一種液位測量裝置及其測量方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種液位測量裝置，包括：液位探測部件，液位探測部件的截面為規(guī)則形狀；與液位探測部件連接的測力模塊，所述的測力模塊所測量的拉力為力差記為Fi，則有F浮＝F0?Fi；信號輸入端與測力模塊的信號輸出端連接的計算模塊，計算模塊與數(shù)據(jù)存儲模塊連接；信號輸出端與計算模塊的信號輸入端連接的第一標定模塊和第二標定模塊，第一標定模塊用來標定空液位時所述的液位探測部件的重力F0，第二標定模塊用于標定液位探測部件處于高液位時所述的液位探測部件的重力與所受到的浮力之間的力差Fi標，并根據(jù)F0和Fi標標定浮力F浮標；與計算模塊連接的用于顯示數(shù)值的顯示模塊。本發(fā)明能夠大大降低對環(huán)境的敏感性，測量時受環(huán)境的影響小，提高測量精度。
【專利說明】
一種液位測量裝置及其測量方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于液體測量領(lǐng)域，涉及一種機械儀表和其使用方法，特別是涉及一種液位測量裝置及其測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有的對容器內(nèi)的液位高度的測量裝置主要有壓差式液位計，壓差式液位計在使用時先測量容器底部的壓強，利用壓強和被測液體的比重反算出液位高度，相當于通過對容器底部的壓力信號進行再處理再得到液位信號，甚至直接就是一臺壓力表現(xiàn)場指示，壓差式液位計所使用的壓力感知部分主要形式有以下幾種:
[0003]a)膜片式:用一個充滿液體的膜腔測壓，使測壓室和被測液體分開，測壓測的是膜腔的壓強，這就要求膜腔內(nèi)的液體熱膨脹系數(shù)很小，膜自身不能產(chǎn)生張力或張力可知，而且測壓室必須和膜腔在同一高度，如果測壓室高于或低于膜腔，充填液體會產(chǎn)生靜壓，造成測量偏差，因此這類傳感器必須和測壓室做成一體，其引出部分為信號電纜，在復雜的工作環(huán)境下，傳感器的穩(wěn)定性不高，影響測量的精度；
[0004]b)等壓皮膜式:包括傳感器和其上的引出線及與傳感器相連接的通氣管和法蘭盤，傳感器結(jié)構(gòu)是一長方形腔體，有相互連接的傳感器外殼、主夾板、副夾板，傳感器兩側(cè)感壓面通過主夾板、副夾板分別感受被測液面上方氣壓和液態(tài)介質(zhì)內(nèi)被測液位點處的壓力，當被測介質(zhì)的壓力分別通入傳感器高低壓室的感壓面時，兩側(cè)的感壓面產(chǎn)生不相等的位移，其位移和壓差成正比，通過傳感器上引出線輸出測量的壓力信號，該方式對密封性能提出了很高的要求，受溫度變化的影響也很大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種液位測量裝置及其測量方法，該液位測量裝置及其測量方法能夠大大降低對環(huán)境的敏感性，測量時受環(huán)境的影響小，提高測量精度。
[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。一種液位測量裝置，其特征在于，包括:
[0007]用于插入容器內(nèi)的被測液體的液位探測部件，所述的液位探測部件的截面為規(guī)則形狀，所述的液位探測部件的重力為Fo，所述的液位探測部件的截面積為S，高度為H;
[0008]與液位探測部件連接的測力模塊，所述的測力模塊所測量的拉力為所述的液位探測部件處于空液位時的重力Fo及該重力Fo與液位探測部件插入被測液體內(nèi)任一液位高度時所受到的浮力F浮之間的力差，該力差記為Fi，則有F浮=Fo-Fi;
[0009]信號輸入端與測力模塊的信號輸出端連接的計算模塊，所述的計算模塊與數(shù)據(jù)存儲豐吳塊連接；
