專利名稱：一種液位與物料位一體化測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明ー種液位與物料位一體化測量裝置，屬于自動檢測技術(shù)領(lǐng)域，它是ー種同時具有測量水位和沉降物物料位雙重功能的自動化測量裝置，主要應(yīng)用在污水處理廠、洗煤廠及煤礦井下，用來測量水池中水位和沉降物的物料位。
背景技術(shù)：
洗煤廠需要將洗煤水沉清后回收再利用，污水處理廠的污水需要沉淀后才能作后續(xù)處理，同樣煤礦井下回采工作面的水須收集起來經(jīng)過水倉的沉淀后方能作為割煤機冷卻和降塵用水，沉降池是最常見的沉淀設(shè)施。在沉降池中固體物的比重大于水會沉淀在沉降池的底部，沉降物的多少直接影響沉降池沉降體積和效果，沉降物的物料位達到一定高度就必須及時清淤，所以沉降池中水位與沉降物的物料位是兩個重要的エ藝參數(shù)。在現(xiàn)有技術(shù)中，測量水位的方法很多，手動的有水尺、浮球及人工探測等，自動的有超聲波、雷達、磁致伸縮及射頻導納液位計等，在水中測量固體物料位的方法很少，最常用的方法是人工用竹竿探測，自動測量的有聲納傳感器，聲納傳感器漂浮在水面上隨水位上下移動，它可以測出水面與固體物料位之間的距離，聲納傳感器通常情況下只能應(yīng)用在溢流沉降池，因為溢流沉降池的水位是固定的，只要測出水面與固體物料位之間的距離就可以推算出固體物料位的高度。另外聲納傳感器不僅造價高而且故障率也很高。綜合所述在現(xiàn)有測量手段中水位和物料位是分開測量的，這就需要安裝兩套測量儀表，給使用和維護帶來不便，使用聲納傳感器測量水中固體物料位的方法屬于間接測量法不宣觀，需要經(jīng)過人工推算，造成不能直接測量的原因是聲納傳感器必須在水中發(fā)射和接收聲波，使得聲納傳感器必須漂浮在水面上，不能脫離水面，否則聲納傳感器將不能正常工作。相當部分的沉降池不是溢流沉降池(如煤礦井下的水倉)，它的水位是隨著時間經(jīng)常變化的，而水位的變化概率遠遠大于沉降物物料位的變化概率，造成人工推算工作繁瑣而不ロ丁·。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明ー種液位及物料位一體化測量裝置，其目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)中普遍存在的造價高、故障率高且功能單一等問題，從而公開ー種同時具有測量液位和物料位雙重功能的新型測量裝置技術(shù)方案，該裝置適用于煤礦、污水處理廠和洗煤廠等特殊行業(yè)使用。
本發(fā)明ー種液位及物料位一體化測量裝置，其特征在于整套裝置由探頭、傳動系統(tǒng)(見附圖1)、控制系統(tǒng)和測量系統(tǒng)(見附圖幻四部分組成，其中探頭由重錘1和浮筒2兩部分組成，所述重錘1是ー個金屬圓錐實心體，浮筒2是ー個用金屬鋼板焊接成的中空圓柱體，其中心部分制作成與重錘1圓錐體角度以及尺寸相同的圓錐體；傳動系統(tǒng)由鋼絲繩3、 滑輪4、電機6、減速機7以及鋼絲繩滾筒8組成，其所述鋼絲繩3與重錘1連接為一體，電機 6正反轉(zhuǎn)經(jīng)減速機7、鋼絲繩滾筒8和鋼絲繩3牽引重錘1上下移動；控制系統(tǒng)由用來測量探頭重量的稱重傳感器5和具有設(shè)定探頭重量以及控制電機6正反轉(zhuǎn)的稱重智能表10組成，其中重量顯示值14用來設(shè)定和顯示探頭的重量，稱重智能表10本身帶有下限繼電器觸點Kl和上限繼電器觸點K2及手動測量按鈕ZK(見附圖2、其中下限繼電器觸點Kl和上限繼電器觸點Κ2有常開和常閉兩組觸點，稱重智能表10選用普通的通用型帶有時間控制功能的稱重智能表；測量系統(tǒng)由編碼傳感器9和水位物料位智能表11組成，其所述編碼傳感器9選用旋轉(zhuǎn)編碼器，編碼傳感器9安裝在鋼絲繩滾筒8的軸端隨鋼絲繩滾筒8 