專利名稱：多層物位自動測量儀及其測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及 一種多層物位自動測量儀及其測量方法，更準(zhǔn)確地說本發(fā)明涉 及一種基于力反饋的多層物位自動測量儀器及其測量方法。
技術(shù)背景目前，物位檢測技術(shù)與各種物位測量儀表眾多，例如，申請?zhí)枮镃N03819957，2申請公開了 一種借助于雷達(dá)物位測量系統(tǒng)計算儲藏室中產(chǎn)品表面 高度的方法和裝置，但都為測量單層物料的測量儀表，多層物料的物位測量儀 卻未見報道，在實際的生產(chǎn)與生活中我們常常需要對多層物料進(jìn)行物位測量， 需要一種新型測量儀表的出現(xiàn)。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種可以對多層物料進(jìn)行測量的測量儀器。為解決上述技術(shù)問題,本發(fā)明提供一種多層物位自動測量儀及其測量方法。 本發(fā)明是釆取以下的技術(shù)方案來實現(xiàn)的本發(fā)明的多層物位自動測量儀包含測控計算機、驅(qū)動電機、導(dǎo)軌、滑塊、限 位開關(guān)、壓力傳感器、探桿和浮子，所述計算機連接著壓力傳感器、限位開關(guān) 和驅(qū)動電機，限位開關(guān)安裝在直線導(dǎo)軌上端，驅(qū)動電機帶動滑塊在導(dǎo)軌上移動， 探桿安裝在固定于滑塊上的壓力傳感器上。本發(fā)明的多層物位自動測量儀的測量原理為當(dāng)探桿勻速向下扎入多層不同 物料時，由于不同物料密度不同，則探桿在不同物料的界面處所受的阻力就會 有突變，記錄各個突變時刻探桿下移量，就能夠計算得到多層不同物料的厚度， 也就是基于力反饋測量多層物位。前述的多層物位自動測量儀，其特征在于探桿為剛性的，能夠直接把探桿下 移時所受的阻力高靈敏地傳遞給壓力傳感器。前述的多層物位自動測量儀，其特征在于壓力傳感器為稱重傳感器。前述的多層物位自動測量儀，其特征在于驅(qū)動電機為步進(jìn)電機，步進(jìn)電機具 有精確確定位移量的特點。4前述的多層物位自動測量儀，，其特征在于當(dāng)待測的多層物料物位間隔不大 時，導(dǎo)軌和滑塊釆用直線導(dǎo)軌副，驅(qū)動電機通過絲杠驅(qū)動滑塊上下移動，從而 實現(xiàn)探桿上下移動測量物位。前述的多層物位自動測量儀，其特征在于當(dāng)待測的多層物料物位間隔較大 時，導(dǎo)軌和滑塊采用齒輪和齒條結(jié)構(gòu)，把齒條固定在容器內(nèi)壁上，內(nèi)裝有齒輪 的滑塊在驅(qū)動電機的帶動下上下移動，從而實現(xiàn)探桿上下移動測量物位。前述的多層物位自動智能測量儀，其特征在于如果待測多層物料的密度相差 很小，為了增加不同界面的阻力突然變化量，探桿末端安裝一個中空平底浮子， 其平底大小根據(jù)物料密度差和壓力傳感器的靈敏度確定。前述的多層物位自動測量儀，其特征在于限位開關(guān)釆用抗干擾能力強和定位 精度高的遮擋式光電開關(guān)。前述的多層物位自動測量儀進(jìn)行自動測量的方法，其特征在于具有以下步驟(1) 測控系統(tǒng)初始化，即計算機控制驅(qū)動電機帶動滑塊在導(dǎo)軌上向上移動 到限位開關(guān)上部分處，然后計算機控制驅(qū)動電機帶動滑塊向下運動，這樣探桿 就會插入不同物料中，由于不同物料的密度不同，則探桿在不同物料的界面處所受的阻力就會突然增大，探桿實時把阻力傳遞給壓力傳感器；(2) 計算機實時檢測壓力傳感器的壓力變化，當(dāng)壓力突然增大量達(dá)到一定 數(shù)值時，就記錄該時刻驅(qū)動電機的位移量，直到壓力突然增大量很大時，也就 是探桿已經(jīng)下移到容器底層，記錄此時驅(qū)動電機位移量，計算機控制驅(qū)動電機帶動探桿返回到限位開關(guān)上部分處；(3) 計算機通過計算各個壓力突然增大時刻驅(qū)動電機的位移量之差，確定出各層物料的厚度值，為增加測量精度和可靠性，利用測量儀進(jìn)行多次重復(fù)測本發(fā)明專利的有益效果是能夠測量多層物料的物位，比如測量污水處理的沉 積池中水下泥沙厚度。而且能夠?qū)崿F(xiàn)在高污染、高溫、多粉塵、界面模糊等條 件下進(jìn)行物位測量。


