具体实施方式

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下面结合具体实施例对本发明做进一步地描述：

如图1-图4所示，本发明提供一种液位检测装置及含有该液位检测装置的液氮循环系统及液氮循环系统液位控制装置。

本发明实施例结构的液位检测装置包括浮子、导向件、检测浮子位置的检测器。浮子包括上、下设置的上浮子502和下浮子501，上浮子和下浮子的中心线重合，下浮子可以设置呈立方体或球体，上浮子502优选设置呈立方体，上浮子502和下浮子501之间通过弹性件连接成一体采用弹簧507作为弹性件，弹簧最好竖直设置，一端与下浮子的上端连接，另一端与上浮子的下端连接。弹簧可以均匀设置若干个，根据弹簧数量的不同，可以采用不同的分布结构：当设置一个弹簧时，弹簧中心线与浮子的中心线重合；当设置两个弹簧时，两个弹簧关于浮子的中心线对称设置；当设置三个以上弹簧时，弹簧中心线之间的连线呈正多边形，正多边形的中心线与浮子中心线重合。这样设置的弹簧，不仅可以保持浮子重心位置不变，避免因弹簧分布不均而使浮子重心偏移，还可以使上浮子下表面所受弹簧的拉力均匀，以增强上浮子的稳定性，避免上浮子在运动过程中发生倾斜。

浮子活动连接在导向件上，导向件可以采用杆状件或滑道与滑块相配合的组合件，采用滑道与滑块相配合的组合件时，滑道竖向固定，滑块配合连接在滑道上，浮子固定连接在滑块上，当浮子随液面升降时，可以带动滑块沿滑道上、下滑动。优选采用杆状件506作为导向件，杆状件具有一定长度，如图3、图4所示，杆状件的横截面可以设置成弓形或多边形，设置成弓形时，直线与弧线的相交处做倒圆角处理；设置成多边形时，优选为四边形，相邻两边的相交处做倒圆角处理，优选地，将四边形的各边设置成不同心的弧形，圆弧凸起的一侧朝向外侧。

浮子与杆状件506的连接结构优选为两种，一种连接结构是在上浮子和下浮子的中心对应设置与杆状件506的横截面形状和尺寸相匹配的通孔，浮子通过通孔套设在杆状件506的外部；另一种连接结构是在上浮子和下浮子的同一侧水平固定设置套环，套环的内壁形状与杆状件的横截面形状相适配，无论是通孔还是套环内孔与杆状件上各面相配合时，均具有一定间隙，以保证浮子可以滑动顺畅，单侧间隙值优选小于等于3mm。又由于杆状件与浮子上的通孔或套环内孔的接触面主体为圆弧面，平滑度较好，可以更好地避免卡死。杆状件对浮子具有导向作用，可以引导浮子沿杆状件的长度方向移动，避免浮子随液面漂动或自身发生翻转，杆状件的横截面形状可以有效防止浮子围绕杆状件转动，由于杆状件与浮子或套环之间配合的间隙较小，杆状件对浮子特别是对下浮子501具有较好的约束作用，可以防止下浮子501随液面摆动过大，当下浮子摆动较小时，有利于上浮子502保持较好的稳定性。

浮子的位置检测器包括信号检测件，信号检测件优选位置传感器，位置传感器可以采用接触式传感器或接近式传感器，当采用接触式传感器时可以采用行程开关；当采用接近式传感器时，可以采用电磁式传感器、光电式传感器、霍尔式传感器等。

下面以导向件为杆状件为例对本发明的工作原理进行说明。工作时，杆状件506竖直固定，浮子套设在杆状件506上，在杆状件506的导向作用下，浮子随液面的升降在沿杆状件的长度方向上、下移动。下浮子浮在液体中，上浮子和至少一部分弹簧或整个弹簧位于液面以上，由于弹簧具有缓冲作用，能吸收一部分液面波动的能量，因此弹簧的震动量小于液面的波动量，从而使上浮子保持相对稳定的状态。当采用行程开关对上浮子位置进行检测时，将行程开关固定在容器内壁上，在上浮子上与行程开关相对应的一侧固定设置有与行程开关相对应的碰撞件，碰撞件可以采用杆状或片状，碰撞件朝向行程开关设置，当向容器中注入液体后，浮子随液位上升，当碰撞件与行程开关碰触后，行程开关将上浮子的位置信号向外发送至控制器，由此得出液位的高度。当采用接近式传感器对上浮子位置进行检测时，以光电式传感器为例，对接近式传感器的结构和工作原理进行说明：光电传感器包括光源和光电接收器，光源和光电接收器位置相对地固定设置在容器内壁上，当上浮子随容器中的液面上升至与光源和光电接收器相同的高度时，上浮子位于光源和光电接收器之间，上浮子遮挡了由光源发出的部分或全部的光通量，此时，传感器将上浮子的信息向外发送至控制器，从而得出液位高度。

本发明提供的液位检测装置，当用于对液位的最高位置进行检测时，传感器固定在与液位最高位置相适应的位置；当用于对液位进行实时检测时，则需设置多个传感器，多个传感器呈直线形竖直排列，当上浮子随液位高度上升时与不同高度的传感器对应，不同高度上的传感器向外部发出不同的位置信号，从而实现对液位的实时检测。

