一種基于超聲波衰減原理的液位檢測(cè)和流量監(jiān)測(cè)裝置及方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于超聲波衰減原理的液位檢測(cè)和流量監(jiān)測(cè)裝置及方法，包括檢測(cè)裝置、機(jī)架、控制系統(tǒng)和容器等。適用于密閉容器的非接觸式液位檢測(cè)和流量監(jiān)測(cè)。本發(fā)明專(zhuān)利的技術(shù)效果在于利用超聲波穿過(guò)不同物質(zhì)存在不同衰減率的特性，對(duì)不同位置的衰減率進(jìn)行比對(duì)的方法找出密閉容器內(nèi)的氣液分界面位置從而確定液面與密閉容器的相對(duì)高度，實(shí)現(xiàn)液面檢測(cè)的效果。根據(jù)液面高度變化的速度和已知容器的橫截面積可以計(jì)算出密閉容器內(nèi)的液體體積變化，即實(shí)現(xiàn)流量監(jiān)測(cè)。在檢測(cè)過(guò)程中，檢測(cè)裝置無(wú)需與容器和被測(cè)液體接觸，故可以兼容更多尺寸的容器，對(duì)被測(cè)液體也無(wú)任何污染。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種基于超聲波衰減原理的液位檢測(cè)和流量監(jiān)測(cè)裝置及方
法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于超聲波衰減原理的液位檢測(cè)和流量監(jiān)測(cè)裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，液位檢測(cè)的方法主要有機(jī)械式浮筒方法、超聲波界面反射方法、電容法、電阻法和光電檢測(cè)方法等。
[0003]機(jī)械式浮筒方法是利用空心浮筒在水中的浮力來(lái)計(jì)算液位的高度。電容法或電阻法是通過(guò)電極與被測(cè)液體導(dǎo)通，測(cè)量被測(cè)液體的電性能參數(shù)。以上的方法由于需要與液體接觸，容易造成液體污染。
[0004]超聲波界面反射方法一般設(shè)置在容器開(kāi)口上方，超聲波收發(fā)器與容器底部的距離為已知參數(shù)。超聲波向容器底部傳輸，當(dāng)遇到氣液界面時(shí)發(fā)生發(fā)射與透射(或折射)，超聲波收發(fā)器接收反射波計(jì)算超聲波收發(fā)器與氣液界面的距離，從而得出液位高度。目前也有將超聲波收發(fā)器放置在其他位置的超聲波界面反射方法，其原理仍然一樣。此種方式目前被廣泛用于與大型容器，不適用于比較小型化的密閉容器液位檢測(cè)。
[0005]光電檢測(cè)方法是在透明容器的兩側(cè)設(shè)置紅外發(fā)射器和接收器，利用紅外信號(hào)在穿過(guò)液體和穿過(guò)氣體的折射率差異檢測(cè)液面位置。此種方法是最接近于本發(fā)明的一種應(yīng)用方式，但光電檢測(cè)方法對(duì)容器和液體的透明度有較高的要求，因此對(duì)容器也被測(cè)液體的兼容性較差。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]為了克服目前小型密閉容器的液位檢測(cè)不便的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種應(yīng)用靈活、安全可靠且兼容性強(qiáng)的基于超聲波衰減原理的液位檢測(cè)和流量監(jiān)測(cè)裝置及方法。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種基于超聲波衰減原理的液位檢測(cè)和流量監(jiān)測(cè)裝置，包括檢測(cè)裝置、機(jī)架、控制系統(tǒng)和容器，所述的檢測(cè)裝置和容器分別設(shè)置于機(jī)架上，所述的控制系統(tǒng)固定于機(jī)架上且分別通信連接機(jī)架和檢測(cè)裝置；
[0008]所述的檢測(cè)裝置包括檢測(cè)支架、超聲波發(fā)生器和超聲波接收器，所述的檢測(cè)支架為設(shè)有兩平行的支臂的U形支架，超聲波發(fā)生器和超聲波接收器分別固定于支架的兩支臂的內(nèi)側(cè)且平行相對(duì)設(shè)置，檢測(cè)支架水平的設(shè)置于機(jī)架上；