圖l多層物位自動測量儀測量原理示意圖； 圖2多層物位自動測量儀實施例一的結(jié)構(gòu)示意圖左視圖； 圖3多層物位自動測量儀實施例一的結(jié)構(gòu)示意圖正視圖； 圖4多層物位自動測量儀實施例二的結(jié)構(gòu)示意圖左視圖；圖5多層物位自動測量儀實施例二的結(jié)構(gòu)示意圖正視圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明專利進(jìn) 一 步說明如圖1所示的本發(fā)明多層物位自動測量儀測量原理示意圖，該圖的縱坐標(biāo) 為探桿下移過程中所受阻力，橫坐標(biāo)為驅(qū)動電機距離限位開關(guān)的位移。第一個 突變點為探桿的浮子下移遇到多層物料的第一層與空氣的界面，第二個突變點 為探桿浮子全部進(jìn)入第一層物料中，第三個突變點為浮子下移遇到多層物料的 第一層與第二層的界面，同理，第四個突變點為浮子下移遇到多層物料的第二層物料與第三層物料的界面。根據(jù)各個突變點對應(yīng)的驅(qū)動電機位移，即能夠計 算得到各層物料厚度。如圖2和圖3所示的本發(fā)明多層物位自動測量儀實施例一的結(jié)構(gòu)示意圖， 其中多層物位自動測量儀包括:驅(qū)動電機的絲杠1、驅(qū)動電機2、限位開關(guān)上 部分3、測量儀支架4、直線導(dǎo)軌副的導(dǎo)軌5、滑塊6、壓力傳感器固定架7、壓 力傳感器8、探桿9、限位開關(guān)下部分10和浮子11。實施例一測量過程如下(1) 測控系統(tǒng)初始化，即計算機控制驅(qū)動電機2通過絲杠1帶動滑塊6在 導(dǎo)軌5上向上移動到限位開關(guān)上部分3處，限位開關(guān)動作，然后計算機控制驅(qū) 動電機2帶動滑塊6向下運動，這樣探桿9和浮子11就會插入不同物料中，由 于不同物料的密度不同，則探桿9和浮子11在不同物料的界面處所受的阻力就 會突然增大，探桿9實時把阻力傳遞給壓力傳感器8;(2) 計算機實時檢測壓力傳感器8的壓力變化，每次當(dāng)壓力突然增大量達(dá) 到一定數(shù)值時，就記錄該時刻驅(qū)動電機2的位移量，直到壓力突然增大量很大 時，也就是浮子ll已經(jīng)下移到容器底層，記錄此時驅(qū)動電機2位移量，計算機 控制驅(qū)動電機2帶動探桿9和浮子11返回到限位開關(guān)上部分處；(3) 計算機通過計算各個壓力突然增大時刻驅(qū)動電機2的位移量之差，就 確定出了各層物料的厚度值，為了增加測量精度和可靠性，該測量儀還能夠?qū)?現(xiàn)多次重復(fù)測量。如圖4和圖5所示的本發(fā)明多層物位自動測量儀實施例二的結(jié)構(gòu)示意圖， 所述多層物位自動測量儀包括固定于容器內(nèi)壁的齒條12、齒輪13、探桿9、 浮子11、限位開關(guān)上部分3、限位開關(guān)下部分10、驅(qū)動電機2、壓力傳感器8和滑塊6。實施例二測量過程如下(1) 測控系統(tǒng)初始化，即計算機控制驅(qū)動電機2通過齒輪13帶動滑塊6在 齒條上12向上移動到限位開關(guān)上部分3處，限位開關(guān)動作，然后計算機控制驅(qū) 動電機2帶動滑塊6向下運動，這樣探桿9和浮子11就會插入不同物料中，由 于不同物料的密度不同，則探桿9和浮子11在不同物料的界面處所受的阻力就 會突然增大，探桿9實時把阻力傳遞給壓力傳感器8;(2) 計算機實時檢測壓力傳感器8的壓力變化，每次當(dāng)壓力突然增大量達(dá) 到一定數(shù)值時，就記錄該時刻驅(qū)動電機2的位移量，直到壓力突然增大量很大 時，也就是浮子ll已經(jīng)下移到容器底層，記錄此時驅(qū)動電機2位移量，計算機 控制驅(qū)動電機2帶動探桿9和浮子11返回到限位開關(guān)上部分處；(3) 計算機通過計算各個壓力突然增大時刻驅(qū)動電機2的位移量之差，就 確定出了各層物料的厚度值，為了增加測量精度和可靠性，該測量儀還能夠?qū)?現(xiàn)多次重復(fù)測量。實驗表明該測量儀的測量誤差在lmm左右。除上述兩個實施例外，凡釆用等同替換或等效變換的形式所獲得的技術(shù)方 案，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種多層物位自動測量儀，其特征在于包含測控計算機、驅(qū)動電機(2)、導(dǎo)軌、滑塊(6)、限位開關(guān)、壓力傳感器(8)和探桿(9)，所述計算機連接著壓力傳感器(8)、限位開關(guān)和驅(qū)動電機(2)，限位開關(guān)安裝在直線導(dǎo)軌(2)上，驅(qū)動電機(2)帶動滑塊(6)上下移動，探桿(9)安裝在固定于滑塊(6)上的壓力傳感器(8)上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層物位自動測量儀，其特征在于所述探桿(9) 為剛性的。