專利名稱：多類型液位測(cè)控物理演示教學(xué)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于物理原理演示與應(yīng)用領(lǐng)域，是一種用多種類型傳感器測(cè)量液位高度及控制液面位置的物理演示教學(xué)裝置。用于演示幾種類型傳感器在液位測(cè)控中的應(yīng)用，幫助學(xué)生了解、學(xué)習(xí)幾種傳感器的原理及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
液位高度測(cè)量和液面位置控制是科研、實(shí)際生產(chǎn)、工程中常見課題，但將不同種類的傳感器置于一個(gè)演示教學(xué)平臺(tái)上，演示液位的測(cè)量與控制在物理演示實(shí)驗(yàn)儀器和教學(xué)中還是空白。而在物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，增加這方面的內(nèi)容，可以使學(xué)生將物理學(xué)理論與工程實(shí)際應(yīng)用有機(jī)結(jié)合起來，激發(fā)低年級(jí)學(xué)生對(duì)專業(yè)學(xué)習(xí)的興趣，開闊學(xué)生的知識(shí)視野，有利于激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新性，使學(xué)生受到科研工作能力基本素質(zhì)訓(xùn)練，全面提高學(xué)生的綜合能力。 本實(shí)用新型即為演示不同類型的傳感器在液位深度測(cè)量和液面位置控制上的原理及應(yīng)用的物理演示教學(xué)裝置。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種用不同類型傳感器測(cè)量液位高度和控制液面位置的物理演示教學(xué)裝置。這一演示教學(xué)裝置能夠演示采用光電傳感器和霍爾傳感器分別控制液面的最低位置和最高位置，利用超聲液位傳感器、電容液位傳感器，即可測(cè)量也可控制液位的深度及高度。演示教學(xué)裝置可以將計(jì)量的液面深度顯示出來，液面到預(yù)置的位置，可聲光報(bào)警。為了實(shí)現(xiàn)這一發(fā)明內(nèi)容，本實(shí)用新型采用如下的技術(shù)路線。根據(jù)圖I所述，本實(shí)用新型發(fā)明是在底座平臺(tái)(I)上并排放置玻璃容器I (2)和玻璃容器II (13)，用于盛放液體。根據(jù)圖3所述，玻璃容器1(2)和玻璃容器底座(38)用膠粘接在一起。玻璃容器底座(38)上固定有定位銷I (39)和定位銷II (41)。定位銷I (39)和定位銷II (41)分別與底座平臺(tái)(I)上定位孔I (40)和定位孔II (42)配合，實(shí)現(xiàn)定位。玻璃容器11(13)也采用相同的方法實(shí)現(xiàn)固定與定位，這樣方便玻璃容器1(2)和玻璃容器11(13)的拆裝清洗。根據(jù)圖I所述，底座平臺(tái)(I)上同時(shí)固定立柱I (5)、立柱II (8)。蠕動(dòng)泵(6)通過蠕動(dòng)泵固定座(7)固定在立柱I (5)和立柱II (8)上。蠕動(dòng)泵(6)可以正反兩個(gè)方向工作。蠕動(dòng)泵(6)上膠皮注水管1(4)和膠皮注水管11(9)分別插入玻璃容器1(2)和玻璃容器11(13)中。當(dāng)蠕動(dòng)泵(6)正向工作時(shí)，玻璃容器1(2)中液體通過膠皮注水管1(4)和膠皮注水管II (9)被抽至玻璃容器II (13)中。當(dāng)蠕動(dòng)泵(6)反向工作時(shí)，玻璃容器