[0010]信號輸出端與計算模塊的信號輸入端連接的第一標定模塊和第二標定模塊，所述的第一標定模塊用來標定空液位時所述的液位探測部件的重力Fo，第二標定模塊用于標定液位探測部件處于高液位時所述的液位探測部件的重力與所受到的浮力之間的力差F1標，并根據(jù)Fo和F i標標定浮力F浮標；
[0011]與所述的計算模塊連接的用于顯示數(shù)值的顯示模塊。
[0012]本發(fā)明一種液位測量裝置技術(shù)方案中，進一步優(yōu)選的技術(shù)方案特征是:所述的液位探測部件為等徑的圓柱形液位探測棒，所述的液位探測棒的長度大于被測液位的高度，所述的液位探測棒的下端用于浸入被測液體，液位探測棒的上端與拉線的下端連接，所述的拉線的上端與測力模塊連接。
[0013]本發(fā)明一種液位測量裝置技術(shù)方案中，進一步優(yōu)選的技術(shù)方案特征是:所述的拉線與測力模塊之間設有帶支點的杠桿，所述的杠桿的一端與所述的拉線的上端連接，所述的杠桿的另一端通過測力拉線與所述的測力模塊連接。
[0014]本發(fā)明一種液位測量裝置技術(shù)方案中，進一步優(yōu)選的技術(shù)方案特征是:所述的拉線的上端還與用于平衡液位探測棒的配重塊連接，所述的配重塊自然下垂。
[0015]本發(fā)明一種液位測量裝置技術(shù)方案中，進一步優(yōu)選的技術(shù)方案特征是:當所述的配重塊的重量大于所述的液位探測棒的重量時，所述的測力模塊向下拉緊所述的杠桿的另一端。
[0016]本發(fā)明一種液位測量裝置技術(shù)方案中，進一步優(yōu)選的技術(shù)方案特征是:當所述的配重塊的重量小于所述的液位探測棒的重量時，所述的測力模塊向上拉緊所述的杠桿的另一端。
[0017]本發(fā)明一種液位測量裝置技術(shù)方案中，進一步優(yōu)選的技術(shù)方案特征是:還包括用于防止所述的液位探測棒傾斜的防護套，所述的防護套與所述的液位探測棒同軸設置。
[0018]本發(fā)明一種液位測量裝置技術(shù)方案中，進一步優(yōu)選的技術(shù)方案特征是:還包括用于密封液位探測棒的防護套，包括上、下防護套，所述的上、下防護套通過水平的連接桿與所述的容器的側(cè)壁連接。
[0019]本發(fā)明還公開了一種上述的液位測量裝置的測量方法，其特點在于，包括如下的步驟:
[0020](a)設置液位測量裝置的系統(tǒng)參數(shù):通過第一標定模塊標定空液位時所述的液位探測部件的重力Fo，然后將所述的液位探測部件的重力Fck所述的探測部件的截面積S及高度為H的數(shù)值輸入數(shù)據(jù)存儲模塊內(nèi)存儲；
[0021](b)將液位探測部件移到已知任一液位高度的A點，記錄A點的液位高度值Ha，再通過測力模塊測量拉力值Fa，通過第二標定模塊將A點所在的液位高度值Ha和測力模塊測得的拉力值Fa輸入數(shù)據(jù)存儲器；
[°022 ] (c)標定液位測量裝置的深浮比參數(shù)K:
[0023]根據(jù)阿基米德定律，浸在液體里的物體受到向上的浮力作用，浮力的大小等于被該物體排開的液體的重力，浮力公式有:
[0024]Fff=P.g.S.Hi (1)，
[0025]整理可得液位探測部件插入被測液體內(nèi)的任一液位高度的求取公式:
[0026]Hi = F浮/(P.g.S)， (2)，
[0027]其中，P為被測液體的密度，g為液位測量地的重力加速度，S為液位探測部件的截面積，H1為液位探測部件插入被測液體的任一液位高度；
[0028]令p.g.S=1/K，K為系統(tǒng)的深浮比參數(shù)，則(2)式可變?yōu)?Hi=K.F浮，則有 K = Hi/F浮(3)，
[0029]將公式F浮=Fo-Fi代入(3)式，可得
K = Hi/(Fo-Fi)(4)；
[0030]將已知液位高度的A點的液位高度值Ha和拉力值Fa代入(4)式，可得
