專利名稱：鍋爐水位監控儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種改進的鍋爐水位控制裝置，屬控制技術領域。
鍋爐的水位控制與顯示，是鍋爐安全運行中必不可少的設備，較為簡單的顯示儀表是玻璃水位計，它能直接顯示鍋爐內的水位，但不具備控制功能，稍稍復雜的是帶有控制功能的遠傳二次儀表，其水位信號檢測，多采用浮子式或電感式等間接方式，它不能象直讀水位計那樣，直接觀察到水位，只能檢測出水位變化引起的電信號，且誤差甚大。中國專利90205115.6公開了一種名稱為“多功能液位儀”的專利申請。它雖然克服了上述缺點，但對水質要求苛刻，使其應用受到了一定的限制。
另外，威脅鍋爐安全運行的水位計中的虛假水位問題，直到今天，還設有一種儀表能加以識別并將其檢測出來。
本實用新型的目的是研制一種鍋爐水位監控儀，它能對鍋爐內的水位進行檢測，特別是對虛假水位進行識別，并進而控制鍋爐的運行。
除此之外，本實用新型的水位信號，除以電信號方式提供外，還應能直接觀察到鍋爐內水位的高低。
本實用新型的目的是通過對兩路水位信號進行采樣處理并加以識別判定，以及設計一種新的水位傳感器而實現的。
以下結合附圖對本實用新型的結構作進一步敘述。
圖1是本實用新型的原理框圖。
圖2是信號處理及識別電路的電原理圖。
圖3是倍壓檢波電原理圖。
圖4是閃爍顯示電原理圖。
圖5是自動供水電路。
圖6是雙色式水位傳感器結構原理圖。
圖7是平板式水位傳感器結構原理圖。
本實用新型是在普通鍋爐監控儀基礎上加以改進而成的。普通監控儀一般由水位傳感器、信號處理部分以及相應的高水位指示電路6，缺水、滿水報警電路7、自動供水電路8、停機保護電路9等組成的。
本實用新型則主要是對水位傳感器的結構及信號處理電路加以改進，改進的主要特征是加入了一個虛假水位控制電路，信號處理后的輸出仍作為上述原電路的控制信號。
虛假水位控制電路由信號處理部分和識別電路5所組成，信號處理部分包括兩路完全相同的電路，每個電路分別由脈沖信號發生器2和信號處理電路3組成，在信號處理電路中，有10個運放集成塊分別對水位傳感器的10路輸入信號進行比較、放大，每路都包含一個分壓電阻R和運放集成塊，分壓電阻與運放集成塊的“－”端接水位傳感器的相應電極，運放集成塊的輸出接識別電路5的輸入，后者由兩個運放集成塊IC11、IC12、異或門IC13及運算電阻構成，IC11、IC12的“－”端均接在電阻R31、R32上，兩個“＋”端分別接一路運算電阻，其中A路電阻由R13、R15、R17、R19、R21、R23、R25、R27串接組成，B路電阻由R14、R16、R18、R20、R22、R24、R26、R28串接組成，R33、R35和R34、R36分別構成一分壓電路，IC11、IC12的輸出接IC13的輸入端，后者的輸出即作為虛假水位信號控制高水位指示電路6，缺水滿水報警電路7、自動供水電路8及停機保護電路9的運作。
水位傳感器在本實用新型中用作檢測鍋爐內水位的高低，它分為平板式和雙色式兩種類型。平板式水位傳感器由平板式玻璃體和11個電極組成，電極采用耐腐蝕的鎳鉻鋁合金絲壓鑄在玻璃體內制成，每個電極間的距離相等。電極一端伸出玻璃體外，以便將信號引出，另有一端與鍋爐內的汽或水相接觸，以便檢測信號，對雙色式水位傳感器而言，它與平板式不同的，僅僅是玻璃體的截面形狀不同，它采用的是雙色水位計玻璃體的截面形狀，即其截面挖去一個直角三角形，用于檢測的電極一端即裸露在凹內。兩種傳感器的玻璃體均采用耐高溫的高強度玻璃。
為了獲得較強的信號，水位傳感器和運放集成塊之間的輸入信號電路中，每路都串接一個倍壓整流電路BL，BL由二極管D2、D3，電容C4、C5及電阻R40按倍壓整流電路接成。
水位顯示電路4有兩個作用，一個是其信號表示水位的有無，另一個是，該信號還同時作為電路6、7、8、9中的控制信號。本電路采用雙向發光二極管組成，高電平時輸出電流發綠光表示有水，低電平時吸入電流發紅光，表示無水有汽。
