專利名稱：精密數(shù)字水位儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種精密數(shù)字水位儀，它屬于液位測量領(lǐng)域。
目前的液位測量儀精密度水平低，且造價高，影響科研試驗與檢測工作。
本發(fā)明的目的是要提供一種提高科研實驗中的測量精度，滿足科研試驗和檢測工作中需要的高精度測量儀。
發(fā)明是這樣實現(xiàn)的精密數(shù)字水位儀是由儀器和傳感器兩部份組成。儀器部份是由輸入電路、控制電路和計數(shù)電路組成，

圖1.為本發(fā)明工作原理方框圖，現(xiàn)簡述如下一開機，測針向上尋找零點，對零后，測針由上而下尋找水面，測針一接觸水面，計數(shù)器顯示高程，爾后，測針由下而上脫離水面，一脫離水面，測針又由上而下尋找水面......，周而復始測針始終跟蹤水面，計數(shù)電路相應(yīng)地顯示出實際的高程。
傳感器的主要部件是步進電機直接帶動的絲桿和連著測針的傳動螺母，螺母的旋轉(zhuǎn)受到機架上導槽的限制，故絲桿旋轉(zhuǎn)時，螺母不能旋轉(zhuǎn)，而帶著測針向上或向下運動。絲桿和螺母在制造時借助精密絲攻來完成。
圖2.為傳感器結(jié)構(gòu)圖。1為步進電機，2為電機座，3連接套，4內(nèi)導白塊，5機架，6螺母，7插座，8上微開關(guān)，9滑塊，10絲桿，11測針，12下微開關(guān)，13軸承，14軸承座。
圖3.為本發(fā)明電路圖。I為輸入部份，II為控制部份，III為顯示部份，IV為輸出部份。
一.輸入部份這是將傳感器感知的水面非電信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娍刂菩盘柕碾娐?，是非電量測儀器的關(guān)鍵電路。由T101至T108所構(gòu)成的振蕩、檢波、整形、反相放大所組成(見第I部份所示)。
其感知測針有無觸水而送出一個信號，觸水則振蕩器停振，經(jīng)檢波、整形、反相放大輸出一個“0”態(tài)信號。相反，脫水則輸出一個“1”態(tài)信號?？刂撇糠莞鶕?jù)其“1”態(tài)和“0”態(tài)來決定其工作方式。
二.控制部份(見第II部份)1.控制部份是儀器的樞紐，在設(shè)計時考慮了以下功能(1).工作時，測針應(yīng)能高精度自動跟蹤水面，在測針向下觸及水面時，數(shù)字應(yīng)顯示片刻以備觀察和打印。
(2).開機時，不論測針是否在水中，應(yīng)總是先向上尋找基準微動開關(guān)，碰觸后數(shù)字顯示基準高程，并顯示片刻以便觀察和是否正確。然后自動返回跟蹤水面。
(3).應(yīng)能自校以檢查工作中有無錯數(shù)(即失步)。
(4).工作中如水低于下限，測針降到下限時，步進脈沖應(yīng)予閉鎖以免損壞限位開關(guān)和引起電機失步，但水一升上來，又能自動釋放繼續(xù)跟蹤。
(5).工作中，測針已經(jīng)升到上限位置，而此時測針仍未脫離水面，則步進脈沖同樣閉鎖，水面一但下降，又能自行釋放繼續(xù)跟蹤。
下面從轉(zhuǎn)換門和主控門來闡述控制部份的工作情況。
2.轉(zhuǎn)換門一開機，由RS觸發(fā)器控制的對零門Db打開，水控門Da閉住，電機順轉(zhuǎn)，當測針上升到基準點后，測針把基準微動開關(guān)啟開，電機反轉(zhuǎn)，測針下降，一離基準微動開關(guān)，其產(chǎn)生一個脈沖，觸發(fā)RS觸發(fā)器，將對零門閉住，水控門打開，此時，若測針不在水中，則電機繼續(xù)逆轉(zhuǎn)，測針下降，直至觸水，水控門根據(jù)輸入部份送出的信號電平，決定電機的順轉(zhuǎn)和逆轉(zhuǎn)。
3.主控門
由觸發(fā)器(C·D)和T503組成的顯示時間控制器，在DC輸出從“0”態(tài)“1”態(tài)時，有一脈沖信號觸發(fā)該RS觸發(fā)器，使Q端輸出“1”態(tài)，關(guān)閉主控門，停止步進脈沖信號。
由Fd和De組成下限保護當水位低于下限位置，且測針又抵下限開關(guān)，則下限開關(guān)閉合，F(xiàn)d輸出“0”態(tài)。又由于測針不在水中，輸入部份輸出“1”態(tài)。經(jīng)Fd和Dc邏輯后，輸出“0”態(tài)， De輸出“1”態(tài)，關(guān)閉主控門。
由Dd組成上限保護當水位超過上限位置，測針啟開基準微動開關(guān)，同時，又由于測針還觸及水，輸入部份輸出“0”態(tài)，則Df輸出“1”態(tài)，關(guān)閉主控門。
