[其他]浮子頻率式液位遙測儀

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 86102983
• 申請日: 1986-05-02
• 公開（公告）號: CN86102983A
• 公開（公告）日: 1987-12-30
• 發(fā)明（設計）人: 魏俊奇
• 申請（專利權(quán)）人: 魏俊奇
• 主分類號: G01F23/30
• 分類號: G01F23/30;H01H35/18
• 代理公司: 電子工業(yè)部專利服務中心
• 代理人: 楊樹芬

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。可逆計數(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1000H_Z。此時計數(shù)器必然過零。控制器檢測到此過零信號后，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：