一种漂浮水面蒸发站液位精确测量装置的制作方法

本发明涉及一种漂浮水面蒸发站液位测量装置，具体是一种漂浮水面蒸发站液位精确测量装置。

背景技术：

蒸发是水循环的重要途径之一，准确监测蒸发量，对探求区域水循环规律，指导水资源规划利用，服务工农业生产意义重大。由于蒸发量观测要求精确到0.1mm,受测量方式方法和传感器测量精度限制，水面蒸发量自动采集一直是行业难题。漂浮水面蒸发站受风浪波动因素影响，蒸发器液位监测尤其困难，目前漂浮蒸发站液位观测以人工为主，自动监测尚处于探索阶段。常用液位高精度测量存在的问题，目前分辨力达到0.1mm的液位计主要有超声液位计、压阻式液位计、角度编码浮子式液位计、磁致伸缩液位计等，但实用效果都不够理想，测量误差较大，主要问题如下：

超声液位计

因为声速与温度有关，但是实测水体或者空气环境温度分布测量困难，因此声速补偿不准确，导致实测结果误差很大。

压阻式液位计

因为压阻液位计自身温度漂移大，当被测水体受风浪影响晃动时，受水的动压影响，导致实测结果误差很大。

角度编码浮子式液位计

因为编码器的测量轮转动需要克服启动扭矩，受此影响浮子运动不能完全和液面高度变化同步，在漂浮蒸发场，风浪影响下浮子晃动剧烈，导致实测结果误差很大。

技术实现要素：

发明根据现有技术的不足提供一种漂浮水面蒸发站液位精确测量装置，本装置选用磁致伸缩传感器作为核心测量部件，通过悬挂安装方式降低传感器感应轴与浮球之间的摩擦力，确保浮球高度变化与水面高度变化完全同步以提高测量精度，应用连通器原理并应用限流缓冲部件削弱风浪扰动因素以提高测量精度。

本发明的技术方案：

一种漂浮水面蒸发站液位精确测量装置，包括安装在甲板上的仪器柜和蒸发器，所述仪器柜和蒸发器的底部处于水面线以下，所述仪器柜内悬挂安装有筒罩，在筒罩内安装测量筒，磁致伸缩式传感器设置在筒罩内用于对测量筒内的水位进行测量，磁致伸缩式传感器的感应轴插入到测量筒内，磁致伸缩式传感器的磁性浮球套在感应轴上随水面变化沿感应轴上下运动，磁致伸缩式传感器的信号处理单元设置在测量筒外，所述仪器柜的侧壁上和蒸发器的侧壁上相同高度处开设有连通接口，连通管的两端分别连接仪器柜的侧壁上和蒸发器的侧壁上开设的连通接口实现仪器柜与蒸发器连通，测量筒与仪器柜侧壁上开设的连通口通过连接管连通，蒸发器内设置的“l”形连接头与蒸发器的侧壁上开设的连通接口连通，连通管、连通接口、“l”形连接头以及连接管相配合实现测量筒与蒸发器内的水相互流通，“l”形连接头的末端还设置有限制测量筒与蒸发器水量对流速度限流膜片。

所述仪器柜顶部内侧安装有下挂钩，在筒罩的上端安装有与下挂钩相配合的上挂钩，上挂钩和下挂钩配合使得筒罩以及测量筒始终处于垂直状态。

所述测量筒与仪器柜侧壁上开设的连通口之间的连接管是内径8mm的软管，确保仪器柜发生倾斜时筒罩以及测量筒始终处于垂直状态。

所述测量筒的底部开设有使得磁致伸缩式传感器的感应轴保持垂直的定位孔。

所述磁性浮球的中心位置开设有方便套入感应轴的中部通孔,磁性浮球自由漂浮状态下中部通孔保持垂直。

所述磁性浮球中部通孔直径比感应轴直径大1mm，工作时彼此轴线保持平行。

所述磁性浮球的外径为100mm,密度为0.55g/cm³,自由漂浮状态下吃水线接近浮球中部，确保浮球随水面同步运动最灵敏。

所述限流膜片严实的粘附在“l”形连接头末端，所述限流膜片厚度为0.5mm，限流膜片中部开有一个直径为2mm的孔，限制测量筒与蒸发器水量对流速度。

本发明的技术效果：

1)本测量装置技术实现容易，测量精度极高，可以将测量误差控制在0.2mm以内，很好的解决了漂浮蒸发站液位精确测量技术难题，在南水北调源头丹江口水库投入使用以来，监测效果良好，使蒸发信息采集自动化真正成为现实。

2)限流膜片的特殊结构和同开度的球阀、同内径的细管相比，水的流动性更好，不易出现空气栓塞遮断水的流动，不会出现连通器左右液位不等高的现象。

3)本测量装置结构简单，维护方便，成本低廉，具有良好的市场推广价值。

4)本测量装置选用的磁致伸缩传感器技术发展成熟，有很高的分辨力，能识别0.01mm大小的微小位移，满足观测规范技术要求，和同功能仪器相比技术优势明显；磁致伸缩传感器结构简单、体积小、安装维护方便，只需要在容器顶部开一个小孔，插入感应轴，然后用一个螺母柄紧即可使用。和同功能传感器相比有很高的价格优势，具有很好的市场推广价值。

