本发明涉及容器中液位检测仪，尤其是发酵罐中泡位智能化电容式检测监控仪，适用于食品、药品和生物制品生产发酵工程中。 食品、药品和生物制品的生产发酵是将发酵菌种置于密闭容器，即发酵罐中，通以无菌空气进行纯种发酵。在其过程中，罐中发酵液会产生大量泡沫，若不留心监视，及时流加消泡剂，发酵液往往会随着泡沫沿着罐的排气管道外流，即逃液，造成直接减产，还有可能引起发酵罐染菌，导致生产异常。
目前，这一研究课题已为发酵行业中急待解决的重要课题之一，至今应运而生的相关仪器有中国科学院上海冶金研究所一九九零年研制的多触点电阻式消沫传感器和中国发明专利申请号88108312.7的料位测量仪。前者为电阻式检测仪，其探头不宜长期置于发酵罐中使用，因为其自身电阻值会随着罐中发酵液及其泡沫的长落会在其探头外表附着一层又一层的发酵液结垢而不断变化，这必导致其传感检测信号可靠性越来越差，还有可能输出误传感信息，产生误监控动作，其实用性欠佳。此外、该仪器不具备判别罐中真假泡位的功能（假泡位是指发酵罐中搅拌器搅拌发酵液溅起的飞沫位置），有可能导致误加消泡剂，影响正常发酵;后者，虽然为电容式检测仪、其探头本征特性不易变化，但其适用对象是测量容器中的非导体块料、颗粒、粉状料物的料位，此外，亦缺乏智能化功能。
鉴于其背景技术的上述问题，本发明的目的是提供一种发酵罐中泡位智能化电容式检测监控仪。它的传感器能长期置于发酵罐中使用而不改变其性能，提供的传感信息准确可靠，而且整个仪器具有智能化功能，能正确地判别罐中真假泡沫，及时自动地加消泡剂，能有效地防止逃液现象发生。
其工作原理是采用电容式传感器作为检测电容的一个极，采用发酵罐体作为其电容的另一极。当其罐中发酵液泡沫上升到接触电容式传感器时，检测电容介电常数发生变化，引起电容量变化，将其变化输入检测单元中单稳触发器，引起单稳电桥输出电平变化，将这种变化经放大、整形、变换之后，送入信号处理单元处理、输出信号、驱动输出单元，实现真假泡沫判别、时序控制、报警等功能。
其组成包括一只绝缘穿过发酵罐壁而被安装在罐中的电容式传感器、一个与之相电连的电容式检测单元、一个整机电源、一只与其检测单元输出端相电连的信号处理单元、一只与其信号处理单元输入和输出端分别相电连的显示及设定单元和一只与其信号处理单元输出端相电连的驱动输出单元。
下面将结合附图对本发明作详细描述。
图1为发明工作原理框图与说明书摘要附图。
图2为图1的一种具体电路框图。
图3为图2中电容式检测单元电路图。
图4为图2右侧显示及设定单元工作原理图。
图5为图2中信号处理单元中央处理机（CPU）单片微处理机（如8031单片微处理机）的开发软件主程序流程图。
图6为图4中显示子程序流程图。
图7为图4中键盘子程序流程图。
图8为图4中中断服务程序流程图。
图9为图2中检测电容与泡沫液位关系曲线图。
图10为图2中检测电容与TTL电位关系曲线图。
图11为图2监控仪面板分布图。
图12为图2监控仪后面板分布图。
参照图1，便知本发明的组成及其诸单元的电连关系。其文字说明，如上文所述，不宜赘述。
从图2可以看到，一只绝缘穿过罐壁（2）地电容式传感器（3），被安装在其罐与排气管道（1）的接口部位中央，以使管道（1）中强气流带走传感器（3）表面与罐壁（2）上的水凝气，以确保其传感检测信号精确可靠，还可以看到一个与其传感器相连的电容式检测单元，它包括一只产生连续方波的多谐振荡器、放大积分器、电平检出器、电平转换器，单稳触发器、依次串联，还包括电连电平检出器的基准电压器。
