專利名稱：一種非接觸式單點液態金屬液位測量裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于金屬液位測量技術領域，具體涉及一種非接觸式單點液態金屬液位測
量裝置。
背景技術：
液態金屬是高電導率的金屬，目前其液位測量方法主要有探針式液位測量方法、差壓式液位測量方法和電感應式液位測量方法。探針式液位測量是一種接觸式液位計，其工作原理是利用在探針和容器表面分別加入電極，當金屬液面接觸探針電極時便構成閉合回路，從而輸出相應電信號。其缺點在于液態金屬蒸汽可能凝結在絕緣體上，破壞絕緣層，造成誤接通；金屬氧化物沉積在電接 點上，使電導通性能下降。因此，探針式液位計只適用于溫度較低的短期測量，并且對液態金屬的腐蝕性能也有嚴格要求，降低了其適用范圍。差壓式液位測量是一種接觸式液位計，其工作原理是利用引壓管將液態金屬引出，測量壓力差，從而可以得到液位高度。其缺點在于需要將引壓管安裝在液態金屬容器表面，可能影響容器的完整性；高溫液態金屬的壓差測量精度難以保證，從而影響了液位測量的精度。電感式液位測量是一種非接觸式液位計，其工作原理是利用電感線圈產生電磁場，液態金屬切割磁感應線產生電磁信號，從而得到液位高度。其缺點在于液態金屬的介電性能會影響電磁信號，從而影響液位信號的精度和可靠性；電感線圈的絕緣層在高溫環境下，易于老化，不適合長期工作。綜上，以上測量原理的局限性限制了液位測量裝置的使用范圍和測量精度。
發明內容
本發明的技術解決問題克服現有技術的不足，提供一種非接觸式單點液態金屬液位測量裝置，提高液位測量精度及使用范圍，且結構簡單、安全可靠。本發明技術解決方案一種非接觸式單點液態金屬液位測量裝置，包括第一直流步進電機I和第二直流步進電機5、第一密封件2和第二密封件7、電路箱3、嚙合齒輪4、密封殼6、上法蘭8、下法蘭9、感應探頭10、升降套管11、液位探針12、液態金屬13和被測容器14 ;所述升降套管11由內套管IlA和外套管IlC構成，外套管IlC和內套管IlA同心布置；液態金屬13置于被測容器14中；上法蘭8和下法蘭9利用螺釘連接，并用第二密封件7密封上法蘭8和下法蘭9，同時下法蘭9固定在被測容器14的上邊緣；感應探頭10利用過盈配合固定在升降套管11的內套管IlA的末端，外套管IlC利用軸承固定在上法蘭8和下法蘭9的軸承上能夠旋轉；在升降套管11的外套管IlC的末端連接一對包括主動齒輪和被動齒輪的嚙合齒輪4，嚙合齒輪4運動帶動外套管IlC上下軸向運動，其中主動齒輪連接著第二直流步進電機5，升降套管11的內套管IIA的頂端固定第一直流步進電機I，第一直流步進電機I的驅動線連接至電路箱3 ;密封殼6焊接在上法蘭8上；電路箱3固定在密封殼6內壁，在電路箱3和密封殼6兩者連接處固定第一密封件2 ;電路箱3內部固定有信號處理系統3a、電機驅動系統3b和無線傳輸系統3c,感應探頭10的輸出連接至信號處理系統3a ；當感應探頭10恰能測到液態金屬13時，感應探頭10則輸出信號至電路箱3內的信號處理系統3a,該信號觸發電路箱3內的電機驅動系統3b驅動第一直流步進電機I和第二步直流進電機5運動；其中第一直流步進電機I的輸出軸帶動內套管IlA上下運動，第二直流步進電機5通過平鍵連接帶動嚙合齒輪4旋轉從而帶動內套管IlC上下運動，從而使感應探頭10運動；信號處理系統3a不斷監測感應探頭10的信號輸出，直至信號處理系統3a輸出值為感應探頭10檢測的液態金屬13液面最大距離時輸出的信號值,此時電機驅動系統驅動3b驅動升降套管11停止運動；若感應探頭10輸出信號值一旦偏離感應探頭10最大檢測距離的信號值時，電機驅動系統3b將驅動第一直流步進電機1，第一直流步進電機的輸出軸帶動內套管IlA上下運動，從而使感應探頭10運動，在運動過程中信號處理系統3a不斷監測從感應探頭10輸出的關于液態金屬13液面的信號，直至信號處理系統3a輸出值為感應探頭10檢測的液態金屬13液面最大距離時輸出的信號值,此時電機驅動 系統驅動3b驅動升降套管11停止運動；步進電機驅動系統3b記錄步進角，經過相關換算便得到感應探頭10的升降距離，實時間接得到液態金屬液面的位置或高度；信號處理系統3a將直流步進電機的運動步數和運動方向參數由無線傳輸系統3c透過第一密封件發送至外部Zigbee收發模塊M3,由Zigbee收發模塊M3傳輸給計算機M4,由計算機計算分析傳輸的數據，以實時獲取感應探頭10的位置，從而間接的得到液態金屬13的液位。所述測量裝置還包括用于自動校準感應探頭10和防止感應探頭10接觸高溫液態金屬的兩個液位探針12，所述液位探針12連接固定在升降套管11的外套管IlC上；液位探針12自動校準和防止感應探頭10接觸高溫液態金屬的過程如下升降套管11帶動液位探針12恰接觸液態金屬13的液面，此時液位探針12輸出一個信號；升降套管11帶動感應探頭10上下運動至其恰能輸出一個信號，此時感應探頭10輸出一個信號；將液位探針12和感應探頭10輸出的信號經相關算法處理后轉換成兩者的相對距離，這個距離便為感應探頭10的最大檢測距離；同時液位探針12在測量過程中可防止液態金屬液面快速上升時，液面接觸到感應探頭10，即測量過程中液位探針12 —旦接觸到液態金屬，便觸發感應探頭10快速抬起，防止感應探頭10接觸高溫液態金屬。所述感應探頭10為能耐600°C的非接觸式傳感器，用于惡劣高溫環境中，以免維護。所述第一密封件2的密封結構為在密封殼上安裝電路箱連接處固定一梯形非屏蔽型SiO2玻璃2C，梯形非屏蔽型SiO2玻璃2C的兩面均有密封圈2B和2D進行密封。所述第二密封處7的密封結構為上法蘭8和下法蘭9用螺釘連接壓緊，在上法蘭8連接處開有兩個環形槽8A和8B，將耐600°C高溫的兩個密封圈9A和9B置于兩個環形槽8A和8B中，利用上法蘭8和下法蘭9的預緊力使兩個密封圈9A和9B產生變形,從而達到密封的效果。所述信號處理系統3a硬件以TMS2812DSP芯片為核心，感應探頭10的信號經過低通濾波后，由光電隔離電路進行信號隔離后將信號輸入至TMS2812DSP芯片的模擬輸入端口進行處理，處理后的數據保存至存儲系統中；所述電機驅動系統3b利用TMS2812DSP輸出的PWM脈沖經場效應管功率放大后控制第一直流步進電機I和第二直流步進電機5的正反轉和轉速；所述無線傳輸系統3c以Zigbee無線傳輸模塊為核心,信號處理系統3a的TMS2812DSP芯片將第一直流步進電機I和第二直流步進電機5運動參數和感應探頭10的信號經RS232接口傳輸至Zigbee無線傳輸模塊。本發明裝置與現有液態金屬液位計相比的優點在于(I)本發明提高液位測量精度及使用范圍，且結構簡單、安全可靠。(2)本發明裝置具有自動校準功能。能夠通過計算機發送校準指令，經信號處理系統處理后，輸出相應的控制脈沖，并對脈沖經行功率放大，驅動執行機構對探頭進行自校準(此內容應在說明書及權利要求書中進行詳細說明，否則優點部分無從談起)，并且可以在線實時消除系統累計誤差，也減小了由于使用工況不同而造成的環境誤差。(3)本發明裝置可以應用于具有密封要求的環境中。本發明在上法蘭被測容器連接處和密封件處均設置了密封件。采用相關密封件，可以很好的保證系統的密封性，且采用 無線信號傳輸數據，避免了有線通信方式所帶來的導線輸出端密封難的問題，因此安全可靠，適合壓力容器或其它對真空有一定要求的容器金屬液位測量。(4)本發明裝置使用方便、操作簡單。總之，本發明所利用的測量原理可以最大限度的減少這些局限性，從而使液位計使用范圍和測量精度大大提高，并且具有自動校準功能和密封功能，可以提高系統精度和增加其使用范圍，且結構簡單、安全可靠。