附图说明

图1是本发明整体结构示意图；

图2是本发明仪器柜安装结构示意图；

图3是本发明磁性浮球结构示意图；

图4是本发明限流膜片结构示意图；

图5是浮球通孔铅垂校准装置示意图结构示意图；

图6是本发明感应轴在测量筒内安装示意图。

图中标号分别表示：1-仪器柜、2-蒸发器、3-测量筒、4-连通管、5-筒罩、6-磁性浮球、7-信号处理单元、8-感应轴、9-限流膜片、10-下挂钩、11-上挂钩、12-通孔、13-连通管、14-“l”形连接头、31-定位孔、91-圆孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明：

如图1—图5所示，一种漂浮水面蒸发站液位精确测量装置，包括安装在甲板上的仪器柜1和蒸发器2，所述仪器柜1和蒸发器2的底部处于水面线以下，所述仪器柜1内悬挂安装有筒罩5，在筒罩5内安装测量筒3，磁致伸缩式传感器设置在筒罩5内用于对测量筒内的水位进行测量，磁致伸缩式传感器的感应轴8插入到测量筒3内，磁致伸缩式传感器的磁性浮球6套在感应轴8上随水面变化沿感应轴上下运动，磁致伸缩式传感器的信号处理单元7设置在测量筒3外，所述仪器柜1的侧壁上和蒸发器2的侧壁上相同高度处开设有连通接口，连通管4的两端分别连接仪器柜1的侧壁上和蒸发器2的侧壁上开设的连通接口实现仪器柜1与蒸发器2连通，测量筒3与仪器柜1侧壁上开设的连通口通过连接管13连通，蒸发器2内设置的“l”形连接头14与蒸发器2的侧壁上开设的连通接口连通，连通管4、连通接口、“l”形连接头14以及连接管13相配合实现测量筒3与蒸发器2内的水相互流通，“l”形连接头14的末端还设置有限制测量筒3与蒸发器2水量对流速度限流膜片9。

仪器柜1上侧壁的下方安装有下挂钩10，在筒罩5的上端安装有与下挂钩10相配合的上挂钩11，上挂钩11和下挂钩10配合使得筒罩5以及测量筒3始终处于垂直状态。

所述测量筒3与仪器柜1侧壁上开设的连通口之间的连接管13是内径8mm的软管，确保仪器柜1发生倾斜时筒罩5以及测量筒3始终处于垂直状态。

如图6所示，所述测量筒3的底部开设有使得磁致伸缩式传感器的感应轴8保持垂直的定位孔31。

如图2和图3所示传感器的磁性浮球6中部有方便套入感应轴8的中部通孔12，安装前先在自然漂浮状态下进行姿势校准使通孔轴线保持垂直。浮球姿态校准方法如图5，在盛水容器中有一根铅垂线经过容器上下底面的a、b两点，浮球漂浮在水面上，在a点设置一个高亮度的光源，光源的直径与浮球的通孔口径近似，移动浮球使通孔的下端正对着光源，如果漂浮时通孔轴线不铅直，光透过浮球通孔将会在c点看到一个光斑，在浮球左下侧粘附适当重量的金属颗粒改变浮球的姿势，保证通孔下口和光源对正的前提下，当看到光斑中心调整到b点时浮球的通孔就铅直了。

这样感应轴和浮球通孔的中轴都保持铅垂，感应轴和浮球通孔的中轴平行，轴和球之间的压力就大大减小，相对运动时摩擦力很小，浮球和水面运动同步，此时测量精度极高。

磁性浮球6的中心位置开设有方便套入感应轴8的中部通孔12,磁性浮球6自由漂浮状态下中部通孔12保持垂直。磁性浮球6中部通孔12直径比感应轴8直径大1mm，工作时彼此轴线保持平行。磁性浮球6的外径为100mm,密度为0.55g/cm³,自由漂浮状态下吃水线接近浮球中部，确保浮球随水面同步运动最灵敏。即使有摩擦导致球与水面运动不同步，因克服摩擦力产生的测量误差最小(浮球密度略大于0.50g/cm3是为了增加球体在水面的稳度)。通孔直径为14mm，感应轴的直径为13mm，这样保证感应轴和浮球的平均距离为0.5mm(因为距离太近水的粘滞力会增加测量误差，太远会因为浮球和感应轴相对位置变幅太大，反而增加测量误差)。

如图1、图4所示，所述限流膜片9严实的粘附在“l”形连接头14末端，所述限流膜片9厚度为0.5mm，限流膜片9中部开有一个直径为2mm的孔91，限制风浪影响下测量筒3与蒸发器2水量对流速度。

这样最大限度降低风浪扰动因素带来的误差，液位测量精度极高。试验证明限流膜片的内孔也不宜太小，否则降雨天时测量筒内的液位升高明显滞后蒸发器，导致测量结果失真。