CN105091950B - 温度、物位一体化探测仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种温度、物位一体化探测仪，包括称重平台、控制主板、显示屏以及集成在所述控制主板上的称重传感器、放大器、转换器和单片机以及温度传感器，其中：所述称重传感器、所述放大器、所述转换器和所述单片机、所述温度传感器依次电连接；所述称重平台具体包括传感器弹性体以及位于其底部的称重传感器；本发明的温度、物位一体化探测仪，其具有高度集成一体化设计的特点，体积更小、设计构造更合理，其兼具温度检测、物位检测以及物料供给控制等功能。
Description
技术领域
本发明涉及测量装备技术领域，尤其涉及一种温度、物位一体化探测仪。
背景技术
众所周知，物位测量通常指对工业生产过程中封闭式或敞开容器中物料(固体或液位)的高度进行检测，如果是对物料高度进行连续的检测，称为连续测量。如果只对物料高度是否到达某一位置进行检测称为限位测量。完成这种测量任务的仪表叫做物位计。
现有技术中常使用的物位计主要有传统的阻旋料位计、雷达料位计、超声波料位计和音叉料位计等等。然而上述物位计并不能同时检测各种介质的物体在封闭的容器里的位置和温度。传统的物位计只是单纯的测位置设备，无法实现对物料快速准确的定位以及给料启停的反馈控制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种温度、物位一体化探测仪，以解决上述问题。随着科技发展的进步，各行各业都在为节能环保做贡献，本产品的设计者本着节能环保的理念出发，创造出这种新型实用、控制精度高、安装方便等优点的物位，温度一体化探测仪，应用及其广泛，可用与锅炉行业、食品加工、医药制造行业、建材制造等等。
本发明提供的温度、物位一体化探测仪，可检测各种介质的物体在封闭的容器里的位置和温度。实现了对物料快速、准确的定位，特别是利用微处理机的处理技术，可实现与上位机直接通讯，随着工业生产过程自动化程度化的不断提高，物位、温度探测仪已成为过程控制中的一种必需的装置，从大型容器罐、料斗、到混合分配多种原料的配料系统、生产工艺中的自动检测和粉粒体、颗粒、块状、液体等的位置、控制等，都可以应用到本产品。
本发明提供的温度、物位一体化探测仪，其产品以体积小，重量轻、安装调试方便等优点，减少了材料，及安装成本。大可以取代传统的《阻旋料位计》《雷达料位计》《超声波料位计》《音叉料位计》。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
本发明提供了一种温度、物位一体化探测仪，包括称重平台、控制主板、显示屏以及集成在所述控制主板上的称重传感器、放大器、转换器和单片机以及温度传感器，其中：所述称重传感器、所述放大器、所述转换器和所述单片机、所述温度传感器依次电连接；
所述称重平台包括传感器弹性体以及位于其底部的称重传感器；所述传感器弹性体上用于放置料斗以及装在料斗里的物料；所述称重传感器用于根据物料重力使所述传感器弹性体发生变形的变形量，输出与重力成正比的电信号，并输出电信号；
所述放大器用于接收所述称重传感器发送的电信号，并将称重传感器输出的电信号进行放大后，再输出给所述转换器；
所述转换器用于接收放大器放大的信号，并进行A/D转换，转换成的频率信号直接送入后续单片机；
所述单片机用于接收转化器转换后的频率信号并分析得到重力瞬时数字量，发送给所述显示屏进行瞬时数字量对应的瞬时重物值显示；所述单片机还用于根据当前的瞬时数字量对应的瞬时重物值与预设的给定值进行比较，判断当前的瞬时重物值是否大于或等于预设的给定值；若是，则控制外部给料设备停止送料操作并显示测量终值，同时显示容器装料结束；所述单片机还用于探测物料降到所述测重平台下方时，系统给出缺料信号或报警信号。
优选的，作为一种可实施方案；所述称重传感器为YZC-1B变式称重测力传感器。
优选的，作为一种可实施方案；所述转换器为V/F电压频率变换器。