[0031 ] Ka=Ha/(Fo-Fa)，當P.g.S不變時，Ka為常數(shù)值，將Ka值輸入數(shù)據(jù)存儲器，高為深浮比參數(shù)K，標定完畢；
[0032](d)由式(3)變形可得液位高度的公式，
[0033]Hi = K.F浮=K(Fo-Fi) (5)
[0034]將步驟(c)中所得的常數(shù)K、最低液位時用第一標定模塊標定的Fo和測力模塊實時檢測到的拉力F1代入(5)式，通過計算模塊計算出液位高度。
[0035]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的技術(shù)效果:本發(fā)明通過液位探測棒、拉線、測力模塊和計算模塊有機地組合在一起構(gòu)成了一種液位測量裝置，由于采用了上述的結(jié)構(gòu)，本發(fā)明裝置的電子模塊如測力模塊和計算模塊均與被測液體相隔離，作為液體浮力傳感器的液位探測部件對環(huán)境和被測液體的性質(zhì)不敏感，受環(huán)境的影響小，保證測量精度，而且還具有造價低廉，適應性強，維護方便等優(yōu)點，特別適合污水、酸堿鹽強氧化性等腐蝕性液體、高溫液體、液體化學原料儲罐等的液位檢測。
【附圖說明】
[0036]圖1為本發(fā)明的實施例結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037]圖2為本發(fā)明帶杠桿的實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038]圖3為本發(fā)明帶配重塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0039]以下參照附圖，進一步描述本發(fā)明的具體技術(shù)方案，以便于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進一步地理解本發(fā)明，而不構(gòu)成其權(quán)力的限制。
[0040]實施例1，參照圖1-3，一種液位測量裝置，包括:
[0041]用于插入容器內(nèi)的被測液體的液位探測部件，所述的液位探測部件可以選用密度大于被測液體密度的材料，也可以選用密度小于測液體密度的材料，但需要在液位探測部件的底部或內(nèi)部懸設置足以下沉的重物，所述的液位探測部件的截面為規(guī)則形狀，所述的液位探測部件的重力為Fo，所述的液位探測部件的截面積為S，高度為H;
[0042]與液位探測部件連接的測力模塊，所述的測力模塊所測量的拉力為所述的液位探測部件處于空液位時的重力Fo及該重力Fo與液位探測部件插入被測液體內(nèi)任一液位高度時所受到的浮力F浮之間的力差，該力差記為Fi，則有F浮=Fo-Fi;
[0043]信號輸入端與測力模塊的信號輸出端連接的計算模塊，所述的計算模塊與數(shù)據(jù)存儲豐吳塊連接；
[0044]信號輸出端與計算模塊的信號輸入端連接的第一標定模塊和第二標定模塊，所述的第一標定模塊和第二標定模塊分別用于標定液位探測部件處于高液位及低液位時所述的液位探測部件的重力Fo與所受到的浮力之間的力差；
[0045]與所述的計算模塊連接的用于顯示數(shù)值的顯示模塊。顯示模塊可以用顯示屏3。
[0046]上述的空液位是指液位探測部件未插入被測液體時的位置。
[0047]實施例2，如圖2所示，實施例1所述的一種液位測量裝置中，該容器可以為如腐蝕性液體、高溫液體、液體化學原料儲罐等，該液位探測部件可以為等徑的圓柱形的液位探測棒2，所述的液位探測棒2的長度大于被測液位的高度，所述的液位探測棒2的下端用于浸入被測液體6，液位探測棒2的上端與拉線24的下端連接，所述的拉線24的上端可以繞過滑輪5與測力模塊31連接，也可以直接與測力模塊31連接，所述的測力模塊31用于測量所述的液位探測棒2的重力及液位探測棒2處于工作狀態(tài)時的重力與所受到的浮力之間的力差;所述的測力模塊31的信號輸出端與計算模塊33的信號輸入端連接，計算模塊33的信號端還與數(shù)據(jù)存儲模塊34連接，所述的計算模塊33用于計算所述的液位探測棒2的所受到的浮力。通過將位探測部件設置為等徑的圓柱形位探測棒2，能很好地符合理論計算，便于就地取材，抗水流沖擊能力強，多數(shù)情況不需要約束裝置。
[0048]實施例3，上述的實施例所述的液位測量裝置中:所述的拉線24與測力模塊31之間設有帶支點的杠桿4，所述的杠桿4的一端與所述的拉線24的上端連接，所述的杠桿4的另一端通過測力拉線51與所述的測力模塊31連接。設置杠桿4，可以使液位探測棒2、杠桿4和測力模塊31形成力矩，再通過調(diào)整杠桿支點的位置可以調(diào)整測力模塊31的測量范圍，如將支點向液位探測棒2移動，可以增加測力模塊31的測量范圍，若將支點向測力模塊31側(cè)移動，則可以減少測力模塊31的測量范圍，可以適用于檢測部件的浮力變化非常小的微型系統(tǒng)，提高測量精度。
[0049]實施例4，實施例1所述的液位測量裝置中:所述的拉線24的上端還與用于平衡液位探測棒2的配重塊7連接，所述的配重塊7自然下垂。設置配重塊7可以將液位探測部件的總重量平衡到到接近于零，可以只測量浮力而基本上消除系統(tǒng)重量的影響。配重塊7可以為配重砝碼。
[0050]實施例5，實施例1所述的液位測量裝置中:當所述的配重塊7的重量大于所述的液位探測棒2的重量時，所述的測力模塊31向下拉緊所述的杠桿4的另一端。
[0051]實施例6，實施例1所述的液位測量裝置中:當所述的配重塊7的重量小于所述的液位探測棒2的重量時，所述的測力模塊31向上拉緊所述的杠桿4的另一端。
[0052]實施例7，實施例1所述的液位測量裝置中:還包括用于防止所述的液位探測棒2傾斜的防護套，所述的防護套與所述的位探測棒同軸設置。通過設置防護套，可以防止液位探測棒2在液位變化過程中或水流沖擊下發(fā)生傾覆、傾斜、漂移的情況，消除這些可能對測量結(jié)果產(chǎn)生不利影響的因素，提高測量精度。
[0053]實施例8，實施例1所述的液位測量裝置中:還包括用于密封液位探測棒2的防護套，包括上防護套23和下防護套21，所述的上、下防護套通過水平的連接桿22與所述的容器I的側(cè)壁連接。
[0054]實施例9，實施例1所述的液位測量裝置中:所述的液位探測部件為若干首尾連接的串珠或若干首尾相接的柱體，串珠只要每個單元是均勻的且每個單元都一樣，誤差不會累加，且不會超過一個單元的連接段長度。每個珠距要相等，珠子要一樣大小，各個珠子的比重可以不相等，一般地要求比重要大于水(能保證上浮時不堆積，比重也可以小于水)，要有護套管。串珠式的好處是容易標準化，易于維護檢修，長度好調(diào)整，好包裝運輸，沒有干擾時，自動呈垂直狀，不會產(chǎn)生傾斜，可以作為浮力傳感器的標準形式。
[0055]實施例10，本發(fā)明還公開了上述的液位測量裝置的測量方法，包括如下的步驟:
[0056](a)設置液位測量裝置的系統(tǒng)參數(shù):通過第一標定模塊標定空液位時所述的液位探測部件的重力Fo，然后將所述的液位探測部件的重力Fo、所述的探測部件的截面積S及高度為H的數(shù)值輸入數(shù)據(jù)存儲模塊內(nèi)存儲；
[0057](b)將液位探測部件移到已知任一液位高度的A點，記錄A點的液位高度值Ha，再通過測力模塊測量拉力值Fa，通過第二標定模塊將A點所在的液位高度值Ha和測力模塊測得的拉力值Fa輸入數(shù)據(jù)存儲器；
[0058](c)標定液位測量裝置的深浮比參數(shù)K:
[0059]根據(jù)阿基米德定律，浸在液體里的物體受到向上的浮力作用，浮力的大小等于被該物體排開的液體的重力，所以液位探測棒2插沒入被測液體內(nèi)所受到的浮力為其排開的液體的重力，其公式可記為:
[0060]Fff=P.g.S.Hi (1)，
[0061]整理可得液位探測部件插入被測液體內(nèi)的任一液位高度的求取公式:
[0062]Hi = F浮/(P.g.S)， (2)，
