专利名称：一种液位与物料位一体化测量装置的制作方法
技术领域：
本发明ー种液位与物料位一体化測量装置，属于自动检测技术领域，它是ー种同时具有測量水位和沉降物物料位双重功能的自动化測量装置，主要应用在污水处理厂、洗煤厂及煤矿井下，用来測量水池中水位和沉降物的物料位。
背景技术：
洗煤厂需要将洗煤水沉清后回收再利用，污水处理厂的污水需要沉淀后才能作后续处理，同样煤矿井下回采工作面的水须收集起来经过水仓的沉淀后方能作为割煤机冷却和降尘用水，沉降池是最常见的沉淀设施。在沉降池中固体物的比重大于水会沉淀在沉降池的底部，沉降物的多少直接影响沉降池沉降体积和效果，沉降物的物料位达到一定高度就必须及时清淤，所以沉降池中水位与沉降物的物料位是两个重要的エ艺參数。在现有技术中，測量水位的方法很多，手动的有水尺、浮球及人工探測等，自动的有超声波、雷达、磁致伸縮及射频导纳液位计等，在水中測量固体物料位的方法很少，最常用的方法是人工用竹竿探測，自动测量的有声纳传感器，声纳传感器漂浮在水面上随水位上下移动，它可以测出水面与固体物料位之间的距离，声纳传感器通常情况下只能应用在溢流沉降池，因为溢流沉降池的水位是固定的，只要测出水面与固体物料位之间的距离就可以推算出固体物料位的高度。另外声纳传感器不仅造价高而且故障率也很高。综合所述在现有测量手段中水位和物料位是分开测量的，这就需要安装两套测量仪表，给使用和维护带来不便，使用声纳传感器測量水中固体物料位的方法属于间接测量法不宣观，需要经过人工推算，造成不能直接测量的原因是声纳传感器必须在水中发射和接收声波，使得声纳传感器必须漂浮在水面上，不能脱离水面，否则声纳传感器将不能正常工作。相当部分的沉降池不是溢流沉降池(如煤矿井下的水仓)，它的水位是随着时间经常变化的，而水位的变化概率远远大于沉降物物料位的变化概率，造成人工推算工作繁琐而不ロ丁·。
发明内容
本发明ー种液位及物料位一体化測量装置，其目的在于解决上述现有技术中普遍存在的造价高、故障率高且功能单一等问题，从而公开ー种同时具有測量液位和物料位双重功能的新型測量装置技术方案，该装置适用于煤矿、污水处理厂和洗煤厂等特殊行业使用。
本发明ー种液位及物料位一体化測量装置，其特征在于整套装置由探头、传动系统(见附图1)、控制系统和测量系统(见附图幻四部分組成，其中探头由重锤1和浮筒2两部分組成，所述重锤1是ー个金属圆锥实心体，浮筒2是ー个用金属钢板焊接成的中空圆柱体，其中心部分制作成与重锤1圆锥体角度以及尺寸相同的圆锥体；传动系统由钢丝绳3、 滑轮4、电机6、减速机7以及钢丝绳滚筒8組成，其所述钢丝绳3与重锤1连接为一体，电机 6正反转经减速机7、钢丝绳滚筒8和钢丝绳3牵引重锤1上下移动；控制系统由用来測量探头重量的称重传感器5和具有设定探头重量以及控制电机6正反转的称重智能表10组成，其中重量显示值14用来设定和显示探头的重量，称重智能表10本身带有下限继电器触点Kl和上限继电器触点K2及手动测量按钮ZK(见附图2、其中下限继电器触点Kl和上限继电器触点Κ2有常开和常闭两组触点，称重智能表10选用普通的通用型带有时间控制功能的称重智能表；测量系统由编码传感器9和水位物料位智能表11組成，其所述编码传感器9选用旋转编码器，编码传感器9安装在钢丝绳滚筒8的轴端随钢丝绳滚筒8 一起旋转， 钢丝绳滚筒8转动ー圈，编码传感器9也旋转ー圏，同时发出几百个甚至几千个数字脉冲， 送至水位物料位智能表11进行运算和显示，根据公式F = H/W计算脉冲当量，式中F表示脉冲当量、H表示探头上升或下降的距离、W对应探头上升或下降一定距离时编码传感器9所产生脉冲的个数，将脉冲当量F存入水位物料位智能表11，作为计算水位和物料位的依据， 水位物料位智能表11选用有两组数码管的智能表，其中水位显示值12显示水位，物料位显示值13显示物料位，水位物料位智能表11选用带有通信接ロ的通用型智能表，方便与上位计算机通信；本发明的液位及物料位一体化測量装置量程> 50m ；测量精度士0. 