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的多層物位自動測量儀，其特征在于所述壓力傳感器(8) 為稱重傳感器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層物位自動測量儀，其特征在于驅(qū)動電機(2) 為步進(jìn)電機。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的多層物位自動測量儀，其特征在于所述導(dǎo)軌和滑塊 (6)釆用直線導(dǎo)軌副，驅(qū)動電機(2)通過絲杠驅(qū)動滑塊(6)在直線導(dǎo)軌副的導(dǎo)軌(5)上上下移動，從而實現(xiàn)探桿(9)上下移動測量物位。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的多層物位自動測量儀，其特征在于所述導(dǎo)軌和滑塊 (6)釆用齒條和齒輪結(jié)構(gòu)，齒條(12)做為導(dǎo)軌固定在容器內(nèi)壁上，內(nèi)裝有齒輪(13)的滑塊(6)在驅(qū)動電機(2)的帶動下上下移動，從而實現(xiàn)探桿(9) 上下移動測量物位。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層物位自動測量儀，其特征在于所述探桿末端安 裝一個中空平底浮子(11)，其平底大小根據(jù)物料密度差和壓力傳感器的靈敏 度確定。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的多層物位自動測量儀，其特征在于所述限位開關(guān)釆 用抗干擾能力強和定位精度高的遮擋式光電開關(guān)。
9. 一種利用權(quán)利要求l所述的多層物位自動測量儀進(jìn)行自動測量的方法，其特 征在于包括以下步驟(1)測控系統(tǒng)初始化，即計算機控制驅(qū)動電機(2)帶動滑塊(6)在導(dǎo)軌 上向上移動到限位開關(guān)上部分(3)處，然后計算機控制驅(qū)動電機(2)帶動 滑塊(6)向下運動，這樣探桿(9)就會插入不同物料中，由于不同物料的 密度不同，則探桿(9)在不同物料的界面處所受的阻力就會突然增大，探桿 實時把阻力傳遞給壓力傳感器(8);(2) 計算機實時檢測壓力傳感器(8)的壓力變化，每當(dāng)壓力突然增大量達(dá) 到一定數(shù)值時，就記錄該時刻驅(qū)動電機的位移量，直到壓力迅速增大量很大 時，也就是探桿已經(jīng)下移到容器底層，記錄此時驅(qū)動電機(2)位移量，計算 機控制驅(qū)動電機(2)帶動探桿(9)返回到限位開關(guān)上部分處；(3) 計算機通過計算各個壓力突然增大時刻驅(qū)動電機的位移量之差，確定 出各層物料的厚度值，為增加測量精度和可靠性，利用該測量儀進(jìn)行多次重
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多層物位自動測量儀器及其測量方法，所述多層物位自動測量儀包含測控計算機、驅(qū)動電機、導(dǎo)軌、滑塊、限位開關(guān)、壓力傳感器、探桿和浮子，所述計算機連接著壓力傳感器、限位開關(guān)和驅(qū)動電機，限位開關(guān)安裝在直線導(dǎo)軌上端，驅(qū)動電機帶動滑塊在導(dǎo)軌上移動，探桿安裝在固定于滑塊上的壓力傳感器上。本發(fā)明的多層物位自動測量儀器能夠測量多層物料的物位，而且能夠?qū)崿F(xiàn)在高污染、高溫、多粉塵、界面模糊等條件下進(jìn)行物位測量。
文檔編號G01F23/14GK101329191SQ200810123088
公開日2008年12月24日 申請日期2008年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月16日
發(fā)明者丁茂實, 吳昆明, 姚恩濤, 宋大鵬, 徐貴力, 程月華 申請人:南京航空航天大學(xué)