一种气动式水压测量装置的制作方法

本发明涉及液位测量技术领域，特别是一种气动式水压测量装置。

背景技术：

在水利水电行业中对渠道、水库等水位需要测量监控，或者在石油化工行业中，对容器的油位也需要测量监控。常规测量水位或者油位通过压阻式液位传感器进行测量，例如授权公告号为CN2449208Y的中国专利公开了一种浸入在被测液体中可输出一个与被测液位成正比的标准电信号并便于与其它仪表或计算机联网的压阻式液位变送器，压力传感器3装在基座2中，导水头1接在基座2一端，基座2另一端与壳帽5密封连接在一起，放大电路7信号输入端与压力传感器3的引线脚焊接在一起，其信号输出端与电缆线12焊接在一起，并且壳帽5与电缆线12之间密封，放大电路7外还装有保护罩6。其中传感设备必须直接放置于测量点位置，如果现场环境比较恶劣，压力传感设备极易遭受雷击损坏，另外水中杂物如淤泥等也会封堵传感设备的感压部件，造成测量不准，且不易维护更换。

技术实现要素：

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种气动式水压测量装置。

本发明的一种气动式水压测量装置采用以下技术方案：

一种气动式水压测量装置，包括气路装置，气路装置上部为两条气管，两条气管下部分别连接于一三通管道的上方管口处，所述两条气管中其中一条气管上部与压力气源连接(称为“供气管”)，另一条气管上部连接有一相对压力传感器(称为“测量管”)；所述三通管道的下方管口设置于液面下方；当所述两条气管内充满气体时，下方管口处被水密封；所述其中供气管一侧始终由压力气源往气管内注入空气；测量管连接的相对压力传感器可以实时测到气体压强的变化；如果气路装置外部水压高于气管内气压时，注入的空气会滞留于气管内，用以保持气压的升高；如果气路装置外部水压低于气管内气压时，气管内的多余空气会通过低端开口处排出；通过压力气源的自动控制，气管内的气压始终趋向于与密封的水压保持平衡；将相对压力传感器的测量值P_测作为处理单元的输入变量，根据自动计算单元得到气路下端出气口处实时变化的水深值和/或水位值。

进一步地，所述两条气管上部同时与一手动三位五通阀连接，所述相对压力传感器也连接于该手动三位五通阀的排气口，手动三位五通阀的进气口通过管路依次连接有气体流量控制阀、手动二位五通阀、减压阀、压力气源。

进一步地，所述压力气源为空气压缩机。

本发明的一种气动式水压测量装置，利用了在平衡状态下，容器内被密封的气体压强始终与对其进行封闭的外部压强的大小相等，以及气体压强的可传递性原理，选用市场成熟的部件进行组合，使其成为一有效的系统，将被测点处液体压强等效成密封容器内的气体压强。随着水位的变化(即密封容器的外部作用压强的变化)密封的气管内气体压强随之变化，从而测量气管内气体压强的大小可以计算出封闭点处的水深值，进而得到水位值。

利用气路的布置，使灵敏的电子测量元件——压力传感器可以布置到相对环境安全的室内。对于传感部件，运行环境的安全，可有效延长设备的使用寿命，并且使设备更换维护较为方便。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明的水深计算原理图。

图2是本发明的冲刷气管模式示意图；

图3是本发明的缓冲模式示意图；

图4是本发明的吹干测量管模式示意图；

图5是本发明的正常测量模式示意图；

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的一种气动式水压测量装置，如图1所示，包括气路装置，气路装置上部为两条气管，两条气管下部分别连接于一三通管道的上方管口处，所述两条气管中其中供气管上部与压力气源连接，另一条测量管上部连接有一相对压力传感器。所述三通管道的下方管口设置于液面下方。当所述两条气管内充满气体时，下方管口处被水密封。所述其中供气管一侧始终由压力气源往气管内注入空气；测量管连接的相对压力传感器可以实时测到气体压强的变化。如果气路装置外部水压高于气管内气压时，注入的空气会滞留于气管内，用以保持气压的升高；如果气路装置外部水压低于气管内气压时，气管内的多余空气会通过低端开口处排出。通过压力气源的自动控制，气管内的气压始终趋向于与密封的水压保持平衡。

