CN110749363A - 一种浮球驱动的电极液位检测装置及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及铁路***给排水技术领域，尤其涉及铁路动车、客车、机车等给排水卫生***中污物箱的液位检测装置及其应用。包括：空腔结构壳体，由上封盖和腔体组成，腔体的上端面处连接上封盖，上封盖上设置有通孔；第一电极、第二电极，其各自的一端穿过上封盖上的通孔后伸入上升腔体中；电极固定装置，设置在第一电极、第二电极位于壳体外部的部分上设置，使电极支撑在上封盖上且能够在通孔中运动；滑线嘴，其为底面未封闭的锥形结构，其锥尖部开孔，底面与腔体的下端面连接；位于腔体中的电极通断控制机构，柔性绳的另一端与浮球连接。发明利用浮球漂浮原理和电极液位原理，克服了污水环境对液位装置的腐蚀和污物附着导致液位信号不准确的缺点。

Description

一种浮球驱动的电极液位检测装置及其应用

技术领域

本发明涉及铁路***给排水技术领域，尤其涉及铁路动车、客车、机车等给排水卫生***中污物箱的液位检测装置及其应用。

背景技术

本发明背景技术中公开的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

目前，在铁路和民用的给排水及卫生***中，液位检测技术已经相当成熟，液位检测装置种类也多种多样，现阶段应用于铁路***的液位检测装置主要有浮球式、电磁式、光电式、电容式等。例如，专利文献201510815681.1公开的游标显示的浮球式液位计；专利文献201810442941.9公开的侧装式磁性浮球液位计；专利文献201620938397.3公开的电容式液位计等。

然而，本发明人在长期的研究中发现：由于铁路动车、客车、机车的卫生***污物箱内的环境显著恶劣，污水成分复杂，主要储存旅客及乘务人员的***物和生活污水，呈酸性粘稠状易粘连，对放置于其中的液位检测装置性能要求极高；而目前所应用的液位检测装置普遍存在耐腐蚀性差，时常出现受腐蚀后损坏的情况，或者受到污物粘连附着时，无法完成正常的信号检测，从而产生检测信号结果与实际液位情况不符的现象，这导致输送给排水卫生控制***的信号错误，使得控制***执行错误的控制指令，扰乱正常排水动作或无法及时排水等问题时有发生，甚至影响正常行车。

发明内容

针对上述的问题，本发明人进一步研究后发现，其主要原因是污物箱中的污水对液位装置的腐蚀和污物附着干扰液位检测信号，导致液位检测信号不准确，从而误报影响给排水及卫生***正常使用。为此，本发明提出一种浮球驱动的电极液位检测装置及其应用。发明充分利用浮球漂浮原理和电极液位原理，来完成箱体液位电信号采集，并对其进行封装防护，克服了恶劣的污水环境对液位装置的腐蚀和污物附着导致液位信号不准确的缺点，同时，本发明的装置还具有性能可靠，便于安装使用的特点。

为了实现上述目的，本发明公开了下述技术方案：

一种浮球驱动的电极液位检测装置，包括：壳体，第一电极、第二电极、电极固定装置，电极通断控制机构、滑线嘴和浮球；其中：

所述壳体为具有空腔的结构，其由上封盖和腔体组成，所述腔体的上端面处连接上封盖，所述上封盖上设置有通孔，所述第一电极、第二电极各自的一端穿过所述通孔后伸入腔体中，且第一电极、第二电极位于壳体外部的部分上设置电极固定装置，使电极支撑在上封盖上且能够在所述通孔中运动。所述滑线嘴为底面未封闭的锥形结构，其锥尖部开孔，底面与所述腔体的下端面连接。

所述电极通断控制机构设置在腔体中，电极通断控制机构包括：桥接板、弹性部件、定位座和柔性绳，所述桥接板和弹性部件的一端之间通过定位座实现连接，且桥接板靠近电极设置，所述弹性部件的另一端固定在腔体的下端面上，所述柔性绳的一端固定在所述弹性部件上；所述浮球由锥形空腔和半球形封头组成，所述半球形封头封住锥形空腔的底面，形成类似于倒置的“不倒翁”形结构，且所述锥形空腔的锥尖处设置有配重块，所述柔性绳的另一端穿出腔体下端面和滑线嘴的锥尖处的孔后与半球形封头的球面连接。

