專利名稱:浮子頻率式液位遙測儀的制作方法
浮子頻率式液位遙測儀是一種遠距離觀測江、河、湖、海、水庫、漁池、酒槽、油箱以及其它液位的新型電子儀器。
以往使用的液位計，除現(xiàn)場目測的以外，多數(shù)是采用格雷碼的編碼方法，將液位的高度信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字編碼傳輸至觀測點，然后采用譯碼器譯成人們所習慣的數(shù)字值。這樣做的缺點是液位由低到高或由高到低的變化中常出現(xiàn)誤碼，產(chǎn)生數(shù)字不連續(xù)的現(xiàn)象，影響測量精度。而且為了增加分辨力，就得增加比特數(shù)，每一比特就需一根傳輸線。例如，若需1.5%的分辨力就需采用6根信號傳輸線，1%的分辨力就需采用7根信號傳輸線。因而給遠距離多點測量帶來困難。
本發(fā)明的目的是設計一種不僅能進行遠距離多點巡回檢測而且能直接讀數(shù)的低成本的數(shù)字式液位計，從而滿足江河湖海、水庫、漁池、油箱以及其它液位的遠距離控制。
本發(fā)明是采用浮子開關傳感器、頻率變換電路、控制器、顯示器和報警系統(tǒng)等部份組成。圖1為浮子頻率式液位遙測儀的總方框圖。圖中方框(1)為對液位變化進行敏感的浮子開關傳感器，當液位處于不同的位置時，就有不同數(shù)目的浮子浮起，因而也就有不同的開關數(shù)目接通與斷開，從而使頻率變換電路(方框2)中的電阻器的電阻值(亦即電導值)發(fā)生變化。這樣頻率變換電路則輸出與液位變化相對應的脈沖頻率。該頻率加到控制器(方框4)，其允許脈沖數(shù)通過的時間由定時器(方框3)決定。定時器為一石英晶體振蕩器，振蕩頻率為32768Hz，經(jīng)16次分頻后產(chǎn)生一秒門信號。一秒鐘內(nèi)通過的脈沖數(shù)即為該脈沖的重復頻率?？赡嬗嫈?shù)器對控制器(4)送來的脈沖數(shù)進行計數(shù)，并由顯示器(6)將計數(shù)器所計得的脈沖數(shù)顯示出來。如果對液面的高低有一限度，則可在預置器中預置數(shù)字，用該數(shù)字值與每次計數(shù)器所計得的數(shù)值在比較器(8)中進行比較，若超過了所設定的限度，即由警報器(9)中發(fā)出聲或光的警報，以提醒操作或觀測人員的注意，現(xiàn)將各部份的工作原理說明如下一.浮子開關傳感器浮子開關傳感器的主要任務是對液面所在位置進行敏感。浮子本身是采用金屬、塑料或玻璃材料內(nèi)充空氣的密封體或者比重小于所測液體的材料制成的實心體。它通過重力和浮力兩種作用力，能準確地敏感出液位。浮子開關傳感器的工作原理如圖2所示。圖中R為電阻器，K為開關，F(xiàn)為浮子。若液位在m處，則Fm及其以下的浮子均浮起，把Km及其以下的開關均接通，使Rm及其以下的電阻均被短路。若液面所在位置發(fā)生變化，則浮起的浮子數(shù)目亦發(fā)生變化。
增加浮子和開關的數(shù)目可提高儀器的分辨力和測量精度，若將步進式電阻換成一電位器，用一浮子帶動電位器的旋轉(zhuǎn)臂以改變電位器的總阻值亦可達到同樣的目的。這樣做的優(yōu)點是能使測量值連續(xù)，缺點是技術(shù)難度大一些。
二.頻率變換電路頻率變換電路為一高輸入阻抗的運算放大器或其它型式的多諧振蕩器。振蕩器的輸出頻率決定于經(jīng)浮子開關切換后所剩余的總阻值(亦即電導值)。振蕩器中再設置一固定電容器C，電路如圖3所示。
多諧振蕩器輸出脈沖的重復頻率f與回路參數(shù)的關系為f＝ 1/(KRC) (1)
式中K為常數(shù)，不同的振蕩電路有不同的K值。C為固定電容器;A為一高輸入阻抗的運算放大器。因為式(1)中KC為固定值，令1/(KC) ＝K0和1/(R) ＝σ則 f＝K0σ (2)式中σ為電導值，從式(2)中可以看出，只要使浮子開關所短接后的電阻器的電導值與液位的數(shù)字值相對應，就可使該電路的輸出頻率與液位的數(shù)字值相對應。
液位可以選取不同的單位，如以高度計則用mm，Cm等長度計量單位，若以重量計、則用Kg、噸等單位，若以體積計，則用m3，mm3等單位。只要調(diào)整圖3中R0和C就可以使其輸出頻率完全與所需要的數(shù)字值相一致。
三.控制器與計數(shù)器控制器除前述的定時功能外，還具有操縱整個儀器的功能。設標準液位為m(參考電位)，此時頻率變換電路的輸出頻率應為1000Hz，計數(shù)器在每次測量結(jié)束后復位在1000。在每次新的測量工作開始時，控制器使計數(shù)器執(zhí)行減法。若頻率所代表的液位低于標準液位，則計數(shù)器必有余數(shù)，余數(shù)即代表低于標準液位的具體數(shù)值。若實際液位高于標準液位，則輸出頻率必大于1000HZ。此時計數(shù)器必然過零?？刂破鳈z測到此過零信號后，即將計數(shù)器的減法狀態(tài)換成加法狀態(tài)。余數(shù)即代表標準液位以上的數(shù)字值。
