[发明专利]液位传感器及其测量方法

说明书

技术领域

本申请涉及一种液位传感器，可用于测量各种液体的液位。

背景技术

在液位检测领域，有很多种测量手段。目前采用比较多的液位传感器包括可变电阻式、干簧管式、磁致伸缩式等。

可变电阻式液位传感器是将一个浮子放置到液体中使其始终漂浮在液体表面，该浮子还连接着滑动变阻器的滑动端。浮子随着液位一起升高或降低，与浮子相连接的滑动变阻器的滑动端也随之运动，从而通过检测滑动变阻器的阻值就可以得知液位高低。

可变电阻式液位传感器具有如下缺点：

其一，存在滑动变阻器与被测液体接触的可能。如果被测液体具有一定的导电性，则会影响液位传感器测量精度，甚至使液位传感器失效。

其二，滑动变阻器的滑动端在长期使用后，其接触电阻会发生一定程度的变化，从而影响测量精度。

其三，滑动变阻器的阻值与温度密切相关，即使液位未改变由于温度变化也会导致滑动变阻器的阻值发生变化，从而影响测量精度。

干簧管式液位传感器是将一个具有磁铁的浮子放置到液体中使其始终漂浮在液体表面，还设置有多个位于不同高度上的干簧管（Reed Switch，也称舌簧管、磁簧开关）。浮子随着液位一起升高或降低，浮子上的磁铁会使位于相应高度的干簧管吸合，其余高度上的干簧管则全部弹开。只需要将所有干簧管连接电阻，然后通过测量电阻值即可得知哪个干簧管闭合，从而得知液位高低。

干簧管式液位传感器实现了测量元件与被测液体的隔离，即非接触式测量液位，因而不存在短路风险。但是干簧管式液位传感器如果将干簧管设置得稀疏，则会导致测量精度不足；如果将干簧管设置得密集，那么浮子上的磁铁就会同时使某个高度附近的多个干簧管吸合，同样会导致测量精度受限。

磁致伸缩式液位传感器的结构和工作原理如《仪表技术与传感器》期刊2007年第12期的文章《磁致伸缩式液位传感器》、《矿冶》期刊2004年12月第13卷第4期的文章《磁致伸缩液位传感器的应用与发展》所述。其具有非接触式测量液位、精度高、性能稳定的特点。但存在无法检测的盲区，并且制造工艺复杂、成本较高。

发明内容

本申请所要解决的技术问题是提供一种新型的高精度液位传感器，采用测量元件非接触式地测量被测液体的液位。

为解决上述技术问题，本申请液位传感器包括：

——壳体，其内部围出一个密闭腔体，在该密闭腔体内固定有光电传感器，该光电传感器由光发射器和光接收器两部分所组成；

——控制器，位于所述密闭腔体内，驱动步进电机的输出轴产生角位移，并计算液位；

——步进电机，位于所述密闭腔体内，具有一根输出轴；每收到控制器的输出脉冲，电机输出轴就转动固定角度；

——检测盘，位于所述密闭腔体内，固定在电机输出轴上，且跟随电机输出轴一起转动；在检测盘上固定有挡片和检测元件，检测元件是两个同规格的霍尔传感器，固定在相互靠近并与检测盘的圆心具有相同距离的位置；

——轴架，固定在壳体外部，轴架上可转动地固定有浮子轴，在浮子轴上不可转动地固定有第一齿轮；

——浮子，漂浮在被测液体的表面；浮子由浮子杆固定在浮子轴上；

——回转盘，可转动地固定在壳体外部，回转盘与电机输出轴具有相同的轴心线；在回转盘设置有与第一齿轮相啮合的第二齿轮，还固定有定位磁铁；定位磁铁中心与回转盘的圆心的距离等于检测元件中心与检测盘的圆心的距离。

本申请液位传感器的测量方法包括如下步骤：

第1步，控制器驱动步进电机工作，电机输出轴带动检测盘一起转动，直至检测盘上的挡片阻隔了光电传感器的光发射器与光接收器，这被称为校准步骤；

第2步，控制器驱动步进电机工作，电机输出轴带动检测盘一起转动，直至检测盘上的检测元件对准回转盘上的定位磁铁，这被称为测量步骤；

第3步，控制器根据校准步骤与测量步骤之间、或者两次测量步骤之间的电机输出轴或检测盘的角位移量、或者根据控制器向步进电机输出的脉冲数量，计算出被测液体的液位高低。

本申请液位传感器具有如下优点：

其一，包含检测元件在内的电气部件都可设置在水密的腔体中，实现对被测液体的非接触式液位测量，因而可以应用于易燃、易爆以及高腐蚀性液体的液位测量。