优选的，作为一种可实施方案；所述单片机为MCS-51系列单片机中8031单片机。
优选的，作为一种可实施方案；所述温度、物位一体化探测仪还包括键盘装置、存储电路装置以及打印装置；所述单片机分别与所述键盘装置、所述存储电路装置以及打印装置电连接。
与现有技术相比，本发明实施例的优点在于：
本发明提供的一种温度、物位一体化探测仪，其中，分析上述温度、物位一体化探测仪的主要结构原理可知：该温度、物位一体化探测仪其主要包括称重平台、控制主板、显示屏以及集成在所述控制主板上的称重传感器、放大器、转换器和单片机以及温度传感器，其中：所述称重传感器依次与所述放大器、所述转换器和所述单片机、所述温度传感器电连接；同时所述称重平台包括传感器弹性体以及位于其底部的称重传感器；传感器弹性体位于所述称重传感器的上方；
上述传感器弹性体的作用主要是放置料斗以及装在料斗里的物料；上述称重传感器则根据物料重力使所述传感器弹性体发生变形的变形量，输出与重力成正比的电信号，并输出电信号；
上述放大器用于接收所述称重传感器发送的电信号，并将称重传感器输出的电信号进行放大后，再输出给所述转换器；
上述转换器用于接收放大器放大的信号，并进行A/D转换，转换成的频率信号直接送入后续单片机；
上述单片机用于接收转化器转换后的频率信号并分析得到重力瞬时数字量，发送给所述显示屏进行瞬时数字量对应的瞬时重物值显示；所述单片机还用于根据当前的瞬时数字量对应的瞬时重物值与预设的给定值进行比较，判断当前的瞬时重物值是否大于或等于预设的给定值；若是，则控制外部给料设备停止送料操作并显示测量终值，同时显示容器装料结束；所述单片机还用于探测物料降到所述测重平台下方时，系统给出缺料信号或报警信号；
综上所述，通过上述控制动作分析可知，上述温度、物位一体化探测仪，可以检测容器内的物料，并在物料达到较高的一定数量后停止溶器装料动作；同时在物料到达叫少量后控制发出缺料信号或报警信号实时进行反馈控制。同时，本发明实施例提供的温度、物位一体化探测仪，还可以协助进行温度的实时监测。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的温度、物位一体化探测仪的电路原理结构示意图；
图2为本发明实施例提供的温度、物位一体化探测仪应用在锅炉燃料煤粉料位时的场景示意图；
图3a分别为本发明实施例提供的温度、物位一体化探测仪中一种传感器弹性体的结构示意图；
图3b分别为本发明实施例提供的温度、物位一体化探测仪中另一种传感器弹性体的结构示意图；
图3c分别为本发明实施例提供的温度、物位一体化探测仪中再一种传感器弹性体的结构示意图；
图3d分别为本发明实施例提供的温度、物位一体化探测仪中还一种的传感器弹性体的结构示意图；
图4a为本发明实施例提供的温度、物位一体化探测仪中的称重平台零件主视剖视结构示意图；
图4b为本发明实施例提供的温度、物位一体化探测仪中的称重平台零件俯视剖视结构示意图；
图5a为本发明实施例提供的温度、物位一体化探测仪中的底座零件主视剖视结构示意图；
图5b为本发明实施例提供的温度、物位一体化探测仪中的底座零件截面剖视结构示意图；
图6为本发明实施例提供的温度、物位一体化探测仪中的顶头零件结构示意图；
图7为本发明实施例提供的温度、物位一体化探测仪中的内加长杆零件结构示意图；
图8a为本发明实施例提供的温度、物位一体化探测仪中的外加长杆零件主视剖视结构示意图；
图8b为本发明实施例提供的温度、物位一体化探测仪中的外加长杆零件截面剖视结构示意图；
图9为本发明实施例提供的温度、物位一体化探测仪的工作方式示意图；
附图标记说明：
称重平台1；控制主板2；显示屏3；
传感器弹性体10；称重传感器11；放大器12；转换器13；单片机14；温度传感器15；底座16；顶头17；内加长杆18；外加长杆20。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
