专利名称：一种阻尼测量式粉末状原料高度测量传感器的制作方法
技术领域：
本发明型涉及一种新型料位测量传感器，具体说是一种采用阻尼测量方法实现对粉末状原料高度连续测量的新型传感器。
背景技术：
工业生产中，原料或产品以粉末状、小颗粒状、半流体状、黏液状存在是常见的。这些材料一般存放于固定容积的容器中。为保证生产的连续进行，一般需要连续监测容器中材料的余量。而工业环境通常比较复杂，可能存在强磁场干扰、强粉尘、高温环境、设备振动等，测量容器中材料余量的技术原理和方法受到很多限制。

发明内容
本发明型解决的主要技术问题是如何在恶劣的工作环境下实现对粉末状原料高度的连续测量。为解决上述技术问题，本发明型新型传感器采用阻尼测量方法，通过控制电极闭环工作于恒力矩运转方式下，实现对粉末状原料高度的连续测量。本发明具体发明内容如下所述。所设计传感器系统中，电/热绝缘安装座10为传感器工作时的安装法兰，该法兰采用优质夹布胶木材料制造，绝缘电阻大于10兆欧姆，绝热性能达到300摄氏度。可满足铝电解工业现场的应用。所述阻尼杆安装轴12采用两端轴承支撑方式，设计的支撑轴承17为自带密封圈的深沟球轴承。这种支撑方式能保证阻尼杆安装轴12高速转动时晃动较小，有利于提高传感器系统的测量精度和轴承的工作寿命。所述光电传感器罩8与下壳体表面形成的缝隙中填入绝缘胶，保证红外发光/接收二极管对9的光电性能不受环境灰尘的影响。下壳体6与电/热绝缘安装座10之间有材质为陶瓷纤维布的密封垫圈15。所述该垫圈设计的作用一方面用于实现结构的密封，防止灰尘进入传感器光通路中，影响传感器的工作；另一方面可用于调节阻尼杆安装轴12与其支撑轴承17的轴向压紧力，同而调节传感器系统的固有摩擦力矩。所设计传感器系统中，直流电机5转动时，带动圆弧齿形挡光片16转动，红外发射/接收二极管对9会输出电脉冲，电脉冲频率的变化即反映了电机转速的变化。所述速度测量方式属于数字量测量方式，对传感器使用环境中的电磁干扰有很好的抑制作用，有利于保证传感器的测量精度和工作稳定性。所设计传感器系统中，图5信号调理电路中直流电机的电流/力矩闭环控制器采用比例/微分控制方式，采用硬件描述语言实现。所设计传感器系统中，米用光电稱合芯片将光电管对的输出信号输入CPLD芯片，实现转速测量。转速测量除了采用了光电测量数字量计数方式，为提高传感器测量的精度，在芯片ISPMACH4128V-75T100C中设计了带通滤波器。所设计传感器系统中，通过该CPLD芯片实现了 RS485串行通讯协议的匹配。使通讯接口可稳定输出电机的转速和驱动输入电流。通过转速和驱动电流数据实现所设计传感器系统的工作和运行状态的监测。所设计传感器系统中，图4所示电源电路原理图中直流稳压芯片安装了散热片，以提高电源电路的热稳定性。在直流稳压芯片与散热片之间均匀涂覆导热硅脂，可保证传热效果良好。



图I是阻尼测量式粉末状原料高度测量传感器总体结构图。所述图I中标号说明1上壳体，2供电电源变压器，3直流稳压电源电路，4中间壳体，5小型直流电机,6下壳体,7弹性联轴器,8光电传感器罩,9红外发光/接收二极管对，10电/热绝缘安装座，11陶瓷纤维密封圈，12阻尼杆安装轴，13阻尼杆，14平键，15陶瓷纤维密封垫圈，16圆弧齿形挡光片，17深沟球轴承，18外接电源插头。图2是生产现场安装实验照片。图3是图I中A处局部放大图。图4是阻尼测量式粉末状原料高度测量传感器系统电路组成图。图5是电源电路原理图。图6是{目号调理电路。图7是电源电路实物照片。图8是信号调理电路实物照片。图9是完整料位测量传感器实物照片。图10是生产现场测试照片。
