一种用于在液体介质中检测管内有无液体的方法.pdf

本发明涉及一种用于在液体介质中检测管内有无液体的方法，包括以下内容：1)设置一用于进行光路监测的固定架；2)在监测玻璃管的一侧固定设置光电发射器，在监测玻璃管的另一侧固定设置光电接收器；3)将整个固定架垂向固定在液体介质中，并将监测玻璃管放置在支撑板的通孔中；4)光电发射器发射的光经监测玻璃管一侧透射进入监测玻璃管内，经监测玻璃管另一侧透射的光发射到光电接收器，光电接收器将接收的数据发送到一外部的数据处理装置，数据处理装置通过观察接收光的强度是否有明显变化，判定是液位是否到达指定位置，如果达到指定位置进行警示。本发明可以广泛应用在液体介质中检测管内有无液体的测量中。

1.一种用于在液体介质中检测管内有无液体的方法，其特征在于包括以下内容：
1)设置一用于进行光路监测的固定架，包括有支撑板，支撑板中心开设有用于固定监
测玻璃管的通孔，支撑板的两侧还分别开设有发射光通光孔和接收光通光孔，发射光通光
孔和接收光通光孔均与通孔连通，且发射光通光孔和接收光通光孔的延长线与通孔圆心交
汇；
2)在监测玻璃管的一侧固定设置光电发射器，在监测玻璃管的另一侧固定设置光电接
收器；
3)将整个固定架垂向固定在液体介质中，并将监测玻璃管放置在支撑板的通孔中；
4)光电发射器发射的光经监测玻璃管一侧透射进入监测玻璃管内，经监测玻璃管另一
侧透射的光发射到光电接收器，光电接收器将接收的数据发送到一外部的数据处理装置，
数据处理装置通过观察接收光的强度是否有明显变化，判定是液位是否到达指定位置，如
果达到指定位置进行警示。
2.如权利要求1所述的一种用于在液体介质中检测管内有无液体的方法，其特征在于，
在监测玻璃管内有液体和无液体的情况下分别检测光电接收器接收到数据的电压范围，当
监测玻璃管内有液体的时候光电接收器接收的数据电压值比较大，当监测玻璃管内无液体
的时候光电接收器接收的数据电压值很小，使用中通过实验确定阈值，当光电接收器接收
的数据电压值低于该阈值时进行警示，表明监测玻璃管的液位降至指定位置。
3.如权利要求1所述的一种用于在液体介质中检测管内有无液体的方法，其特征在于，
发射光通光孔与接收光通光孔之间的夹角为85°～175°。
4.如权利要求1或2或3所述的一种用于在液体介质中检测管内有无液体的方法，其特
征在于，光电发射器和光电接收器均放置在液体介质内部，光电发射器放置在固定架的发
射光通光孔内，光电接收器放置在固定架的接收光通光孔内，使用前将光电发射器和光电
接收器分别进行防水密封处理。
5.如权利要求1或2或3所述的一种用于在液体介质中检测管内有无液体的方法，其特
征在于，光电发射器和光电接收器设置在液体介质外部，光电发射器通过设置在发射光通
光孔的光纤进行光信号传播，光电接收器通过设置在接收光通过孔内的光纤接收光信号。

一种用于在液体介质中检测管内有无液体的方法

技术领域

本发明是关于一种用于在液体介质中检测管内有无液体的方法，涉及液位监测技
术领域。

背景技术

在化学领域、尤其是涉及样品前处理浓缩时，通常采用水浴加热方式来加快溶剂
蒸发。目前实验室中采用水浴加热方式浓缩试剂时，为防止溶剂全部蒸干，需要实验员在旁
边值守，耗费大量时间和精力。

传统的液位检测方法分为接触式和无接触式两种。接触式装置多置于待测溶液内
部，易造成液体污染，且对于腐蚀性或强酸强碱强毒性溶液，应用上具有一定的局限性。无
接触式液位监测装置由于不会对容器中的介质造成污染，因此被广泛应用于液面位置监测
及检测领域，但是现有的无接触式液位监测装置都是置于空气中进行液位检测，一旦涉及
到液体内(如水浴锅内)液位检测则会由于防水性不强及光折射率的变化不定等问题而难
以实现直接检测。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种无需实验员在旁边值守且能够避免溶液
污染的用于在液体介质中检测管内有无液体的方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种用于在液体介质中检测管内有
无液体的方法，包括以下内容：1)设置一用于进行光路监测的固定架，包括有支撑板，支撑
板中心开设有用于固定监测玻璃管的通孔，支撑板的两侧还分别开设有发射光通光孔和接
收光通光孔，发射光通光孔和接收光通光孔均与通孔连通，且发射光通光孔和接收光通光
孔的延长线与通孔圆心交汇；2)在监测玻璃管的一侧固定设置光电发射器，在监测玻璃管
的另一侧固定设置光电接收器；3)将整个固定架垂向固定在液体介质中，并将监测玻璃管
放置在支撑板的通孔中；4)光电发射器发射的光经监测玻璃管一侧透射进入监测玻璃管
内，经监测玻璃管另一侧透射的光发射到光电接收器，光电接收器将接收的数据发送到一
外部的数据处理装置，数据处理装置通过观察接收光的强度是否有明显变化，判定是液位
是否到达指定位置，如果达到指定位置进行警示。