由5G672--1構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)其使電機換向時關(guān)閉步進脈沖。
由5G672--2構(gòu)成另一個單穩(wěn)電路，完成步進脈沖的整形，使供給計算顯示和輸出驅(qū)動的波形均為一個完整波。
三.顯示部份顯示部份的前四位，計數(shù)、譯碼、顯示電路是通用的電型電路，這里不再敘述。后一位的計數(shù)、譯碼、顯示為了和我們的傳感器配套，即配甲式傳感器時，每個脈沖加減一個尾數(shù)(0.01mm)；配乙式傳感器時，每個脈沖加減五個尾數(shù)(0.05mm)；為此，而設(shè)計的是獨特的x1/x9計數(shù)，顯示電路，由五只與非門和二只反相器所組成，x1時，由其控制，與一般計數(shù)電路一樣。而x9時，其又控制完成跳五功能，并能與通用計數(shù)電路一樣，可逆進(見第III部份)。
四.輸出驅(qū)動這是將來自電路輸出的脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡姍C的旋轉(zhuǎn)運動，從而帶動測針上下直線運動，由于我們選用了自激步進電機，使之儀器的傳感器部份尺寸小，動耗低。相應(yīng)的輸出脈沖分配放大部份也比較簡單，其由一只環(huán)形分配器(5G674)和T401至T409所構(gòu)成的放大器所組成如圖IV部份。
環(huán)形分配器將脈沖信號按一定的時序逐一分配給放大器進行功率放大，驅(qū)動步進電機旋轉(zhuǎn)。
本發(fā)明的優(yōu)點1.精度高于現(xiàn)有各種型式的液位計和水位測針，一個數(shù)量級，2.本儀器的輸入電路是獨創(chuàng)的，針尖上通以高音頻振蕩電流，使針尖觸水電路停振，無電流，避免了極化現(xiàn)象所造成的誤差。
3.控制電路設(shè)計不論水位向上向下變動，都是測針下行觸水時才讀數(shù)和輸出數(shù)碼信號，避免了水面張力引起真實水面不確定的誤差。
4.信號反應(yīng)速度快。用磁芯變壓器減小水的等效電阻，從而消除水溫、水質(zhì)引起誤差。
5.本儀器傳感器由步進電機直接帶動精密絲桿，不用變速裝置，絲桿上的螺母連著測針，由于只在向下讀數(shù)，消除了傳動絲桿與螺母的間隙誤差。
6.解決了步進式水位儀存在的電機頻繁反轉(zhuǎn)時的錯數(shù)問題(包括失步)。并設(shè)有自校裝置。
7.對影響精度的關(guān)鍵部件絲桿和螺母，在設(shè)計上采取了創(chuàng)新的措施。消除了各種應(yīng)力以防變形減小誤差。螺母制造(單、叁頭)借助精密絲攻成，提高光潔度，互換性以及工效。
本儀器除可用于水工、河工、港工等科研試驗外，還可廣泛用于機械、石油化工、計量、地震、地理水文、鍋爐等部門。凡是需要進行高精度液位測量的地方都可以使用本儀器，并可做為一般量測儀器的檢測儀器。
權(quán)利要求1.一種精密數(shù)字水位儀，其特征在于它是由儀器和傳感器兩部份組成a.所述儀器是由輸入電路、控制電路和計數(shù)電路組成，b.所述傳感器是由步進電機(1)、連接套(3)、內(nèi)導白塊(4)、螺母(5)、插座(7)、上微開關(guān)(8)、滑塊(9)、絲桿(10)、測針(11)、下微開關(guān)(12)和軸承(13)組成。
2.根椐權(quán)利要求1所述的儀器，其特征是傳感器的步進電機直接帶動絲桿，絲桿上的螺母連著測針，螺母的旋轉(zhuǎn)受控于機架上的導槽。
3.根椐權(quán)利要求1所述的儀器，其特征是還設(shè)有自校裝置。
4.根椐權(quán)利要求1、2或3所述的儀器，其特征是絲桿和螺母在制造時借助精密絲攻來完成。
專利摘要一種精密數(shù)字水位儀，其特征在于它是由儀器和傳感器兩部份組成。儀器由輸入電路、控制電路和計數(shù)電路組成；傳感器的主要部件是步進電機直接帶動的絲桿和連著測針的傳動螺母。螺母帶著側(cè)針上下運動。本實用新型精度高于現(xiàn)有各種型式的液位計和水位測針，分辨率達0.01毫米，并有良好的重復性，能滿足高精度科研試驗和一般檢測要求，除可用于水工、河工、港工，還可廣泛用于機械、石油化工、計量、地震、地理水文、鍋爐等部門。
文檔編號G01F23/22GK2044346SQ88200109
公開日1989年9月13日 申請日期1988年1月15日 優(yōu)先權(quán)日1988年1月15日
發(fā)明者江大杰, 程光杰, 楊柏樹, 徐祖煌, 陳昌華 申請人:江西省水利科學研究所