四.預置器與警報器如果對液位的高低有上下限度要求時，則需要設置預置器，將預置的具體數(shù)字值置入預置器后，該數(shù)字值加到數(shù)字比較器，數(shù)字比較器同時還接收到計數(shù)器的測量數(shù)字值，對這兩個數(shù)字值進行比較后，數(shù)字比較器有大于、等于和小于三種輸出，根據(jù)需要接到報警器。警報器包括驅(qū)動器和蜂嗚器(或揚聲器、彩色燈等)，當接收到信號時，即發(fā)出聲或光的報警信號。
本發(fā)明的優(yōu)點有1)能遠距離遙測江河湖海、漁池、水庫、水箱、油罐、酒槽以及其它一些液體容器的液位。有數(shù)字指示值，單位可以任選;2)有強的抗干擾能力，能在惡劣的環(huán)境下工作;3)信號傳輸線少，能多點巡回檢測，而且成本低廉;4)能有較高的分辨力和好的穩(wěn)定性，能與微型計算機、微處理機或其它自動控制設備直接配合使用，亦便于打印輸出。
圖1為浮子頻率式液位遙測儀的總方框圖，其中(1)為浮子開關傳感器;(2)頻率變換電路;(3)為定時器;(4)為控制器;(5)為計數(shù)器;(6)為顯示器;(7)為預置器;(8)為比較器;(9)為警報器;(10)為穩(wěn)壓電源。
圖2為浮子開關傳感器的示意圖。圖中m為液平面，F(xiàn)為浮子，K為開關，R為電阻。
圖3為頻率變換電路原理圖。圖中A為運算放大器;C為電容器;R0為調(diào)整電阻;R為隨液位而變化的敏感電阻。
實施例采用本發(fā)明已制造成一部液位測量儀，它是用于一個8噸的水箱的液位測量，高度為2米，按Kg刻度，采用16個浮開關，C采用22000PF，R0采用4KΩ，輸出脈沖的重復頻率分別為500、1000、8000。用發(fā)光二極管數(shù)字顯示。分辨力可達500Kg，傳輸距離4米，測量精度可達0.5%。
權(quán)利要求
1.一種用于測量液位(水、油、酒……等液體)的浮子頻率式液位遙測儀，其特征在于該儀器設置有浮子開關傳感器、頻率變換電路，控制器、定時器、顯示器、預置器、比較器、警報器以及穩(wěn)壓電源部份。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的浮子頻率式液位遙測儀，其特征在于作為傳感器的浮子開關是由2個以上的浮子和由浮子控制的相應數(shù)量的電路開關以及與之相配的電阻器組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1.2所述的浮子頻率式液位遙測儀，其特征在于控制電路開關的浮子是由金屬、橡膠、塑料、玻璃材料制成內(nèi)充空氣的密封體或者比重小于所測量的液體的材料制成的實心體。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1.2所述的浮子頻率式液位遙測儀，其特征在于所用電阻器是由2個以上的阻值不同的電阻串聯(lián)而成，或者用一個阻值可以連續(xù)變化的電阻器組成。它與浮子開關一起構(gòu)成阻值隨液位位置而變化的裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的浮子頻率式液位遙測儀，其特征在于頻率變換電路是由一高輸入阻抗的運算放大器與電容、電阻元件組成(或者是由其它形式的多諧振蕩器組成)，其中的電阻元件包含了阻值隨液面位置不同而變化的電阻器。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的浮子頻率式液位遙測儀，其特征在于設置有能檢測脈沖信號重復頻率，并判定浮子開關傳感器所敏感到的實際液位是位于標準液位之上或下，從而使計數(shù)器執(zhí)行加法或減法的控制器和定時器。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的浮子頻率式液位遙測儀，其特征在于警報器是由驅(qū)動器和蜂嗚器(或者揚聲器、彩色燈)組成，并與預置器和比較器一起構(gòu)成聲或光報警系統(tǒng)。
專利摘要
浮子頻率式液位遙測儀是一種用于江河湖海、漁池、水庫、水箱、油罐、酒槽以及其它液體容器液位測量的電子數(shù)字測量儀器。現(xiàn)有的這類儀器主要是采用格雷編碼法，缺點是容易產(chǎn)生錯碼，不利于多點自動巡測。本發(fā)明完全克服了上述這些缺點，它是根據(jù)不同液位時浮子開關切換出不同的阻值，并將這種阻值的變化變換成相應的脈沖頻率，再進行數(shù)字顯示。從而方便地實現(xiàn)了遠距離直接讀出測量數(shù)字值。
文檔編號G01F23/30GK86102983SQ86102983
公開日1987年12月30日 申請日期1986年5月2日
發(fā)明者魏俊奇 申請人:魏俊奇導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan