外测液位系统的制作方法

文档序号:25535152发布日期:2021-06-18 20:28来源:国知局
外测液位系统的制作方法

本发明涉及外测液位技术领域,特别涉及一种外测液位系统。



背景技术:

在化工品生产过程中,需使用储罐存储液体,且通常使用外测液位装置测量储罐内液体的液位。

外测液位装置包括变送器和探头,探头通常用于安装在储罐的罐壁外侧。在测量待测液面液位的过程中,变送器可以控制探头向待测液体的液面发射声波信号以及接收液面返回的回波信号,根据信号在液体中传播速度和信号传输所用时长即可计算出待测液面的液位。

然而,由于储罐的罐壁与储罐中液体的声特性阻抗相差较大,且由于声波信号在声特性阻抗相差较大的两个介质的之间传输时,声波信号会被大幅度损耗,因此,探头在发射声波信号后,该声波信号从罐壁进入液体时,该声波信号回波储罐和液体交界面第一次大幅度损耗,之后,声波信号被液面返回生成回波信号,该回波信号再从液体进入罐壁时,该回波信号又会被储罐和液体交界面第二次大幅度损耗,导致探头能够接收到的信号的能量较弱。



技术实现要素:

本申请提供了一种外测液位系统,可以解决相关技术中液位测量装置中探头接收到的信号的能量较弱的问题,所述技术方案如下:

提供了一种外测液位系统,所述外测液位系统包括:探头、受压体以及至少一个传输层;所述受压体的一侧用于承受待测液体的压力,所述至少一个传输层固定在所述受压体的一侧,所述探头用于固定在所述受压体的另一侧,且所述探头正对所述至少一个传输层;所述受压体、所述至少一个传输层以及所述待测液体的声特性阻抗在所述探头靠近所述受压体的方向上依次减小。

可选地,所述受压体为储罐的罐壁,所述储罐用于存储所述待测液体。

可选地,所述受压体为法兰盘,所述法兰盘用于封闭储罐的罐壁开孔,所述储罐用于存储所述待测液体。

可选地,所述探头、所述受压体、所述至少一个传输层以及所述待测液体的声特性阻抗在所述探头靠近所述受压体的方向上依次减小。

可选地,所述至少一个传输层包括叠加的多个传输层。

可选地,所述受压体的材质为碳钢,所述多个传输层包括:依次叠加的钛合金层、铝合金层以及高分子材料层。

可选地,所述外测液位系统还包括:固定罩,所述固定罩的罩顶面设置有开口,所述固定罩的罩底面外侧设置有台阶;所述至少一个传输层套接在所述固定罩内,所述至少一个传输层远离所述受压体的一端抵接在所述固定罩的内顶面上,所述固定罩的台阶与所述受压体的一侧固定连接,且所述探头正对所述第一开口。

可选地,所述受压体的材质为磁性材质,所述外测液位系统还包括:第一磁环;所述第一磁环套接在所述固定罩外,且所述第一磁环靠近所述受压体的一端抵接在所述台阶上。

可选地,所述受压体的材质为非磁性材质,所述外测液位系统还包括:第二磁环和第三磁环;所述第二磁环套接在所述固定罩外,且所述第二磁环靠近所述受压体的一端抵接在所述台阶上,所述第三磁环套接在所述探头外,且所述第三磁环靠近所述受压体的一端贴在所述受压体上,且所述第二磁环正对所述第三磁环。

可选地,所述固定罩的台阶与所述受压体焊接或粘接。

本申请提供的技术方案带来的有益效果是:

在本申请提供的外测液位系统中,至少一个传输层和探头分布在受压体的两侧,且探头正对至少一个传输层,在探头靠近待测液体发射声波信号后,该声波信号依次穿过声特性阻抗递减的受压体、至少一个传输层和待测液体,且声波信号被待测液体的待测液面返回后,回波信号依次穿过声特性阻抗递增的待测液、至少一个传输层以及受压体,并到达探头,也即减小了声波信号和回波信号所穿过的相邻介质的声特性阻抗差,从而减小了声波信号和回波信号穿过相邻介质的交界面时损耗的能量,提高了探头接收到的回波信号的能量,且有利于减小探头的功耗。

应当理解的是,以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的,并不能限制本申请。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施例,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中液位测量装置安装在储罐上的示意图;

图2为本发明实施例提供的一种外测液位系统的结构示意图;

图3为本发明实施例提供的另一种外测液位系统的结构示意图;

图4为本发明实施例提供的又一种外测液位系统的结构示意图;

图5为本发明实施例提供的再一种外测液位系统的结构示意图;

图6为本发明实施例提供的再一种外测液位系统的结构示意图;

图7为本发明实施例提供的再一种外测液位系统的结构示意图;

图8为本发明实施例提供的再一种外测液位系统的结构示意图;

图9为本发明实施例提供的再一种外测液位系统的结构示意图。

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分,示出了符合本申请的实施例,并与说明书一起用于解释本申请的原理。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部份实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。

图1为现有技术中液位测量装置安装在储罐上的示意图。如图1所示,液位测量装置包括变送器和探头,探头安装在储罐的罐壁外侧。在测量储罐内待测液体的液位的过程中,变送器可以控制探头向待测液体的液面发射声波信号以及接收液面返回的回波信号,根据信号在液体中传播速度和信号传输所用时长即可计算出待测液面的液位。

然而,由于储罐的罐壁与储罐中待测液体的声特性阻抗相差较大,且由于声波信号在声特性阻抗相差较大的两个介质的之间传输时,声波信号会被大幅度损耗,因此,探头在发射声波信号后,该声波信号从罐壁进入液体时,该声波信号回波储罐和液体交界面第一次大幅度损耗,之后,声波信号被液面返回生成回波信号,该回波信号再从液体进入罐壁时,该回波信号又会被储罐和液体交界面第二次大幅度损耗,导致探头能够接收到的信号的能量较弱。导致探头要接收到能量足够的回波信号,就需要大幅度提高探头的发射功率,进而导致探头的功耗较大。

图2为本发明实施例提供的一种外测液位系统的结构示意图,如图2所示,该外测液位系统可以包括:探头00、受压体01以及至少一个传输层02。其中,受压体01的一侧用于承受待测液体(图2中暂未示出)的压力,至少一个传输层02的一端固定在受压体01的一侧,探头00用于固定在受压体01的另一侧,且探头00正对至少一个传输层02,受压体01、至少一个传输层02以及待测液体的声特性阻抗在探头00靠近受压体01的方向上依次减小。

综上所述,在本发明实施例提供的外测液位系统中,至少一个传输层和探头分布在受压体的两侧,且探头正对至少一个传输层,在探头靠近待测液体发射声波信号后,该声波信号依次穿过声特性阻抗递减的受压体、至少一个传输层和待测液体,且声波信号被待测液体的待测液面返回后,回波信号依次穿过声特性阻抗递增的待测液、至少一个传输层以及受压体,并到达探头,也即减小了声波信号和回波信号所穿过的相邻介质的声特性阻抗差,从而减小了声波信号和回波信号穿过相邻介质的交界面时损耗的能量,提高了探头接收到的回波信号的能量,且有利于减小探头的功耗。

需要说明的是,声波信号在两个介质的界面传输时,该声波信号的损耗程度与该两个介质的声特性阻抗差正相关,也即该两个介质的声特性阻抗差越大,该声波信号在该两个介质的界面传输时声波信号的能量损耗幅度越大,该两个介质的声特性阻抗差越小,该声波信号在该两个介质的界面传输时声波信号的能量损耗幅度越小。

可选地,至少一个传输层02可以仅包括一个传输层02。

可选地,受压体01的材质可以为碳钢(碳钢的声特性阻抗为46.6兆瑞利),该一个传输层02的材质可以为钛合金(钛合金的声特性阻抗为27.8兆瑞利),待测液体可以为甘油(甘油的声特性阻抗为2.4兆瑞利)。需要说明的是,瑞利为声特性阻抗的单位,表示千克每平方米秒,且本发明实施例中兆指的是百万。

图3为本发明实施例提供的另一种外测液位系统的结构示意图,如图3所示,受压体01可以为储罐04的罐壁,该储罐04用于存储待测液体y1。

如此结构下,工作人员在配置外测液位系统的过程中,进入储罐04后,可以在储罐04内将至少一个传输层03固定在储罐04的罐壁上,之后,可以在储罐04外将探头00固定在储罐04的罐壁上,并使探头00正对至少一个传输层02。

图4为本发明实施例提供的又一种外测液位系统的结构示意图,如图4所示,受压体01为法兰盘,法兰盘01用于密封储罐05的罐壁开孔051,储罐05用于存储待测液体y1。