参见图1，本发明实施例提供了一种温度、物位一体化探测仪，包括称重平台1、控制主板2、显示屏3以及集成在所述控制主板2上的称重传感器11、放大器12、转换器13和单片机14以及温度传感器15，其中：所述称重传感器11、所述放大器12、所述转换器13和所述单片机14、所述温度传感器15依次电连接；
所述称重平台1包括传感器弹性体10以及位于其底部的上述称重传感器11；所述传感器弹性体10上用于放置料斗以及装在料斗里的物料；所述称重传感器11用于根据物料重力使所述传感器弹性体发生变形的变形量，输出与重力成正比的电信号，并输出电信号；
所述放大器12用于接收所述称重传感器发送的电信号，并将称重传感器输出的电信号进行放大后，再输出给所述转换器；
所述转换器13用于接收放大器放大的信号，并进行A/D转换，转换成的频率信号直接送入后续单片机；
所述单片机14用于接收转化器转换后的频率信号并分析得到重力瞬时数字量，发送给所述显示屏进行瞬时数字量对应的瞬时重物值显示；所述单片机还用于根据当前的瞬时数字量对应的瞬时重物值与预设的给定值进行比较，判断当前的瞬时重物值是否大于或等于预设的给定值；若是，则控制外部给料设备停止送料操作并显示测量终值，同时显示容器装料结束；所述单片机还用于探测物料降到所述测重平台下方时，系统给出缺料信号或报警信号；
需要说明的是，在本发明实施例提供的温度、物位一体化探测仪的具体构造如下；
在具体结构中；所述称重传感器为YZC-1B变式称重测力传感器。
在具体结构中；所述转换器为V/F电压频率变换器。
在具体结构中；所述单片机为MCS-51系列单片机中8031单片机。
在具体结构中；所述温度、物位一体化探测仪还包括键盘装置、存储电路装置以及打印装置；所述单片机分别与所述键盘装置、所述存储电路装置以及打印装置电连接。
分析上述温度、物位一体化探测仪的主要结构原理可知：该温度、物位一体化探测仪其主要包括称重平台、控制主板、显示屏以及集成在所述控制主板上的称重传感器、放大器、转换器和单片机以及温度传感器，其中：所述称重传感器依次与所述放大器、所述转换器和所述单片机、所述温度传感器电连接；同时所述称重平台包括传感器弹性体以及位于其底部的称重传感器；传感器弹性体位于所述称重传感器的上方；
上述传感器弹性体的作用主要是放置料斗以及装在料斗里的物料；上述称重传感器则根据物料重力使所述传感器弹性体发生变形的变形量，输出与重力成正比的电信号，并输出电信号；
上述放大器用于接收所述称重传感器发送的电信号，并将称重传感器输出的电信号进行放大后，再输出给所述转换器；
上述转换器用于接收放大器放大的信号，并进行A/D转换，转换成的频率信号直接送入后续单片机；
上述单片机用于接收转化器转换后的频率信号并分析得到重力瞬时数字量，发送给所述显示屏进行瞬时数字量对应的瞬时重物值显示；所述单片机还用于根据当前的瞬时数字量对应的瞬时重物值与预设的给定值进行比较，判断当前的瞬时重物值是否大于或等于预设的给定值；若是，则控制外部给料设备停止送料操作并显示测量终值，同时显示容器装料结束；所述单片机还用于探测物料降到所述测重平台下方时，系统给出缺料信号或报警信号；
综上所述，通过上述控制动作分析可知，上述温度、物位一体化探测仪，可以检测容器内的物料，并在物料达到较高的一定数量后停止溶器装料动作；同时在物料到达叫少量后控制发出缺料信号或报警信号实时进行反馈控制。同时，本发明实施例提供的温度、物位一体化探测仪，还可以协助进行温度的实时监测。
下面对本发明实施例提供的温度、物位一体化探测的原理与应用进行详细说明；
一、高速定位系统
本产品系统由微机控制力传感器的重力和比较，并输出控制信号，执行定值称量，控制外部给料系统的运转，实行自动定位和快速切断给料的任务，防止物体溢出容器或膨胀。
系统采用MCS-51单片机和V/F电压频率变换器等电子器件，其硬件电路框图如图1所示，用8031作为中央处理器，BCD拔码盘作为定值设定输入器，物料装在料斗里，其重力使传感器弹性体发生变形，输出与重力成正比的电信号，传感器输出信号经放大器放大后，输入V/F转换器进行A/D转换，转换成的频率信号直接送入8031微处理器中，其数字量由微机进行处理。微机一方面把物重力瞬时数字量送入显示电路，显示出瞬时物重，另一方面则进行称重比较，开启和关闭加料口、放料于箱中等一系列的称重定位控制。
