一种水位检测仪的制作方法

本实用新型属于水文数据监测技术领域，具体涉及一种能够长期稳定地用于地热井的水位监测仪。

背景技术：

随着地热开发技术的不断发展，地热资源由于具有储量稳定、无污染、可循环利用等优点，不仅避免了煤炭燃烧带来的环境污染，同时相对于传统煤炭供暖具有更低的运营成本，具有显著的经济效益和环境效益。但在地热开发利用的过程中，由于地热井水中地下岩层的溶解物含量较高，导致其具有矿化度高、成分复杂、腐蚀性强的特点，而传统的水位监测仪因地热井水矿化度高而导致器件堵塞使得水位监测仪的可靠性降低。

同时传统的水位监测仪抗腐蚀性能较差，寿命较短，水位监测的故障直接造成潜水泵烧毁的事故发生。为了提高地热开发的效率、促进供热系统的稳定运行，可靠的地热井水位监测仪显得尤为重要。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种可靠性高的地热井的水位监测仪，解决了现有技术中因水位监测的故障直接造成潜水泵烧毁的事故发生的问题。

本实用新型的技术解决方案是：

一种水位检测仪，包括液位计采集单元、通讯线缆单元与地面存储和人机交互单元；上述液位计采集单元通过通讯线缆单元与地面存储和人机交互单元连接；上述通讯线缆单元包括电缆；上述液位计采集单元包括液位计壳体、传感器、传压入水孔、控制系统和控制系统安装骨架；上述传感器和控制系统设置在液位计壳体内部；

其特别之处在于：

上述液位计采集单元还包括自清洁装置，上述液位计壳体的底端至顶端依次设置有上述的自清洁装置、传压入水孔、传感器和控制系统，上述传感器的传压面四周和液位计壳体的内表面密封设置；上述自清洁装置用来清洁传压入水孔和传感器的传压面。

上述自清洁装置、液位计壳体和控制系统安装骨架采用钛合金材料或其他耐高温抗腐蚀性材料，避免地热水环境的高矿化度、高腐蚀性对壳体的侵蚀，不仅延长了仪器的使用寿命，而且提高了整套地热井开发系统的可靠性。

上述传感器包括压力传感器和温度传感器，上述压力传感器为陶瓷电容式压力传感器。

上述电缆为氟橡胶或其他耐高温电缆，内置钢丝抗拉性能好，避免电缆由于本身张拉或自重损坏。

上述自清洁装置为电机和毛刷，毛刷刷头与传压入水孔和传感器的传压面接触，电机带动毛刷旋转，保护清洁传压面的同时清洁传压入水孔，防止结垢堵塞。

上述控制系统包括集成ADC的控制芯片，上述控制芯片内置温度、压强二维刻度表，高精度的ADC和刻度表温度补偿确保了测量结果的准确性。

为了实时监控地热井下埋深、水温，上述地面存储和人机交互单元包括无线通讯单元，将系统连接到地热井信息化监控平台。

上述液位计采集单元为圆柱形结构，圆柱形结构的底端为传压入水孔，在传压入水孔的上方安装有陶瓷电容式压力传感器和温度传感器，上述液位计采集单元和通讯线缆单元连接处使用六芯接插件。保持垂直姿态进行测量，以获得最高测量精度。

上述地面存储和人机交互单元内设置高精度大气压传感器，完成大气压的实时波动补偿。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点和有益效果：

1、液位计采集单元具有自清洁模块，避免了如地热井水高矿化度带来的结垢和堵塞；提高水位监测仪的可靠性；

2、采用了耐高温耐腐蚀的陶瓷电容式压力传感器，液位计单元壳体材料采用钛合金或其他耐高温材料，钛合金是一种理想的海洋金属材料，抗氯离子腐蚀能力强，因而能够避免如地热水环境的高矿化度、高腐蚀性对壳体的侵蚀，不仅延长了仪器的使用寿命，而且提高了整套地热井开发系统的可靠性；

3、液位计采集单元使用高精度的ADC数字控制芯片，并内置温度、压强二维刻度表，高精度的ADC和刻度表温度补偿确保了测量结果的准确性；

4、所述地面存储和人机交互单元内置高精度大气压传感器，完成大气压的实时波动补偿；相比较使用导气管的表压型传感器的液位计，从根本上消除了地热井井口温度骤降所带来的导气管冷凝结露堵塞现象，而且使用无导气管的通信电缆大大降低了系统成本；

5、通过所述地面存储和人机交互单元的无线传输模块，可将系统连接到地热井信息化监控平台，实时监测地热井下埋深、水温，为自动控制潜水泵的启停、保护潜水泵的可靠工作、科学合理指导采排水量，提供了重要的依据。