一起旋轉(zhuǎn)， 鋼絲繩滾筒8轉(zhuǎn)動ー圈，編碼傳感器9也旋轉(zhuǎn)ー圏，同時發(fā)出幾百個甚至幾千個數(shù)字脈沖， 送至水位物料位智能表11進行運算和顯示，根據(jù)公式F = H/W計算脈沖當量，式中F表示脈沖當量、H表示探頭上升或下降的距離、W對應(yīng)探頭上升或下降一定距離時編碼傳感器9所產(chǎn)生脈沖的個數(shù)，將脈沖當量F存入水位物料位智能表11，作為計算水位和物料位的依據(jù)， 水位物料位智能表11選用有兩組數(shù)碼管的智能表，其中水位顯示值12顯示水位，物料位顯示值13顯示物料位，水位物料位智能表11選用帶有通信接ロ的通用型智能表，方便與上位計算機通信；本發(fā)明的液位及物料位一體化測量裝置量程> 50m ；測量精度士0. 02m ；信號與上位計算機通信距離IOOOm0上述的一種液位及物料位一體化測量裝置其特征在于所述探頭由重錘1和浮筒 2兩部分組成，所述重錘1是ー個金屬圓錐實心體，浮筒2是ー個由金屬鋼板焊接成的中空圓柱體，其中心部分制作成與重錘1圓錐體角度以及尺寸相同的圓錐體，重錘1和浮筒2可以有機地組合成一個圓柱體，其中浮筒2內(nèi)需注水，注入水量的多少，是根據(jù)浮筒2能漂浮于水面的情況來確定，要求浮筒2能飄浮于水面，且其上表面剛好露出水面，注水目的是為了減小浮筒2的體積，同時保證浮筒2不至于沉入水中，通過測量水對探頭浮力的大小，判斷水位是在上升還是在下降，從而控制測量裝置進行跟蹤。本發(fā)明ー種液位及物料位一體化測量裝置的優(yōu)點在于1、本發(fā)明的測量裝置同時具有測量液位和沉降物物料位雙重功能優(yōu)點，主要應(yīng)用在污水處理廠、洗煤廠及煤礦井下，用來測量水池中水位和沉降物的物料位。使用壽命長、 故障率低和便于維修?？蓮V泛應(yīng)用于大型污水處理廠、洗煤廠及煤礦等行業(yè)使用。2、本發(fā)明的測量裝置克服了現(xiàn)有測量手段中水位和物料位分開測量，需要安裝兩套測量儀表，給使用和維護帶來不便的問題；3、本發(fā)明的測量裝置解決了使用聲納傳感器測量水中固體物料位的方法屬于間接測量法的缺陷，需要經(jīng)過人工推算，造成不能直接測量的原因是聲納傳感器必須在水中發(fā)射和接收聲波，聲納傳感器必須漂浮在水面上，不能脫離水面否則聲納傳感器不能正常工作的問題，但是大部分的沉降池不是溢流沉降池，它的水位是隨著時間經(jīng)常變化的，而水位的變化概率遠遠大于沉降物物料位的變化概率，造成人工推算的工作繁瑣而不可靠的問題。


圖1測量裝置結(jié)構(gòu)示意圖1.重錘2.浮筒3.鋼絲繩4.滑輪5.稱重傳感器6.電機7.減速機8.鋼絲繩滾筒9.編碼傳感器
圖2測量裝置測量控制圖10.稱重智能表11.水位物位智能表12.水位顯示值13.物料位顯示值14.稱重智能表重量顯示值Si稱重智能表帶的手動按鈕Kl稱重智能表下限繼電器觸點K2稱重智能表上限繼電器觸點