如图1所示的原理框图；在整个定位控制系统中，力传感器是影响测量精度的关键部件，选用YZC-1B变式称重测力传感器。四片电阻应变片构成全桥桥路，在所加桥压U不变的情况下，传感器输出信号与作用在传感器上的重力和供桥桥压成正比，而且，供桥桥压U的变化直接影响探测器平台的测量精度，所以要求桥压很稳定。毫伏级的传感器输出经放大后，变成了0-10V的电压信号输出，送入V/F变换器进行A/D转换，其输出端输出的频率信号加到单片机8031定时器1的计数、输入端T1上。在微机内部由定时器0作计数定时，定时器0的定时时间由要求的A/D转换
关于分辩率设定；
定时器1的计数值反映了测量电压大小即物料的重量。在显示的同时，计算机还根据设定值与测量值进行定值判断。测量值与给定值进行比较，取差值提供PID运算，当重量不足，则继续送料和显示测量值。一旦重量相等或大于给定值，控制接口输出控制信号，控制外部给料设备停止送料，显示测量终值，然后发出回答令，表示该容器装料结束，当物料降到探测仪测重平台下方时，系统给出缺料信号，或报警信号。
本产品可以实时检测物料温度，与物位传感器一体式设计，不用另外安装温度传感器。
如图2所示《锅炉燃料煤粉料位为例》应用到其他行业类同，遇特殊要求可另行设计。
通过运粉罐车将粉打到储粉容器中，当物料到达第一个探测器(低料位)的计量平台上面10mm时，传感器测出物体的重量发出信号，表示物料已到达设定位置。
当物料低于第一个探测器计量平台之下时传感器失去重力同样发出信号告知需要打粉。
当物料到达第二个探测器(中料位)计量平台上面10mm时，传感器测出物体的重量发出无源信号，表示物料已到达设定位置。
当物料到达第三个探测器(高料位)计量平台上面10mm时，传感器测出物体的重量发出无源信号，或报警信号，或直接停止给料系统，表示物料已到达设定位置。
注：每一台物位探测仪都有温度传感器，通过微处理器上传的上位机或各种监视平台对物料的温度进行实时监控。温度只是本发明的的一个结合体，其技术说明与物位探测器同步，以下内容均不分开解答。
如图2所示，图2物位温度探测仪可以选用不同的重力传感器、温度传感器改变称重范围，温度测量范围，则可以用到水泥、食糖、面粉加工，锅炉，水处理、化工等行业的物料探测中。关于图2所示意的工作场景示意图需要说明的是，左边即是温度、物位一体化探测仪，其顶部堆积有从顶部坠落的煤粉，煤粉高出温度、物位一体化探测仪10毫米时，发出报警洗好转到上位机或是PLC。
二、物位探测器的原理及构造。
原理：利用重力传感器设计出专用的，固定的称重平台，根据各种介质物体的密度，容器的高度、牛顿定律，计算出物体的压强，再将压强.称重平台的截面积计算出物体在称重平台上的高度和重力，其计算公式为：P＝ρGH F＝P.S；关于各种介质密度系数不再一一赘述。
参见图3a、3b、3c、3d所示意的多种传感器内部结构示意图：
如图3a所示，常用的称重传感器的结构为单连椭圆孔弹性体，平台用悬臂梁端部上平面的两个螺孔紧固；
如图3b所示，为梅花型四连孔弹性体，秤盘用悬臂梁端部侧面的三个螺孔坚固，中间支杆上粘贴补偿用的应变片。这种形式的传感器，在制作物位称重是最实用的。
如图3c所示，为三梁式弯曲弹性体，采样弯曲应力，对重量反应敏感，宜用来制作小重力探测平台。
如图3d所示，为三梁式剪切弹性体，采样中间敏感梁的剪切应力，宜用来制作几百公斤重力探测仪。
传感器弹性体结构：用这些复梁型高精度传感器来支承一个称重平台，被称重物又可能放置在任何称台的任意位置上，必然会产生四角示值误差，对图3a，图3b两种结构形式的传感器，可通过锉磨的形式进行角差修正。对图3c，图3d，它有上下两根局部削弱的柔性辅助梁，使传感器对侧向力、横向力和扭转力矩具有很强的抵抗能力，可以通过锉磨辅助梁的柔性部位来调整传感器的灵敏系数和四角误差。
