专利名称：一种探针式高频响液态金属泄漏检测装置的制作方法
技术领域：
本发明属于液态金属泄漏测量技术领域，具体涉及一种探针式、高频响液态金属泄漏测量装置。
背景技术：
液态金属是高电导率的金属，目前其泄漏测量方法主要有重力托盘和探针两种方法。重力托盘检测液态金属泄漏的原理是当液态金属出现泄漏后，其在重力作用下会下落到重力托盘上，此时托盘的质量会增加，从而输出相应信号至检测设备，便可以得到液态金属泄漏的信号。其优点在于能够适应恶劣环境的使用要求，且可以检测大范围内是否有液态金属泄漏。但其存在以下缺点(I)在线动态响应速度慢，由于该种检测方法只有在液态金属下落到重力托盘上方可检测到泄漏信号，而从液态金属泄漏到下落到托盘上需要一定的时间，从而不能第一时间检测到液态金属泄漏；(2)不能精确的得到泄漏点位置，由于该种检测方法通常是检测某一范围和区域内是否有液态金属泄漏，不能够精确检测某一位置的液态金属泄漏。传统的探针式检测液态金属泄漏的原理是将探针布置在某些易发生泄漏的位置，当有液态金属泄漏时，会导通探针的两个电极，从而输出相应信号至检测设备，便可以得到液态金属的信号。其优点在于能够精确的检测某一位置是否出现液态金属泄漏，动态响应速度快。但传统的探针式检测液态金属泄漏的方法存在如下缺点(I)探针导通后，会使液态金属或管道带电，从而影响其它布置在上面的传感器工作。这是因为，当液态金属泄漏导通探针的两个电极时，此时，整个管道也随之带电，虽可以通过接地的方式将该电位钳为零，但由于管道或金属本身的分布电容和内阻的存在，会使其仍然带有一定的电压，该电压信号会影响到其它直接布置在其管道上方的传感器工作；(2)探针的固定较为麻烦，一方面要使探针能够及时的检测液态金属泄漏，这就要求探针距离泄漏点或管道不可太远，另一方面要保证探针在管道出现振动或波动的情况下，不会偏离原固定点，以防止于管道接触或探针两电极接触，从而造成误触发。由以上两点可知探针的布置要求两探针电极即不可太远又不可太近，这样安装起来是比较麻烦的。综上，以上测量方法的缺点限制了其使用范围。本发明的装置也是利用探针式液态金属泄漏，但是其克服了传统探针式液态金属泄漏检测的缺点，使其适用范围更广，维护更加方便，并可以集成多点液态金属泄漏检测装置。
发明内容
本发明的目的在于设计一种结构简单、安装方便、高频响应且具有自动切断探针电极的探针式液态金属泄漏装置。本发明提供的是一种探针式检测液态金属泄漏的装置，其包括输出探针、输出探针固定卡件、输入探针固定卡件、输入探针、接线端子、检测设备、主控电路板和24V直流电源。其相对关系为24V直流电源接至主控电路板，主控电路板的输出端口连接至接线端子，输出探针和输入探针分别连接至接线端子上，输出探针固定在输出探针固定卡件上，输入探针固定在输入探针固定卡件上，输出探针固定卡件和输入探针固定卡件固定在被测管道上，其中液态金属在管道内。其工作过程为24V直流电源输出24V直流电供主控电路板使用，主控电路板的接线端子连接至输出探针，输出探针为一输出+24V电极，此时，输出探针和输入探针之间没有导通形成闭合回路，当有液态金属泄漏时，液态金属在重力作用下会流经输出探针和输入探针，造成输出探针和输入探针导通，形成闭合回路。而输入探针一端连接至接线端子，会将泄漏信号传输至主控电路板。主控电路板记录泄漏信号并输出泄漏信号至其它检测设备，同时，主控电路板会在10 μ s内切断输出探针的输出电压信号，保证液态金属或管道处于无电状态，从而不会影响其它安装在管道上的传感器的正常使用。需进一步补充的是输出探针固定卡件和输入探针固定卡件可以适应16mm —120mm管径的管道，可以灵活方便的固定在管道上，安装方便，便于调节。所述的主控电路板能够在无液态金属泄漏情况下，供24V直流电给输出探针，当有液态金属泄漏导通输出探针和输入探针时，获取金属泄漏信号并输出该信号至检测设备，同时，能在 ο μ s内切断输出探针的电压信号，从而避免因液态金属或管道带电而影响其它安装在管道或与液态金属直接相接触的传感器工作。综上所述，本发明装置与现有液态金属泄漏装置相比的优点在于I)、本发明装置的探针固定卡件可以根据实际使用管道的管径进行适当的调节，便可以满足探针固定的需求，从而保证探针固定的可靠性和稳定性，减少了大量的人为安过程。2)、本发明装置具有自动切断电极信号的功能，可以在无液态金属泄漏情况下，供24V直流电给探针，当有液态金属泄漏导通两个探针时，装置可自动获取金属泄漏信号并输出该信号至检测设备，同时，能在10 μ s内切断探针的电压信号，从而避免因液态金属或管道带电而影响其它安装在管道或与液态金属直接相接触的传感器工作，保证了测量系统的可靠性和稳定性。
