專利名稱：一種灌區(qū)水渠液位測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種灌區(qū)水渠液位測量裝置，屬測量儀器技術(shù)領(lǐng)域。
上述列舉的各種測量方法，或者是受容器及安裝條件的限制，測量精度比較低；或者因需要傳感器與液體直接接觸，而在許多情況下將無法采用；或者是因結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，可靠性有問題。這些方法在下述這些情況下將根本無法采用當汽液界面是模糊的情形；液體中有氣泡的情形；溫度和壓力比較高而介質(zhì)的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)都比較復(fù)雜的情形；工況比較不穩(wěn)定而又要求實時捕捉液面位置的情形，等等。
本實用新型設(shè)計的灌區(qū)水渠液位的測量裝置，由機械部分和測試部分組成，其中的機械部分包括內(nèi)管、磁鋼和線卷，所述的磁鋼置于內(nèi)管外，所述的線圈繞于磁鋼外，內(nèi)管與被測水渠相連通；其中的測量部分包括一個激振器，用于產(chǎn)生振蕩并激勵所述的線圈自激振蕩；一個正弦波信號產(chǎn)生器，用于形成上述線圈自激振蕩的正弦波形；一個正反饋放大器，用于使上述正弦波形放大，并正向激勵自激振蕩；一個負反饋放大器，用于抑制正向激勵，使自激振蕩維持在一定振幅和一定頻率；一個分波產(chǎn)生器，用于將上述正弦自激振蕩轉(zhuǎn)換為方波振蕩；一個分頻器，用于將方波頻率轉(zhuǎn)化為計數(shù)頻率；一個處理器，用于對測量部分的控制，數(shù)據(jù)采集和計算；一個顯示器，用于輸出測試結(jié)果。
本實用新型的提出的灌區(qū)水渠液位測量裝置，與現(xiàn)有的測量裝置或儀表相比，在原理上是利用電磁激勵振蕩過程，性能上可完全克服當前液位測量技術(shù)中的缺陷和局限性。同時結(jié)構(gòu)相對比較簡單，動態(tài)響應(yīng)好，可確保安全可靠地運行，能夠?qū)崟r地、精確地在線測定明渠管道中，以及復(fù)雜容器(包括不透明的高壓容器、工作溫度變化范圍比較大的容器)中液面的高度。另外由于主要傳感器與管道中的介質(zhì)不直接接觸，因此可望用于介質(zhì)是強腐蝕的情形。具體來說，本裝置與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下各項優(yōu)點1、本裝置所提供的液位測量技術(shù)，精度可達0.1％以上。
2、振動液位器中的傳感器、激振器與液體不直接接觸，因此可用于檢測有腐蝕性或有毒性的介質(zhì)，介質(zhì)溫度可在-20℃到100℃之間。
3、不存在超聲測量技術(shù)中所發(fā)生的器件老化問題，因而可長期可靠工作。
4、工作響應(yīng)快，可在0.1秒的時間內(nèi)準確地捕捉液面高度，因而有可能用于實時監(jiān)控或者在液面很不穩(wěn)定的場合。
5、使用范圍廣，不僅用于灌區(qū)節(jié)水的流量計量，還可以用于工廠排水和大部分下水道排水。
圖2是本實用新型設(shè)計的裝置的測試部分結(jié)構(gòu)示意圖

圖1中，1是磁鋼，2是線圈，3是內(nèi)管，4是外管，5是液位高度，6是測量水路的連通口。
一個顯示器，用于輸出測試結(jié)果。
本裝置是一種振動式液位測量機構(gòu)，由不可分割的機械部分和測試部分組成。機械部分是時刻以其自振頻率振動的直管，直管的自激振蕩是由電磁感應(yīng)系統(tǒng)通過測試部分的正反饋電路激勵和維持的。
當內(nèi)管上無配件時，自振頻率ω與管子的抗彎剛度EJ、管子的長L、管子的線密度m。有關(guān)，即ω＝F(EJ，L，m0) (1)另外，線密度m0與內(nèi)外管子的半徑r1和r2，管子材料密度ρ0，管道中介質(zhì)的密度ρ有關(guān)即 m0＝(r1，r2，ρ0，ρ) (2)聯(lián)立(1)(2)二式可得ρ=aω2+b---(3)]]>或ρ＝aT2+b (4)式中a和b是與管子尺寸、管子材料密度有關(guān)的兩個常數(shù)，T是管子振動周期。