进一步地，在监测玻璃管内有液体和无液体的情况下分别检测光电接收器接收到
数据的电压范围，当监测玻璃管内有液体的时候光电接收器接收的数据电压值比较大，当
监测玻璃管内无液体的时候光电接收器接收的数据电压值很小，使用中通过实验确定阈
值，当光电接收器接收的数据电压值低于该阈值时进行警示，表明监测玻璃管的液位降至
指定位置。

进一步地，发射光通光孔与接收光通光孔之间的夹角为85°～175°。

进一步地，光电发射器和光电接收器均放置在液体介质内，光电发射器放置在固
定架的发射光通光孔内，光电接收器放置在固定架的接收光通光孔内，使用前将光电发射
器和光电接收器分别进行防水密封处理。

进一步地，光电发射器和光电接收器设置在液体介质外部，光电发射器通过设置
在发射光通光孔的光纤进行光信号传播，光电接收器通过设置在接收光通过孔内的光纤接
收光信号。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明是基于光在空气和液
体中的折射率不同，监测玻璃管内为空气和液体时，光电传感器接收端接收到的信号强弱
差距很大，并以此来判断液位是否到达指定位置，本发明无需实验员在旁边值守，由于本发
明采用非接触式液位检测，能够有效避免溶液污染。2、本发明的发射光通光孔和接收光通
光孔位于监测玻璃管的两侧且呈一定角度，因此可以根据光在不同介质中折射角度不同造
成接收信号强弱变化来判断液面位置。3、本发明的光电发射器与光电接收器还可以置于水
浴腔体外面，通过光纤进行信号传输，也能够实现液体介质监测液位，保证安全可靠。本发
明可以广泛应用在液体介质中检测管内有无液体的测量中。

附图说明

图1是本发明固定架的结构示意图；

图2是本发明的原理示意图；

图3是本发明实施例的原理示意图；

图4是本发明实施例的原理示意图。

具体实施方式

以下结合附图来对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更
好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。

本发明采用光电传感器进行液位检测，该光电传感器中的光电发射器和光电接收
器分别位于液体外面且位于监测玻璃管的两侧。光电发射器发出的光截面为扇形状，与监
测玻璃管管壁不垂直的光线在进入待测管壁(材质为玻璃等)发生一次折射，然后进入待测
管内部发生二次折射，再进入待测管壁(材质为玻璃等)发生第三次折射，最后射出进入液
体发生第四次折射被光电接收器接收时。当监测玻璃管内部为空气和液体时，第二次折射
和第三次折射的折射角会发生变化，因此光电接收器在同一位置接收到的光电信号强弱不
同，依此可以判断液位是否到达指定位置。

本发明提供的用于在液体介质中检测管中有无液体的方法，包括以下内容：

1、如图1所示，设置一用于进行光路监测的固定架1，包括一支撑板11，支撑板11可
以采用任何形状，在此不做限定，本发明实施例中采用八边形支撑板11，支撑板11的中心设
置一用于固定监测玻璃管的通孔12，支撑板11的两侧还分别设置发射光通光孔13和接收光
通光孔14，发射光通光孔13和接收光通光孔14分别与通孔12连通，且发射光通光孔13和接
收光通光孔14的延长线与通孔12圆心交汇，发射光通光孔13与接收光通光孔14之间的夹角
为85°～175°(如图2所示)，支撑板11上还设置有穿线管15，以及用于将固定架进行固定的
安装孔16。

2、将光电发射器例如：激光头放置在固定架1的发射光通光孔13内，将光电接收器
放置在固定架1的接收光通光孔14内，使用前需要将光电发射器和光电接收器分别进行防
水密封处理，光电发射器和光电接收器均通过相应连接线连接外部设备和数据处理装置；
另外，光电发射器和光电接收器还可以设置在液体介质外部，光电发射器通过设置在发射
光通光孔13的光纤进行光信号传播，光电接收器可以通过设置在接收光通过孔内的光纤接
收光信号，本发明以光电发射器和光电接收器均放置在液体介质内部进行说明。

