[其他]光电摄相液位仪

说明书

本实用新型属于测量仪表，用于测量容器内部液面的高度。

目前，石油、化工、电力等部门所用的浮子式液位仪，多数都是利用浮子随液面升降而升降的直线运动，经钢丝绳、导向滑轮等传递部件，转化成测量元件的旋转运动，然后，在转轴的一端连接指针式计数装置，用于现场实测；另一端连接电信号元件（如光电码盘、电刷码盘等），经变送器传至显示仪，进行远距离检测。由于这类仪器的构造比较复杂，而其测量精度又与仪器本身的加工精度以及系统摩擦力等有着密切关系，因此，它们的共同缺点是：构造复杂；加工要求高；测量精度低，测量误差为±5毫米。使用时间长了，精度还要下降。

为了提高测量精度，有些部门由有经验的工人爬到罐顶将钢尺伸入罐内直接测量；也有采用在浮子上安装刚性刻度尺，尺子伸出罐外直接显示等办法。但前者除劳动强度大、不安全等缺点外。它们的共同缺点是不能进行远距离检测。

本实用新型的研究目的是提供一种结构简单、测量精度高、既能实测、又能遥测的新型液位仪，测量误差为±2毫米。

图1为本实用新型的工作原理示意图，整套仪器由浮子（1）、导向滑轮（2）、钢丝绳（3）、钢码带（4）、光电摄相器（5）、钢码带导向轮（6）、平衡重锤（7）、放大器（8）、格雷码显示仪（9）、数字显示仪（10）和计算机（11）组成的。其工作原理为：随液面升降而升降的浮子（1）、经钢丝绳（3）带动钢码带（4）作上、下移动，使钢码带与液面同步升降。钢码带的正面刻有明暗相间的编码（每毫米长度编制一个），用光电摄相器（5）将编码图象拍摄下来，变成电信号，经放大器（8）和格雷码显示仪（9）传给数字显示仪（10），进行遥测。钢码带的反面为米制刻度尺，最小单位亦为毫米（与正面的编码信号相对应），进行现场实测。液位仪还可与计算机联接，进行数据处理、液体质量显示和打印记录等工作。三个导向滑轮（2）供钢丝绳导向用，1个钢码带导向轮（6）供钢码带导向用，平衡重锤（7）用于保持传动系统内各力的平衡。

由上述可知，本实用新型所用的钢码带，可取代现有液位仪中的运动转换机构和计数装置，从而达到简化系统、提高测量精度的目的。

钢码带上所采用的编码方法为格雷码编制法。摄相器为用小透镜组成的红外电眼光学系统，摄相器上装有透镜帽和抗扰板，以防止来自水平和垂直方向的光线干扰，从而提高电路的灵敏度。图2为透镜帽和抗扰板的结构示意图。图中，12为抗扰板，13为钢码带，14为透镜帽，15为红外发射光束，16为红外接收光束。

格雷编码每次进位只改变一个码符，因此，与二进制编码相比的优点为误识率低。

本实用新型所用的光电摄相器的功率仅为0.3瓦，防爆级别为HⅢe属最高防爆等级。可在氢气和二硫化碳中使用。

摄相器部分的另一个方案为采用光导纤维探测器，将发射束和吸收束置于同一侧、同一方向上。以达到简化机械结构、提高检测精度的目的，其原理如图3所示。图中，13为钢码带，17为发射束，18为接收束，19为混合束。发射束（17）和接收束（18）的断面均是圆形断面，此两束组成的混合束（19）的断面为矩形断面（如图中断面Ⅰ－Ⅰ所示）。

在测量过程中，浮子所受的拉力、重力和浮力，始终处于平衡状态。液面升降时，浮子随着升降，带动钢丝绳和钢码带升降，钢丝绳和钢码带的位置随着液位的变化也要发生变化，由于它们二者本身存在重量（相对浮子浮力不能忽视），因此将会破坏系统内力的平衡，也就是三个力中的拉力会发生变化。这种变化，通过浮力的变化（也就是浮子在液体中浸没高度的变化）得到调整。这样，液面处于不同位置时，浮子有不同的浸没高度，也就是说，液位变化和浮子及钢码带所走的距离不同，这是造成系统测量误差的一个重要因素。为了解决这个问题，经研究并用力平衡方程推导，得出如下结果：当钢码带单位长度重量P等于钢丝绳单位长度重量Q的二倍时（即P＝2Q时），钢码带和液位所走的距离相同，即上述测量误差始终等于零。从而，实现了系统测量误差的自动补偿。

本实用新型电路系统的逻辑框图如图4所示。

上述说明中的图1和图4给出了本实用新型的实施例。