与现有技术相比，本发明取得了以下有益效果：

(1)本发明的液位检测装置能够在恶劣的污水环境中使用，有效避免了污水液位装置的腐蚀和污物附着导致液位信号不准确的缺点。

(2)本发明的液位检测装置中电极与液面无接触，避免了电信号在被测污水中传递和对外界控制信号的干扰，检测结果更加精确，而且可靠性高。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明实施例中壳体的结构示意图。

图2为本发明实施例中液位检测装置的结构示意图。

图3为本发明另一实施例中浮球未接触液面时的结构示意图。

图4为本发明另一实施例中浮球接触液面时的结构示意图。

上述附图中标记分别代表：1-壳体，1.1-上封盖，1.2-腔体；2-第一电极、3-第二电极、4-电极固定装置；5-电极通断控制机构，5.1-桥接板，5.2-弹性部件，5.3-定位座，5.4-柔性绳；6-滑线嘴；7-浮球，7.1-锥形空腔，7.2-半球形封头、7.3-配重块；8-被测液面箱体；9-液面。

具体实施方式

应该指出，除非另有指明，本发明中使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，本发明中所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅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设备或元件需要具有特定的方位，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。

术语解释部分:本发明中的术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体；可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或者两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。

正如前文所述，目前所应用的液位检测装置普遍存在检测信号与实际液位情况不符的现象，这导致这类污物箱的排水出现偏差，无法及时排水等问题时有发生。为此，本发明充分利用浮球漂浮原理和电极液位原理，提出了一种浮球驱动的电极液位检测装置。

现结合说明书附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

参考图1和2，示例本发明设计的一种浮球驱动的电极液位检测装置，其包括：壳体1，第一电极2、第二电极3、电极固定装置4，电极通断控制机构5、滑线嘴6和浮球7；该装置采用垂直于被测液面的安装方式，其中：

所述壳体1为具有空腔的结构，其由上封盖1.1和腔体1.2组成，所述腔体1.2的上端面处连接上封盖1.1，所述上封盖1.1上设置有通孔。

所述第一电极2、第二电极3，其各自的一端穿过上封盖1.1上的通孔后等长地伸入腔体1.2中，以便于电极通断控制机构5能够和两个电极同步接触，提高检测的准确性，因为只有电极通断控制机构5和第一电极2、第二电极3同时接触时，才能够将两部分电极连通，将进而将液位信息准确地传递出去。

进一步地，所述第一电极2、第二电极3位于壳体1外部的部分上设置电极固定装置4，使电极支撑在上封盖1.1上且能够在所述通孔中运动，以便于两个电极伸入腔体1.2中的部分能够保持稳定、等长，便于电极通断控制机构5能够和两个电极同步接触，提高检测的准确性。

所述电极通断控制机构5设置在腔体1.2中，电极通断控制机构5包括：桥接板5.1、弹性部件5.2、定位座5.3和柔性绳5.4，所述桥接板5.1和弹性部件5.2的一端之间通过定位座5.3实现连接，且桥接板5.1靠近第一电极2、第二电极3设置，所述弹性部件5.2的另一端固定在腔体1.2的下端面上，所述柔性绳5.4的一端固定在所述弹性部件5.2上。在柔性绳5.4的拉动下，桥接板5.1向下移动使两个电极断开，当柔性绳5.4的拉力小于弹簧6的向上弹力时，桥接板5向上移动接触到电极后使两个电极连通，依次往复循环，以实现电极的通断控制。

所述滑线嘴6为底面未封闭的锥形结构，其锥尖部开孔，底面与所述腔体1.2的下端面连接，滑线嘴6的主要作用包括：(1)对设置在壳体1内的电极通断控制机构5进行封闭，避免其受到污物箱晃动时污物的污染、腐蚀等。(2)用于约束柔性绳5.4的移动方向，保证桥接板5.1始终受到的是垂直拉力，而不会因浮球的晃动造成桥接板5.1受力方向的变化，使桥接板5.1和两个电极无法同步接触，影响检测的准确性。(3)锥尖出的孔有助于过滤柔性绳5.4上的污水、污物，尽量避免其进入壳体1内。