圖I為本發明的液態金屬液位測量裝置原理結構示意圖；圖2為本發明中感應探頭與液位探針結構示意圖；圖3為本發明液位高度測量原理示意圖；圖4為本發明上、下法蘭處密封件結構示意圖；圖5為本發明電路箱處密封件結構示意圖；圖6為本發明信號處理和電機驅動系統原理框圖；圖7為本發明無線通信系統原理框圖。
具體實施例方式如圖I所示，本發明實施的非接觸單點液態金屬液位裝置的包括第一直流步進電機I、第二直流步進電機5、第一密封件2和第二密封件7、電路箱3、嚙合齒輪4、密封殼6、上法蘭8、下法蘭9、感應探頭10、升降套管11和兩個液位探針12組成。下法蘭9固定在被測容器14的上邊緣，液位探針12利用螺紋連接固定在升降套管11的外側末端，感應探頭10利用過盈配合固定在升降套管11的內側末端，升降套管11利用軸承固定在上法蘭8和下法蘭9上，上法蘭8和下法蘭9利用螺釘連接，并用第二密封件7密封上法蘭8和下法蘭9，在升降套管11的末端連接一對嚙合齒輪4 (包括主動齒輪和被動齒輪)，主動齒輪連接著第二直流步進電機5，升降套管的頂端固定第一直流步進電機I。密封殼6焊接在上法蘭8上，電路箱3固定在密封殼6內壁，在兩者連接處固定第一密封件2。電路箱3內部固定有信號處理系統3a、電機驅動系統3b和無線傳輸系統3c。
本發明實施的非接觸單點液態金屬液位裝置可在線測量600°C以下的液態金屬的液面，其具體實施步驟為第一步，安裝升降套管11，并利用軸承固定在上法蘭8上。在升降套管11的內套管安裝感應探頭10，在外套管安裝液位探針12，并將其引線沿著升降套管11的中間孔引出至電路箱3。在升降套管11的頂部安裝第一直流步進電機1，第一直流步進電機I可以帶動內套管IlA上下運動，第二直流步進電機5通過帶動安裝在外套管IlC上的嚙合齒輪4旋轉。在安裝升降套管11時，固定其初始位置，并在電路箱3中的信號處理系統3a中記錄該初始位置。第二步，利用電路箱3的電機驅動系統3b發送PWM脈沖給第一直流步進電機I和第二直流步進電機5，使第一直流步進電機I帶動內套管IIA頂端的感應探頭10上下運動，當恰好有信號輸出時，信號處理系統3a記錄此時感應探頭10的相對位置，由于在安裝時，其初始位置是一定的，利用信號處理系統3a處理后間接得到感應探頭10的絕對位置，也即液面的絕對位置。當被測液態金屬13液面上升或下降時，感應探頭10輸出信號會增加或 減弱，通過系統分析，驅動探頭上下運動，直至其恰好有信號輸出時，記錄該位置便是液態金屬液面的位置或高度。以上過程重復進行，可以動態的實時測量液態金屬的液面。第三步，將液面位置(或高度)信息通過電路箱3內的無線傳輸系統3c發送至外界計算機無線接收模塊，無線接收模塊將被測數據傳輸至計算機上。可對數據存儲、分析和利用。感應探頭10安裝在升降套管11的內套管的末端，外套管和內套管之間有精密細牙螺紋連接，當外套管固定后，第一直流步進電機I是可通過螺母一螺桿副機構帶動內套管上下運動。為消除初始螺紋間隙誤差，可以在本發明裝置啟動前進行微動，消除螺紋間隙后，方可正常運轉工作。當感應探頭10與金屬液面13距離在最大檢測距離時，便可以得到一個液位位置信號，當液面上升和下降時，電機驅動系統3b會根據相應的控制程序驅動感應探頭10上下運動，以達到感應探頭10與金屬液面13距離保持恒定，這樣，在初始安裝位置確定的情況下，便可以間接得到金屬液面的位置(或高度)。