02m ；信号与上位计算机通信距离IOOOm0上述的一种液位及物料位一体化測量装置其特征在于所述探头由重锤1和浮筒 2两部分組成，所述重锤1是ー个金属圆锥实心体，浮筒2是ー个由金属钢板焊接成的中空圆柱体，其中心部分制作成与重锤1圆锥体角度以及尺寸相同的圆锥体，重锤1和浮筒2可以有机地组合成一个圆柱体，其中浮筒2内需注水，注入水量的多少，是根据浮筒2能漂浮于水面的情况来确定，要求浮筒2能飘浮于水面，且其上表面刚好露出水面，注水目的是为了减小浮筒2的体积，同时保证浮筒2不至于沉入水中，通过测量水对探头浮力的大小，判断水位是在上升还是在下降，从而控制測量装置进行跟踪。本发明ー种液位及物料位一体化測量装置的优点在于1、本发明的測量装置同时具有測量液位和沉降物物料位双重功能优点，主要应用在污水处理厂、洗煤厂及煤矿井下，用来測量水池中水位和沉降物的物料位。使用寿命长、 故障率低和便于维修。可广泛应用于大型污水处理厂、洗煤厂及煤矿等行业使用。2、本发明的測量装置克服了现有测量手段中水位和物料位分开测量，需要安装两套测量仪表，给使用和维护带来不便的问题；3、本发明的測量装置解决了使用声纳传感器測量水中固体物料位的方法属于间接測量法的缺陷，需要经过人工推算，造成不能直接测量的原因是声纳传感器必须在水中发射和接收声波，声纳传感器必须漂浮在水面上，不能脱离水面否则声纳传感器不能正常工作的问题，但是大部分的沉降池不是溢流沉降池，它的水位是随着时间经常变化的，而水位的变化概率远远大于沉降物物料位的变化概率，造成人工推算的工作繁琐而不可靠的问题。
图1測量装置结构示意图1.重锤2.浮筒3.钢丝绳4.滑轮5.称重传感器6.电机7.减速机8.钢丝绳滚筒9.编码传感器
图2測量装置测量控制图10.称重智能表11.水位物位智能表12.水位显示值13.物料位显示值14.称重智能表重量显示值Si称重智能表带的手动按钮Kl称重智能表下限继电器触点K2称重智能表上限继电器触点
具体实施方案实施方式1 本发明在污水处理厂沉降池上的应用，エ业和生活污水送至污水处理厂后，必须经沉降池沉淀，去除污水中固体物，才能进入下一道エ序进行处理，所以在沉降池的底部会沉积大量污泥，测量沉降池的水位和污泥的高度是エ艺所要求的。整套装置由探头、传动系统(见附图1)、控制系统和测量系统(见附图2)四部分組成，其中探头由重锤1和浮筒2两部分組成，所述重锤1是ー个金属圆锥实心体，浮筒2 是ー个用金属钢板焊接成的中空圆柱体，其中心部分制作成与重锤1圆锥体角度以及尺寸相同的圆锥体；传动系统由钢丝绳3、滑轮4、电机6、减速机7以及钢丝绳滚筒8組成，其所述钢丝绳3与重锤1连接为一体，电机6正反转经减速机7、钢丝绳滚筒8和钢丝绳3牵引重锤1上下移动；控制系统由用来測量探头的重量称重传感器5和具有设定探头的重量以及控制电机6正反转的称重智能表10組成，称重智能表10本身带有上限继电器触点Kl和下限继电器触点K2及手动测量按钮ZK(见附图2)，称重智能表10选用普通的通用型带有时间控制功能的称重智能表；测量系统由编码传感器9和水位物料位智能表11組成，其所述编码传感器9选用旋转编码器，编码传感器9安装在钢丝绳滚筒8的轴端随钢丝绳滚筒 8 一起旋转，钢丝绳滚筒8转动ー圈，编码传感器9也旋转ー圏，同时发出几百个甚至几千个数字脉冲，送至水位物料位智能表11进行运算和显示，根据公式F = H/W计算脉冲当量， 式中F表示脉冲当量、H表示探头上升或下降的距离、W对应探头上升或下降一定距离时编码传感器9所产生脉冲的个数，将脉冲当量F存入水位物料位智能表11，作为计算水位和物料位的依据，水位物料位智能表11选用有两组数码管的智能表，其中水位显示值12显示水位，物料位显示值13显示物料位，水位物料位智能表11选用带有通信接ロ的通用型智能表，方便与上位计算机通信。为了实现一体化功能把所述探头一分为ニ设计成重锤1和浮筒2两部分，其中重锤ι专门用来探測物料位，測量水位时探头由重锤1和浮筒2两部分組成，通过测量水对探头浮力的大小，判断水位是在上升还是在下降，从而控制測量装置进行跟踪。1.