[0009]所述的機(jī)架包括機(jī)架本體、容器支架、檢測(cè)裝置豎直運(yùn)動(dòng)模組和檢測(cè)裝置位置感應(yīng)模組，所述的容器支架設(shè)置于機(jī)架本體的上部并用于懸吊容器使其處于檢測(cè)支架的兩支臂之間，所述的檢測(cè)裝置豎直運(yùn)動(dòng)模組設(shè)置于機(jī)架本體上并連接檢測(cè)支架以驅(qū)動(dòng)其在豎直方向上運(yùn)動(dòng)，所述的檢測(cè)裝置位置感應(yīng)模組安裝于檢測(cè)支架后部并用于檢測(cè)檢測(cè)支架所處位置；
[0010]所述的控制系統(tǒng)包括控制電路，所述的控制電路分別與超聲波發(fā)生器、超聲波接收器、檢測(cè)裝置豎直運(yùn)動(dòng)模組和檢測(cè)裝置位置感應(yīng)模組通信連接；
[0011]所述的容器通過(guò)容器支架豎直的懸吊于檢測(cè)支架的兩平行支臂之間，容器上設(shè)有一液體出口和一氣體入口。
[0012]所述的裝置，所述檢測(cè)支架上還設(shè)有一直觀標(biāo)尺，直觀標(biāo)尺固定于檢測(cè)支架的內(nèi)側(cè)上并處于容器后方且與超聲波發(fā)生器和超聲波接收器的相對(duì)水平位置相同。
[0013]所述的裝置，所述的直觀標(biāo)尺由自發(fā)光光源構(gòu)成，所述的檢測(cè)裝置豎直運(yùn)動(dòng)模組為螺桿運(yùn)動(dòng)模組，所述的檢測(cè)裝置位置感應(yīng)模組為光柵尺模組。
[0014]所述的裝置，所述的控制電路為單片機(jī)、工控機(jī)、FPGA、PLC中的任一種。
[0015]一種基于超聲波衰減原理的液位檢測(cè)方法，采用上述的裝置，包括以下步驟:
[0016]步驟一:將裝有液體的容器固定于容器支架上，檢測(cè)支架在豎直方向上由預(yù)設(shè)的上端極限位置向下運(yùn)動(dòng)到下端極限位置，然后回到上端極限位置，在檢測(cè)支架運(yùn)動(dòng)時(shí)，超聲波發(fā)生器持續(xù)發(fā)射超聲信號(hào)并被超聲波接收器接收，同時(shí)記錄下所接收的超聲波信號(hào)參數(shù)以及與參數(shù)相對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)位置，完成第一次掃描；
[0017]步驟二:容器內(nèi)液體流出，氣體進(jìn)入；
[0018]步驟三:檢測(cè)支架再次在豎直方向上由上端極限位置向下運(yùn)動(dòng)，在檢測(cè)支架運(yùn)動(dòng)時(shí)，超聲波發(fā)生器仍持續(xù)發(fā)射超聲信號(hào)并被超聲波接收器接收，所接收到的超聲信號(hào)與第一次掃描時(shí)相對(duì)應(yīng)位置所記錄的超聲信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)接收到與第一次掃描不同的超聲信號(hào)時(shí)，即表明檢測(cè)裝置到達(dá)第一次掃描時(shí)容器的氣液分界面位置；
[0019]步驟四:檢測(cè)支架繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)接受到的超聲信號(hào)與第一次掃描時(shí)信號(hào)變?yōu)橄嗤瑫r(shí)，表明超聲波接收器到達(dá)當(dāng)前容器的氣液分界面位置，檢測(cè)支架停止運(yùn)動(dòng)，完成液位檢測(cè)。
[0020]所述的基于超聲波衰減原理的液位檢測(cè)方法，所述的的步驟一中，預(yù)設(shè)的上端極限位置為容器頂部，預(yù)設(shè)的下端極限位置為容器底部。
[0021]一種基于超聲波衰減原理的流量監(jiān)測(cè)方法，采用上述的裝置，包括以下步驟:
