触点21同环形浮子3间的磁性连接关系、印制电路板2上的磁控开关触点21同收发处理器5的电性连接关系造成影响，具有较低的实施成本，提升了本实用新型提供的本质安全型水箱液位探测装置的使用寿命及安全性。

本领域技术人员应该理解，本领域技术人员结合现有技术以及上述实施例可以实现所述变化例，在此不予赘述。这样的变化例并不影响本实用新型的实质内容，在此不予赘述。

以上对本实用新型的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本实用新型的实质内容。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案保护的范围内。