[实用新型]一种三维导向浮盘式液位传感器

说明书

一种三维导向浮盘式液位传感器，属于磁致伸缩液位传感器。包括：电路单元、浮盘、探测杆、外导向杆和传感器支板；电路单元与探测杆连接为一体并安装在传感器支板上；浮盘与探测杆同轴安装；外导向杆安装在传感器支板上并与探测杆平行；浮盘包括：内圈磁耦合件、外圈浮盘和连接块；所述的内圈磁耦合件位于外圈组合浮盘的同心环内，外圈浮盘由一个或多个不同直径的同心环形浮圈体组成，各环形浮圈体之间沿不同径向方向对称设置多个连接块将内外浮圈连接为一体。优点：测量盲区小；浮盘与探测杆之间摩阻小，浮盘三维导向性能好，能提高传感器灵敏度、准确度，减小传感器重复性误差、回差及动态漂移。

技术领域

本实用新型涉及一种磁致伸缩液位传感器，特别是一种三维导向浮盘式液位传感器。

背景技术

磁致伸缩液位传感器具有分辨率高、测量精度高、环境适应性强、安装方便等特点，因此广泛应用于石油、化工液位测量以及水利水资源行业的电子虹吸式雨量计、容积式雨量计、水面蒸发计计量桶液位的精密计量。

磁致伸缩液位传感器由探测杆、电路单元和浮子三部分组成。测量时，电路单元产生电流脉冲，该脉冲沿着探测杆内磁致伸缩线向下传输，产生一个沿探测杆运动的磁场。在探测杆外配有浮子，浮子沿探测杆随液位的变化而上下移动，浮子内有四个对称且水平安装的永磁铁，形成一个永磁体磁场。当电流脉冲磁场与浮子磁场相遇时，产生一个扭曲脉冲，或称返回脉冲，将返回脉冲与电流脉冲的时间差转换成脉冲信号，从而计算出浮子的实际位置，测得液位。

磁致伸缩传感器的理想工作状态是浮子随液位变化时，浮子的几何中心垂线与探测杆的几何中心垂线相互重合，在这种状态下传感器检测值是稳定的且与液位变化量呈准确的一一对应关系。

由于磁致伸缩液位传感器采用波导原理，整个变换器封闭在钢管内，和测量介质非接触，传感器寿命长，并且测量精度高、分辨率高达0.1mm-0.01mm，这是其他传感器难以达到的精度。

已知技术的缺点与不足之处在于：由位于同一水平面上对称排列的四个永磁体组成一个空间磁场，由于各个永磁体的磁场强度存在差异性，因此其合成磁场也不是完全均匀对称的。当浮子的几何中心与探测杆的几何中心在测量过程中发生偏移时，浮子磁场的空间形态也会偏移，则会对返回脉冲的返回时长及稳定性产生影响，进而影响测量数据的不确定性。

实际应用中，在外部环境的影响下，同一液位高度上存浮子在三维空间位置上的变化，尤其是在外部环境震动或液位波动环境下或在运动状态的液位测量时，将导致上述两个磁场的相对位置在同一液位上会产生径向偏离、倾斜偏离或旋转偏离，造成传感器输出量的漂移。实验显示，这一漂移值可达1毫米甚至数毫米。

已知技术的另一个缺点是：浮球导管内壁与探测杆之间是两个柱面接触，接触面积大，在液体张力作用下，致使浮子的内导管内壁的一侧总是与探测杆的外壁粘附在一起，因此两者之间存在一定的摩阻，这对于一些粘稠液体液位测量其阻力影响会更大些。在水位测量领域中，水中滋生的微生物会附着在探测杆外壁上和浮子内管壁上，导致浮子与探测杆之间摩阻增大，影响测量灵敏度和准确度。

第三个缺点与不足之处是：已知技术探测盲区大且与浮球直径相关，已知技术浮球直径范围5cm～12cm，其上下盲区各为3 cm～6cm，使其测量范围受到压缩，限制了其顶端和底端的液位测量。

综上所述：已知技术缺点与不足之处是：（1）已知浮球沿探测杆上下移动时，其上下方存在较大盲区，并且球体直径越大其盲区越大，使其测量范围受到压缩，这一现象对于量程小的封闭油箱的液位测量影响更大，限制了其顶端和底端的液位测量；（2）浮球与探测杆之间的接触面是两个相互贴合的弧形圆柱面接触，其摩擦面积大，导致浮球与探测杆之间摩阻增大、传感器灵敏度低，并且重复性误差变大、回差增大；（3）浮球磁场几何中心与探测杆磁场几何中心在同一液位高度上存在径向偏移、倾斜偏移及旋转偏移，造成传感器测量值动态漂移、稳定性差。

实用新型内容