II(13)中液體通過膠皮注水管II (9)和膠皮注水管I (4)被抽至玻璃容器I (2)中。所述光電傳感器的發(fā)射端(19)和光電傳感器接收端(17)分別通過光電傳感器固定座I (18)和光電傳感器固定座11(16)等高固定于玻璃容器I (2)的底部?jī)蓚?cè)。當(dāng)光電傳感器發(fā)射端(19)和光電傳感器接收端(17)間無障礙物遮擋時(shí)，光電傳感器發(fā)射端(19)發(fā)出的光線能夠被光電傳感器接收端(17)接收，光電傳感器接收端(17)有高電平輸出，否則輸出低電平。玻璃容器1(2)內(nèi)有一個(gè)浮子(36)隨著液位不同上下浮動(dòng)。當(dāng)液位下降，浮子(36)位于光電傳感器發(fā)射端(19)和光電傳感器接收端(17)之間時(shí),光電傳感器發(fā)射端
(19)發(fā)出的光線被浮子(36)遮擋，光電傳感器接收端(17)有低電平輸出，這樣通過高低電平的輸出來控制蠕動(dòng)泵(6)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和是否工作。用光電法只能控制液位，適用于透光玻璃容器，若不用浮子的方式遮擋，液體需為較深顏色。所述的霍爾傳感器(3)通過其霍爾傳感器固定架(34)固定在底座平臺(tái)(I)上，霍爾傳感器(3)位于玻璃容器I (2)的軸線上方，玻璃容器內(nèi)放置一個(gè)圓柱形浮子(36)，浮子 (36)的上面圓心處粘一個(gè)圓片形狀的永磁鐵(35)。浮子(36)隨著液位上下浮動(dòng)，當(dāng)永磁鐵(35)離霍爾傳感器(3) —定距離時(shí)，霍爾傳感器會(huì)發(fā)出跳變信號(hào)傳給控制系統(tǒng)。蠕動(dòng)泵
(6)停止工作，達(dá)到控制液位高點(diǎn)的目的。用霍爾傳感器檢測(cè)液位時(shí)，因霍爾傳感器在液體之外，且系無接觸傳感，在檢測(cè)過程中不產(chǎn)生火花，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離測(cè)量，因此，可用來檢測(cè)易燃、易爆、有腐蝕性和有毒的液體的液位和容器中的液體存量。所述超聲液位傳感器(10)，通過超聲液位傳感器固定架(11)固定在底座平臺(tái)(I)上，超聲液位傳感器(10)位于玻璃容器II (13)的軸線上。測(cè)量的液位的高度可數(shù)字顯示，到預(yù)置的位置蠕動(dòng)泵(6)停止工作并聲光報(bào)警。由于采用非接觸的測(cè)量，被測(cè)介質(zhì)幾乎不受限制，可用于各種液體和固體物料高度的測(cè)量。所述的電容液位傳感器(14)通過其電容傳感器固定架(37)固定在底座平臺(tái)(I)上，電容液位傳感器(14)位于玻璃容器II (13)內(nèi)。當(dāng)液位變化時(shí)，電容液位傳感器(14)的電容量會(huì)發(fā)生變化，測(cè)量電容大小，即可測(cè)出液位的深度。被測(cè)介質(zhì)不同，電容式傳感器要選用不同類型。本實(shí)用新型發(fā)明所述的控制系統(tǒng)都安裝于控制箱中，超聲液位傳感器(10)和電容液位傳感器(14)測(cè)量的結(jié)果通過控制面板(21)上的數(shù)碼管顯示屏(22)顯示。鍵盤輸入?yún)^(qū)(25)可以輸入相關(guān)的控制信息與演示。該演示教學(xué)裝置還配有教學(xué)軟件，查閱可更詳細(xì)了解各種傳感器的原理、應(yīng)用、參數(shù)及適用范圍。根據(jù)圖4、圖6、圖7所述，本實(shí)用新型的工作過程為，啟動(dòng)光電法低液位控制開關(guān)
(28)時(shí)，蠕動(dòng)泵(6)開始工作，向外排水，即向玻璃容器II (13)內(nèi)注入液體，玻璃容器I (2)中的液位下降。當(dāng)浮子(36)隨液面下降到光電傳感器發(fā)射端(19)和光電傳感器接收端