升降套管11是利用滑動軸承固定在上法蘭8和下法蘭9上的，底座固定在被測容器的下法蘭9上，兩者需要進行密封，以保證對真空度有一定要求的壓力容器使用要求。第二直流步進電機5帶動主動直齒輪旋轉，被動直齒輪固定在外套管上，兩個齒輪軸向均固定，外套管上有細牙精密外螺紋和被動直齒輪內螺紋配合，當兩者發生圓周運動時，外套管便可以上下運動，從而帶動外套管上下運動。外套管底端裝有直流探針。內套管內部為中空，可以走信號線。電路箱3內部安裝有信號處理系統3a、電機驅動系統3b和無線傳輸系統3c。這三個系統配有相應的控制電路板和24V直流電源。電路箱3內部均有隔熱材料，并且四周布有直流靜音散熱風扇。散熱風扇為智能系統，可以根據內部環境的溫度自動開啟和關閉，以充分節約電能。主控制電路板主要控制2個直流24V精密步進電機的旋轉速度和旋轉方向。輔助控制電路板主要用于控制系統與外界進行無線通信。在測量裝置外部有一個不銹鋼304的密封殼6。密封殼6在安裝電路箱3處開有一個孔，并采用第二密封件2進行密封，其主要目的是將無線信號無障礙的傳輸到外界，而不被密封殼6金屬材料屏蔽。
圖2表示感應探頭10與液位探針12結構圖。感應探頭10固定在內套管的末端，兩者通過過盈配合連接，液位探針12固定在外套管IlC的末端。其中，感應探頭10為線性接近開關，其檢測最大距離為8mm，頻響為5KHz，液位探針12包括兩個探針，分別為電極的兩極。由于不同的測量介質的介電系數會有所波動。在檢測前，需要利用固定在外套管上的液位探針12進行自動校準。具體校準過程為I)將其中液位探針12上電，該探針為帶有TTL電平電極的探針12A，另一個液位探針為接收電平探針12B，兩個探針用螺紋連接固定在外套管IlC上。在液態金屬液面還未接觸到液位探針12時，接收電平探針12B無信號；2)利用圖I中的第一直流步進電機I使外套管以2mm/s的速度勻速下降，直至接收電平探針12B有觸發信號輸出，并觸發TMS2812DSP外部中斷，此時，可以認為液位探針12已接觸到液態金屬13的液面；
3)為提高精度，TMS2812DSP內部的控制程序會自動調整液位探針10高度，直至其接觸金屬液面13為單點接觸，那么此時記下外套管的位置HO ；4)利用圖I中的第一直流步進電機I使內套管以lmm/s的速度勻速下降，直至感應探頭10輸出開關信號，此時可以認為感應探頭10距金屬液面的距離是其檢測該種工況下介質的最大檢測距離；5)為提高精度，控制程序自動調整感應探頭10高度，直至其恰能輸出開關信號，且該信號電平大小為TMS2812DSP中斷引腳所能觸發的最小信號，此次記下內套管IlA的位置H1。通過以上校準步驟可以得到感應探頭(10)檢測液位的最大距離為Lmax = Hl-HOie其中，ε為系統誤差，其值為第一直流步進電機I和第二直流步進電機5步進角和傳動機構安裝誤差之和，單位為mm。利用精密加工技術和第一直流步進電機I和第二直流步進電機5步進角誤差補償的方式，最終可以得到ε ^ O. Imm外套管IlC和內套管IlA均有中空段，耐高溫阻燃信號線IlB可以在其內部走線，使測量裝置結構更加緊湊。圖3為本發明液位高度測量原理圖。本發明中一對嚙合直齒輪4由直流步進電機5帶動其正反旋轉。感應探頭10固定在內套管IlA中，內套管IlA隨嚙合齒輪4的轉動而上下運動，從而帶動感應探頭10上下運動。由一對嚙合齒輪4的齒輪副傳動機構和螺紋一螺母副機構運動機理，可得其運動的距離為
〃 · / ■ AlΗ2 二-—