如图1所示，为本发明的水深计算原理图，其中：

P₀:大气压强；

P_水:三通出气口处水重力产生的压强；

P_气:三通出气口处空气重力产生的压强；

P_测:压力传感器测量压强(相对于大气压的压强)；

H:压力传感器处与出气口处高程差；

h:水面与出气口处高程差。

当气管内气压与水压达到平衡状态下，三通出气口处气体压强为：P_测+P₀+P_气，水压强为：P_水+P₀

由于处于平衡状态，因此：P_测+P₀+P_气＝P_水+P₀

即：P_测+P_气＝P_水

即：ρ_水·g·h＝P_测+ρ_气·g·H

即：

如果忽略气温变化的微弱影响，根据当地常年平均气温和海拔高程，计算重力加速度g、ρ_水、P₀均作为常数，H为传感器与水下测点(即三通管口处)的高度差，根据实际的气路的安装布置得到常数H；由气体的密度公式得到(其中ρ₀＝1.293kg/m₃，当温度为0℃，压力为1.013MPa状态下干空气的密度)。

将相对压力传感器的测量值P_测通过模拟量或数字量信号作为处理单元的输入变量，根据以上公式对处理单元编制程序，可以得到气路下端出气口处实时变化的水深值，如果加上水下测点(即三通管口处)的海拔高程，也可以得到水位值。

进一步地，如图2-5所示，在一种优选实施方式中，所述两条气管上部同时与一手动三位五通阀连接，所述相对压力传感器连接于手动三位五通阀的排气口，手动三位五通阀的进气口通过管路依次连接有气体流量控制阀、手动二位五通阀、减压阀、压力气源，优选地，所述压力气源为空气压缩机，优选为小型活塞型空压机，具有自动启停功能，可长期在线运行可靠。优选品牌：ALTLAS COPCO(阿特拉斯科普柯)。

由于空气压缩机气瓶的压力往往较高，且不稳定，因此，增加一个减压阀，对空压机的出口气体减压，压强一般调整为最大的被测点压强加2bar。减压阀优选品牌：布鲁特。

所述气体流量控制阀可以实现向气路内源源不断的补充空气。流量控制阀可以调节流量大小，根据水位变化的快慢及气路中气体容积的大小调节一个冗余的流量。既要保证由于水压的升高能够及时补足气管中空气的压力，又要保证气体不至于过多的浪费。流量控制阀优选北京颇特仪器有限公司制造的流量控制阀。

进一步地，为实现气动式系统的冲洗模式、缓冲模式、吹干模式及工作模式的运行，使气路能灵活方便的切换，特选择一个两位五通手动阀和一个三位五通手动阀。首选品牌：德国Festo或台湾亚德客(AirTAC)。

如图2所示，冲洗模式

二位五通阀的位置调至右位置；三位五通阀的位置调至中位置；

当需要冲洗气管管路，或者初次使用需要将气管内液体排出时，气体直接排入供气管和测量管，根据需要该步骤一般运行20—30秒钟。

如图3所示，缓冲模式

二位五通阀的位置调至左位置；三位五通阀的位置调至中位置；

当冲洗气管管路完毕，气管内用小气量缓冲，气体经过流量控制阀直接排入供气管和测量管，该步骤一般需要运行30秒钟。

如图4所示，吹干模式

二位五通阀的位置调至左位置；三位五通阀的位置调至右位置；

气体经过流量控制阀进入工作模式下的“测量管”，从工作模式下的“供气管”将压力反馈给压力变送器，该方式目的为吹干回气管路，运行2天。

如图5所示，工作模式中：二位五通阀的位置调至左位置，三位五通阀的位置调至左位置。空压机气瓶中的气体输出后通过减压阀得到一个恒定气压，气体经二位五通阀输入流量阀，恒定的气流经由三位五通阀后输入供气管，根据气管内气压与水压的高低差异，补充的气体由三通下端开口排出或滞留在气管内升高气管内压力，使其达到压力的平衡。测量管将压力反馈给压力变送器，该变送器实时测量测量管的压强。

应该理解，尽管参考其示例性的实施方案，已经对本发明进行具体地显示和描述，但是本领域的普通技术人员应该理解，在不背离由权利要求书所定义的本发明的精神和范围的条件下，可以在其中进行各种形式和细节的变化，可以进行各种实施方案的任意组合。