(17)之間位置時(shí)，蠕動(dòng)泵(6)停止工作。當(dāng)啟動(dòng)霍爾法高液位控制開關(guān)(29)時(shí)，向玻璃容器1(2)內(nèi)注入液體，浮子(36)隨液面上升，浮子上的永磁鐵(35)距霍爾傳感器(3) —定距離時(shí)，霍爾傳感器(3)會(huì)發(fā)出跳變信號(hào)傳給控制系統(tǒng)。蠕動(dòng)泵(6)停止工作。分別啟動(dòng)超聲液位傳感器(10)、電容液位傳感器(14)時(shí)，蠕動(dòng)泵(6)按照指令開始工作，液位到達(dá)預(yù)置位置時(shí)，蠕動(dòng)泵(6)停止工作，數(shù)碼管顯示屏(22)顯示液位的深度，同時(shí)聲光報(bào)警。本專利的有益效果是在一臺(tái)演示教學(xué)裝置上可分別演示多種類型傳感器測(cè)量液位的深度和控制液位高度的工作原理和控制過程，通過對(duì)比，可加深學(xué)生對(duì)每種傳感器在檢測(cè)技術(shù)上的應(yīng)用的了解。同時(shí)，使學(xué)生能了解同一個(gè)物理量用不同傳感器計(jì)量，適用范圍不同，所測(cè)量的精度也不同，成本也各異，目的是開拓學(xué)生視野，培養(yǎng)學(xué)生具體問題具體分析的習(xí)慣和加強(qiáng)工程意識(shí)，使學(xué)生受到科研工作能力基本素質(zhì)的訓(xùn)練。

圖I總體結(jié)構(gòu)正面示意圖[0014]圖2控制箱控制面板示意圖圖3玻璃容器定位示意圖圖4光電傳感器控制液位示意圖圖5霍爾傳感器控制液位示意圖圖6超聲液位傳感器測(cè)控液位示意圖圖7電容液位傳感器測(cè)控液位示意圖I-底座平臺(tái)2-玻璃容器I 3-霍爾傳感器4-膠皮注水管I 5-立柱I 6-蠕動(dòng)泵7-蠕動(dòng)泵固定座8-立柱II 9-膠皮注水管II 10-超聲液位傳感器11-超聲液位傳感器固定架12-立柱III 13-玻璃容器II 14-電容液位傳感器15-立柱IV 16-光電傳感器固定座II 17-光電傳感器接收端18-光電傳感器固定座I 19-光電傳感器發(fā)射端20-指示 燈I 21-控制面板22-數(shù)碼管顯示屏23-指示燈II 24-蜂鳴器25-鍵盤輸入?yún)^(qū)26-超聲法測(cè)量開關(guān)27-電容法測(cè)量開關(guān)28-光電法低液位控制開關(guān)29-霍爾法高液位控制開關(guān)30-復(fù)位31—電源開關(guān)32-指示燈III 33-立柱V 34-霍爾傳感器固定架35-永磁鐵36-浮子37-電容傳感器固定架38-玻璃容器底座39-定位銷I 40-定位孔I 41-定位銷II 42-定位孔II
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖所示實(shí)施例進(jìn)一步說明本實(shí)用新型的具體內(nèi)容及實(shí)施方式。I、光電傳感器控制液位的技術(shù)路線根據(jù)圖4所示，光電傳感器的發(fā)射端(19)和光電傳感器接收端(17)分別固定在光電傳感器固定座I (18)和光電傳感器固定座II (16)上,兩者位于玻璃容器I (2)的下部?jī)蓚?cè)，并且其軸線等高。啟動(dòng)光電法低液位控制開關(guān)(28)，蠕動(dòng)泵(6)開始工作，向外排水，將液體從玻璃容器I (2)導(dǎo)到玻璃容器II (13)內(nèi)，液位下降，當(dāng)浮子(36)遮擋光電傳感器發(fā)射端(19)和光電傳感器接收端(17)軸線時(shí)，蠕動(dòng)泵(6)停止工作，蜂鳴器(24)報(bào)警，指示燈II (23)閃爍。控制系統(tǒng)和蠕動(dòng)泵(6)相連接，可以控制蠕動(dòng)泵￠)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和是否工作。2、霍爾傳感器控制液位的技術(shù)路線根據(jù)圖5所示，霍爾傳感器(3)通過霍爾傳感器固定架(34)固定在底座平臺(tái)(I)上，霍爾傳感器(3)位于玻璃容器I (2)的軸線上方,霍爾傳感器(3)下方玻璃容器I (2)內(nèi)放置一個(gè)中空的塑料材質(zhì)的圓柱形的浮子(36)，浮子(36)上面圓心處粘一個(gè)小的圓片形的永磁鐵(35)，圓柱形的浮子(36)的外徑與玻璃容器I (2)間隙配合，隨著液面上下浮動(dòng)。啟動(dòng)霍爾法高液位控制開關(guān)(29)，蠕動(dòng)泵(6)開始工作，向玻璃容器I (2)內(nèi)注入液體，隨著液位變化，永磁鐵(35)隨著浮子(36)上浮，永磁鐵距霍爾傳感器一定距離時(shí)，霍爾傳感器