1600其中，Η2為感應探頭10移動距離，Λ I為傳動機構單步折合距離，以上單位均為mm。η為電機驅動系統3b發出的PWM脈沖數，i為機構的傳動比。上式中,η是可以通過信號處理系統3a精確計數的，其它參數為裝置已知參數。因此，可以在線實時得到感應探頭10移動的距離H2。嚙合齒輪4初始安裝的高度HO由裝置的實際安裝確定。感應探頭10檢測金屬液面的距離Hl可以通過圖3中描述的方法確定。這樣，便可以得到金屬液位的高度H，如下H = H0-H1-H2其中，HO由裝置安裝獲取的，H2是通過處理系統精確計數PWM脈沖來獲取，Hl是通過實際校準來獲取的。通過上述測量和計算便可以得到液位的高度。圖4為本發明上法蘭8和下法蘭9處第二密封件7結構示意圖。第二密封件7主要密封連接液位測量裝置底板和被測容器14的上法蘭8。為增加密封可靠性采用雙密封，即耐高溫O型橡膠圈9A和中空金屬密封圈9B。設計的準則是第二密封件7要能夠與密封面9C緊密密封面線接觸，具有裝配間隙和熱脹冷縮間隙，留有一定的預緊變形空間。本發明中兩個密封圈均置于環形槽8A和環形槽SB中，環形槽8A和環形槽SB的寬度與密封圈9A和密封圈9B直徑的關系為W = D+0. 2 其中，W為環形槽的寬度，D為密封圈直徑，單位為mm。這樣開槽的目的是使環形槽和密封圈為間隙配合，達到線接觸密封的效果。環形槽的深度與密封圈直徑的關系為H= I. 25D其中，H為環形槽的深度，D為密封圈直徑，單位為mm。這樣開槽的目的是使密封圈與兩密封面緊密貼合，達到最佳的密封效果。對于密封接觸面，其局部平面度不大于
O.Olmm,粗糙度不大于3. 2 μ m。中空金屬密封圈9B可塑性較強，疲勞強度較好，可以避免因外界溫度變化而造成材料蠕變的影響，熱脹冷縮效應對其影響較小，可提高其使用壽命。圖5為本發明電路箱3處密封件結構示意圖。發明中利用玻璃密封，這是因為本發明所述的測量裝置可用于有真空度要求的壓力容器中，因此需要對整個裝置進行密封，傳統的導線是不易密封的，這里不采用導線傳輸數據，采用無線傳輸方式。為避免密封殼6對無線信號的屏蔽，密封殼開了一個IOmmxlOmm的孔,并用非屏蔽梯形SiO2玻璃(2C)和雙密封件2B和2D密封。第一密封件2采用矩形密封墊2B和2D，耐溫可達600°C。采用矩形密封墊2B和2D可以增加密封接觸面的面積，防止密封墊密封面與玻璃接觸面2E過小而產生應力集中，可以加大預緊力來保證密封效果。圖6為本發明信號處理和電機驅動系統3b原理框圖。信號處理3a和電機驅動系統3b均安裝在電路箱3內部。信號處理系統3a以TMS2812DSP為核心，外界測量信號經濾波放大單元進行濾波和放大處理，然后連接至A/D轉換單元將模擬信號轉換至數字信號，以供TMS2812DSP分析處理。電機驅動系統3b是由TMS2812DSP輸出PWM脈沖，該脈沖經功率放大單元放大后經光電隔離單元隔離后輸出至第一直流步進電機I和第二直流步進電機5的4根驅動線上。圖7為本發明無線通信系統3c (圖I所示)原理框圖。無線通信系統包括信號處理單元Ml、RS232串口模塊M2、Zigbee收發模塊M3。以上模塊均在同一塊雙層電路板上，電路板的設計充分考慮干擾、信號濾波隔離。在本發明裝置之外布置Zigbee的收發模塊M4和計算機M5。信號處理單元Ml將相關數據記錄、分析后由RS232串口模塊M2傳輸至Zigbee收發模塊M3, Zigbee收發模塊M3將相關數據發送至連接在計算機M5上的Zigbee收發模塊M4，最終由計算機讀取相關實驗數據。本發明裝置實現了高溫液態金屬液位的非接觸測量。它不僅可以用于普通的液態金屬液位測量，還可以適用于具有真空度要求的壓力容器中高溫液態金屬液位的精確測量以及具有腐蝕性液態金屬的液位測量。它可以針對不同的液態金屬特性進行自動校準，減少系統測量誤差。長時間使用后，可利用本發明裝置的自動校準功能，去除系統的累計誤差，提高測量精度，減少了工作人員系統維護時間。