[0022]步驟一:將裝有液體的容器固定于容器支架上，檢測(cè)支架在豎直方向上由預(yù)設(shè)的上端極限位置向下運(yùn)動(dòng)到下端極限位置，然后回到上端極限位置，在檢測(cè)支架運(yùn)動(dòng)時(shí)，超聲波發(fā)生器持續(xù)發(fā)射超聲信號(hào)并被超聲波接收器接收，同時(shí)記錄下所接收的超聲波信號(hào)參數(shù)以及與參數(shù)相對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)位置，完成第一次掃描；
[0023]步驟二:容器內(nèi)液體流出，氣體進(jìn)入；
[0024]步驟三:檢測(cè)支架再次在豎直方向上由上端極限位置向下運(yùn)動(dòng)，在檢測(cè)支架運(yùn)動(dòng)時(shí)，超聲波發(fā)生器仍持續(xù)發(fā)射超聲信號(hào)并被超聲波接收器接收，所接收到的超聲信號(hào)與第一次掃描時(shí)相對(duì)應(yīng)位置所記錄的超聲信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)接收到與第一次掃描不同的超聲信號(hào)時(shí)，即表明檢測(cè)裝置到達(dá)第一次掃描時(shí)容器的氣液分界面位置；
[0025]步驟四:檢測(cè)支架繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)接收到的超聲信號(hào)與第一次掃描時(shí)信號(hào)變?yōu)橄嗤瑫r(shí)，表明超聲波接收器到達(dá)當(dāng)前容器的氣液分界面位置，記錄時(shí)間，檢測(cè)支架繼續(xù)向下移動(dòng)預(yù)設(shè)距離，然后停止運(yùn)動(dòng)；
[0026]步驟五:當(dāng)接收到的超聲信號(hào)又變?yōu)榕c第一次掃描不同時(shí)，檢測(cè)裝置重新開(kāi)始向下運(yùn)動(dòng)，同時(shí)計(jì)算當(dāng)前時(shí)間與上一步驟中所記錄的時(shí)間之差，結(jié)合容器已知的相關(guān)尺寸即得到容器在預(yù)設(shè)距離內(nèi)的液體體積，液體體積除以時(shí)間即得液體流量；
[0027]步驟六:重復(fù)步驟四-五，得出相應(yīng)時(shí)間內(nèi)的液體流量，直至容器內(nèi)液體流出完畢，即檢測(cè)支架到達(dá)容器底部。
[0028]所述的基于超聲波衰減原理的液位檢測(cè)方法，所述的的步驟一中，預(yù)設(shè)的上端極限位置為容器頂部，預(yù)設(shè)的下端極限位置為容器底部。
[0029]所述的基于超聲波衰減原理的液位檢測(cè)方法，步驟四中所述的預(yù)設(shè)距離為容器總高度的1/2?1/1015。
[0030]所述的基于超聲波衰減原理的液位檢測(cè)方法，檢測(cè)支架向下運(yùn)動(dòng)的速度為檢測(cè)裝置豎直運(yùn)動(dòng)模組最大運(yùn)動(dòng)速度，且檢測(cè)裝置豎直運(yùn)動(dòng)模組最大運(yùn)動(dòng)速度大于液面下降速度。
[0031]本發(fā)明的技術(shù)效果在于，通過(guò)本發(fā)明的裝置及方法，適用于中、小型容器的液位檢測(cè)與流量監(jiān)測(cè)，檢測(cè)裝置無(wú)需與被測(cè)物質(zhì)和被測(cè)容器直接接觸，避免了被測(cè)物質(zhì)的污染，也可以適應(yīng)多種形狀和材料的容器。
[0032]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
【專(zhuān)利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0033]圖1為本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖2為本發(fā)明裝置背面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖3為本發(fā)明正視角結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖4為本發(fā)明俯視角結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037]圖5為本發(fā)明側(cè)視角檢測(cè)裝置運(yùn)動(dòng)位置示意圖；