其具体电路图，如图3所示。其多谐振荡器和单稳触发器由集成电路U1的输入脚1、2接电容C1两极、脚1接电阻R1一端，脚3接电阻R1另一端和电源正极+E、脚3、4接电阻R2两端、脚4接电容Co、Cx到地而构成;其放大积分器由集成电路U2的脚6接U4的脚5、脚7接电阻R3、R4一端（R3另一端接地）和电容C2一极、脚8连接电阻R4的一端和电容C2另一极而构成;其基准电位发生器W由其集成电路U3的脚9接稳压二极管D正极（其负极接地）和电阻R6一端，脚10接电阻R7一端（另一端接地）和电阻器W一端，脚9、11分别通过R6、R8并接电源+E;其电平检出器由其集成电路U4的脚12通过电阻R5连接U2的脚8，脚13通过电阻R9连接基准电位发生器U3的脚11;其电平转换器由其集成电路U5的脚14接U4输出脚，脚15接8031单片微处理机脚16（图2）而构成。
图2中的信号处理单元是一个以CPU为核心的带有ROM和有掉电保护电路RAM的单元，其输入端16接电容式检测单元的电平转换器输出端，其输出脚17、18、22分别接驱动输出单元中晶体管T1基极、固态继电器（SSR）输入端、和显示及设定单元的驱动电平转换器输入端。其输出脚19、21接显示及设定单元输入与输出端，对来自检测单元的信号进行对比、延时、判断、控制、输出显示信息与控制信号。
其驱动电平转换器的六个输出端分别接有一条相同的电路。它由一集成电路块（如U6或U11）的输入脚接其驱动电平转换器的一输出端，而上述一集成电路块的输出端接一晶体管（如T2或T12）的基极，其发射极接另一晶体管（如T3或T13）的基极，晶体管T3、T13的发射极分别接显示分钟数的发光二极管M，和表示泡沫状态的指示灯（T3），晶体管T2与T3、T12与T13的集电极接+V而构成。
图2中左侧标记（·）表示四条与上述电路相同的电路，右侧标记（·）分别表示秒数（S）、泡沫状态（PV）、泡沫状态持续时间（T1、T2）的指示灯。
还可以从图2中看出，其驱动输出单元由一只晶体管T1集电极接直流继电器J输入端和二极管D1正极而其负极接继电器J输出端，其输出端接+12V、晶体管T1发射极接地、其基极接CPU的17脚，和一只的输入端接CPU的脚18而输出端接电磁阀的固态继电器（SSR）而组成。该输出接电磁阀。
从图2、图4中还可以看出，信号处理单元（CPU）的脚19接设定部分键盘MOde、S/M、、△四个功能键、脚21接显示部分的四个显示十分钟、几分钟、十秒、几秒钟的数码管Q0、Q1、Q2、Q3。
图4为图2右侧显示与设定部分的工作原理图，它是采用信号处理单元串行通讯接口，以移位串行工作方式工作，位移寄存器U0-U4使每片扩展为8位并行接口输出，即串并转换，U1-U4连接四只八段发光二极管Q0-Q3作为静态显示，以双输入“与”门U5与信号处理单元输出脚19向U0-U4发移位脉冲，使其输出对应脉冲串的a→b→c→d→e→f显示，从而从左至右显示“十分、分、十秒、秒数值。
同时信号处理单元向Uo发串行键盘扫描脉冲，当有键被按下后，该导线为高电平，信号处理单元判出该键在执行相应的操作。
图4中的标记（·）表示同其左右同样的器件。
本发明中的CPU选用8031单片微处理机，通过其所开发的软件与硬件相结合来完成上述功能。