本發明說明書中未作詳細描述的內容屬于本領域專業技術人員公知的現有技術。 以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種非接觸式單點液態金屬液位測量裝置，其特征在于包括第一直流步進電機(I)和第二直流步進電機(5 )、第一密封件(2 )和第二密封件(7 )、電路箱(3 )、嚙合齒輪(4 )、密封殼(6)、上法蘭(8)、下法蘭(9)、感應探頭(10)、升降套管(11)、液位探針(12)、液態金屬(13)和被測容器(14);所述升降套管(11)由內套管(IlA)和外套管(IlC)構成，外套管(IlC)和內套管(IlA)同心布置；液態金屬(13)置于被測容器(14)中；上法蘭(8)和下法蘭(9 )利用螺釘連接，并用第二密封件(7 )密封上法蘭(8 )和下法蘭(9 )，同時下法蘭(9 )固定在被測容器(14)的上邊緣；感應探頭(10)利用過盈配合固定在升降套管(11)的內套管(IlA)的末端，外套管(IlC)利用軸承固定在上法蘭(8)和下法蘭(9)的軸承上能夠旋轉；在升降套管(11)的外套管(IlC)的末端連接一對包括主動齒輪和被動齒輪的嚙合齒輪(4)，嚙合齒輪(4)運動帶動外套管(IlC)上下軸向運動，其中主動齒輪連接著第二直流步進電機(5)，升降套管(11)的內套管(IlA)的頂端固定第一直流步進電機(1)，第一直流步進電機(I)的驅動線連接至電路箱(3);密封殼(6)焊接在上法蘭(8)上；電路箱(3)固定在密封殼(6 )內壁，在電路箱(3 )和密封殼(6 )兩者連接處固定第一密封件(2 );電路箱(3 )內部固定有信號處理系統(3a)、電機驅動系統(3b)和無線傳輸系統(3c),感應探頭(10)的輸出連接至信號處理系統(3a); 當感應探頭(10 )恰能測到液態金屬(13 )時，感應探頭(10 )則輸出信號至電路箱(3 )內的信號處理系統(3a)，該信號觸發電路箱(3)內的電機驅動系統(3b)驅動第一直流步進電機(I)和第二步直流步進電機(5)運動；其中第一直流步進電機(I)的輸出軸帶動內套管(IlA)上下運動，第二直流步進電機(5)通過平鍵連接帶動嚙合齒輪(4)旋轉從而帶動內套管(11C)上下運動，從而使感應探頭(10)運動；信號處理系統(3a)不斷監測感應探頭(10)的信號輸出，直至信號處理系統(3a)輸出值為感應探頭(10)檢測的液態金屬(13)液面最大距離時輸出的信號值，此時電機驅動系統驅動(3b)驅動升降套管(11)停止運動；若感應探頭(10)輸出信號值一旦偏離感應探頭(10)最大檢測距離的信號值時，電機驅動系統(3b)將驅動第一直流步進電機(1)，第一直流步進電機的輸出軸帶動內套管(IlA)上下運動，從而使感應探頭(10)運動，在運動過程中信號處理系統(3a)不斷監測從感應探頭(10)輸出的關于液態金屬(13)液面的信號,直至信號處理系統(3a)輸出值為感應探頭(10)檢測的液態金屬(13)液面最大距離時輸出的信號值，此時電機驅動系統驅動(3b)驅動升降套管(11)停止運動；步進電機驅動系統(3b )記錄步進角，經過相關換算便得到感應探頭(10)的升降距離，實時間接得到液態金屬(13)液面的位置或高度；信號處理系統(3a)將直流步進電機的運動步數和運動方向參數由無線傳輸系統(3c)透過第一密封件發送至外部Zigbee收發模塊(M3)，由Zigbee收發模塊(M3)傳輸給計算機(M4)，由計算機(M4)計算分析傳輸的數據，以實時獲取感應探頭(10)的位置，從而間接的得到液態金屬(13)的液位。
