一种低温液体液面测量系统的制作方法

一种低温液体液面测量系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于低温液体液面测量领域，更具体地，涉及一种低温液体液面测量系统。
【背景技术】
[0002]低温液体由于其过低的温度而具有很大的危险性，常封闭于密封罐装容器内，准确地监测容器内的液面高度对管控其危险性具有非常重要的作用，另外一些设备如超导磁体需依赖一定的液面高度保持其超导特性，因此需要对低温液体的液面高度进行准确的判断。但低温液体密封于容器内，难以通过肉眼或手动测量的方法进行，且不能使用当前流行的液面测量方式，如激光测距、超声波测距等一些非接触式测距和传统的接触式液面测量方法。
[0003]Oxford Instruments公司的ILM2°°、AMI公司的低温液体液面测量仪以及采用电容式测量和电阻式测量方法分别对液氮和液氦液面进行测量，所使用的低温液体测量仪均为台式仪器，仪器本身具有完整的测量、校准功能，用户通过面板按扭进行操作，同时该低温液体液面测量仪须配合低温液体探头使用，探头安装于低温液体容器内，而低温液体测量仪放置在桌面、地板等承载物上，与探头之间通过线缆连接。
[0004]而上述液面测量仪存在以下几个问题:1)为了避免线缆本身的寄生电容的影响，探头上端需要安装转换器，以实现探头测量信号到稳定的可测信号之间的转换；2)低温液体测量仪占用空间较大；3)使用线缆连接的方式在某些特定场合容易带来新的问题，例如在被测低液体容器为强磁场或者容器体积很大时，连接线缆的长度将达到数十米，容易带来安全隐患；4)现有的低温液体测量仪使用RS232与计算机进行通信，只能获取具有参考意义的液面测量结果数据，在测量结果未校准的情况下无法准确获得液面真实结果；5)现有的低温液体测量仪不具备预警、远程监控等功能，获取测量数据只能在现场手动操作，无法实时获取液面状态。
【实用新型内容】
[0005]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种低温液体液面测量系统，其目的在于提供结构小巧，无需安装台，并且可以实现低温液体液面的实时监控和精确测量。
[0006]为实现上述目的，按照本实用新型的一个方面，提供了一种低温液体液面测量系统，用于实现两种低温液体液面的同时测量，且盛装两种液体的第一容器和第二容器之间用真空隔离，其特征在于，该测量系统包括插入所述第一容器内的电阻式探头以及插入第二容器内的电容式探头；所述电容式探头上安装有低温液体液面测量仪，其与所述电阻式探头之间线缆连接，所述低温液体液面测量仪包括通信模块，用于与终端设备通信。
[0007]总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果:
[0008](I)按照本实用新型实现的低温液面测量系统，结构小巧简单、可使用锂电池供电或外部供电，并且可直接安装在液面传感器之上，无需安装台，低温液体液面测量仪与液氦、液氮等液面传感器相互分离，可随身携带，具有便携特征；
[0009](2)使用两根同轴不锈网管组成液氮传感器，使用超导电阻丝和加热电阻组成液氦传感器，使用单片机直接测量液氮传感器转换输出的频率测量液氮液面高度，使用控制电流大小和电流时间的方法输出脉冲电流驱动液氦传感器；
[0010](3)液氦传感器驱动恒流源输出端串接可控制、低电阻开关，使低温液体液面测量仪未工作时的漏电流小于luA，使液面测量仪的使用对增加液氦挥发量减少到最小程度；
[0011](4)低温液体液面测量仪使用人机交互方式，可通过CAN总线或以太网(持有线符合标准IEEE802.3和无线WIFI符合标准IEEE802.b/n/g)连接终端控制设备，通过其操作低温液体液面测量仪，并可对液面高度的实时状态进行远程监控，使得低温液面测量系统结构紧凑、体积小、可随身携带。
【附图说明】
[0012]图1是按照本实用新型实现的低温液体液面测量系统安装于待测试液体容器的示意图；
[0013]图2是按照本实用新型实现的低温液体液面测量系统的硬件模块示意图。