本发明测量装置的安装整套测量装置安装在沉降池的池壁上(见附图1)，安装完成后，给浮筒2内注水， 注水的多少根据浮筒2浮出水面的情况来決定，浮筒2高度的绝大部分要沉入水面下，浮筒 2的上表面露出水面，注水过程完成。2.本发明测量装置的校验取钢丝绳滚筒8直径为160mm，钢丝绳滚筒8旋转两圏，探头上下移动Im的距离， 选编码传感器9为PKT-100系列分辨率200脉冲/转，计算脉冲当量F = H/ff = 1000mm/400 =2. 5mm/脉冲，将脉冲当量存入水位物料位智能表11中，作为计算水位和物料位的依据。 安装完成后，按1手动按钮启动电机6，电机6反转，探头下降至沉降池的底部(此时不能有污泥)，将水位物料位智能表11的水位显示值12和物料位显示值13全部清零，作为0水位和0物料位的起始位，如果运行过程中发现实际水位与水位物料位智能表11的水位显示数据有误差，重新修改脉冲当量F，重复上述过程，直到无误差为止。整定称重智能表10上下限，取重锤1的重量为10kg，浮筒2和浮筒内水加起来的重量为20kg，称重智能表10的上限整定值为=Bkg，其下限整定值为=10kg，同时根据实际情况需要对称重智能表10设定水位物料位测量的时间间隔，可按定点或定时方式设定，校验过程结束。3、本发明测量装置的测量过程当称重传感器5的输出重量信号在IOkg 15kg之内，证明目前水位没有变化，称重智能表10的Kl和K2触点不动作，称重智能表10没有信号输出，电机6不转动，探头保持原位，水位物料位智能表11的水位显示值12不变化，当称重传感器5的输出重量信号等于称重智能表10的下限整定值IOkg时，证明水位在上升，浮筒2随着水位上升与重锤1 分离，称重传感器5测量的重量只有重锤1的重量(IOkg)，达到称重智能表10的下限整定值，称重智能表10的Kl常开触点闭合，电机6正转，带动钢丝绳滚筒8和编码传感器9正转，牵引钢丝绳3和重锤1上升，编码传感器9发出脉冲，水位物料位智能表11的水位显示值12在増加，编码传感器9每增加ー个脉冲，水位物料位智能表11的水位显示值12増加 2. 5mm，重锤1上升一定时间后，浮筒2与重锤1又结合为一体，随着重锤1的继续上升，浮筒2与重锤1同时被牵引出水面，称重传感器5测量的重量由浮筒2和重锤1組成，并且达到称重智能表10的上限整定值(Bkg)，称重智能表10的K2常闭触点打开，电机6停转，探头停止上升，水位显示值12不再增加，水位測量过程结束，当前水位物料位智能表11的水位显示值12显示的是当前水位。水位下降时称重传感器5测量的探头重量，达到称重智能表10的上限整定值(15kg)，称重智能表10的K2常开触点闭合，电机6反转，测量过程与水位上升测量过程相反。设定测量时间到，称重智能表10发出测量物料位信号，此时称重智能表10的上下限整定值被封闭，称重智能表10的K2常开触点闭合，电机6反转，带动钢丝绳滚筒8和编码传感器9 一起反转，钢丝绳3和重锤1在重力作用下下降，探头分离成两部分，其浮筒2 漂浮于水面，随着编码传感器9反转，水位物料位智能表11的水位显示值12在减小，当重锤1接触到固体物料吋，称重传感器5输出为0，称重智能表10的Kl常闭触点打开，电机 6停转，此时水位物料位智能表11的水位显示值12就是物料位值，称重智能表10发一信号，水位物料位智能表11将水位显示值12转存到物料位显示值13中，同时称重智能表10 的上下限整定值被重新打开，恢复到水位測量状态，称重传感器5输出值等于称重智能表 10下限整定值(IOkg)，称重智能表10的Kl常开触点闭合，电机6正转，重锤1上升，水位物料位智能表11的水位显示值12在増加，重锤1上升到水面吋，探头的重量由重锤1和浮筒2两部分組成，称重传感器5输出值等于称重智能表10上限整定值(Bkg)吋，称重智能表10的K2常闭触点打开，电机6停转，水位显示值12不再增加，物料位測量过程结束，当前水位物料位智能表11的水位显示值12显示的是水位，其物料位显示值13显示的是物料位，而物料位显示值13要在下一次物料位測量过程结束后才有所更新，需要手动测量物料位时按下按钮ZK，测量过程相同。实施方式2:本发明ー种液位及物料位一体化測量装置在煤矿井下水仓的应用，煤矿井下在采