图1液态金属泄漏检测装置构成图；图2固定卡件结构示意图；图3主控电路板原理框图；图4系统测控时序示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。图1表示液态金属泄漏检测装置构成图。其主要包括输出探针1、输出探针固定卡件2、输入探针固定卡件3、输入探针4、接线端子6、检测设备7、主控电路板8和24V直流电源9。其相对关系为24V直流电源9接至主控电路板8，主控电路板8的输出端口连接至接线端子6，输出探针I和输入探针4分别连接至接线端子6上，输出探针I固定在输出探针固定卡件2上，输入探针4固定在输入探针固定卡件3上，输出探针固定卡件2和输入探针固定卡件3固定在被测管道5上，其中液态金属在管道5内。其具体的实施过程为以下几点1、市电220V经24V直流电源9AC-DC转换后，转换为24V直流电源供整个发明装置使用，直流电源9的功率为65W，为单输出24V直流电。直流电源 9与主控电路板8就近放置，并在两者之间加入隔离和屏蔽装置，防止AC-DC转换过程中的电磁干扰影响主控电路板8的正常工作。2、24V直流电经主控电路板8的DC-DC转换后，输出5V直流电，供主控电路板8的电子元器件工作。输出探针I连接在主控电路板8的输出接线端子6上，输出24V直流电，此时，输出探针I作为一个电极。当有液态金属泄漏时，便会导通输出探针I和输入探针4，此时24V直流电便经过输入探针4输入至主控电路板的输入接线端子6，由主控电路板采集到相应的24V直流信号，经过对该信号处理后，在10 μ s内切断输出探针I上的24V直流电，同时，输出液态金属泄漏信号至相关的监测设备7。3、需要补充说明的是，输出探针I和输入探针4之间的距离是通过工程施工过程中进行调整的，通常其间距为2 3_。输出探针I和输入探针是通过输出探针卡件2和输入探针卡件3固定在被测管道5上的。图2表示的是固定卡件结构示意图。固定卡件包括输出探针固定卡件I和输入探针固定卡件4，其结构是一样的。均包括固定螺钉2Α，固定挡板2Β，V形固定槽2C和固定螺钉2D。V形固定槽2C的顶端角度为60度，当被固定的管道放入至V形固定槽2C内时，其可放入管道的外径便可以推算出，具体如下1、最小被固定的管道外径固定挡板2Β至V形固定槽2C的顶端距离Η0+Η1,该距离值为结构设计时已固定，其值为412mm。Hl为固定螺钉2A所能伸长的最大距离，为376mm，这样根据相关几何关系得管道半径
Γ Rl I-=—
HO —Rl 2其中，Rl为管道的半径，HO为固定螺钉顶端至V形固定槽顶端的距离，将相关数据带入后，计算得到最小被固定的管道外径为Rl = 16mm2、最大被固定的管道外径根据上面的计算关系，可以得到最大被固定的管道外径R2为
Γ R2I-=—
HO + H\- H1-Rl 2其中，H3为固定螺钉顶端至V形固定槽顶端的距离，其值为52mm，代入上式计算得到最大被固定的管道外径为R2 = 120mm需要指出的是，当固定卡件固定后，还需要将输出探针2和输入探针3固定在相应的固定卡件上，并适当的调整两输出探针2和输入探针3之间的距离，距离即不可太大，也不可过小。距离过大会导致液态金属泄漏时可能导通不了两探针，距离太近时会导致管道振动而误导通两探针。本发明所实施的安装距离为2 3_。图3表示的是主控电路板原理框图。其包括电压转换单元，STC12C5A60S2单片机，三极管转换单元Wl和三极管转换单元W2，场效应管单元Ul和U2和光电隔离单元。其具体实施过程为1、24V直流电经过电压转换单元转换后，转换为5V的直流电，5V的直流电供主控电路板8其它组成单元使用。其中，电压转换单元的电压转换芯片为LM2596，该芯片最高支持的转换电压为37V，在本发明中可以将24V直流电平稳的转换为5V的直流电，同时，该芯片还配置了旁路和滤波电容以及电感，保证输出电压的纹波较小。2、主控芯片STC12C5A60S2单片机经三 极管转换单元Wl控制场效应管单元U1，此时，场效应管单元Ul处于饱和导通状态，其输出信号为24V直流电，并经接线端子6输出至输出探针I上。当有液态金属泄漏时，液态金属会在重力作用下流经输出探针I和输入探针4，从而导通两探针。这时，24V直流电信号便会经过输入探针4传输至主控电路板，由光电隔离单元将该信号进行隔离，并将其输入电压从24V降至5V，从而输入至主控芯片STC12C5A60S2单片机并触发单片机。经过对该触发信号处理后，STC12C5A60S2会输入一低电平至三极管单元W1，从而使场效应管单元Ul截止，此时，加在输入探针I上的24V直流电压信号便被切断。另一方面，STC12C5A60S2单片机被触发后会输出一高电平信号至三极管单元W2，从而导通场效应管单元U2，最终输出24V直流电至监测设备。3、主控电路板8会持续保持输出液态金属泄漏信号至监测设备，直至液态金属泄漏信号被解除或人为的重启主控电路板8。图4表示系统测控时序示意图。本发明液态金属泄漏监测系统所涉及的测控信号包括输入探针监测信号，控制输出探针信号和系统输出泄漏信号。