本发明提供的液位检测装置，可以应用在污水处理领域、氮的气液分离领域等，当应用在污水处理领域时，传感器可以采用行程开关、电磁式传感器、光电式传感器等普通传感器。当应用在氮的气液分离领域时，由于液氮温度超低，所采用的传感器必须能够在超低温度（-196°）下长时间稳定工作，普通传感器不能满足工况要求。又因为液氮进入到分离器后，液面极不稳定，为控制液氮液位的稳定性，需要对液位进行实时监测。所以，在氮的气液分离领域中，优选采用霍尔传感器。下面以霍尔传感器为例，对采用本发明提供的液位检测装置对液氮分离器中的液氮液位进行实时监测时，所采用的结构进行详细说明。

霍尔传感器中包括多个霍尔元件504，每个霍尔元件504具有独立的信息编码，多个独立的霍尔元件呈直线形竖向固定设置在长条形固定板的面对浮子的表面上，每个霍尔元件均与控制器电连接。固定板最好通过连接结构可上下移动地设置在液氮分离器的侧壁403上，以适应不同高度的液位。连接结构可以采用现有技术，例如，采用滑动结构与锁紧结构相配合，滑动结构可以采用滑块与滑道配合，锁紧结构可以采用紧定螺栓。滑道竖向设置在分离器的内壁上，滑道本体可以设置呈矩形，滑块设置在固定板上与霍尔元件相反的一侧，滑块可以设置呈U形，U形开口的大小与滑道的宽度相适配，紧定螺钉垂直设置在U滑块的至少一侧的U形壁上，紧定螺钉与U形壁螺纹连接，当U形滑块带动传感器沿滑道滑动至预定位置后，拧紧紧定螺钉，使紧定螺钉的末端顶在滑道的一侧，从而将传感器固定。

液位检测装置设置在液氮分离器的内腔中，杆状件506竖直设置，其下端与分离器底部固定连接，浮子套设在杆状件506外侧。霍尔传感器需要与感应件配合使用，感应件采用永磁体，由于上浮子较为稳定，永磁体505固定设置在上浮子上，优选永磁体505通过支架503与上浮子连接，支架503优选呈倒置的L形，支架503下端与上浮子固定连接，上端弯折的方向朝向霍尔传感器，永磁体505设置在支架503弯折的一端端部。永磁体505朝向霍尔传感器的一侧表面面积大于单个霍尔元件504的表面积。当浮子随液面竖直升降时，永磁体505随浮子升降，升降过程中永磁体505与不同的霍尔元件504对应，由于永磁体505表面积大于单个霍尔元件的表面积，永磁体可以同时与至少两个霍尔元件相对应，优选同时与3-5个霍尔元件相对应，该3-5个霍尔元件同时向控制器发送信号，由于每个霍尔元件504都有一个独立的编码信息，控制器因此得知当前是什么编码的霍尔元件产生了霍尔电流，再通过优化计算得出上浮子的具体位置，由此可以减小因永磁体随浮子波动而产生的信息偏差。控制器优选PLC控制器，PLC控制器可以采用的型号为MicroLogix 1100 ProgrammableController 。

本发明提供的液氮循环系统液位控制装置，包括用于测量分离器内部压力的压力传感器603、用于控制分离器进液量的液体比例阀601、用于控制分离器排出气体量的气体比例阀602、用于控制液体比例阀601和气体比例阀602开合角度的控制器508以及液位检测装置5，压力传感器603、液体比例阀601、气体比例阀60、液位检测装置分别与控制器电信号连接，控制器根据所接收的液位检测装置2发送的液位信息，结合压力传感器发送的压力信息，对液体比例阀和气体比例阀的开合角度进行控制，从而对分离器中的进液量和排气量进行控制。

本发明提供的液氮循环系统，包括液氮罐1、分离器4、MBE系统9、以及上述液氮循环系统液位控制装置，分离器4上端通过进液管201与液氮罐1连通，下端通过出液管202与MBE系统9连通，分离器4上端还设置有排气管8。液氮由液氮罐通过进液管201进入到分离器内，分离器中的氮气由排气管8排入到大气中，分离器中的液氮由出液管202进入到MBE系统9。在液氮进入到分离器中后，液氮液位极不稳定，因此，通过液氮循环系统液位控制装置对液体比例阀601、气体比例阀602的开合角度进行控制，使分离器中的进液量和排气量维持动态平衡，从而使得分离器内始终保持一个相对稳定的压力，分离器4中压力稳定，则向MBE系统提供的液氮的压力也较为稳定，压力稳定的液氮有利于维持MBE系统的正常工作。

进一步地，为减小分离器中液面波动，还采取了以下措施：出液管202上设置有手动阀7，打开手动阀后，液氮由分离器流入到MBE系统中。由于手动控制MBE系统9的进液量不够精准，当MBE系统9中的液氮过量时，液氮会通过回液管3流回分离器4中，本发明将回液管3的出口端由分离器4的上端插入到下端，回流的液氮由分离器底部进入，这样可以减小回流的液体引起液位波动；进液管201和出液管202的管壁上设置有真空夹层，通过抽真空装置10将真空夹层抽成真空状态，避免液氮在输送过程中因吸收热量而加剧液氮液位405的波动。另外，分离器4的上端还设置有安全阀404，避免系统出现故障后分离器4内压力过高而造成危险。