[0038]圖6為本發(fā)明檢測(cè)方法示意圖，其中(a)為檢測(cè)裝置處于液面之上，(b)為檢測(cè)裝置處于液面之下；
[0039]圖7為本發(fā)明超聲波信號(hào)路徑示意圖；
[0040]其中，10為檢測(cè)裝置、11為檢測(cè)支架、12為超聲波發(fā)生器、13為超聲波接收器、14為直觀標(biāo)尺、21為容器支架、22為檢測(cè)裝置豎直運(yùn)動(dòng)模組、23為檢測(cè)裝置位置感應(yīng)模組、30為控制系統(tǒng)、40為容器、50為容器內(nèi)的氣體、51為超聲波檢測(cè)平面、52為容器內(nèi)的液體。
【具體實(shí)施方式】
[0041]本發(fā)明的超聲檢測(cè)原理是:超聲波發(fā)生器產(chǎn)生超聲波穿過(guò)氣體(空氣)一固體(容器壁)一液體或氣體(容器內(nèi)液體或氣體)一固體(容器壁)一氣體(空氣)直到超聲波接收器。由超聲波接收器接收超聲波的透射信號(hào)，即經(jīng)過(guò)衰減后的信號(hào)。超聲波接收器接收的信號(hào)傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)。
[0042]參見(jiàn)圖1-圖7，本實(shí)施例包括檢測(cè)裝置、機(jī)架、控制系統(tǒng)和容器，檢測(cè)裝置和容器分別設(shè)置于機(jī)架上，控制系統(tǒng)固定于機(jī)架上且分別通信連接機(jī)架和檢測(cè)裝置；
[0043]檢測(cè)裝置包括檢測(cè)支架、超聲波發(fā)生器和超聲波接收器，檢測(cè)支架為設(shè)有兩平行的支臂的U形支架，超聲波發(fā)生器和超聲波接收器分別固定于支架的兩支臂的內(nèi)側(cè)且平行相對(duì)設(shè)置，檢測(cè)支架水平的設(shè)置于機(jī)架上；
[0044]機(jī)架包括機(jī)架本體、容器支架、檢測(cè)裝置豎直運(yùn)動(dòng)模組和檢測(cè)裝置位置感應(yīng)模組，容器支架設(shè)置于機(jī)架本體的上部并用于懸吊容器使其處于檢測(cè)支架的兩支臂之間，檢測(cè)裝置豎直運(yùn)動(dòng)模組設(shè)置于機(jī)架本體上并連接檢測(cè)支架以驅(qū)動(dòng)其在豎直方向上運(yùn)動(dòng)，檢測(cè)裝置位置感應(yīng)模組安裝于檢測(cè)支架后部并用于檢測(cè)檢測(cè)支架所處位置；
[0045]控制系統(tǒng)包括控制電路，控制電路分別與超聲波發(fā)生器、超聲波接收器、檢測(cè)裝置豎直運(yùn)動(dòng)模組和檢測(cè)裝置位置感應(yīng)模組通信連接；
[0046]容器通過(guò)容器支架豎直的懸吊于檢測(cè)支架的兩平行支臂之間，容器上設(shè)有一液體出口和一氣體入口。
[0047]檢測(cè)支架上還設(shè)有一直觀標(biāo)尺，直觀標(biāo)尺固定于檢測(cè)支架的內(nèi)側(cè)上并處于容器后方且與超聲波發(fā)生器和超聲波接收器的相對(duì)水平位置相同。
[0048]直觀標(biāo)尺由自發(fā)光光源構(gòu)成，檢測(cè)裝置豎直運(yùn)動(dòng)模組為螺桿運(yùn)動(dòng)模組，檢測(cè)裝置位置感應(yīng)模組為光柵尺模組。
[0049]控制電路為單片機(jī)、工控機(jī)、FPGA、PLC中的任一種。
[0050]本發(fā)明的液位檢測(cè)方法實(shí)施例，采用上述的裝置，包括以下步驟:
[0051]步驟一:將裝有液體的容器固定于容器支架上，檢測(cè)支架在豎直方向上由預(yù)設(shè)的上端極限位置向下運(yùn)動(dòng)到下端極限位置，然后回到上端極限位置，在檢測(cè)支架運(yùn)動(dòng)時(shí)，超聲波發(fā)生器持續(xù)發(fā)射超聲信號(hào)并被超聲波接收器接收，同時(shí)記錄下所接收的超聲波信號(hào)參數(shù)以及與參數(shù)相對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)位置，完成第一次掃描；
[0052]步驟二:容器內(nèi)液體流出，氣體進(jìn)入；