[0063 ]其中，P為被測液體的密度，P的單位為k g/m3; g為液位測量地的重力加速度，單位為m/m2; S為液位探測棒的截面積，單位為m2;出為液位探測棒沒入液體的長度，也為被測液體的液位高度，Hi的單位為m;
[0064]令p.g.S = l/K，則(2)式可變?yōu)?Hi = K.F浮，則有 K = Hi/F浮 (3)，
[0065]將公式F浮=Fo-Fi代入⑶式，可得K = Hi/(F『Fi) (4)；
[0066]將已知液位高度的A點的液位高度值Ha和拉力值Fa代入(4)式，可得
[0067]Ka=Ha/(Fo-Fa)，Ka為常數(shù)值，將Ka值輸入數(shù)據(jù)存儲器，深浮比參數(shù)K標定完畢；
[0068]K是和P、g和S有關(guān)的特性參數(shù)，僅與被測液體的密度、當?shù)氐闹亓铀俣纫约耙何惶綔y棒的截面積有關(guān)，我們在這里將它稱為:深浮比參數(shù)，其量綱是s2/Kg，也就是深度與浮力之比的意思，這個值可以由上述的計算步驟來確定；
[0069](d)由將步驟(C)中所得的常數(shù)Ka代入(2)式，可得液位高度的公式:
Hi = KA.F浮=KA(Fo-Fi)(5)，
將該公式輸入計算模塊；
[0070]再將液位探測部件插入所述的容器的底面，通過測力模塊實時檢測其所受到的拉，測力模塊將該拉力數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎隳K，如果液位探測棒的位置沒有變化，沒入深度
H1就是液位高度，在測力部件測量時造成的位移誤差可接受時，可以不作修正，這樣可以由計算模塊通過公式(5)計算出液位高度。
[0071]上述的實施例中，測力模塊可以選用DAYSENS0R微型方S型稱重傳感器，還可以選用現(xiàn)有技術(shù)中其他可以用來測力的電子器件，液位探測棒的長度和直徑可以根據(jù)實際需要選擇，本發(fā)明的液位測量裝置還包括標定按鈕36，輸出模塊如用于發(fā)送數(shù)字液位信號的無線模塊、液位開關(guān)量輸出端32;供電模塊35、保護外殼、安裝固定件和標識:CCC、L0G0、型號及二維碼。
[0072]輸入/出模塊:可與一供電模塊共用一個miniUSB電源口，可同時傳輸數(shù)據(jù)；
[0073]供電模塊:可與一輸入/出模塊共用一個miniUSB電源口，可同時傳輸數(shù)據(jù)。
[0074]保護外殼及安裝固定件，根據(jù)線路板布局、使用場合防護等級等因素綜合考慮。
【主權(quán)項】
1.一種液位測量裝置，其特征在于，包括: 用于插入容器內(nèi)的被測液體的液位探測部件，所述的液位探測部件的截面為規(guī)則形狀，所述的液位探測部件的重力為Fo，所述的液位探測部件的截面積為S，高度為H; 與液位探測部件連接的測力模塊，所述的測力模塊所測量的拉力為所述的液位探測部件處于空液位時的重力Fo及該重力Fo與液位探測部件插入被測液體內(nèi)任一液位高度時所受到的浮力F浮之間的力差，該力差記為Fi，則有F浮=Fo-Fi; 信號輸入端與測力模塊的信號輸出端連接的計算模塊，所述的計算模塊與數(shù)據(jù)存儲模塊連接； 信號輸出端與計算模塊的信號輸入端連接的第一標定模塊和第二標定模塊，所述的第一標定模塊用來標定空液位時所述的液位探測部件的重力Fo，第二標定模塊用于標定液位探測部件處于高液位時所述的液位探測部件的重力與所受到的浮力之間的力差Flfe，并根據(jù)Fo和Fi標標定浮力F浮標； 與所述的計算模塊連接的用于顯示數(shù)值的顯示模塊。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液位測量裝置，其特征在于:所述的液位探測部件為等徑的圓柱形液位探測棒，所述的液位探測棒的長度大于被測液位的高度，所述的液位探測棒的下端用于浸入被測液體，液位探測棒的上端與拉線的下端連接，所述的拉線的上端與測力模塊連接。