一种基于超声波衰减原理的液位检测和流量监测装置制造方法
【专利摘要】本实用新型专利公开了一种基于超声波衰减原理的液位检测和流量监测装置，包括检测装置、机架、控制系统和容器等。适用于密闭容器的非接触式液位检测和流量监测。本实用新型专利的技术效果在于利用超声波穿过不同物质存在不同衰减率的特性，对不同位置的衰减率进行比对的方法找出密闭容器内的气液分界面位置从而确定液面与密闭容器的相对高度，实现液面检测的效果。根据液面高度变化的速度和已知容器的横截面积可以计算出密闭容器内的液体体积变化，即实现流量监测。在检测过程中，检测装置无需与容器和被测液体接触，故可以兼容更多尺寸的容器，对被测液体也无任何污染。
【专利说明】一种基于超声波衰减原理的液位检测和流量监测装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种基于超声波衰减原理的液位检测和流量监测装置。
【背景技术】
[0002]目前，液位检测的方法主要有机械式浮筒方法、超声波界面反射方法、电容法、电阻法和光电检测方法等。
[0003]机械式浮筒方法是利用空心浮筒在水中的浮力来计算液位的高度。电容法或电阻法是通过电极与被测液体导通，测量被测液体的电性能参数。以上的方法由于需要与液体接触，容易造成液体污染。
[0004]超声波界面反射方法一般设置在容器开口上方，超声波收发器与容器底部的距离为已知参数。超声波向容器底部传输，当遇到气液界面时发生发射与透射(或折射)，超声波收发器接收反射波计算超声波收发器与气液界面的距离，从而得出液位高度。目前也有将超声波收发器放置在其他位置的超声波界面反射方法，其原理仍然一样。此种方式目前被广泛用于与大型容器，不适用于比较小型化的密闭容器液位检测。
[0005]光电检测方法是在透明容器的两侧设置红外发射器和接收器，利用红外信号在穿过液体和穿过气体的折射率差异检测液面位置。此种方法是最接近于本实用新型的一种应用方式，但光电检测方法对容器和液体的透明度有较高的要求，因此对容器也被测液体的兼容性较差。
实用新型内容
[0006]为了克服目前小型密闭容器的液位检测不便的技术问题，本实用新型提供一种应用灵活、安全可靠且兼容性强的基于超声波衰减原理的液位检测和流量监测装置。
[0007]为了实现上述技术目的，本实用新型的技术方案是:一种基于超声波衰减原理的液位检测和流量监测装置，包括检测装置、机架、控制系统和容器，所述的检测装置和容器分别设置于机架上，所述的控制系统固定于机架上且分别通信连接机架和检测装置；
[0008]所述的检测装置包括检测支架、超声波发生器和超声波接收器，所述的检测支架为设有两平行的支臂的I形支架，超声波发生器和超声波接收器分别固定于支架的两支臂的内侧且平行相对设置，检测支架水平的设置于机架上；
[0009]所述的机架包括机架本体、容器支架、检测装置竖直运动模组和检测装置位置感应模组，所述的容器支架设置于机架本体的上部并用于悬吊容器使其处于检测支架的两支臂之间，所述的检测装置竖直运动模组设置于机架本体上并连接检测支架以驱动其在竖直方向上运动，所述的检测装置位置感应模组安装于检测支架后部并用于检测检测支架所处位置；
[0010]所述的控制系统包括控制电路，所述的控制电路分别与超声波发生器、超声波接收器、检测装置竖直运动模组和检测装置位置感应模组通信连接；
[0011]所述的容器通过容器支架竖直的悬吊于检测支架的两平行支臂之间，容器上设有一液体出口和一气体入口。
[0012]所述的装置，所述检测支架上还设有一直观标尺，直观标尺固定于检测支架的内侧上并处于容器后方且与超声波发生器和超声波接收器的相对水平位置相同。
[0013]所述的装置，所述的直观标尺由自发光光源构成，所述的检测装置竖直运动模组为螺杆运动模组，所述的检测装置位置感应模组为光栅尺模组。
[0014]所述的装置，所述的控制电路为单片机、工控机、？？以、？1^中的任一种。
[0015]本实用新型的技术效果在于，通过本实用新型的装置，适用于中、小型容器的液位检测与流量监测，检测装置无需与被测物质和被测容器直接接触，避免了被测物质的污染，也可以适应多种形状和材料的容器。
[0016]下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为本实用新型装置的结构示意图；
[0018]图2为本实用新型装置背面结构示意图；
[0019]图3为本实用新型正视角结构示意图；
[0020]图4为本实用新型俯视角结构示意图；
[0021]图5为本实用新型侧视角检测装置运动位置示意图；
[0022]图6为本实用新型检测方法示意图，其中(幻为检测装置处于液面之上，(^)为检测装置处于液面之下；
[0023]图7为本实用新型超声波信号路径示意图；
[0024]其中，10为检测装置、11为检测支架、12为超声波发生器、13为超声波接收器、14为直观标尺、21为容器支架、22为检测装置竖直运动模组、23为检测装置位置感应模组、30为控制系统、40为容器、50为容器内的气体、51为超声波检测平面、52为容器内的液体。
【具体实施方式】
[0025]本实用新型的超声检测原理是:超声波发生器产生超声波穿过气体(空气)一固体(容器壁)一液体或气体(容器内液体或气体)一固体(容器壁)一气体(空气)直到超声波接收器。由超声波接收器接收超声波的透射信号，即经过衰减后的信号。超声波接收器接收的信号传输到控制系统。
[0026]参见图1-图7，本实施例包括检测装置、机架、控制系统和容器，检测装置和容器分别设置于机架上，控制系统固定于机架上且分别通信连接机架和检测装置；