2.根據權利要求I所述的非接觸單點液態金屬液位測量裝置，其特征在于所述測量裝置還包括用于自動校準感應探頭(10 )和防止感應探頭(10 )接觸高溫液態金屬的兩個液位探針(12)，所述液位探針(12)連接固定在升降套管(11)的外套管(IlC)上；液位探針(12)自動校準和防止感應探頭(10)接觸高溫液態金屬的過程如下升降套管(11)帶動液位探針(12)恰接觸液態金屬(13)的液面，此時液位探針(12)輸出一個信號；升降套管(11)帶動感應探頭(10)上下運動至其恰能輸出一個信號，此時感應探頭(10)輸出一個信號；將液位探針(12)和感應探頭(10)輸出的信號經相關算法處理后轉換成兩者的相對距離，這個距離便為感應探頭(10)的最大檢測距離；同時液位探針(12)在測量過程中可防止液態金屬液面快速上升時，液面接觸到感應探頭(10)，即測量過程中液位探針(12)—旦接觸到液態金屬，便觸發感應探頭(10)快速抬起,防止感應探頭(10)接觸高溫液態金屬。
3.根據權利要求I所述的非接觸單點液態金屬液位測量裝置，其特征在于所述感應探頭(10)為能耐600°C的非接觸式傳感器，用于惡劣高溫環境中，以免維護。
4.根據權利要求I所述的非接觸單點液態金屬液位測量裝置，其特征在于所述第一密封件(2)的密封結構為在密封殼(6)上安裝電路箱(2)的連接處固定一梯形非屏蔽型SiO2玻璃(2C)，梯形非屏蔽型SiO2玻璃(2C)的兩面均有密封圈(2B和2D)進行密封。
5.根據權利要求I所述的非接觸單點液態金屬液位測量裝置，其特征在于所述第二密封處(7)的密封結構為上法蘭(8)和下法蘭(9)用螺釘連接壓緊，在上法蘭(8)連接處開有兩個環形槽(8A和8B)，將耐600°C高溫的兩個密封圈(9A和9B)置于兩個環形槽(8A和8B)中，利用上法蘭(8)和下法蘭(9)的預緊力使兩個密封圈(9A和9B)產生變形,從而達到密封的效果。
6.根據權利要求I所述的非接觸單點液態金屬液位測量裝置，其特征在于所述信號處理系統(3a)硬件以TMS2812DSP芯片為核心，感應探頭(10)的信號經過低通濾波后，由光電隔離電路進行信號隔離后將信號輸入至TMS2812DSP芯片的模擬輸入端口進行處理，處理后的數據保存至存儲系統中；所述電機驅動系統(3b)利用TMS2812DSP輸出的PWM脈沖經場效應管功率放大后控制第一直流步進電機(I)和第二直流步進電機(5)的正反轉和轉速；所述無線傳輸系統(3c)以Zigbee無線傳輸模塊為核心,信號處理系統(3a)的TMS2812DSP芯片將第一直流步進電機(I)和第二直流步進電機(5)運動參數和感應探頭(10)的信號經RS232接口傳輸至Zigbee無線傳輸模塊。
全文摘要
一種非接觸式單點液態金屬液位測量裝置，由感應探頭、升降套管、液位探針、直流步進電機、上法蘭盤、下法蘭盤、密封殼、嚙合齒輪、密封件、信號處理系統、電機驅動系統和無線傳輸系統組成感應探頭檢測被測液態金屬的自由液面，通過相應的控制算法控制步進電機，從而帶動升降套管的升降，以保持感應探頭始終非接觸被測液態金屬液面，實現非接觸測量。通過液位探針可以自動校準感應探頭與液態金屬液面的最大檢測距離，并可以防止液面接觸感應探頭。裝置密封件可以保證被測容器的密封性，適合壓力容器金屬液位的測量。本液位裝置可以測量高達600℃液態金屬的液位，并可長期使用，可靠性高，具有良好的靈敏度和準確度，適合于高溫液態金屬液位的精確非接觸測量。
文檔編號G01F25/00GK102914343SQ201210370050
公開日2013年2月6日 申請日期2012年9月28日 優先權日2012年9月28日
發明者姚傳明, 朱志強, 高勝, 王勃, 黃群英 申請人:中國科學院合肥物質科學研究院