进一步地，在一些实现中，所述滑线嘴6的锥尖部的孔处设置有有密封结构，以更好地防止污水进入滑线嘴6中。

所述浮球7由锥形空腔7.1和半球形封头7.2组成，所述半球形封头7.2封住锥形空腔7.1的底面，形成类似于倒置的“不倒翁”形结构，且所述锥形空腔7.1的锥尖处设置有配重块7.3，所述柔性绳5.4的另一端穿出腔体1.2下端面和滑线嘴6的锥尖处的孔后与半球形封头7.2的球面连接。

可以理解的是，所述浮球7是柔性绳5.4的拉力驱动源，其采用不完全空心结构，而且表面是光滑，由于锥形空腔7.1的锥尖处设置有配重块7.3，该结构可以保持整个浮球10在液面上保持直立的状态，与液面之间保持极小的接触面，能够有效避免污物粘连，而位于上方的半球形封头7.2又能够进一步为浮球提供更大的浮力，是浮球与污水接触时漂浮在水面上，进而随着污水液面的变化使浮球对弹性部件5.2的拉力的变化，否则，如果浮球过重而无法漂浮在水面上，会使弹性部件5.2一直处于较大的压缩状态，从而无法使桥接板5.1将两个电极连通进行排水，造成排水出现偏差，无法及时排水。

进一步地，在一些实现中，所述浮球7的材质为不锈钢，这种材质既耐腐蚀，又可以为尼龙连接线9提供足够的拉力。

在另外一些实现中，所述配重块7.3也可以是锥形空腔7.1锥尖处为实心设置造成的，可以和锥形空腔7.1一体化加工。

进一步地，在一些实现中，所述电极固定装置4为螺母，所述第一电极2、第二电极3外表面均设置有与所述螺母的内螺纹相匹配的外螺纹，且螺母的直径大于上封盖1.1上通孔的直径，从而将第一电极2、第二电极3均支撑在上封盖1.1上。

应当理解的是，螺母和电极配合的设计方案使电极能够方便地***腔体1.2或者取出，方便电极的更换；更重要的是，能够通过旋转螺母调节电极伸入腔体1.2中的长度，从而使伸入腔体1.2中的两个电极尽可能保持等长，这样有助于保证电极通断控制机构5能够和两个电极同步接触，提高检测的准确性。

另外，在另一些实现中，每个电极上均设置两个螺母作为电极固定装置4，通过两个螺母可以将导线压接在电极上，从而将浮球采集的液位信息传递出去。

另外，在另一些实现中，所述腔体1.2的外表面设置有螺纹，以便于和污物箱上的螺孔之间配合，将整个浮球驱动的电极液位检测装置可拆卸连接在污物箱上。

进一步地，在一些实现中，所述弹性部件5.2为弹簧，所述柔性绳为尼龙绳，上述壳体1的材质也为尼龙，这种材质具有良好的耐腐蚀性，能够提高液位计在恶劣的污物箱环境下的使用寿命。

应当理解的是，本发明将用于传递浮力、浮球的拉力柔性绳5.4设计为柔性，而不是刚性绳/杆的优势是：浮球可以随着液面的变化而随时变化，不会受到柔性绳5.4的约束，从而能够保持浮球一直漂浮在水面上，这样能够尽量减小浮球与污水的接触面积，能够有效避免污物粘连，而污物粘连容易导致液位信号不准确。但如果刚性绳/杆则会浮球随污水液面上升至一定程度后，由于电极、上封盖1.1等的约束，而使刚性绳/杆没有进一步上升的空间，进而给浮球一个向下的推力，而使浮球在这种状态下会浸泡在污水中，显著增大浮球与污水的接触面积，导致更多的污物粘连，影响液位信号检测的准确性。

另外，在另一些实现中，参考图1，所述上封盖1.1的截面为六边形，即类似于六角螺栓的六角形头部，所述腔体1.2为圆柱形，且上封盖1.1的直径大于腔体1.2的直径，以便于通过上封盖1.1将整个液位检测装置支撑在污物箱的壳体上(参见图3、4)；另外，六边形的上封盖1.1有助于安装和通过常见的工具将上封盖1.1紧固在腔体1.2上，此时，上封盖1.1和腔体1.2之间可拆卸连接，例如，螺纹连接或者腔体1.2的上端口卡合在上封盖1.1上的卡槽中。