[0027]检测装置包括检测支架、超声波发生器和超声波接收器，检测支架为设有两平行的支臂的I形支架，超声波发生器和超声波接收器分别固定于支架的两支臂的内侧且平行相对设置，检测支架水平的设置于机架上；
[0028]机架包括机架本体、容器支架、检测装置竖直运动模组和检测装置位置感应模组，容器支架设置于机架本体的上部并用于悬吊容器使其处于检测支架的两支臂之间，检测装置竖直运动模组设置于机架本体上并连接检测支架以驱动其在竖直方向上运动，检测装置位置感应模组安装于检测支架后部并用于检测检测支架所处位置；
[0029]控制系统包括控制电路，控制电路分别与超声波发生器、超声波接收器、检测装置竖直运动模组和检测装置位置感应模组通信连接；
[0030]容器通过容器支架竖直的悬吊于检测支架的两平行支臂之间，容器上设有一液体出口和一气体入口。
[0031]检测支架上还设有一直观标尺，直观标尺固定于检测支架的内侧上并处于容器后方且与超声波发生器和超声波接收器的相对水平位置相同。
[0032]直观标尺由自发光光源构成，检测装置竖直运动模组为螺杆运动模组，检测装置位置感应模组为光栅尺模组。
[0033]控制电路为单片机、工控机、？？以、？10中的任一种。
[0034]下面对本实用新型方法部分作出原理解释:当未开始检测，即初始状态时，容器内全部容积为液体或一部分容积为液体另一部分容积为气体。容器固定在容器支架上，容器支架使容器的垂直方向与超声波检测平面垂直。检测装置随运动模组在垂直方向从上端极限位置向下运动到下端极限位置，然后回到上端极限位置。在检测装置垂直方向上下运动的过程中，超声波接收器所接收到的信号参数与检测装置位置感应模组确认的的超声波接收器所在的具体位置一一对应。这个阶段为第一次扫描。
[0035]当容器内的液体从液体出口流出时，气体也由气体入口进入容器内，容器内的液体减少、气体增多，容器内的气液分界面向垂直方向下方移动。这时检测装置从上端极限位置向下移动，并对第一次扫描时所得到的参数进行比对。由于超声波信号在气体和液体中的传播速度不一样，在检测装置移动新的气液分界面上方某一区域位置时，超声波接收器所接收的信号参数与第一次扫描时在该区域位置的信号会产生较大的差异。检测装置继续向下移动，当移动到超声波接收器接收到的信号参数又变回与第一次扫描时相同时停止。在超声波接收器接收到与第一次扫描时相同或相近的信号参数的瞬间所对应的位置为当前气液分界面的位置，这样就完成了对当前液面的定位。
[0036]当需要检测液体流量时，只需在检测装置完成对当前液面的定位后，再向下移动一个预设距离，然后停止运动，当液面不断下降，直到超声信号变为与第一次扫描不同时，表明液面已经下降到检测装置的位置，那么记录这个时间，再与之前液面定位时的时间相减，即可得到液面下降预设距离所用去的时间，由于容器的长宽高均为已知，即可得到预设距离内所容纳的液体体积，液体体积除以液面下降预设距离所用去的时间即得到液体流量，而这个预设距离可根据实际检测需要来进行调整，值越小，相应的检测精度则越高，范围可取在容器总高度的1/2?1/1015。同时，检测装置上的直观标尺为灯条，由于直观标尺随着检测装置移动，这样就能使气液分界面的位置从肉眼查看更加直观。
[0037]控制系统可以根据气液分界面位移速度与已知容器横截面可以计算出液体流出的流量，并将监测数据发送至指定设备。
【权利要求】
1.一种基于超声波衰减原理的液位检测和流量监测装置，其特征在于，包括检测装置、机架、控制系统和容器，所述的检测装置和容器分别设置于机架上，所述的控制系统固定于机架上且分别通信连接机架和检测装置； 所述的检测装置包括检测支架、超声波发生器和超声波接收器，所述的检测支架为设有两平行的支臂的U形支架，超声波发生器和超声波接收器分别固定于支架的两支臂的内侧且平行相对设置，检测支架水平的设置于机架上； 所述的机架包括机架本体、容器支架、检测装置竖直运动模组和检测装置位置感应模组，所述的容器支架设置于机架本体的上部并用于悬吊容器使其处于检测支架的两支臂之间，所述的检测装置竖直运动模组设置于机架本体上并连接检测支架以驱动其在竖直方向上运动，所述的检测装置位置感应模组安装于检测支架后部并用于检测检测支架所处位置； 所述的控制系统包括控制电路，所述的控制电路分别与超声波发生器、超声波接收器、检测装置竖直运动模组和检测装置位置感应模组通信连接； 所述的容器通过容器支架竖直的悬吊于检测支架的两平行支臂之间，容器上设有一液体出口和一气体入口。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述检测支架上还设有一直观标尺，直观标尺固定于检测支架的内侧上并处于容器后方且与超声波发生器和超声波接收器的相对水平位置相同。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述的直观标尺由自发光光源构成，所述的检测装置竖直运动模组为螺杆运动模组，所述的检测装置位置感应模组为光栅尺模组。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的控制电路为单片机、工控机、FPGA、PLC中的任一种。
【文档编号】G01D21/02GK204241019SQ201420415510
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年7月25日 优先权日:2014年7月25日
【发明者】汪勋, 方维, 郭旭 申请人:长城信息产业股份有限公司, 湖南长城医疗科技有限公司