[0053]步驟三:檢測(cè)支架再次在豎直方向上由上端極限位置向下運(yùn)動(dòng)，在檢測(cè)支架運(yùn)動(dòng)時(shí)，超聲波發(fā)生器仍持續(xù)發(fā)射超聲信號(hào)并被超聲波接收器接收，所接收到的超聲信號(hào)與第一次掃描時(shí)相對(duì)應(yīng)位置所記錄的超聲信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)接收到與第一次掃描不同的超聲信號(hào)時(shí)，即表明檢測(cè)裝置到達(dá)第一次掃描時(shí)容器的氣液分界面位置；
[0054]步驟四:檢測(cè)支架繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)接受到的超聲信號(hào)與第一次掃描時(shí)信號(hào)變?yōu)橄嗤瑫r(shí)，表明超聲波接收器到達(dá)當(dāng)前容器的氣液分界面位置，檢測(cè)支架停止運(yùn)動(dòng)，完成液位檢測(cè)。
[0055]上述方法的步驟一中，預(yù)設(shè)的上端極限位置為容器頂部，預(yù)設(shè)的下端極限位置為容器底部。
[0056]本發(fā)明的流量監(jiān)測(cè)方法實(shí)施例，采用上述裝置，包括以下步驟:
[0057]步驟一:將裝有液體的容器固定于容器支架上，檢測(cè)支架在豎直方向上由預(yù)設(shè)的上端極限位置向下運(yùn)動(dòng)到下端極限位置，然后回到上端極限位置，在檢測(cè)支架運(yùn)動(dòng)時(shí)，超聲波發(fā)生器持續(xù)發(fā)射超聲信號(hào)并被超聲波接收器接收，同時(shí)記錄下所接收的超聲波信號(hào)參數(shù)以及與參數(shù)相對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)位置，完成第一次掃描；
[0058]步驟二:容器內(nèi)液體流出，氣體進(jìn)入；
[0059]步驟三:檢測(cè)支架再次在豎直方向上由上端極限位置向下運(yùn)動(dòng)，在檢測(cè)支架運(yùn)動(dòng)時(shí)，超聲波發(fā)生器仍持續(xù)發(fā)射超聲信號(hào)并被超聲波接收器接收，所接收到的超聲信號(hào)與第一次掃描時(shí)相對(duì)應(yīng)位置所記錄的超聲信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)接收到與第一次掃描不同的超聲信號(hào)時(shí)，即表明檢測(cè)裝置到達(dá)第一次掃描時(shí)容器的氣液分界面位置；
[0060]步驟四:檢測(cè)支架繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)接收到的超聲信號(hào)與第一次掃描時(shí)信號(hào)變?yōu)橄嗤瑫r(shí)，表明超聲波接收器到達(dá)當(dāng)前容器的氣液分界面位置，記錄時(shí)間，檢測(cè)支架繼續(xù)向下移動(dòng)預(yù)設(shè)距離，然后停止運(yùn)動(dòng)；
[0061]步驟五:當(dāng)接收到的超聲信號(hào)又變?yōu)榕c第一次掃描不同時(shí)，檢測(cè)裝置重新開(kāi)始向下運(yùn)動(dòng)，同時(shí)計(jì)算當(dāng)前時(shí)間與上一步驟中所記錄的時(shí)間之差，結(jié)合容器已知的相關(guān)尺寸即得到容器在預(yù)設(shè)距離內(nèi)的液體體積，液體體積除以時(shí)間即得液體流量；
[0062]步驟六:重復(fù)步驟四-五，得出相應(yīng)時(shí)間內(nèi)的液體流量，直至容器內(nèi)液體流出完畢，即檢測(cè)支架到達(dá)容器底部。
[0063]上述方法的步驟一中，預(yù)設(shè)的上端極限位置為容器頂部，預(yù)設(shè)的下端極限位置為容器底部。
[0064]上述方法的步驟四中預(yù)設(shè)距離為容器總高度的1/2?1/1015。
[0065]上述方法，檢測(cè)支架向下運(yùn)動(dòng)的速度為檢測(cè)裝置豎直運(yùn)動(dòng)模組最大運(yùn)動(dòng)速度，且檢測(cè)裝置豎直運(yùn)動(dòng)模組最大運(yùn)動(dòng)速度大于液面下降速度。