6煤过程中会产生大量的煤层水，这一部分水需要回收再利用，供割煤机组喷淋降尘以及液压油冷却，而这一部分水混有大量煤粉必须沉淀后才能使用，水仓就是用来收集和沉淀煤层水的专用设施，所以在水仓的底部会沉积大量煤泥，水仓的水位和煤泥的高度是两个重要參数，煤泥达到一定高度时提醒操作人员必须及时清淤。整套测量装置安装在水仓的仓壁上(见附图1)，将称重传感器5、编码传感器9、电机6、称重智能表10和水位物料位智能表11选型选成防爆型，其它同实施方式1。
权利要求
1.一种液位及物料位一体化測量装置，其特征在于整套装置由探头、传动系统、控制系统和测量系统四部分組成，其中探头由重锤(1)和浮筒( 两部分組成，所述重锤(1)是 ー个金属圆锥实心体，浮筒(2)是ー个用金属钢板焊接成的中空圆柱体，其中心部分制作成与重锤(1)圆锥体角度以及尺寸相同的圆锥体；传动系统由钢丝绳(3)、滑轮0)、电机 (6)、减速机(7)以及钢丝绳滚筒(8)組成，其所述钢丝绳C3)与重锤(1)连接为一体，电机(6)正反转经减速机(7)、钢丝绳滚筒⑶和钢丝绳(3)牵引重锤⑴上下移动；控制系统由用来測量探头重量的称重传感器( 和设定探头重量以及控制电机(6)正反转的称重智能表(10)組成，称重智能表(10)本身带有上限继电器触点K2和下限继电器触点Kl以及測量按钮I，称重智能表(10)选用普通的通用型带有时间控制功能的称重智能表；测量系统由编码传感器(9)和水位物料位智能表(11)組成，其所述编码传感器(9)选用旋转编码器，编码传感器(9)安装在钢丝绳滚筒(8)的轴端随钢丝绳滚筒(8) —起旋转，钢丝绳滚筒(8)转动ー圈，编码传感器(9)也旋转ー圏，同时发出几百个甚至几千个数字脉冲，送至水位物料位智能表(11)进行运算和显示，根据公式F = H/W计算脉冲当量，式中F表示脉冲当量、H表示探头上升或下降的距离、W对应探头上升或下降一定距离时编码传感器(9) 所产生脉冲的个数，将脉冲当量F存入水位物料位智能表(11)中，作为计算水位和物料位的依据，水位物料位智能表(11)选用有两组数码管的智能表，其中水位显示值(1 显示水位，物料位显示值(1 显示物料位，水位物料位智能表(11)选用带有通信接ロ的通用型智能表与上位计算机通信；本发明的液位及物料位一体化測量装置量程> 50m ；测量精度 士0. 02m ；信号与上位计算机通信距离彡IOOOm0
2.按照权利要求1所述的ー种液位及物料位一体化測量装置其特征在于所述探头由重锤(1)和浮筒( 两部分組成，所述重锤(1)是ー个金属圆锥实心体，浮筒(2)是ー个由金属钢板焊接成的中空圆柱体，其中心部分制作成与重锤(1)圆锥体角度以及尺寸相同的圆锥体，重锤(1)和浮筒( 有机地组合成一个圆柱体，其中浮筒O)内需注水，注入水量的多少，是根据浮筒O)能漂浮于水面的情况来确定，要求浮筒O)能飘浮于水面，且其上表面刚好露出水面，注水目的是为了减小浮筒( 的体积，同时保证浮筒( 不至于沉入水中，通过测量水对探头浮力的大小，判断水位是在上升还是在下降，从而控制測量装置进行足艮Xt^。
全文摘要
一种液位及物料位一体化测量装置，属于测量技术领域，其特征在于具有同时测量液位和物料位的双重功能。测量装置由重锤1、浮筒 2、钢丝绳 3、滑轮 4、称重传感器 5、电机 6、减速机 7、钢丝绳滚筒 8、编码传感器 9、称重智能表10及水位物料位智能表11组成。优点是使用寿命长、故障率低和便于维修。适用于大型污水处理厂、洗煤厂及煤矿等行业使用，用于测量沉降池及水仓的液位和物料位，可替代传统液位及物料位两套测量仪表。
文档编号G01F23/20GK102589650SQ20111046072
公开日2012年7月18日 申请日期2011年12月23日 优先权日2011年12月23日
发明者侯冠慧, 张建国, 王丽, 王丽娟, 邓霄 申请人:太原理工大学