[0014]在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中:
[0015]1-第一低温液体 2-第一低温液体容器 3-电容式探头 4-第二低温液体
5-第二低温液体容器6-电阻式探头7-连接线缆8-螺纹连接器9-低温液体液面测量仪10-电压变换电路11-电流监控电路12-低阻开关13-可控恒流源14-电容-频率转换电路15-MCU处理器16-OLED屏17-报警声光指示18-以太网收发器19-CAN总线收发器20-计算机终端设备21-移动平台终端设备22-线缆接头
【具体实施方式】
[0016]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0017]本实用新型的低温液体液面测量系统安装于液体液面容器内的示意图如图1所示，在使用液氦等温度小于1K的第一低温液体4的设备中(如超导磁体)，为了降低昂贵的第一低温液体4的挥发速率，常在盛装该低温液体的第一低温液体容器5外放置一第二低温液体容器2，用于盛装第二低温液体1，低温液体容器5与低温液体容器2之间用真空隔离。
[0018]为了同时对第二低温液体I和第一低温液体4的液面高度进行测量，低温液体液面测量仪电阻式探头6通过第一低温液体容器5插入第一低温液体4，低温液体液面测量仪电容式探头3通过第二低温液体容器2插入第二低温液体I。
[0019]低温液体液面测量仪9通过螺纹连接器8与低温液体液面测量仪电容式探头3相连，使低温液体液面测量仪9直接安装于低温液体液面测量仪电容式探头3上方，并可方便地进行拆装。低温液体液面测量仪电阻式探头6与低温液体液面测量仪9相距很近，并直接通过短的连接线缆7与低温液体液面测量仪9相连。
[0020]如图2所示，按照本实用新型实现的低温液体液面测量系统的硬件示意图，其中，MCU处理器15是低温液体液面测量仪的中央处理器，完成周边设备的控制、数据处理，并与计算机终端25或者是移动平台终端26进行通信。
[0021]可控恒流 源13在MCU处理器15内部DAC的驱动下，输出指定大小的电流作为电阻式探头进行传感的工作电流，电流流经低阻开关12，当MCU处理器15接到来自计算机终端设备20或者是移动平台终端设备21的外部指令进行第一低温液体4的液面高度测量时，MCU处理器15控制低阻开关12开启，使电流可顺利流过，否则关闭低阻开关12，使低温液体液面测量仪在不工作状态时输出的静态电流几乎为0，最大限度减小第一低温液体4的消耗，因为低温液体液面测量仪在未工作状态，低阻开关处于完全关闭状态，测量回路的电流理论上应接近为0，若在MCU处理器在这段期间内仍检测到有异常的输出电流，则此低温液体液面测量仪会及时的作出相应的报警动作。
[0022]输出电流经线缆接头7进入低温液体液面测量仪电阻式探头6，并在低温液体液面测量仪电阻式探头6两端形成电压，并经线缆接头7返回分别进入电压变换电路10和电流监控电路11两个支路。电压变换电路10的输出由MCU处理器15内部ADC采样，MCU处理器15可获取低温液体液面测量仪电阻式探头6两端准确的电压值。电流监控电路11的输出由MCU处理器15内部ADC采样，MCU处理器15可获取准确的输出电流，从而精确地计算出低温液体液面测量仪电阻式探头9的电阻值，在此种情况下，电阻的测量是根据精确的测量值来进行计算而不是理论输出值，能够更好地提高电阻的测量精度。
[0023]在待机状态下，MCU处理器15仍不断地通过电流监控电路11测量流经低温液体液面测量仪电阻式探头6的电流，当电流出现异常情况时，MCU处理器15将通过以太网收发器18、CAN总线收发器19向计算机终端设备20、移动平台终端设备21发出报警信息，同时在与MCU处理器15相连的OLED屏16、报警声光指示17上进行报警显示。
[0024]低温液体液面测量仪电容式探头3经螺纹连接器8与低温液体液面测量仪9内部的电容-频率转换电路14相连，将低温液体液面测量仪电容式探头3所测量的电容值转换为频率值，频率值由MCU处理器15内部定时器采集计算，并计算出低温液体液面测量仪电容式探头3准确的电容值。