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的液位測量裝置，其特征在于:所述的拉線與測力模塊之間設有帶支點的杠桿，所述的杠桿的一端與所述的拉線的上端連接，所述的杠桿的另一端通過測力拉線與所述的測力模塊連接。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的液位測量裝置，其特征在于:所述的拉線的上端還和用于平衡液位探測棒的配重塊連接，所述的配重塊自然下垂。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的液位測量裝置，其特征在于:當所述的配重塊的重量大于所述的液位探測棒的重量時，所述的測力模塊向下拉緊所述的杠桿的另一端。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的液位測量裝置，其特征在于:當所述的配重塊的重量小于所述的液位探測棒的重量時，所述的測力模塊向上拉緊所述的杠桿的另一端。7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項所述的液位測量裝置，其特征在于:還包括用于防止所述的液位探測棒傾斜的防護套，所述的防護套與所述的液位探測棒同軸設置。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的液位測量裝置，其特征在于:還包括用于密封液位探測棒的防護套，包括上、下防護套，所述的上、下防護套通過水平的連接桿與所述的容器的側(cè)壁連接。9.如權(quán)利要求1-8任一項所述的液位測量裝置的測量方法，其特征在于，包括如下的步驟: (a)設置液位測量裝置的系統(tǒng)參數(shù):通過第一標定模塊標定空液位時所述的液位探測部件的重力Fo，然后將所述的液位探測部件的重力Fo、所述的探測部件的截面積S及高度為H的數(shù)值輸入數(shù)據(jù)存儲模塊內(nèi)存儲； (b)將液位探測部件移到已知任一液位高度的A點，記錄A點的液位高度值Ha，再通過測力模塊測量拉力值Fa，通過第二標定模塊將A點所在的液位高度值Ha和測力模塊測得的拉力值Fa輸入數(shù)據(jù)存儲器； (c)標定液位測量裝置的深浮比參數(shù)K: 根據(jù)阿基米德定律，浸在液體里的物體受到向上的浮力作用，浮力的大小等于被該物體排開的液體的重力，浮力公式有: F浮=p.g.S.Hi(1)， 整理可得液位探測部件插入被測液體內(nèi)的任一液位高度的求取公式: Hi = F浮/(p.g.S)，(2)， 其中，P為被測液體的密度，g為液位測量地的重力加速度，S為液位探測部件的截面積，Hi為液位探測部件插入被測液體的任一液位高度； 令P.g.S = I /K，K為系統(tǒng)的深浮比參數(shù)，則⑵式可變?yōu)?Hi = K.F浮，則有 K = Hi/F浮(3)， 將公式F浮=Fo-Fi代入⑶式，可得K = Hi/(F『Fi) (4); 將已知液位高度的A點的液位高度值Ha和拉力值Fa代入(4)式，可得Ka=Ha/(Fo-Fa)，當P.g.S不變時，Ka為常數(shù)值，將Ka值輸入數(shù)據(jù)存儲器，高為深浮比參數(shù)K，標定完畢； (d)由式(3)變形可得液位高度的公式， Hi = K.F浮=K(Fo-Fi) (5) 將步驟(c)中所得的常數(shù)K、最低液位時用第一標定模塊標定的Fo和測力模塊實時檢測到的拉力Fi代入(5)式，通過計算模塊計算出液位高度。
【文檔編號】G01F23/22GK105865573SQ201610192143
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月30日
【發(fā)明人】丁武斌
【申請人】連云港大發(fā)環(huán)?？萍加邢薰?br>