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。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于金屬液位測量
，具體涉及一種非接觸式單點液態金屬液位測量裝置。
技術介紹
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。
技術實現思路
本專利技術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。本專利技術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。本專利技術裝置與現有液態金屬液位計相比的優點在于(I)本專利技術提高液位測量精度及使用范圍，且結構簡單、安全可靠。(2)本專利技術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)本專利技術裝置可以應用于具有密封要求的環境中。本專利技術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本文檔來自技高網...
【技術保護點】
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（1）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（11A）和外套管（11C）構成，外套管（11C）和內套管（11A）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（11A）的末端，外套管（11C）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（11C）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（11C）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（11A）的頂端固定第一直流步進電機（1），第一直流步進電機（1）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（1）和第二步直流步進電機（5）運動；其中第一直流步進電機（1）的輸出軸帶動內套管（11A）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（11A）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。...
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：姚傳明，朱志強，高勝，王勃，黃群英，
申請(專利權)人：中國科學院合肥物質科學研究院，
類型：發明
國別省市：
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