[发明专利]一种具有浮子芯的液面传感器

说明书

本发明涉及用浮子芯感测液面的传感器，该传感器包括设置有用于检测液体的存在的装置的一个浮子芯，及可绕在配置在装有要检测液面的液体的容器外面的支承件上的一条刻度尺或缆，其自由端是固定在浮子芯的外壳上的，该外壳包含一个自备的电源、电子处理电路及用于检测液体的存在的一个探头。

这种具有浮子芯的液面传感器是已知的，其中可绕在贮液罐外部的密封贮存壳中的柔性金属刻度尺通过设置有与外界密封的装置的一条通道穿透进贮液罐中。尺的自由端固定在设有一个用于检测液体的存在的检测探头及用于将信息信号传送给位于贮液罐外面的接收器的装置、并设置有诸如当探头与液体接触时发光的一个指示灯的浮子芯上。操作员放出刻度尺直到观察到指示灯处于接通与断开的边界，这表示浮子芯的检测探头正位于大气与液体之间的界面上。当指示灯指示检测探头已到达了它要寻找的界面时，操作员便观察邻接于形成在观测窗中的一个参照标记的尺上的刻度，该刻度提供要检验的界面位置，即贮液罐中的液面的一个指示。

在工业实践中，应用浮子芯的液面传感器用于检测各种各样的液体，有些是高度化学腐蚀性的。当前，每种传感器只适用于一种特定种类的液体，因此不是通用的。从而，对某些种类的液体采用响应导电性变化的检测探头，而对于其它种类的液体则采用电容型检测探头，而对于别的种类的液体则采用光学型检测探头。此外，光学或电容型检测器是较为易碎的，因此是难于使用的。

还已知有基于弹性波(或“声波”)的波导的类型的液体存在检测器。然而，这种检测器通常是相当笨重、灵敏度有限并安装在装有液体的贮液罐壁上的固定位置上的。

从而需要提供一种既充分可靠又灵敏同时又能以小尺寸实现、将传感器的所有工作元件装在浮子芯中的浮子芯型液面传感器。

按照本发明，这些目的是通过用浮子芯感测液面的传感器达到的，该传感器包括设置有用于检测液体的存在的装置及可绕在设置在装有要检测其液面的液体的容器外面的一个支承件上的一个刻度尺或缆，尺或缆的自由端固定在浮子芯的壳上，该壳中包含一个自备的电源电子处理电路及用于检测液体的存在的一个探头，该传感器的特征在于，用于检测液体的存在的探头包括一个金属波导，该波导依次具有：一个实心圆柱形顶部第一部分；构成一个机械放大器的较小截面的一个第二部分；一个平截头圆锥体形第三部分，其较大的基底位于底端；以及构成探头的敏感部分的一个圆柱形底端第四部分；其特征在于金属波导是以密封方式用一个支承凸缘连接在浮子芯的壳上的，该凸缘以下述方式在一个与所述平截头圆锥体形第三部分持平的一个线形环形区中固定在金属波导上，使得只有位于所述线形环形区下方的波导管部分从浮子芯的壳中伸出及能与液体接触；在于在顶部第一部分的自由端上设置一个由电子处理电路供电的换能器；并且在于电子处理电路包括用于产生周期性地作用在换能器上以在波导中产生入射弹性波的确定的频率f_i的激励脉冲的电路，以及用于在没有液体接触波导管的敏感圆柱形端部时检测换能器作为入射弹性波的回波发出的脉冲的电路。

在一个特定实施例中，波导的圆相形端部是制成管状的，并具有用于防止液体渗入所述圆柱形端部的一个管塞封闭的一个自由端。

按照特定的特征，支承凸缘是用激光焊接或电子束焊接在一个线形环形区中固定在金属波导上的。

通常，本发明的传感器对于在波导的敏感部分中传播的弹性波串具有小的波群速度与大的延迟的高度波散(dispersive)的敏感部分。

本发明尤其有可能实现一种非常短的，小于1mm的高灵敏度探头，同时仍能使用由一般尺寸的压电陶瓷制成的换能器。

在一个特定实施例中，构成一个机械放大器的较小截面的第二部分包括一个其较大的底连接在所述实心圆柱形顶部第一部分上的实心的伸长的平截头圆锥体形第一长度，及一个连接在平截头圆锥体形第三部分的较小底上的较小直径的圆柱形第二长度。

在本例中的一个便于制造的更特殊的实施例中，较小直径的圆柱形第二长度包括一个与实心的顶部第一部分及伸长的平截头圆锥体形第一长度整体形成的第一部分，及一个与平截头圆锥体形第三部分及底部圆柱形端部整体形成的第二部分。

在一个特定实施例中，金属波导的支承凸缘是环形的并包含一条容纳一个O形环的外侧槽。

实心圆柱形顶部第一部分与底部圆柱形端第四部分有利地具有相同的外径。