(3)會(huì)發(fā)出跳變信號(hào)傳給控制系統(tǒng)。蠕動(dòng)泵(6)停止工作，蜂鳴器(24)報(bào)警，指示燈II (23)閃爍?；魻杺鞲衅鳍堑妮敵鼍€從立柱V(33)中穿過，從底座平臺(tái)⑴底部出來，與控制箱連接。3、超聲液位傳感器測(cè)量和控制液位的技術(shù)路線根據(jù)圖6所示，超聲液位傳感器(10)，通過超聲液位傳感器固定架(11)固定在底座平臺(tái)(I)上，超聲液位傳感器(10)位于玻璃容器II (13)的軸線上，啟動(dòng)超聲法測(cè)量開關(guān)(26),超聲液位傳感器(10)發(fā)出脈沖聲波,聲波經(jīng)液體表面反射后被超聲液位傳感器(10)接收，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。由計(jì)時(shí)器測(cè)量出聲波的發(fā)射和接收之間的時(shí)間，通過單片機(jī)計(jì)算出超聲液位傳感器到被測(cè)液體表面的距離。液位的高度由其數(shù)碼管顯示屏(22)數(shù)字顯示，液位到預(yù)置的位置蠕動(dòng)泵(6)停止工作，蜂鳴器(24)報(bào)警，指示燈11(23)閃爍。超聲液位傳感器(10)的輸出線從立柱III (12)中穿過，從底座平臺(tái)(I)底部出來，與控制箱連接。4、電容液位傳感器測(cè)量和控制液位的技術(shù)路線根據(jù)圖7所示，電容液位傳感器(14)通過電容傳感器固 定架(37)固定在底座平臺(tái)(I)上，電容液位傳感器(14)位于玻璃容器11(13)內(nèi)。啟動(dòng)電容法測(cè)量開關(guān)(27)，由鍵盤輸入?yún)^(qū)(25)輸入預(yù)置液位的高度，蠕動(dòng)泵(6)開始工作。當(dāng)液位變化時(shí)，由細(xì)長(zhǎng)不銹鋼管、同軸絕緣導(dǎo)線及液體共同構(gòu)成的金屬圓柱形的電容液位傳感器(14)的電容量隨著液位不同發(fā)生變化，控制系統(tǒng)測(cè)量電容大小，測(cè)出液位的深度。液位的高度由數(shù)碼管顯示屏
(22)數(shù)字顯示，液位到預(yù)置的位置蠕動(dòng)泵停止工作，蜂鳴器(24)報(bào)警，指示燈II (23)閃爍。電容液位傳感器(14)的輸出線從立柱IV(15)中穿過，從底座平臺(tái)(I)底部出來，與控制箱連接。
權(quán)利要求1.一種多類型液位測(cè)控物理演示教學(xué)裝置，主要由底座平臺(tái)(I)、改變液位的蠕動(dòng)泵(6)、盛放液體的玻璃容器I (2)、玻璃容器II (13)和采集液位信息的幾種類型傳感器以及控制系統(tǒng)組成，其特征在于，所述傳感器包括由光電傳感器發(fā)射端(19)和光電傳感器接收端(17)組成的光電傳感器、霍爾傳感器(3)、超聲液位傳感器(10)、電容液位傳感器(14)，光電傳感器、霍爾傳感器(3)分別用于控制玻璃容器I (2)內(nèi)的最低液面和最高液面的位置；超聲液位傳感器(10)、電容液位傳感器(14)用于測(cè)量、控制液位的高度，液位的高度可數(shù)字顯示，到預(yù)置的位置蠕動(dòng)泵停止工作并聲光報(bào)警。