具體實施方案實施方式1 本發(fā)明在污水處理廠沉降池上的應(yīng)用，エ業(yè)和生活污水送至污水處理廠后，必須經(jīng)沉降池沉淀，去除污水中固體物，才能進入下一道エ序進行處理，所以在沉降池的底部會沉積大量污泥，測量沉降池的水位和污泥的高度是エ藝所要求的。整套裝置由探頭、傳動系統(tǒng)(見附圖1)、控制系統(tǒng)和測量系統(tǒng)(見附圖2)四部分組成，其中探頭由重錘1和浮筒2兩部分組成，所述重錘1是ー個金屬圓錐實心體，浮筒2 是ー個用金屬鋼板焊接成的中空圓柱體，其中心部分制作成與重錘1圓錐體角度以及尺寸相同的圓錐體；傳動系統(tǒng)由鋼絲繩3、滑輪4、電機6、減速機7以及鋼絲繩滾筒8組成，其所述鋼絲繩3與重錘1連接為一體，電機6正反轉(zhuǎn)經(jīng)減速機7、鋼絲繩滾筒8和鋼絲繩3牽引重錘1上下移動；控制系統(tǒng)由用來測量探頭的重量稱重傳感器5和具有設(shè)定探頭的重量以及控制電機6正反轉(zhuǎn)的稱重智能表10組成，稱重智能表10本身帶有上限繼電器觸點Kl和下限繼電器觸點K2及手動測量按鈕ZK(見附圖2)，稱重智能表10選用普通的通用型帶有時間控制功能的稱重智能表；測量系統(tǒng)由編碼傳感器9和水位物料位智能表11組成，其所述編碼傳感器9選用旋轉(zhuǎn)編碼器，編碼傳感器9安裝在鋼絲繩滾筒8的軸端隨鋼絲繩滾筒 8 一起旋轉(zhuǎn)，鋼絲繩滾筒8轉(zhuǎn)動ー圈，編碼傳感器9也旋轉(zhuǎn)ー圏，同時發(fā)出幾百個甚至幾千個數(shù)字脈沖，送至水位物料位智能表11進行運算和顯示，根據(jù)公式F = H/W計算脈沖當量， 式中F表示脈沖當量、H表示探頭上升或下降的距離、W對應(yīng)探頭上升或下降一定距離時編碼傳感器9所產(chǎn)生脈沖的個數(shù)，將脈沖當量F存入水位物料位智能表11，作為計算水位和物料位的依據(jù)，水位物料位智能表11選用有兩組數(shù)碼管的智能表，其中水位顯示值12顯示水位，物料位顯示值13顯示物料位，水位物料位智能表11選用帶有通信接ロ的通用型智能表，方便與上位計算機通信。為了實現(xiàn)一體化功能把所述探頭一分為ニ設(shè)計成重錘1和浮筒2兩部分，其中重錘ι專門用來探測物料位，測量水位時探頭由重錘1和浮筒2兩部分組成，通過測量水對探頭浮力的大小，判斷水位是在上升還是在下降，從而控制測量裝置進行跟蹤。1.本發(fā)明測量裝置的安裝整套測量裝置安裝在沉降池的池壁上(見附圖1)，安裝完成后，給浮筒2內(nèi)注水， 注水的多少根據(jù)浮筒2浮出水面的情況來決定，浮筒2高度的絕大部分要沉入水面下，浮筒 2的上表面露出水面，注水過程完成。2.本發(fā)明測量裝置的校驗取鋼絲繩滾筒8直徑為160mm，鋼絲繩滾筒8旋轉(zhuǎn)兩圏，探頭上下移動Im的距離， 選編碼傳感器9為PKT-100系列分辨率200脈沖/轉(zhuǎn)，計算脈沖當量F = H/ff = 1000mm/400 =2. 5mm/脈沖，將脈沖當量存入水位物料位智能表11中，作為計算水位和物料位的依據(jù)。 安裝完成后，按1手動按鈕啟動電機6，電機6反轉(zhuǎn)，探頭下降至沉降池的底部(此時不能有污泥)，將水位物料位智能表11的水位顯示值12和物料位顯示值13全部清零，作為0水位和0物料位的起始位，如果運行過程中發(fā)現(xiàn)實際水位與水位物料位智能表11的水位顯示數(shù)據(jù)有誤差，重新修改脈沖當量F，重復上述過程，直到無誤差為止。整定稱重智能表10上下限，取重錘1的重量為10kg，浮筒2和浮筒內(nèi)水加起來的重量為20kg，稱重智能表10的上限整定值為=Bkg，其下限整定值為=10kg，同時根據(jù)實際情況需要對稱重智能表10設(shè)定水位物料位測量的時間間隔，可按定點或定時方式設(shè)定，校驗過程結(jié)束。