一种非接触式单点液态金属液位测量装置，由感应探头、升降套管、液位探针、直流步进电机、上法兰盘、下法兰盘、密封壳、啮合齿轮、密封件、信号处理系统、电机驱动系统和无线传输系统组成：感应探头检测被测液态金属的自由液面，通过相应的控制算法控制步进电机，从而带动升降套管的升降，以保持感应探头始终非接触被测液态金属液面，实现非接触测量。通过液位探针可以自动校准感应探头与液态金属液面的最大检测距离，并可以防止液面接触感应探头。装置密封件可以保证被测容器的密封性，适合压力容器金属液位的测量。本液位装置可以测量高达600℃液态金属的液位，并可长期使用，可靠性高，具有良好的灵敏度和准确度，适合于高温液态金属液位的精确非接触测量。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于金属液位测量
，具体涉及一种非接触式单点液态金属液位测量装置。
技术介绍
液态金属是高电导率的金属，目前其液位测量方法主要有探针式液位测量方法、差压式液位测量方法和电感应式液位测量方法。探针式液位测量是一种接触式液位计，其工作原理是利用在探针和容器表面分别加入电极，当金属液面接触探针电极时便构成闭合回路，从而输出相应电信号。其缺点在于液态金属蒸汽可能凝结在绝缘体上，破坏绝缘层，造成误接通；金属氧化物沉积在电接 点上，使电导通性能下降。因此，探针式液位计只适用于温度较低的短期测量，并且对液态金属的腐蚀性能也有严格要求，降低了其适用范围。差压式液位测量是一种接触式液位计，其工作原理是利用引压管将液态金属引出，测量压力差，从而可以得到液位高度。其缺点在于需要将引压管安装在液态金属容器表面，可能影响容器的完整性；高温液态金属的压差测量精度难以保证，从而影响了液位测量的精度。电感式液位测量是一种非接触式液位计，其工作原理是利用电感线圈产生电磁场，液态金属切割磁感应线产生电磁信号，从而得到液位高度。其缺点在于液态金属的介电性能会影响电磁信号，从而影响液位信号的精度和可靠性；电感线圈的绝缘层在高温环境下，易于老化，不适合长期工作。综上，以上测量原理的局限性限制了液位测量装置的使用范围和测量精度。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题克服现有技术的不足，提供一种非接触式单点液态金属液位测量装置，提高液位测量精度及使用范围，且结构简单、安全可靠。本专利技术技术解决方案一种非接触式单点液态金属液位测量装置，包括第一直流步进电机I和第二直流步进电机5、第一密封件2和第二密封件7、电路箱3、啮合齿轮4、密封壳6、上法兰8、下法兰9、感应探头10、升降套管11、液位探针12、液态金属13和被测容器14 ;所述升降套管11由内套管IlA和外套管IlC构成，外套管IlC和内套管IlA同心布置；液态金属13置于被测容器14中；上法兰8和下法兰9利用螺钉连接，并用第二密封件7密封上法兰8和下法兰9，同时下法兰9固定在被测容器14的上边缘；感应探头10利用过盈配合固定在升降套管11的内套管IlA的末端，外套管IlC利用轴承固定在上法兰8和下法兰9的轴承上能够旋转；在升降套管11的外套管IlC的末端连接一对包括主动齿轮和被动齿轮的啮合齿轮4，啮合齿轮4运动带动外套管IlC上下轴向运动，其中主动齿轮连接着第二直流步进电机5，升降套管11的内套管IIA的顶端固定第一直流步进电机I，第一直流步进电机I的驱动线连接至电路箱3 ;密封壳6焊接在上法兰8上；电路箱3固定在密封壳6内壁，在电路箱3和密封壳6两者连接处固定第一密封件2 ;电路箱3内部固定有信号处理系统3a、电机驱动系统3b和无线传输系统3c,感应探头10的输出连接至信号处理系统3a ；当感应探头10恰能测到液态金属13时，感应探头10则输出信号至电路箱3内的信号处理系统3a,该信号触发电路箱3内的电机驱动系统3b驱动第一直流步进电机I和第二步直流进电机5运动；其中第一直流步进电机I的输出轴带动内套管IlA上下运动，第二直流步进电机5通过平键连接带动啮合齿轮4旋转从而带动内套管IlC上下运动，从而使感应探头10运动；信号处理系统3a不断监测感应探头10的信号输出，直至信号处理系统3a输出值为感应探头10检测的液态金属13液面最大距离时输出的信号值,此时电机驱动系统驱动3b驱动升降套管11停止运动；若感应探头10输出信号值一旦偏离感应探头10最大检测距离的信号值时，电机驱动系统3b将驱动第一直流步进电机1，第一直流步进电机的输出轴带动内套管IlA上下运动，从而使感应探头10运动，在运动过程中信号处理系统3a不断监测从感应探头10输出的关于液态金属13液面的信号，直至信号处理系统3a输出值为感应探头10检测的液态金属13液面最大距离时输出的信号值,此时电机驱动 系统驱动3b驱动升降套管11停止运动；步进电机驱动系统3b记录步进角，经过相关换算便得到感应探头10的升降距离，实时间接得到液态金属液面的位置或高度；信号处理系统3a将直流步进电机的运动步数和运动方向参数由无线传输系统3c透过第一密封件发送至外部Zigbee收发模块M3,由Zigbee收发模块M3传输给计算机M4,由计算机计算分析传输的数据，以实时获取感应探头10的位置，从而间接的得到液态金属13的液位。所述测量装置还包括用于自动校准感应探头10和防止感应探头10接触高温液态金属的两个液位探针12，所述液位探针12连接固定在升降套管11的外套管IlC上；液位探针12自动校准和防止感应探头10接触高温液态金属的过程如下升降套管11带动液位探针12恰接触液态金属13的液面，此时液位探针12输出一个信号；升降套管11带动感应探头10上下运动至其恰能输出一个信号，此时感应探头10输出一个信号；将液位探针12和感应探头10输出的信号经相关算法处理后转换成两者的相对距离，这个距离便为感应探头10的最大检测距离；同时液位探针12在测量过程中可防止液态金属液面快速上升时，液面接触到感应探头10，即测量过程中液位探针12 —旦接触到液态金属，便触发感应探头10快速抬起，防止感应探头10接触高温液态金属。所述感应探头10为能耐600°C的非接触式传感器，用于恶劣高温环境中，以免维护。所述第一密封件2的密封结构为在密封壳上安装电路箱连接处固定一梯形非屏蔽型SiO2玻璃2C，梯形非屏蔽型SiO2玻璃2C的两面均有密封圈2B和2D进行密封。所述第二密封处7的密封结构为上法兰8和下法兰9用螺钉连接压紧，在上法兰8连接处开有两个环形槽8A和8B，将耐600°C高温的两个密封圈9A和9B置于两个环形槽8A和8B中，利用上法兰8和下法兰9的预紧力使两个密封圈9A和9B产生变形,从而达到密封的效果。所述信号处理系统3a硬件以TMS2812DSP芯片为核心，感应探头10的信号经过低通滤波后，由光电隔离电路进行信号隔离后将信号输入至TMS2812DSP芯片的模拟输入端口进行处理，处理后的数据保存至存储系统中；所述电机驱动系统3b利用TMS2812DSP输出的PWM脉冲经场效应管功率放大后控制第一直流步进电机I和第二直流步进电机5的正反转和转速；所述无线传输系统3c以Zigbee无线传输模块为核心,信号处理系统3a的TMS2812DSP芯片将第一直流步进电机I和第二直流步进电机5运动参数和感应探头10的信号经RS232接口传输至Zigbee无线传输模块。本专利技术装置与现有液态金属液位计相比的优点在于(I)本专利技术提高液位测量精度及使用范围，且结构简单、安全可靠。(2)本专利技术装置具有自动校准功能。能够通过计算机发送校准指令，经信号处理系统处理后，输出相应的控制脉冲，并对脉冲经行功率放大，驱动执行机构对探头进行自校准(此内容应在说明书及权利要求书中进行详细说明，否则优点部分无从谈起)，并且可以在线实时消除系统累计误差，也减小了由于使用工况不同而造成的环境误差。(3)本专利技术装置可以应用于具有密封要求的环境中。本专利技术在上法兰被测容器连接处和密封件处均设置了密封件。