其显示及设定单元面板（图11）上有显示发酵罐中泡沫状态时间T1T2、T3分秒（M、S）的二位数指示器（4）、泡沫测量指示灯（5）、工作状态显示灯（6）：判别罐中真假泡沫状态指示灯、向罐中加消泡剂状态指示灯、泡沫下降及泡沫还未升到接触传感器（3）的状态指示灯，四个功能键标志（7）：T1、T2、T3时间段设定选择键标志、分秒选择键标志、T1、T2、T3时间段渐增键标志及其渐减键标志和相对应的四个功能按钮，即人一机对话键盘（8）。
参照图12，本发明图2监控仪的后面板上装有电源开关（9）、保险管（10）、检测信号远传引线端子（11、12、13）、接图2中（2）和（3）即图3中Co的信号输入端子（15）、和电源端子（14）。
参照图5至图8将对本发明软件设计流程作文档说明。
主程序（图5）
首先对数据区初始化，包括RAM清零或置标志、设定堆栈地址、设置软件计数器初值，清除输出控制等。
中断定时采用定时/计数器零，模式选用方式1工作模式，定时器初值设置为100ms，并有软件计数器对100ms中断进行计数，以得到采样和输出控制信号所要求的时间，实现计时目的。
由于开机后，在未进入控制程序之前，显示器显示内容是不定的，给人的印象不舒服，所以在进入程序后，对其显示内容清除并输出零显示，直到下一次新显示内容送出。
所谓掉电保护数据，是指本次开机前的数据，即上一次运行结束时或突然掉电时的重要信息，将这些数据在掉电时装入有后备电池的安全RAM区。加以保护，以防丢失，以备恢复时使用，比如对T1、T2、T3运行时间段的设定时间和计时时间进行保护等。当然，如果本次恢复使用和上次使用间隔太长，或比较长，这些数据的意义可能已不是特别重要了，因为工况有可能已发生了很大变化。
显示子程序用来显示T1、T2、T3时间段的设定时间和运行计时时间，即显示设定时所键入的时间或实际运行的T1、T2、T3时间段计时时间，并且随时可以显示键入所选择的设定时间段内容。
有关键盘子程序主要是完成判别有没有按键，以及时对各键（）并置或清除键状态标志。
显示子程序（图6）
当进入显示子程序后，首先开放显示器，才能把要显示的内容送出去给到显示器显示，因为为了防止按键时引起显示抖动，在上一次显示结束后，显示是关闭的，保持着显示内容不变，故当要输出新的显示内容时，需先开放显示，然后才将要显示的新的内容按要求的位数1位或两位依次送出显示，送显示结束后，随即又将显示关闭返回。
键盘子程序（图7）
本段程序包括了对键盘扫描和获取键号。
首先送出键扫描字，对键盘进行扫描，当发送完扫描字后，清除发送标志，判别有没有键被按下，进行软件延时，判别本次获取的状态是键抖动还是有键确实被按下，如果是键抖动，即没有键被按下，则返回，不进行处理，如果确有键被按下，而不是键抖动，则进行键号识别，即获取键号，也就是被按下的键，以得到该键并记下，并进行以后的键处理。
中断服务程序（图8）
本程序用来完成采样、计时和输出控制。
进入中断服务程序后，置入新的时间常数，判断软件计数器是否已经减为零，即判别进行采样，计时和输出控制的时间是否已经达到，当未达到时，则不处理返回;当计数器减为零后，即置入新的计数值之后，进行采样，判别罐中泡沫是否接通传感器（3），决定T1、T2、T3三个时间的选择。当罐中泡沫未接通传感器（3）时，进入T3时间段计时，当判别罐中泡沫第一次接通传感器（3）时，进入T1时间段，指示灯亮，T1计时时间段开使计时，如果在T1时间段内泡沫检测信号灯灭，则说明不是真正的泡位，很可能是飞沫，于是由T1立即跳入T3时间段，即灯灭、灯亮便开始计时;如果在T1时间段内罐中泡沫和传感器（3）始终是接触的，则说明当时泡位是真泡沫位置，在T1时间段运行完后，进入T2时间段，关闭T1指示灯，打开T2指示灯，并且输出信号驱动输出单元，控制电磁阀加消泡剂。