[0066]下面對(duì)本發(fā)明方法部分作出原理解釋:當(dāng)未開(kāi)始檢測(cè)，即初始狀態(tài)時(shí)，容器內(nèi)全部容積為液體或一部分容積為液體另一部分容積為氣體。容器固定在容器支架上，容器支架使容器的垂直方向與超聲波檢測(cè)平面垂直。檢測(cè)裝置隨運(yùn)動(dòng)模組在垂直方向從上端極限位置向下運(yùn)動(dòng)到下端極限位置，然后回到上端極限位置。在檢測(cè)裝置垂直方向上下運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，超聲波接收器所接收到的信號(hào)參數(shù)與檢測(cè)裝置位置感應(yīng)模組確認(rèn)的的超聲波接收器所在的具體位置一一對(duì)應(yīng)。這個(gè)階段為第一次掃描。
[0067]當(dāng)容器內(nèi)的液體從液體出口流出時(shí),氣體也由氣體入口進(jìn)入容器內(nèi)，容器內(nèi)的液體減少、氣體增多，容器內(nèi)的氣液分界面向垂直方向下方移動(dòng)。這時(shí)檢測(cè)裝置從上端極限位置向下移動(dòng)，并對(duì)第一次掃描時(shí)所得到的參數(shù)進(jìn)行比對(duì)。由于超聲波信號(hào)在氣體和液體中的傳播速度不一樣，在檢測(cè)裝置移動(dòng)新的氣液分界面上方某一區(qū)域位置時(shí)，超聲波接收器所接收的信號(hào)參數(shù)與第一次掃描時(shí)在該區(qū)域位置的信號(hào)會(huì)產(chǎn)生較大的差異。檢測(cè)裝置繼續(xù)向下移動(dòng)，當(dāng)移動(dòng)到超聲波接收器接收到的信號(hào)參數(shù)又變回與第一次掃描時(shí)相同時(shí)停止。在超聲波接收器接收到與第一次掃描時(shí)相同或相近的信號(hào)參數(shù)的瞬間所對(duì)應(yīng)的位置為當(dāng)前氣液分界面的位置，這樣就完成了對(duì)當(dāng)前液面的定位。
[0068]當(dāng)需要檢測(cè)液體流量時(shí)，只需在檢測(cè)裝置完成對(duì)當(dāng)前液面的定位后，再向下移動(dòng)一個(gè)預(yù)設(shè)距離，然后停止運(yùn)動(dòng)，當(dāng)液面不斷下降，直到超聲信號(hào)變?yōu)榕c第一次掃描不同時(shí)，表明液面已經(jīng)下降到檢測(cè)裝置的位置，那么記錄這個(gè)時(shí)間，再與之前液面定位時(shí)的時(shí)間相減，即可得到液面下降預(yù)設(shè)距離所用去的時(shí)間，由于容器的長(zhǎng)寬高均為已知，即可得到預(yù)設(shè)距離內(nèi)所容納的液體體積，液體體積除以液面下降預(yù)設(shè)距離所用去的時(shí)間即得到液體流量，而這個(gè)預(yù)設(shè)距離可根據(jù)實(shí)際檢測(cè)需要來(lái)進(jìn)行調(diào)整，值越小，相應(yīng)的檢測(cè)精度則越高，范圍可取在容器總高度的1/2?1/1015。同時(shí)，檢測(cè)裝置上的直觀標(biāo)尺為L(zhǎng)ED燈條，由于直觀標(biāo)尺隨著檢測(cè)裝置移動(dòng)，這樣就能使氣液分界面的位置從肉眼查看更加直觀。
[0069]控制系統(tǒng)可以根據(jù)氣液分界面位移速度與已知容器橫截面可以計(jì)算出液體流出的流量，并將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)送至指定設(shè)備。
【權(quán)利要求】