3、将整个固定架1垂向固定在液体介质中。

4、将监测玻璃管放置在支撑板1的通孔12中。

5、位于液体介质内部的激光头发射的激光经发射光通光孔13传播并经监测玻璃
管一侧透射进入监测玻璃管内，经监测玻璃管另一侧透射的光经接收光通光孔14内的光电
接收器接收，光电接收器将接收的数据发送到数据处理装置，数据处理装置通过光电接收
器观察接收光的强度是否有明显变化，判定是液位是否到达指定位置，如果达到指定位置
则发送信号到警示装置，警示装置可以是指示灯或发声装置。

在监测玻璃管有液体和无液体的情况下分别检测光电接收器传输数据的电压范
围，通常情况下，当监测玻璃管内有液体的时候光电接收器接收的数据电压值比较大，当监
测玻璃管内无液体的时候光电接收器接收的数据电压值很小，实际使用中可以通过实验确
定阈值，当光电接收器接收的数据电压值低于该阈值时，警示装置发出警示，表明液位降至
指定位置。

下面通过具体的实施例对采用本发明方法对某监测玻璃管内是否有液体的具体
监测过程进行详细说明：

将内径为r，外径为R的监测玻璃管置于水浴箱体内，在监测玻璃管一侧固定设置
光电发射器，监测玻璃管的另一侧固定设置光电接收器侧，光电发射器距离监测玻璃管外
壁为a。从光电发射器发射出的光以2θ₁角发散射到监测玻璃管外壁，如图3所示，θ₂为从水进
入监测玻璃管的玻璃的入射角，θ₃为第一次折射角，θ₄为从玻璃进入监测玻璃管内空气的入
射角，θ₅为第二次折射角，θ₆为从监测玻璃管内空气进入玻璃的入射角，θ₇为第三次折射角；
θ₈为从玻璃进入水的入射角，θ₈过圆心的边与θ₁过圆心的边夹角为θ₉，并令θ₁₀＝180°-θ_9。则
根据几何关系推导：

根据光的折射定律n₁sinθ₁＝n₂sinθ₂和几何关系可知：

θ₅＝θ₆；θ₄＝θ₇；θ₃＝θ₈；

推出：

所以：

θ₉＝π-[(θ₂-θ₁)+(θ₄-θ₃)+(π-θ₅-θ₆)+(θ₇-θ₈)]

即：θ₉＝2θ₅+2θ₃-2θ₄-θ₂+θ₁

最终得出：

将n_水＝1.33，n_空气＝1.0，n_玻璃＝1.5，R＝5mm，r＝4mm，a＝3mm；θ＝3°带入可得θ₉＝
12.84°，则θ₁₀＝180°-θ₉＝167.16°。综上，θ₁₀即为当监测玻璃管内为空气时，光电接收器能
接收到光信号情况下，发射光通光孔与接收光通光孔所能成的最大角。

同样将内径为r，外径为R的监测玻璃管置于水浴箱体内，在监测玻璃管的一侧固
定设置光电发射器，在监测玻璃管的另一侧固定设置光电接收器，光电发射器距离监测玻
璃管外壁为a。从光电发射器发射出的光以2β₁发射射到监测玻璃管外壁，如图4所示，β₂为从
水进入玻璃的入射角，β₃为第一次折射角，β₄为从玻璃进入监测玻璃管内水的入射角，β₅为
第二次折射角，β₆为从监测玻璃管内水进入玻璃的入射角，β₇为第三次折射角；β₈为从玻璃
进入水的入射角，β₈过圆心的边与β₁过圆心的边夹角为β₉，并令β₁₀＝180°-β_9。则根据几何关
系推导：

根据光的折射定律：n₁sinβ₁＝n₂sinβ₂和几何关系可知：

推出：

所以：β₉＝π-[(β₂-β₁)+(β₄-β₃)+(π-β₅-β₆)+(β₇-β₈)]

即：β₉＝2β₅+2β₃-2β₄-β₂+β₁

最终得出：

将n_水＝1.33，n_空气＝1.0，n_玻璃＝1.5，R＝5mm，r＝4mm，a＝3mm；β＝3°代入可得β₉＝
8.08°；β₁₀＝180°-β₉＝171.92°，综上，β₁₀即为当待测玻璃内为水时，光电接收器能接收到光
信号情况下，发射光通光孔与接收光通光孔所能成的最大角。

本实施例的阈值设定过程为：当监测玻璃管中有液体时测得一个电信号的数值，
当监测玻璃管内没有液体时测得一个电信号数值，阈值取用中间值左右数值即可，当发射
光通光孔与接收光通光孔的夹角α的范围为：θ₁₀<α<β₁₀时，光电接收器只能接收到通过液体
的光而不能接收到通过空气的光，也就是当液位下降到本发明的光电传感器所在平面时，
光电接收器由接收到光变为接收不到光，光电接收器的电信号会有明显改变(变大或变小
与电路设计有关)，当低于或高于(高低决定电路的设计)阈值时来判定警示装置是否发出
警示指示，表示到达指定液位。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中方法的各实施步骤等都是可以有所变化
的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护
范围之外。