對鍋爐內的高水位(即滿水)，本實用新型還設計了一個高水位指示電路6，它由雙與非門IC14、IC15，二極管D4、電容C6，電阻R41、R42及雙向發光二極管SD8組成。IC14、IC15與R42、C6構成一個振蕩器(本實施例選頻率1Hz左右)，當IC14的1腳輸入高電平時，起振，輸入低電平時，停振。這樣，當IC8顯示有水，輸出高電平時，電路起振，使SD8時亮時暗，閃爍醒目。對低水位亦可照此設計其指示電路。高低水位指示電路分別接于IC8和IC3的輸出端，分別對應鍋爐的滿水和缺水兩個臨界水位。
IC14、IC15可選用CC4011雙與非門。
為了進一步說明本實用新型的結構及工作過程，以下還要對虛假水位的識別及判定詳細予以闡述。
當鍋爐內的水位正常時，兩個水位傳感器中的水位必然相同或基本相同，當水位計發生虛假水位時，則兩個永遠停留在同一示值附近的機率是極少的，因此，識別出兩個水位值有較大差別，即可判定存在虛假水位。
交流信號由脈沖信號發生器2產生，經電容C3耦合至信號處理電路3，設水位傳感器都浸沒于水中(或汽)，則經R3－R10和水電阻(或氣電阻)分壓，在IC2－IC10的輸入端會產生相同的電壓，不管水電阻怎樣變化，只要十個電極工作條件相同，則其電壓將同步變化。電路設計使R10略小于R3－R9，則BL1輸出端的電壓V1就會比BL2－BL10輸出端的電壓V略高，以V1為參照電壓，只要某電極對應的電壓V<V1，則運放集成塊即有正的輸出，這時接在這一級的水位顯示電路將發綠光，表示該電極檢測有水。不管水質，水溫如何不同，但上述電壓關系是不變的。當某個電極和水脫離接觸后，因蒸汽電阻較水電阻大得多，故V＞V1，則該級對應的運放集成塊將有負的輸出，水位顯示電路發紅光，表示該電極探測無水。
為了避免當R10連接的參照電極離水后，出現誤報故障，則在該級加設一箝位電路，箝位電路由R11、R12和二極管D1組成，它將V1箝位于某給定的Vo，這樣，當電極都浸沒在水中時，不影響它們之間的電壓關系，而當電極都離開水時，因為V1有V0箝位，故V＞V1，運放集成塊吸入電流，顯示電路發紅光。
運放集成塊IC2－IC10的輸出電壓均為9V，則經串聯電阻分壓后，在AN(或BN)點獲得的電壓應依次遞減(本實施例選9V、8V、7V……)，則相應的電阻數值為R13、R14＝36K，R15、R16＝12K，R17、R18＝6.2K，R19、R20＝3.6K，R21、R22＝2.4K，R23、R24＝1.8K，R25、R26＝1.2K，R27、R28＝1K，R29、R30＝8.2K，R31、R32＝5.1K，R33、R34＝2.7K，R35、R36＝18K，在點P處獲得的電壓是VAN與VBN的平均值。這樣，當兩路水位信號相同時，則VAM＜VP，VBM＜VP，IC11、IC12、IC13都輸出低電平，表示無虛假水位；當兩路水位信號不同，且超出允許給定值時，比如VAN＝8V，VBN＝5V，則IC11輸出高電平，IC12輸出低電平，IC13輸出高電平，發出虛假水位信號去控制有關電路的運作。一般在設計電路時，當兩路水位信號相關三個級別時，識別電路即認為發生了虛假水位故障。出現虛假水位的水位傳感器，從殼體的面板上很容易觀察出來。
運放集成塊可選用LM324，IC13選用CC4070。
本實用新型的脈沖信號發生器由IC1、電阻R1、R2，電容C1、C2構成。IC1選用555時基電路，接成一個無穩態自激多諧振蕩器，頻率設定為幾百赫，占空比為50％，其中R1＝270K，R2＝10K，C1＝6800P，C2＝0.01μ。