采用相关密封件，可以很好的保证系统的密封性，且采用 无线信号传输数据，避免了有线通信方式所带来的导线输出端本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种非接触式单点液态金属液位测量装置，其特征在于包括：第一直流步进电机（1）和第二直流步进电机（5）、第一密封件（2）和第二密封件（7）、电路箱（3）、啮合齿轮（4）、密封壳（6）、上法兰（8）、下法兰（9）、感应探头（10）、升降套管（11）、液位探针（12）、液态金属（13）和被测容器（14）；所述升降套管（11）由内套管（11A）和外套管（11C）构成，外套管（11C）和内套管（11A）同心布置；液态金属（13）置于被测容器（14）中；上法兰（8）和下法兰（9）利用螺钉连接，并用第二密封件（7）密封上法兰（8）和下法兰（9），同时下法兰（9）固定在被测容器（14）的上边缘；感应探头（10）利用过盈配合固定在升降套管（11）的内套管（11A）的末端，外套管（11C）利用轴承固定在上法兰（8）和下法兰（9）的轴承上能够旋转；在升降套管（11）的外套管（11C）的末端连接一对包括主动齿轮和被动齿轮的啮合齿轮（4），啮合齿轮（4）运动带动外套管（11C）上下轴向运动，其中主动齿轮连接着第二直流步进电机（5），升降套管（11）的内套管（11A）的顶端固定第一直流步进电机（1），第一直流步进电机（1）的驱动线连接至电路箱（3）；密封壳（6）焊接在上法兰（8）上；电路箱（3）固定在密封壳（6）内壁，在电路箱（3）和密封壳（6）两者连接处固定第一密封件（2）；电路箱（3）内部固定有信号处理系统（3a）、电机驱动系统（3b）和无线传输系统（3c），感应探头（10）的输出连接至信号处理系统（3a）；当感应探头（10）恰能测到液态金属（13）时，感应探头（10）则输出信号至电路箱（3）内的信号处理系统（3a），该信号触发电路箱（3）内的电机驱动系统（3b）驱动第一直流步进电机（1）和第二步直流步进电机（5）运动；其中第一直流步进电机（1）的输出轴带动内套管（11A）上下运动,第二直流步进电机（5）通过平键连接带动啮合齿轮（4）旋转从而带动内套管（11C）上下运动，从而使感应探头（10）运动；信号处理系统（3a）不断监测感应探头（10）的信号输出，直至信号处理系统（3a）输出值为感应探头（10）检测的液态金属（13）液面最大距离时输出的信号值，此时电机驱动系统驱动（3b）驱动升降套管（11）停止运动；若感应探头（10）输出信号值一旦偏离感应探头（10）最大检测距离的信号值时，电机驱动系统（3b）将驱动第一直流步进电机（1），第一直流步进电机的输出轴带动内套管（11A）上下运动，从而使感应探头（10）运动，在运动过程中信号处理系统（3a）不断监测从感应探头（10）输出的关于液态金属（13）液面的信号，直至信号处理系统（3a）输出值为感应探头（10）检测的液态金属（13）液面最大距离时输出的信号值，此时电机驱动系统驱动（3b）驱动升降套管（11）停止运动；步进电机驱动系统（3b）记录步进角，经过相 关换算便得到感应探头（10）的升降距离，实时间接得到液态金属（13）液面的位置或高度；信号处理系统（3a）将直流步进电机的运动步数和运动方向参数由无线传输系统（3c）透过第一密封件发送至外部Zigbee收发模块（M3）,由Zigbee收发模块（M3）传输给计算机（M4）,由计算机（M4）计算分析传输的数据，以实时获取感应探头（10）的位置，从而间接的得到液态金属（13）的液位。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：姚传明，朱志强，高胜，王勃，黄群英，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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