1.一種基于超聲波衰減原理的液位檢測(cè)和流量監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，包括檢測(cè)裝置、機(jī)架、控制系統(tǒng)和容器，所述的檢測(cè)裝置和容器分別設(shè)置于機(jī)架上，所述的控制系統(tǒng)固定于機(jī)架上且分別通信連接機(jī)架和檢測(cè)裝置； 所述的檢測(cè)裝置包括檢測(cè)支架、超聲波發(fā)生器和超聲波接收器，所述的檢測(cè)支架為設(shè)有兩平行的支臂的U形支架，超聲波發(fā)生器和超聲波接收器分別固定于支架的兩支臂的內(nèi)側(cè)且平行相對(duì)設(shè)置，檢測(cè)支架水平的設(shè)置于機(jī)架上； 所述的機(jī)架包括機(jī)架本體、容器支架、檢測(cè)裝置豎直運(yùn)動(dòng)模組和檢測(cè)裝置位置感應(yīng)模組，所述的容器支架設(shè)置于機(jī)架本體的上部并用于懸吊容器使其處于檢測(cè)支架的兩支臂之間，所述的檢測(cè)裝置豎直運(yùn)動(dòng)模組設(shè)置于機(jī)架本體上并連接檢測(cè)支架以驅(qū)動(dòng)其在豎直方向上運(yùn)動(dòng)，所述的檢測(cè)裝置位置感應(yīng)模組安裝于檢測(cè)支架后部并用于檢測(cè)檢測(cè)支架所處位置； 所述的控制系統(tǒng)包括控制電路，所述的控制電路分別與超聲波發(fā)生器、超聲波接收器、檢測(cè)裝置豎直運(yùn)動(dòng)模組和檢測(cè)裝置位置感應(yīng)模組通信連接； 所述的容器通過(guò)容器支架豎直的懸吊于檢測(cè)支架的兩平行支臂之間，容器上設(shè)有一液體出口和一氣體入口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述檢測(cè)支架上還設(shè)有一直觀標(biāo)尺，直觀標(biāo)尺固定于檢測(cè)支架的內(nèi)側(cè)上并處于容器后方且與超聲波發(fā)生器和超聲波接收器的相對(duì)水平位置相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述的直觀標(biāo)尺由自發(fā)光光源構(gòu)成，所述的檢測(cè)裝置豎直運(yùn)動(dòng)模組為螺桿運(yùn)動(dòng)模組，所述的檢測(cè)裝置位置感應(yīng)模組為光柵尺模組。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述的控制電路為單片機(jī)、工控機(jī)、FPGA、PLC中的任一種。
5.一種基于超聲波衰減原理的液位檢測(cè)方法，其特征在于，采用權(quán)利要求1-4任一所述的裝置，包括以下步驟: 步驟一:將裝有液體的容器固定于容器支架上，檢測(cè)支架在豎直方向上由預(yù)設(shè)的上端極限位置向下運(yùn)動(dòng)到下端極限位置，然后回到上端極限位置，在檢測(cè)支架運(yùn)動(dòng)時(shí)，超聲波發(fā)生器持續(xù)發(fā)射超聲信號(hào)并被超聲波接收器接收，同時(shí)記錄下所接收的超聲波信號(hào)參數(shù)以及與參數(shù)相對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)位置，完成第一次掃描； 步驟二:容器內(nèi)液體流出，氣體進(jìn)入； 步驟三:檢測(cè)支架再次在豎直方向上由上端極限位置向下運(yùn)動(dòng)，在檢測(cè)支架運(yùn)動(dòng)時(shí)，超聲波發(fā)生器仍持續(xù)發(fā)射超聲信號(hào)并被超聲波接收器接收，所接收到的超聲信號(hào)與第一次掃描時(shí)相對(duì)應(yīng)位置所記錄的超聲信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)接收到與第一次掃描不同的超聲信號(hào)時(shí)，即表明檢測(cè)裝置到達(dá)第一次掃描時(shí)容器的氣液分界面位置； 步驟四:檢測(cè)支架繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)接受到的超聲信號(hào)與第一次掃描時(shí)信號(hào)變?yōu)橄嗤瑫r(shí)，表明超聲波接收器到達(dá)當(dāng)前容器的氣液分界面位置，檢測(cè)支架停止運(yùn)動(dòng)，完成液位檢測(cè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于超聲波衰減原理的液位檢測(cè)方法，其特征在于，所述的的步驟一中，預(yù)設(shè)的上端極限位置為容器頂部，預(yù)設(shè)的下端極限位置為容器底部。