[0025]MCU处理器15通过以太网收发器18和CAN总线收发器19与计算机应用终端设备20和移动平台终端设备21通信，MCU处理器15将其采集的低温液体液面测量仪电容式探头3电容值和低温液体液面测量仪电阻式探头6电阻值上传给计算机终端设备20和移动平台终端设备21，并由计算机终端设备20和移动平台终端设备21对电容值和电阻值进行校准，校准值通过以太网收发器18和CAN总线收发器19发送给MCU处理器15，MCU处理器15进一步精确地计算出第一低温液体4和第二低温液体I的液面百分比高度，该百分比值连同电阻值、电容值一并上传给计算机终端设备20与移动平台终端设备21，同时在OLED屏16上显示，计算机终端设备等的使用，可实时掌握低温液体液面的高度，并在第一时间获报警信息，为及时处理险情赢得时间。
[0026]总之，按照本实用新型的低温液体液面测量系统，具有如下突出特点:
[0027]I)低温液体液面测量仪9使用多功能MCU处理器15和电流源13、电容-频率转换方法的电路结构，由MCU处理器15、电压变换电路10、电流监控电路11、低阻开关12、可控恒流源13、低温液体液面测量仪电阻式探头6、电容-频率转换电路14、低温液体液面测量仪电容式探头3组成；
[0028]2)低温液体液面测量仪9与电容式探头3直接相连，低温液体液面测量仪9与电阻式探头6使用很短的连接线缆7连接，低温液体液面测量仪9可以同时测量两种低温液体液面，结构紧凑，体积小，可以直接安装在低温液体容器上，具有便携式特征；
[0029]3)使用电流监控电路11实现输出电流的精确的测量，而不以理论输出电流为计算依据，实现了更高的液面测量准确度；
[0030]4)低阻开关12的使用降低了低温液体液面测量仪9的漏电流输出，同时电流监控电路11实现了对漏电流的实时监控，保证了低温液体液面测量仪9的安全性；
[0031]6)低温液体液面测量仪9可以与计算机终端设备20、移动平台终端设备21之间使用CAN总线、以太网进行通信，传递的数据包括低温液体液面测量仪电阻式探头6、低温液体液面测量仪电容式探头3的实际测量值及转换后的液面百分比值，使测量结果可以满足各种应用场合的使用需求。
[0032]7)计算机终端设备20、移动平台终端设备21的应用，使低温液体液面测量仪9具备可实时监控被测低温液体液面高度的能力，报警具有可视化特征。
[0033]本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种低温液体液面测量系统，用于实现两种低温液体液面的同时测量，且盛装两种液体的第一容器(5)和第二容器(2)之间用真空隔离，其特征在于，该测量系统包括插入所述第一容器(5)内的电阻式探头(6)以及插入第二容器(2)内的电容式探头(3);所述电容式探头(3)上安装有低温液体液面测量仪(9)，其与所述电阻式探头(6)之间线缆连接，所述低温液体液面测量仪(9)包括通信模块，用于与终端设备通信。
【专利摘要】本实用新型公开了一种低温液体液面测量系统，用于实现两种低温液体液面的同时测量，且盛装两种液体的第一容器和第二容器之间用真空隔离，该测量系统包括插入第一容器内的电阻式探头以及插入第二容器内的电容式探头；电容式探头上安装有低温液体液面测量仪，其与电阻式探头之间用线缆连接，低温液体液面测量仪包括通信模块，用于与终端设备通信。按照本实用新型实现的低温液体液面测量系统，系统结构紧凑，体积小，随身携带，并且可以采用检测的电流值进行电阻的计算，采用检测的频率值进行电容的计算，采用终端设备校准后的值进行液面高度的计算，能够实现低温液体液面的实时精确的测量。
【IPC分类】G01F23-26, G01F23-22
【公开号】CN204612780
【申请号】CN201520282520
【发明人】刘鹏, 李正刚, 曾登明
【申请人】武汉中科波谱技术有限公司
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年5月4日