附图说明

图1为本实用新型的地热井水位监测仪整体结构框图；

图2为液位计采集单元的结构示意图；

图3为通信线缆单元结构示意图；

图4、5为地面存储和人机交互单元的仪器机械结构图；

图中附图标记为：1-自清洁装置；2-传感器；3-控制系统；4-六芯接插件母头；5-控制系统安装骨架；6-液位计壳体；7-传压入水孔；8-电缆六芯公头；9-电缆接头密封帽；10-氟橡胶电缆；11-电缆防水接头；12-按键面板；13-液晶面板；14-无线传输单元；15-电池盒；16-主控电路板。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本实用新型进行进一步具体说明：

如图1所示，本实用新型公开了一种用于地热井的水位监测仪，包括液位计采集单元、通讯线缆单元、地面存储和人机交互单元三大部分，液位计采集单元通过通讯线缆单元和地面存储和人机交互单元连接；地面存储和人机交互单元用于实现固态存储、人机交互、控制液位计实时采集、无线传输功能；通讯线缆单元为四芯耐高温电缆，负责传输采集信号和为液位计采集单元供电；这三个单元每一部分相互独立、同时又相互连接配合使用。

图2所示液位计采集单元包含：液位计壳体6、依次沿底部到顶部设置的自清洁装置1、传压入水孔7、传感器2、控制系统3和六芯接插件母头4。传压入水孔为在液位计壳体6上开的入水孔；传感器2包括陶瓷电容式压力传感器和温度传感器；传感器2的传压面通过传压入水孔7来检测水压及水温；

液位计采集单元底端为自清洁装置1，保护传感器2传压面的同时电机带动毛刷清洁传压面和传压孔，防止地热水结垢堵塞；控制系统3通过螺丝固定在控制系统安装骨架5上，六芯接插件母头4安装在顶端，液位计壳体6实现液位计的整体保护和与各个连接处的密封，所有密封处均使用氟橡胶密封圈。

自清洁模块1、控制系统安装骨架5及液位计壳体6都采用抗腐蚀性强的钛合金材质。密封处均使用两个氟橡胶O型圈，双道密封以提高密封可靠性。

控制系统3包括信号调理电路、24bit ADC模块、RS485通讯模块和电源管理模块。

陶瓷电容式压力传感器和温度传感器的输出端与信号调理电路的输入端连接，信号调理电路的输出端和RS485通讯模块与24bit ADC模块连接，电源管理模块的输出端和自清洁装置、24bit ADC模块和信号调理电路连接。

液位计采集单元所需电源从通讯线缆单元获得，电源管理模块产生ADC模块、信号调理电路和传感器各部分所需电源，RS485通讯模块负责接收地面存储和人机交互单元发送的请求采集命令，在液位计采集单元的ADC模块采集完成、进行刻度表温补后，将采集数据按一定协议格式通过通讯线缆单元发送至地面存储和人机交互单元。

优选的该液位计采集单元采用圆柱形结构，底端为传压入水孔，在传压入水孔的上方安装有陶瓷电容式压力传感器和温度传感器，和通讯线缆单元连接处使用六芯接插件，用于连接电缆进行通信和获取电源供应。

如图3所示，通讯线缆单元由氟橡胶电缆10，电缆接头密封帽9和电缆六芯公头8组成；本实施例使用氟橡胶带钢丝的四芯线缆，电缆六芯公头8被包围在电缆接头密封帽9内，氟橡胶带钢丝的四芯线缆与电缆接头密封帽9之间使用锥形氟橡胶密封圈压紧密封；电缆接头密封帽9与液位计壳体6的顶端通过双道氟橡胶O型密封圈密封。

如图1所示，地面存储和人机交互单元包括：RS485通讯模块、电源管理模块、数字信号处理单元、人机交互模块(包括按键和液晶)、固态存储模块、大气压采集模块、GPRS无线传输模块。

其中RS485通讯模块、人机交互模块、和固态存储模块分别和数字信号处理单元连接，大气压采集模块的输出端和数字信号处理单元连接，电源管理模块的输出端与数字信号处理单元的输入端和GPRS无线传输模块的输入端连接。

如图4和图5所示，地面存储与人机交互单元的正面板为按键面板12、液晶面板13，方便用户进行参数设置，同时液晶面板可显示测量的埋深、水温、大气压值；通信电缆可从电缆防水接头11穿过而进入地面存储与人机交互单元的壳体内部，并且该接头内置密封圈，压紧后防水；地面存储与人机交互单元的电池盒15，用于放置8节1号碱性电池，为整个系统供电；GPRS无线传输单元14，用于无线接收和发送采集数据、实时联网；主控电路板16用于控制人机交互单元、大气压采集模块、固态存储模块、电源管理模块，是整个系统的控制中枢。

本实用新型的工作原理为：

液位计采集单元测量水柱和大气压的压力总和，通过液位计采集单元内部的信号调理和AD模块转换为数字信号、进行刻度表二维温度压力补偿后，经过所述通讯线缆单元传输至地面存储和人机交互单元，所述地面存储和人机交互单元完成地面环境大气压测量后进行补偿和计算，得到地热井水位埋深，并显示在所述地面存储和人机交互单元的液晶屏幕上。

本实用新型方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。