输液瓶液位测量及报警装置

　　输液瓶液位测量及报警装置是为避免输液瓶内的液体全部流净，空气进入血管，发生危险。从光学、电磁学和力学这几种基本原理出发，都可以实现对液位的监控，因使用环境和对装置精确度要求的不同，选择相应的原理和配套方案，制作出具有不同量程、精密度和报警方式的液位监控装置。

　　本文针对2009年北京市物理实验技能大赛中的一个题目，模拟输液瓶的液位测量及报警。根据题目要求，装置需完成两项任务：(1)随时对瓶内液体高度进行显示;(2)当到达之前设定好的报警高度时，有报警信号发出。在本次比赛中设计的液位测量及报警装置如图1所示。

　　一、基本原理

　　本装置通过测量输液瓶和瓶内液体的重力来间接测量液位，并在警戒水位进行报警，当瓶子挂到装置上，即可开始对液位进行监控。装置由弹簧、齿条和齿轮等机械部件的组合，通过胡克定律实现了将重力转化为相应高度，从而间接测量液位。同时在装置上设有报警电路，通过指针的转动，与金属触头相接触，报警电路接通，即完成在警戒液位的报警。

　　1.液位测量原理

　　利用胡克定律F=-kx,重力使弹簧形变伸长，带动连接在弹簧上的齿条产生竖直方向的位移，从而使得与其啮合的齿轮转动，带动齿轮上所连指针转动，操作者可以通过指针直接在表盘读出液位(如图2所示)。

　　2.液位报警原理

　　指针随着液位的改变而转动，当液位到达报警高度，即与正极相接的指针摆到一定位置，与电路中金属触头相接触(金属触头接报警电路负极)。指针和金属触头充当机械报警开关，闭合报警电路，进行报警，(如图3所示)。

　　二、装置设计及特点

　　液位测量及报警装置主要以由弹簧、齿条、齿轮、调零螺丝、表盘、指针组成的机械装置，和由电源、发光二级管、蜂鸣器、调频FM无线呼叫器、指针开关和手动开关组成的报警电路两部分组成。

　　1.机械设计

　　以表盘为母板，在其背面将调零螺丝固定在母板上;两根规格相同的弹簧平行放置，一端与调零螺丝相连接，并此端为固定端，另一端与挂钩和齿条相连接;在表盘中心打上一个孔，将齿轮安装在孔道中，确保它可以与齿条啮合自由转动;在齿轮正面安上指针后，就完成了机械部分的设计(可参考图2)。

　　2.报警电路设计

　　在机械装置后面附有报警电路，其组成为：电源、发光二级管、蜂鸣器、调频FM无线呼叫器、指针开关和手动开关。报警电路需接入机械装置，设计成触动开关。电源负极接到表盘的零点处，即为突起的一个金属小头，当与正极相连的指针偏回零点时，可以与其接触，接通报警电路(如图4所示)。