本實用新型自動供水電路示于圖6中，它由IC16、IC17、IC18組成，IC16選用555時基電路，接成典型的雙穩態工作方式。設定在兩路的檢測信號無水時，即A路的IC5和B路的IC5無水時開始上水，這時IC5為低電平，將其接入IC16的2腳，只要IC5的任一路出現低電平，則IC16的3腳輸出高電平，給出水泵供水的顯示信號和控制信號。另外再設定當兩路的檢測信號滿水時，即A或B路IC8為高電平時停水，則將接到IC16的6腳，不論哪一路出現高電平，IC16的3腳都翻轉為低電平，關閉供水信號。
當IC5電壓小于1／3電源電壓時，IC16進入一個穩態，水泵供水后，IC5變為高電平，這個狀態仍然不變，當IC8的電壓上升到大于電源電壓的2／3時，IC16翻轉到另一穩態，以后隨著水的蒸發，IC8重又從高電平變為低電平，直至IC5從高電平降至小于電源電壓1／3的低電平，實現翻轉，從此周而復始達到自動供水的目的。
IC18選用1／4CC4071，IC17選用DP2610光耦合繼電器。經IC17再去控制水泵等主要電路設備的運行。
本實用新型還可增設超溫超壓保護電路，其電路設計與已有技術相同，在此不再重述。
按本實用新型制作的鍋爐監控儀，可以有效的識別虛假水位給鍋爐運行帶來的隱患，傳感器采用交流信號，避免了電極的電腐蝕，檢測信號采用差動方式輸入，提高了靈敏度，減少了水質，水溫對輸入信號的影響，使檢測信號準確可靠，為鍋爐的安全運行提供了可靠的保證。
權利要求1.一種鍋爐水位監控儀，它由水位傳感器、信號處理部分以及相應的高水位指示電路6、缺水、滿水報警電路7，自動供水電路8，停機保護電路9組成，其特征在于，它增加了一個虛假水位控制電路，虛假水位控制電路由信號處理部分和識別電路5所組成，信號處理部分包括兩路完全相同的電路，每個電路分別由脈沖信號發生器2和信號處理電路3組成，在信號處理電路中，有10個運放集成塊分別對水位傳感器的10路輸入信號進行比較、放大，每路都包含一個分壓電阻R和運放集成塊，分壓電阻與運放集成塊的“一”端接水位傳感器的相應電極，運放集成塊的輸出接識別電路5的輸入，后者由兩個運放集成塊IC11、IC12、異或門IC13及運算電阻構成，IC11、IC12的“一”端均接在電阻R31、R32上，兩個“+”端分別接一路運算電阻，其中A路電阻由R13、R15、R17、R19、R21、R23、R25、R27串接組成，B路電阻由R14、R16、R18、R20、R22、R24、R26、R28串接組成，R33、R35和R34、R36分別構成一分壓電路，IC11、IC12的輸出接IC13的輸入端，后者的輸出即作為虛假水位信號控制高水位指示電路6，缺水滿水報警電路7、自動供水電路8及停機保護電路9的運作。
2.根據權利要求1所述的監控儀，其特征在于，水位傳感器1由平板式玻璃體和11個電極組成，電極采用鎳鉻鋁合金絲壓鑄在玻璃體內制成，每個電極間的距離相等。
3.根據權利要求2所述的監控儀，其特征在于，水位傳感器的玻璃體也可采用雙色水位計的玻璃體的截面形狀。
4.根據權利要求3所述的監控儀，其特征在于在水位傳感器和運放集成塊之間的輸入信號電路中，每路都串接一個倍壓整流電路BL，BL由二極管D2、D3，電容C4、C5電阻R40按倍壓整流電路接成。
5.根據權利要求4所述的監控儀，其特征在于，水位顯示電路4由雙向發光二極管組成。
6.根據權利要求5所述的監控儀，其特征在于，高水位指示電路6由雙與非門IC14、IC15、二極管D4、電容C6、電阻R41、R42及雙向發光二極管SD8組成。
專利摘要一種改進的鍋爐水位監控儀，它由水位傳感器，脈沖信號發生器，信號處理電路，虛假水位識別電路及常規的執行電路等構成，它能對虛假水位進行檢測并進而控制執行電路的運行，從而有效地防止了虛假水位對鍋爐安全造成的危害。本實用新型的檢測識別功能準確可靠，靈敏度高，是鍋爐行業不可缺少的水位監測儀表。
文檔編號F22D5/00GK2140021SQ9223631
公開日1993年8月11日 申請日期1992年10月8日 優先權日1992年10月8日
發明者張金泉 申請人:張金泉