进一步地，在另一些实现中，本发明的上述液位检测装置还被用于动车、客车、机车等给排水卫生***中，用于污物箱中液位的检测。

进一步地，通过图3和4说明本发明的上述液位计的基本使用原理，首先，如图3所示，该液位检测装置垂直安装于被测液面箱体8的上表面，其中，正是通过上封盖1.1将整个液位检测装置支撑在液面箱体8的上表面上，此时，液位较低，浮球7与液面9没有接触，浮球7完全处于单纯重力下的垂直状态；由于浮球7的自身重力作用，弹性部件5.2(以弹簧为例)被压缩，桥接板5.1被拉向下移动脱离第一电极2和第二电极3，从而使得两个电极之间断开连接，完成电极1断开动作，此时，液面未达到排水高度。

继续参考图4，随着液面9逐渐上升，由于浮球7受到液面的浮力作用与自身重力相抵，浮球对桥接板5.1的拉力变小，弹簧6在弹性势能的作用下产生向上的推力，桥接板5.1被推向上移动，同步连通第一电极2和第二电极3，排水***启动排水。

应该说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分进行等同替换。

凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种浮球驱动的电极液位检测装置，其特征在于，包括：

壳体，其为具有空腔的结构，其由上封盖和腔体组成，所述腔体的上端面处连接上封盖，所述上封盖上设置有通孔；

第一电极、第二电极，其各自的一端穿过所述上封盖上的通孔后伸入上升腔体中；

电极固定装置，设置在第一电极、第二电极位于壳体外部的部分上设置，使电极支撑在上封盖上且能够在所述通孔中运动；

滑线嘴，其为底面未封闭的锥形结构，其锥尖部开孔，底面与所述腔体的下端面连接；

电极通断控制机构，其设置在腔体中，所述电极通断控制机构包括：桥接板、弹性部件、定位座和柔性绳，所述桥接板和弹性部件的一端之间通过定位座实现连接，且桥接板靠近第一电极、第二电极设置，所述弹性部件的另一端固定在腔体的下端面上，所述柔性绳的一端固定在所述弹性部件上；

浮球，其由锥形空腔和半球形封头组成，所述半球形封头封住锥形空腔的底面，且所述锥形空腔的锥尖处设置有配重块，所述柔性绳的另一端穿出腔体下端面和滑线嘴的锥尖处的孔后与半球形封头的球面连接。

2.如权利要求1所述的浮球驱动的电极液位检测装置，其特征在于，所述电极固定装置为螺母，所述第一电极、第二电极外表面均设置有与所述螺母的内螺纹相匹配的外螺纹，且螺母的直径大于上封盖上通孔的直径。

3.如权利要求2所述的浮球驱动的电极液位检测装置，其特征在于，每个电极上均设置两个螺母作为电极固定装置。

4.如权利要求1所述的浮球驱动的电极液位检测装置，其特征在于，所述腔体的外表面设置有螺纹。

5.如权利要求1所述的浮球驱动的电极液位检测装置，其特征在于，所述弹性部件为弹簧。

6.如权利要求1所述的浮球驱动的电极液位检测装置，其特征在于，所述上封盖的截面为六边形，所述腔体为圆柱形，且上封盖的直径大于腔体的直径。

7.如权利要求1所述的浮球驱动的电极液位检测装置，其特征在于，所述配重块是由锥形空腔锥尖处为实心设置造成。

8.如权利要求1-7任一项所述的浮球驱动的电极液位检测装置，其特征在于，所述滑线嘴的锥尖部的孔处设置有有密封结构。

9.如权利要求1-7任一项所述的浮球驱动的电极液位检测装置，其特征在于，所述柔性绳为尼龙绳，优选地，所述壳体的材质为尼龙；优选地，所述浮球的材质为不锈钢。

10.如权利要求1-9任一项所述的浮球驱动的电极液位检测装置在动车、客车、机车等给排水卫生***中的应用。

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