3、本發(fā)明測量裝置的測量過程當稱重傳感器5的輸出重量信號在IOkg 15kg之內(nèi)，證明目前水位沒有變化，稱重智能表10的Kl和K2觸點不動作，稱重智能表10沒有信號輸出，電機6不轉(zhuǎn)動，探頭保持原位，水位物料位智能表11的水位顯示值12不變化，當稱重傳感器5的輸出重量信號等于稱重智能表10的下限整定值IOkg時，證明水位在上升，浮筒2隨著水位上升與重錘1 分離，稱重傳感器5測量的重量只有重錘1的重量(IOkg)，達到稱重智能表10的下限整定值，稱重智能表10的Kl常開觸點閉合，電機6正轉(zhuǎn)，帶動鋼絲繩滾筒8和編碼傳感器9正轉(zhuǎn)，牽引鋼絲繩3和重錘1上升，編碼傳感器9發(fā)出脈沖，水位物料位智能表11的水位顯示值12在増加，編碼傳感器9每增加ー個脈沖，水位物料位智能表11的水位顯示值12増加 2. 5mm，重錘1上升一定時間后，浮筒2與重錘1又結(jié)合為一體，隨著重錘1的繼續(xù)上升，浮筒2與重錘1同時被牽引出水面，稱重傳感器5測量的重量由浮筒2和重錘1組成，并且達到稱重智能表10的上限整定值(Bkg)，稱重智能表10的K2常閉觸點打開，電機6停轉(zhuǎn)，探頭停止上升，水位顯示值12不再增加，水位測量過程結(jié)束，當前水位物料位智能表11的水位顯示值12顯示的是當前水位。水位下降時稱重傳感器5測量的探頭重量，達到稱重智能表10的上限整定值(15kg)，稱重智能表10的K2常開觸點閉合，電機6反轉(zhuǎn)，測量過程與水位上升測量過程相反。設(shè)定測量時間到，稱重智能表10發(fā)出測量物料位信號，此時稱重智能表10的上下限整定值被封閉，稱重智能表10的K2常開觸點閉合，電機6反轉(zhuǎn)，帶動鋼絲繩滾筒8和編碼傳感器9 一起反轉(zhuǎn)，鋼絲繩3和重錘1在重力作用下下降，探頭分離成兩部分，其浮筒2 漂浮于水面，隨著編碼傳感器9反轉(zhuǎn)，水位物料位智能表11的水位顯示值12在減小，當重錘1接觸到固體物料吋，稱重傳感器5輸出為0，稱重智能表10的Kl常閉觸點打開，電機 6停轉(zhuǎn)，此時水位物料位智能表11的水位顯示值12就是物料位值，稱重智能表10發(fā)一信號，水位物料位智能表11將水位顯示值12轉(zhuǎn)存到物料位顯示值13中，同時稱重智能表10 的上下限整定值被重新打開，恢復到水位測量狀態(tài)，稱重傳感器5輸出值等于稱重智能表 10下限整定值(IOkg)，稱重智能表10的Kl常開觸點閉合，電機6正轉(zhuǎn)，重錘1上升，水位物料位智能表11的水位顯示值12在増加，重錘1上升到水面吋，探頭的重量由重錘1和浮筒2兩部分組成，稱重傳感器5輸出值等于稱重智能表10上限整定值(Bkg)吋，稱重智能表10的K2常閉觸點打開，電機6停轉(zhuǎn)，水位顯示值12不再增加，物料位測量過程結(jié)束，當前水位物料位智能表11的水位顯示值12顯示的是水位，其物料位顯示值13顯示的是物料位，而物料位顯示值13要在下一次物料位測量過程結(jié)束后才有所更新，需要手動測量物料位時按下按鈕ZK，測量過程相同。實施方式2:本發(fā)明ー種液位及物料位一體化測量裝置在煤礦井下水倉的應(yīng)用，煤礦井下在采
6煤過程中會產(chǎn)生大量的煤層水，這一部分水需要回收再利用，供割煤機組噴淋降塵以及液壓油冷卻，而這一部分水混有大量煤粉必須沉淀后才能使用，水倉就是用來收集和沉淀煤層水的專用設(shè)施，所以在水倉的底部會沉積大量煤泥，水倉的水位和煤泥的高度是兩個重要參數(shù)，煤泥達到一定高度時提醒操作人員必須及時清淤。整套測量裝置安裝在水倉的倉壁上(見附圖1)，將稱重傳感器5、編碼傳感器9、電機6、稱重智能表10和水位物料位智能表11選型選成防爆型，其它同實施方式1。
權(quán)利要求