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種多類型液位測(cè)控物理演示教學(xué)裝置，其特征在于，所述的蠕動(dòng)泵(6)通過蠕動(dòng)泵固定座(7)固定在立柱I (5)和立柱II (8)上，蠕動(dòng)泵(6)上膠皮注水管I (4)和膠皮注水管II (9)分別插入玻璃容器I (2)和玻璃容器II (13)中，當(dāng)蠕動(dòng)泵(6)正向工作時(shí)，玻璃容器1(2)中液體通過膠皮注水管1(4)和膠皮注水管11(9)被抽至玻璃容器II (13)中；當(dāng)蠕動(dòng)泵￠)反向工作時(shí)，玻璃容器11(13)中液體通過膠皮注水管II(9)和膠皮注水管I (4)被抽至玻璃容器I⑵中。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種多類型液位測(cè)控物理演示教學(xué)裝置，其特征在于，所述的光電傳感器的發(fā)射端(19)和光電傳感器接收端(17)分別通過光電傳感器固定座I (18)和光電傳感器固定座II (16)等高固定于底座平臺(tái)(I)上，位于玻璃容器I (2)的底部?jī)蓚?cè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種多類型液位測(cè)控物理演示教學(xué)裝置，其特征在于，所述的霍爾傳感器(3)通過其霍爾傳感器固定架(34)固定在底座平臺(tái)(I)上，霍爾傳感器(3)位于玻璃容器I (2)的軸線上方，玻璃容器內(nèi)放置一個(gè)可以隨液位上下移動(dòng)的圓柱形浮子(36)，浮子(36)的上面圓心處粘一個(gè)圓片形狀的永磁鐵(35)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種多類型液位測(cè)控物理演示教學(xué)裝置，其特征在于，所述的超聲液位傳感器(10)，通過超聲液位傳感器固定架(11)固定在底座平臺(tái)(I)上，超聲液位傳感器(10)位于玻璃容器II (13)的軸線上。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種多類型液位測(cè)控物理演示教學(xué)裝置，其特征在于，所述的電容液位傳感器(14)通過其電容傳感器固定架(37)固定在底座平臺(tái)(I)上，電容液位傳感器(14)位于玻璃容器II (13)內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種多類型液位測(cè)控物理演示教學(xué)裝置，其特征在于，所述的控制系統(tǒng)都安裝于控制箱中，超聲液位傳感器(10)和電容液位傳感器(14)測(cè)量的結(jié)果通過控制面板(21)上的數(shù)碼管顯示屏(22)顯示，鍵盤輸入?yún)^(qū)(25)可以輸入相關(guān)的控制信肩、O
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種液位深度測(cè)量和液位控制物理演示教學(xué)裝置，可演示多種類型傳感器在液位測(cè)控上的原理及應(yīng)用。該物理演示教學(xué)裝置由底座平臺(tái)，蠕動(dòng)泵，固定蠕動(dòng)泵的兩個(gè)立柱，用于盛放液體的兩個(gè)玻璃容器，用于測(cè)量液位深度的超聲液位傳感器、電容液位傳感器和控制液位的光電傳感器、霍爾傳感器及其控制系統(tǒng)組成。蠕動(dòng)泵用于改變液位的高度，光電傳感器、霍爾傳感器分別用于控制玻璃容器內(nèi)的最低液面和最高液面的位置，超聲液位傳感器、電容液位傳感器可測(cè)量并控制液位的高度。
文檔編號(hào)G09B23/18GK202549128SQ20122009902
公開日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2012年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月16日
發(fā)明者馮毅, 林曉瓏, 王鈺, 白炳蓮, 翟微微 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)