具体实施例方式所设计传感器系统的供电电源变压器2与直流稳压电源电路3通过螺钉连接成一体，并安装于中间壳体4的上面。上壳体I将供电电源变压器2罩住后，安装于中间壳体4上。所述上壳体I、中间壳体4、下壳体6被安装为牢固的传感器壳体结构。这些壳体结构均采用钢材制造，对传感器使用环境中可能存在的强电磁干扰有很好的屏蔽作用。所设计传感器系统的电/热绝缘安装座10与下壳体6通过内六角螺钉连接固定。用于速度测量的红外发射/接收二极管对9安装于下壳体6上，红外二极管对9之间有圆弧齿形挡光片16且固定安装于阻尼杆安装轴12上。阻尼杆13的安装轴12通过弹性联轴器7与小型直流电机5的输出轴连接。所述小型直流电机5安装于下壳体6上，下壳体6与中间壳体4通过螺钉固定连接。所述阻尼杆13的安装轴12通过弹性联轴器7与小型直流电机5的输出轴连接，能一定程度地容忍被连接轴的不同轴度，有利于减小所设计传感器系统的固有摩擦力矩。所述阻尼杆13与其安装轴12通过带平键14和紧顶螺钉的插孔安装方式，可同时实现轴向、径向、扭转方向的定位。所设计传感器系统中，光电传感器罩8插入电/热绝缘安装座10侧面的缺口中，并与下壳体6底面通过螺钉固定连接。具体实现过程如下
将阻尼杆埋入原料中，固定传感器，打开电源开关；
通过RS485通信线发送直流电机5启动命令；
阻尼杆安装轴12随直流电机5同步转动；
圆弧齿形挡光片16带动安装于其上的阻尼杆安装轴12同步转动； 红外发射/接收二极管对9测量圆弧齿形挡光片16的转速，并将测量信息传输给CPLD
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心片；
CPLD芯片根据转速信息计算出剩余原料高度。
权利要求
1.一种阻尼测量式粉末状原料高度测量传感器，主要包括传感器机械装置、直流电机、电机转速测量装置、电源电路、调理电路组成，其特征是 CPLD接收RS485串口通信线传输的电机启动信号； 采用了光电测量数字量计数方式敏感直流电机转速信号； 将敏感电机转速信号反馈到CPLD芯片中； 米用电流传感器敏感电机输入电流信号； 将敏感电机输入电流反馈到CPLD芯片中； CPLD芯片通过步骤(3)反馈的电机转速信号和步骤(5)反馈的电机输入电流信号实 现所设计传感器系统的工作和运行状态的监测； 通过RS485串口通信线输出步骤(2)中敏感直流电机转速信息和步骤(4)中敏感电机输入电流信息。
2.根据权利要求I所示阻尼测量式粉末状原料高度测量传感器，其特征在于闭环控制直流电机工作于恒力矩运转方式，电机转速反比例变化于外部阻尼变化。
3.根据权利要求I所示阻尼测量式粉末状原料高度测量传感器，其特征在于所述步骤(I)中通过CPLD芯片实现了 RS485串行通讯协议的匹配。
4.根据权利要求I所示阻尼测量式粉末状原料高度测量传感器，其特征在于所述步骤(2)中数字量测量方式，对传感器使用环境中的电磁干扰有很好的拟制作用，有利于保证传感器的测量精度和工作稳定性。
5.根据权利要求I所示阻尼测量式粉末状原料高度测量传感器，其特征在于所述步骤(4)中输入电流信号随外部阻尼变化而变化。
全文摘要
一种阻尼测量式粉末状原料高度测量传感器。由于工业生产中可能存在强磁场、强粉尘、高温环境、设备振动等因素的干扰，并且其原料常以粉末状、小颗粒状、半流体状、黏液状存在，所以对存放在固定容器容积中原料余料的测量存在很多技术原理和方法的限制。本发明新型传感器设计采用阻尼力测量方法，通过闭环控制直流电机工作于恒力矩运转方式下，使得电机的转速变化反比例于外部阻尼力矩的变化，从而通过对电机转速的测量实现对原料料位高度的连续测量，同时本传感器也可以作为开关使用。本传感器具有抗磁场干扰、耐受温度高、能承受一定的振动，并可用于粉尘环境。
文档编号G01F23/00GK102967339SQ20121031370
公开日2013年3月13日 申请日期2012年8月30日 优先权日2012年8月30日
发明者何广平, 狄杰建, 袁俊杰, 彭泽, 郭翱杰, 康宁, 彭蔚宇, 陈金洪 申请人:北方工业大学, 何广平