當管子上有驅(qū)動裝置等附件時，由于附件質(zhì)量參與到系統(tǒng)之中，管道中液體密度與系統(tǒng)自振頻率之間的關(guān)系要稍為復(fù)雜一些。管道中介質(zhì)的密度與自振頻率ω(或周期T)之間的關(guān)系，在形式上與無附件質(zhì)量時是完全相同的，只是系數(shù)a和b除了與管子的尺寸、材料密度有關(guān)外，還和附件的質(zhì)量有關(guān)。
測定液位時，需要首先確定液體的密度。當液體密度給定后，液面高度h與周期(或頻率)T之間有單值的對應(yīng)關(guān)系h＝H(T) (9)上述函數(shù)關(guān)系依賴于系統(tǒng)的尺寸、質(zhì)量分布和管道中介質(zhì)的密度，并且具有非線性特征，通常難以用分析式子表示，但可用特殊制表法和專門的插值法確定。
激振器的功能是產(chǎn)生振蕩并激勵一次儀表自激振蕩；線圈的功能是感應(yīng)振蕩并維持振蕩；正弦波產(chǎn)生器的功能是形成一次儀表的自激振蕩的正弦波形；正反饋放大器的功能是放大正弦波形并正向激勵自激振蕩；負反饋放大器的功能是仰制正向激勵，使自激振蕩維持在一定振幅一定頻率的型式上；方波產(chǎn)生器的功能是將已形成的正弦自激振蕩轉(zhuǎn)換為同樣頻率的方波振蕩；分頻器的功能是將方波頻率轉(zhuǎn)化為計數(shù)器能夠合理正常計數(shù)的頻率，使之便于正確地計數(shù)；轉(zhuǎn)換器的功能是完成二次儀表的控制、采數(shù)、計算任務(wù)，并為顯示器提供液位顯示依據(jù)；顯示器的功能是輸出液位或流量數(shù)值。
本裝置的主要特點是利用測量不與介質(zhì)液面接觸的振動激勵電磁感應(yīng)系統(tǒng)的自振頻率ω(或周期T)，來測量介質(zhì)液面高度h，h與ω的關(guān)系為h＝KF(ω)，其中K為條件系數(shù)。
直立的內(nèi)管和外殼均為均勻薄壁不銹鋼管，并以其最小的固有頻率作諧振。
被測液面高度h＝KF(ω)，其中K為與內(nèi)管的長度L，剛度EJ、線密度m0，激振器和傳感器的質(zhì)量M0和M有關(guān)的系數(shù)，其具體的函數(shù)關(guān)系可用下式表示hL=f(L2ωEJm0,mm0,MM0,M0Lm0)]]>
權(quán)利要求1.一種灌區(qū)水渠液位的測量裝置，其特征在于該測量裝置由機械部分和測試部分組成，其中的機械部分包括內(nèi)管、磁鋼和線卷，所述的磁鋼置于內(nèi)管外，所述的線圈繞于磁鋼外，內(nèi)管與被測水渠相連通；其中的測量部分包括一個激振器，用于產(chǎn)生振蕩并激勵所述的線圈自激振蕩；一個正弦波信號產(chǎn)生器，用于形成上述線圈自激振蕩的正弦波形；一個正反饋放大器，用于使上述正弦波形放大，并正向激勵自激振蕩；一個負反饋放大器，用于抑制正向激勵，使自激振蕩維持在一定振幅和一定頻率；一個方波產(chǎn)生器，用于將上述正弦自激振蕩轉(zhuǎn)換為方波振蕩；一個分頻器，用于將方波頻率轉(zhuǎn)化為計數(shù)頻率；一個處理器，用于對測量部分進行控制、數(shù)據(jù)采集和計算；一個顯示器，用于輸出測試結(jié)果。
專利摘要本實用新型涉及一種灌區(qū)水渠液位的測量裝置，屬測量儀器技術(shù)領(lǐng)域。本裝置的機械部分包括內(nèi)管、磁鋼和線卷，磁鋼置于內(nèi)管外，線圈繞于磁鋼外，內(nèi)管與被測水渠相連通；測量部分包括用于產(chǎn)生振蕩并激勵線圈自激振蕩的激振器，用于形成線圈自激振蕩的正弦波形的正弦波信號產(chǎn)生器，用于使正弦波形放大，并正向激勵自激振蕩的正反饋放大器，用于抑制正向激勵的負反饋放大器，用于將正弦自激振蕩轉(zhuǎn)換為方波振蕩的分波產(chǎn)生器，用于將方波頻率轉(zhuǎn)化為計數(shù)頻率的分頻器，用于對測量部分進行控制、數(shù)據(jù)采集和計算的處理器，用于輸出測試結(jié)果的顯示器。本裝置結(jié)構(gòu)簡單，動態(tài)響應(yīng)好，可確保安全可靠地運行，能夠?qū)崟r地、精確地在線測定明渠管道中的液面高度。
文檔編號G01F23/22GK2588335SQ02290928
公開日2003年11月26日 申請日期2002年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月13日
發(fā)明者沈鈞濤, 盛森芝, 吳玉林, 李世煌, 劉宗彥 申請人:沈鈞濤, 盛森芝, 吳玉林, 李世煌, 劉宗彥