1.一種液位及物料位一體化測量裝置，其特征在于整套裝置由探頭、傳動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和測量系統(tǒng)四部分組成，其中探頭由重錘(1)和浮筒( 兩部分組成，所述重錘(1)是 ー個金屬圓錐實心體，浮筒(2)是ー個用金屬鋼板焊接成的中空圓柱體，其中心部分制作成與重錘(1)圓錐體角度以及尺寸相同的圓錐體；傳動系統(tǒng)由鋼絲繩(3)、滑輪0)、電機 (6)、減速機(7)以及鋼絲繩滾筒(8)組成，其所述鋼絲繩C3)與重錘(1)連接為一體，電機(6)正反轉(zhuǎn)經(jīng)減速機(7)、鋼絲繩滾筒⑶和鋼絲繩(3)牽引重錘⑴上下移動；控制系統(tǒng)由用來測量探頭重量的稱重傳感器( 和設(shè)定探頭重量以及控制電機(6)正反轉(zhuǎn)的稱重智能表(10)組成，稱重智能表(10)本身帶有上限繼電器觸點K2和下限繼電器觸點Kl以及測量按鈕I，稱重智能表(10)選用普通的通用型帶有時間控制功能的稱重智能表；測量系統(tǒng)由編碼傳感器(9)和水位物料位智能表(11)組成，其所述編碼傳感器(9)選用旋轉(zhuǎn)編碼器，編碼傳感器(9)安裝在鋼絲繩滾筒(8)的軸端隨鋼絲繩滾筒(8) —起旋轉(zhuǎn)，鋼絲繩滾筒(8)轉(zhuǎn)動ー圈，編碼傳感器(9)也旋轉(zhuǎn)ー圏，同時發(fā)出幾百個甚至幾千個數(shù)字脈沖，送至水位物料位智能表(11)進行運算和顯示，根據(jù)公式F = H/W計算脈沖當量，式中F表示脈沖當量、H表示探頭上升或下降的距離、W對應(yīng)探頭上升或下降一定距離時編碼傳感器(9) 所產(chǎn)生脈沖的個數(shù)，將脈沖當量F存入水位物料位智能表(11)中，作為計算水位和物料位的依據(jù)，水位物料位智能表(11)選用有兩組數(shù)碼管的智能表，其中水位顯示值(1 顯示水位，物料位顯示值(1 顯示物料位，水位物料位智能表(11)選用帶有通信接ロ的通用型智能表與上位計算機通信；本發(fā)明的液位及物料位一體化測量裝置量程> 50m ；測量精度 士0. 02m ；信號與上位計算機通信距離彡IOOOm0
2.按照權(quán)利要求1所述的ー種液位及物料位一體化測量裝置其特征在于所述探頭由重錘(1)和浮筒( 兩部分組成，所述重錘(1)是ー個金屬圓錐實心體，浮筒(2)是ー個由金屬鋼板焊接成的中空圓柱體，其中心部分制作成與重錘(1)圓錐體角度以及尺寸相同的圓錐體，重錘(1)和浮筒( 有機地組合成一個圓柱體，其中浮筒O)內(nèi)需注水，注入水量的多少，是根據(jù)浮筒O)能漂浮于水面的情況來確定，要求浮筒O)能飄浮于水面，且其上表面剛好露出水面，注水目的是為了減小浮筒( 的體積，同時保證浮筒( 不至于沉入水中，通過測量水對探頭浮力的大小，判斷水位是在上升還是在下降，從而控制測量裝置進行足艮Xt^。
全文摘要
一種液位及物料位一體化測量裝置，屬于測量技術(shù)領(lǐng)域，其特征在于具有同時測量液位和物料位的雙重功能。測量裝置由重錘1、浮筒 2、鋼絲繩 3、滑輪 4、稱重傳感器 5、電機 6、減速機 7、鋼絲繩滾筒 8、編碼傳感器 9、稱重智能表10及水位物料位智能表11組成。優(yōu)點是使用壽命長、故障率低和便于維修。適用于大型污水處理廠、洗煤廠及煤礦等行業(yè)使用，用于測量沉降池及水倉的液位和物料位，可替代傳統(tǒng)液位及物料位兩套測量儀表。
文檔編號G01F23/20GK102589650SQ20111046072
公開日2012年7月18日 申請日期2011年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月23日
發(fā)明者侯冠慧, 張建國, 王麗, 王麗娟, 鄧霄 申請人:太原理工大學