如图4-图9所示，图4-图9分别示意了物位、温度探测器各个零件的结构图；分析上述零件结构可知其具有如下连接关系和构造关系；即图4a、图4b示意了称重平台1的结构，图5a、图5b示意了底座16的结构、图6示意了顶头17的结构、图7示意了内加长杆18的结构，图8a、图8b示意了外加长杆20的结构；通过上述构造装配组合后可形成物位、温度一体化探测仪的整体结构；
如图9所示，图9为物位探测器的电路框图。传感器采用的是图3b所示的梅花型四连孔结构，该传感器有置零、零位自动跟踪、自动去皮、打印输出等功能，5段红色荧光数码管显示，使用十分方便。
对于因温度变化对桥接零点和输出，灵敏度的影响，即使采用同一批应变片，也会因应变片之间稍有温度特性之差而引起误差，所以对要求精度较高的传感器，必须进行温度补偿，解决的方法是在被粘贴的基片上采用适当温度系数的自动补偿片，并从外部对它加以适当的补偿。
非线性误差是传感器特性中最重要的一点。产生非线性误差的原因很多，一般来说主要是由结构设计决定，通过线性补偿，也可得到改善。
滞后和蠕变是关于应变片及粘合剂的误差。由于粘合剂为高分子材料，其特性随温度变化较大，所以称重传感器必须在规定的温度范围内使用。
在露天下使用传感器，还应考虑阳光直射产生的温度影响和风压的影响。
综上所述，本发明提供的温度、物位一体化探测仪，可以检测容器内的物料，并在物料达到较高的一定数量后停止溶器装料动作；同时在物料到达叫少量后控制发出缺料信号或报警信号实时进行反馈控制。同时，本发明实施例提供的温度、物位一体化探测仪，还可以协助进行温度的实时监测，其具有诸多方面的技术优势和技术效果。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (5)
1.一种温度、物位一体化探测仪，其特征在于，包括称重平台、控制主板、显示屏以及集成在所述控制主板上的称重传感器、放大器、转换器和单片机以及温度传感器，其中：所述称重传感器、所述放大器、所述转换器和所述单片机、所述温度传感器依次电连接；
所述称重平台包括传感器弹性体以及位于其底部的称重传感器；所述传感器弹性体上用于放置料斗以及装在料斗里的物料；所述称重传感器用于根据物料重力使所述传感器弹性体发生变形的变形量，输出与重力成正比的电信号，并输出电信号；
所述放大器用于接收所述称重传感器发送的电信号，并将称重传感器输出的电信号进行放大后，再输出给所述转换器；
所述转换器用于接收放大器放大的信号，并进行A/D转换，转换成的频率信号直接送入后续单片机；
所述单片机用于接收转化器转换后的频率信号并分析得到重力瞬时数字量，发送给所述显示屏进行瞬时数字量对应的瞬时重物值显示；所述单片机还用于根据当前的瞬时数字量对应的瞬时重物值与预设的给定值进行比较，判断当前的瞬时重物值是否大于或等于预设的给定值；若是，则控制外部给料设备停止送料操作并显示测量终值，同时显示容器装料结束；所述单片机还用于探测物料降到所述测重平台下方时，系统给出缺料信号或报警信号；
还包括储粉容器，所述储粉容器的顶部设有打入煤粉的入口，所述称重平台为多个，且多个所述称重平台沿着竖直方向上依次设于储粉容器中，所述称重平台与所述储粉容器之间通过法兰盘连接。
2.如权利要求1所述的温度、物位一体化探测仪，其特征在于，
所述称重传感器为YZC-1B变式称重测力传感器。
3.如权利要求1所述的温度、物位一体化探测仪，其特征在于，
所述转换器为V/F电压频率变换器。
4.如权利要求1所述的温度、物位一体化探测仪，其特征在于，
所述单片机为MCS-51系列单片机中8031单片机。
5.如权利要求1所述的温度、物位一体化探测仪，其特征在于，
所述温度、物位一体化探测仪还包括键盘装置、存储电路装置以及打印装置；所述单片机分别与所述键盘装置、所述存储电路装置以及打印装置电连接。
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