7.一種基于超聲波衰減原理的流量監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，采用權(quán)利要求1-4任一所述的裝置，包括以下步驟: 步驟一:將裝有液體的容器固定于容器支架上，檢測(cè)支架在豎直方向上由預(yù)設(shè)的上端極限位置向下運(yùn)動(dòng)到下端極限位置，然后回到上端極限位置，在檢測(cè)支架運(yùn)動(dòng)時(shí)，超聲波發(fā)生器持續(xù)發(fā)射超聲信號(hào)并被超聲波接收器接收，同時(shí)記錄下所接收的超聲波信號(hào)參數(shù)以及與參數(shù)相對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)位置，完成第一次掃描； 步驟二:容器內(nèi)液體流出，氣體進(jìn)入； 步驟三:檢測(cè)支架再次在豎直方向上由上端極限位置向下運(yùn)動(dòng)，在檢測(cè)支架運(yùn)動(dòng)時(shí)，超聲波發(fā)生器仍持續(xù)發(fā)射超聲信號(hào)并被超聲波接收器接收，所接收到的超聲信號(hào)與第一次掃描時(shí)相對(duì)應(yīng)位置所記錄的超聲信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)接收到與第一次掃描不同的超聲信號(hào)時(shí)，即表明檢測(cè)裝置到達(dá)第一次掃描時(shí)容器的氣液分界面位置； 步驟四:檢測(cè)支架繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)接收到的超聲信號(hào)與第一次掃描時(shí)信號(hào)變?yōu)橄嗤瑫r(shí)，表明超聲波接收器到達(dá)當(dāng)前容器的氣液分界面位置，記錄時(shí)間，檢測(cè)支架繼續(xù)向下移動(dòng)預(yù)設(shè)距離，然后停止運(yùn)動(dòng)； 步驟五:當(dāng)接收到的超聲信號(hào)又變?yōu)榕c第一次掃描不同時(shí)，檢測(cè)裝置重新開(kāi)始向下運(yùn)動(dòng)，同時(shí)計(jì)算當(dāng)前時(shí)間與上一步驟中所記錄的時(shí)間之差，結(jié)合容器已知的相關(guān)尺寸即得到容器在預(yù)設(shè)距離內(nèi)的液體體積，液體體積除以時(shí)間即得液體流量； 步驟六:重復(fù)步驟四-五，得出相應(yīng)時(shí)間內(nèi)的液體流量，直至容器內(nèi)液體流出完畢，即檢測(cè)支架到達(dá)容器底部。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于超聲波衰減原理的液位檢測(cè)方法，其特征在于，所述的的步驟一中，預(yù)設(shè)的上端極限位置為容器頂部，預(yù)設(shè)的下端極限位置為容器底部。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于超聲波衰減原理的液位檢測(cè)方法，其特征在于，步驟四中所述的預(yù)設(shè)距離為容器總高度的1/2?1/1015。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于超聲波衰減原理的液位檢測(cè)方法，其特征在于，檢測(cè)支架向下運(yùn)動(dòng)的速度為檢測(cè)裝置豎直運(yùn)動(dòng)模組最大運(yùn)動(dòng)速度，且檢測(cè)裝置豎直運(yùn)動(dòng)模組最大運(yùn)動(dòng)速度大于液面下降速度。
【文檔編號(hào)】G01D21/02GK104165654SQ201410360334
【公開(kāi)日】2014年11月26日 申請(qǐng)日期:2014年7月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月25日
【發(fā)明者】汪勛, 陳璐, 方維 申請(qǐng)人:長(zhǎng)城信息產(chǎn)業(yè)股份有限公司, 湖南長(zhǎng)城醫(yī)療科技有限公司