由于加入消泡剂到泡位下降有一段时间滞后，消泡剂不能加到泡位下降时才停止，这样消泡剂就加多了，会影响发酵过程正常进行，所以必须在泡位下降前几秒钟就要停止加消泡剂，也就是说，控制电磁阀动作的不是泡位，而是T2所设定的时间，T2计时到予先设定的值就立即跳出T2进入T3，关闭电磁阀，同时关闭T2指示灯，打开T3指示灯，在T3时间段内即使泡位不下降也不进入T1（这是一段滞后时间），若在T3时间段内泡位下降，则将在T3段循环，直至新的泡位上升再进入T1，重复上述过程。T1、T2、T3三个时间段要根据具体对象过程而定。
由以上程序文档说明，可以了解其主要工作过程如下：
a、首先对数据区进行初始化，置堆栈地址，输入时间常数、软件计数数据、确定定时器工作方式、启动定时器、清除显示、送掉电保护数据等。
b、显示计时时间段时间T1、T2、T3。
c、判别有没有键被按下，键抖动识别、键号获取，以及键号识别并对键功能处理等。
d、当进入中断后，对采样时间、计时时间、以及输出控制的判别等，以确定采样，T1、T2、与T3段的选择和输出控制加消泡剂或停止加入消泡剂等。
加电后，本发明仪器中的电容式检测单元便进入工作状态。其中多谐振荡器产生占空比60-80%的连续方波，其振荡频率为1-10Kz，其频率的高低决定着电容检测信号的数量。单稳态触发器在其连续方波下降沿触发下工作。当被测电容Co（图2）未接通罐（2）中发酵液泡沫时，其值为Co，触发器输出脉冲宽度为T1;当电容Co接通罐（2）中泡沫时、电容Co增大为Cxo、约为280PF（图9）。此时触发器输出的脉冲宽度为T2，T2大于T1。这种脉宽变化送入放大积分器经放大积分变为直流电压变化UA，并与基准电位发生器的输出电压UB一起送入电平检出器，输出对应于Co变化引起的电平值，再经电平转换器转换成TTL电平信号V输出（图10）送中央处理机（CPU）处理。
加电后，本发明仪器中的信号处理单元进入待机状态，软件程序进入程序。
为了在发酵过程中自动识别罐（2）中的真假泡沫状态，即其罐中搅拌器搅拌溅起的飞沫与发酵液泡沫上升状态，首先，根据罐中搅拌器功率的大小、罐的规格、发酵液与发酵菌的种类等因素，通过面板（图11）上的人一机对话键盘（8）设定T1、T2、T3时间段。
其操作过程如下：
按一次面板（11）上的键，指示灯亮，然后根据罐中搅拌器当泡沫上升到一定位置很容易溅起飞沫而造成误测量的情况，按、键选定T1时间段数值，显示在显示器（4）上，存入RAM中，进行延时、比较，以判别罐中真假泡位，防止误测量、误控制输出，即只有当真正泡沫液位上升至接触传感器（3）时本监控仪才会有输出信号输出，控制电磁阀打开，流加适量消泡剂。
按两次键、面板上指示灯亮，以上述同样办法选定T2时间段数值、显示后、存入RAM。
按三次键、指示灯亮，以同样办法选定T3时间段值，显示确认后，存入RAM。
设定完毕后，按四次键，本发明仪器全部进入正式运转。
图9中TTLH、TTLL为TTL高、低电平，Cx为电容增值。
模拟实验结果表明，在通常情况下，设定T1为0-5秒，T2为0-10秒，T3为0-15秒，就能满足发酵行业要求，即判别罐中真假泡沫位置，实时加消泡剂，在发酵过程中，既不逃液，又不因多加消泡剂，导致发酵液中毒，影响发酵液正常代谢与合成。
本发明对其制作技术与设备均无特殊要求。