在实施过程中，其具体时序关系如下1、当输出探针I和输入探针4被泄漏的液态金属导通后，会从输入探针输出一个24V直流电压信号，同时，该信号会触发主控芯片STC12C5A60S2单片机切断加在输出探针I上的24V直流电压信号，从输入探针监测到24V直流电压信号至输出探针信号被切断之间的延时为tl，该延时的时间在I μ s以内。切断信号作用时间为t2，在本发明中其持续时间在5μ s左右。由上可知，在整个监测过程中从输入探针监测到信号至加在输出探针上的信号被切断所持续的时间不超过10 μ S。2、主控芯片STC12C5A60S2被触发后会输出液态金属泄漏信号至其他的监测设备，该过程是通过主控芯片I/o引脚输出信号控制三极管和场效应管单元来实现的，从输入探针监测到泄漏信号至主控芯片输出泄漏信号之间的延时为t3，在本发明中，其值约为15 μ S。该信号需要持续保持一段时间t4，以保证能充分的被其它监测设备采集到并响应。本发明中，该保持时间最短为Is。本发明装置克服了传统探针式液态金属泄漏检测的缺点，使其适用范围更广，维护更加方便，并可以集成多点液态金属泄漏检测装置。本发明未详细阐述的部分属于本领域公知技术。尽管上面对本发明说明性的具体实施方式
进行了描述，以便于本技术领的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式
的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
权利要求
1.一种探针式高频响液态金属泄漏检测装置，其特征在于该装置包括输出探针(I)、输出探针固定卡件(2)、输入探针固定卡件(3)、输入探针(4)、接线端子(6)、检测设备(J)、主控电路板(8)和24V直流电源(9) ;24V直流电源(9)接至主控电路板(8)，主控电路板(8)的输出端口连接至接线端子(6)，输出探针(I)和输入探针(4)分别连接至接线端子(6)上，输出探针(I)固定在输出探针固定卡件(2)上，输入探针(4)固定在输入探针固定卡件(3)上，输出探针固定卡件(2)和输入探针固定卡件(3)固定在被测管道(5)上，其中液态金属在管道(5)内；其工作过程如下24V直流电源(9)输出24V直流电供主控电路板(8)使用，主控电路板的接线端子(6)连接至输出探针(I)，输出探针(I)为一输出+24V电极，此时，输出探针(I)和输入探针(4)之间没有导通形成闭合回路，当有液态金属泄漏时，液态金属在重力作用下会流经输出探针(I)和输入探针(4)，造成输出探针(I)和输入探针(4)导通，形成闭合回路；而输入探针(4) 一端连接至接线端子(6)，会将泄漏信号传输至主控电路板(8);主控电路板(8)记录泄漏信号并输出泄漏信号至其它检测设备(7)，同时，主控电路板(8)会在IOys内切断输出探针(I)的输出电压信号，保证液态金属或管道处于无电状态，从而不会影响其它安装在管道(5)上的传感器的正常使用。
2.根据权利要求1所述探针式高频响液态金属泄漏检测装置，其特征在于，所述的输出探针固定卡件(2)和输入探针固定卡件(3)能够适应不同管道(5)管径的固定要求，适用管道管径范围为16mm — 120mm,其安装灵活,便于拆卸和维护。
3.根据权利要求1所述探针式高频响液态金属泄漏检测装置，其特征在于，所述的主控电路板(8)能够在无液态金属泄漏情况下，供24V直流电给输出探针(1)，当有液态金属泄漏导通输出探针(I)和输入探针(4)时，获取金属泄漏信号并输出该信号至检测设备(7),同时，能在IOys内切断输出探针(I)的电压信号，从而避免因液态金属或管道带电而影响其它安装在管道(5 )或与液态金属直接相接触的传感器工作。
全文摘要
本发明提供一种探针式高频响液态金属泄漏检测装置，包括输出探针、输入探针、输出探针固定卡件、输入探针固定卡件、24V直流电源、主控电路板和接线端子，主控电路板引出的接线端子连接输出探针和输入探针，输出探针和输入探针由固定卡件固定在液态金属泄漏处。当有液态金属泄漏时，输出探针和输入探针便会导通，导通过程中会触发主控电路板，由主控电路板输出导通信号供其它检测设备使用。同时，主控电路板会在10μs内切断输出探针的输出信号，防止由于输出探针信号的缘故导致整个液态金属及其管道带电，从而影响其它与液态金属或管道相接触传感器的工作。该装置可快速检测泄漏和输出泄漏信号，并能及时切断因液态金属导通所产生的探针信号的输出。
文档编号G01V3/02GK103018780SQ201210591619
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月31日 优先权日2012年12月31日
发明者姚传明, 朱志强, 黄群英 申请人:中国科学院合肥物质科学研究院