如此结构下,工作人员在配置外测液位系统的过程中,可以先将探头00和至少一个传输层02固定在法兰盘01两侧,并使探头00正对至少一个传输层02,接着使用固定有探头00和至少一个传输层02的法兰盘密封罐壁开孔051即可。

可选地,该罐壁开孔051可以为法兰孔。

可选地,请结合图2至图4,外测液位系统中的探头00、受压体01、至少一个传输层02以及待测液体y1在探头00靠近受压体01的方向上的声特性阻抗可以依次减小。

需要说明的是,探头00自身也具有一定声特性阻抗,且探头00发出的声波信号在穿过与探头00接触的介质的交界面时,该声波信号的损耗程度与探头00与其接触的介质的声特性阻抗差的大小正相关。

可选地,探头00的材质可以为压电陶瓷(压电陶瓷的声特性阻抗为30兆瑞利),受压体01的材质可以为铝合金(铝合金的声特性阻抗17兆瑞利),传输层02的材质可以为石英(石英的声特性阻抗为15.2兆瑞利),待测液体可以为水(水的声特性阻抗为1.1兆瑞利)。

图5为本发明实施例提供的再一种外测液位系统的结构示意图,如图5所示,外测液位系统中,至少一个传输层02可以包括叠加的多个传输层02。

如此设置方式下,声波信号所穿过的相邻介质的声特性阻抗差进一步减小,声波信号和回波信号穿过相邻介质的交界面损耗的能量被进一步减小,也即进一步提高了探头接收到的回波信号的能量,有利于进一步减小探头的功耗。

图6为本发明实施例提供的再一种外测液位系统的结构示意图,如图6所示,外测液位系统中,受压体01的材质为碳钢,多个传输层可以包括:依次叠加的钛合金层021、铝合金层022以及高分子材料层023。

可选地,高分子材料层023可以为电木层(电木的声特性阻抗为3.6兆瑞利)。可选地,高分子材料层023还可以为丙烯树脂层(丙烯树脂的声特性阻抗为3.3兆瑞利)。本发明实施例对此不作限定。

需要说明的是,图5和图6中仅以外测液位系统中至少一个传输层包括三个传输层,且图6中仅以三个传输层依次为钛合金层、铝合金层以及高分子材料层,可选地,至少一个传输层还可以包括其他个数(如四个或五个)的传输层,且三个传输层的材质还可以为其他材质,如三个传输层可以依次为铅基巴氏合金层(铅基巴氏合金的声特性阻抗为23.2兆瑞利)、石英层以及硬橡胶层(硬橡胶的声特性阻抗为2.8兆瑞利),本发明实施例对此不作限定。

需要说明的是,图5和图6中均仅以外测液位系统中至少一个传输层包括多个传输层时,受压体01为图2中的受压体01为例,可选地,在外测液位系统中至少一个传输层包括多个传输层时,该受压体01还可以为图3中储罐04的罐壁或图4中的法兰盘01,本发明实施例对此不作限定。

图7为本发明实施例提供的再一种外测液位系统的结构示意图,如图7所示,外测液位系统还可以包括:固定罩06,固定罩06的罩顶面设置有开口061,固定罩06的罩底面外侧设置有台阶062。其中,至少一个传输层02套接在固定罩06内,至少一个传输层02远离受压体01的一端抵接在固定罩06的内顶面上,固定罩06的台阶062与受压体01的一侧固定连接,且探头00正对第一开口061。

如此设置方式下,工作人员在配置外测液位系统的过程中,可以先将至少一个传输层02放置在受压体01靠近待测液体(图7中未示出)的一侧后,将固定罩06盖在至少一个传输层02上,并将固定罩06的台阶062固定在受压体01的一侧,之后可以将探头00固定在受压体01的另一侧,并使探头00正对第一开口061。如此结构下,固定罩06可以在至少一个传输层02的远离受压体01的一端压紧该至少一个传输层02,提高了至少一个传输层02的稳固性。

图8为本发明实施例提供的再一种外测液位系统的结构示意图,如图8所示,在图7的基础上,受压体01的材质可以为磁性材质,外测液位系统还可以包括:第一磁环07,该第一磁环07套接在固定罩06外,且第一磁环07靠近受压体01的一端抵接在台阶062上。

如此设置方式下,工作人员在配置外测液位系统的过程中,可以先将至少一个传输层02放置在受压体01靠近待测液体(图8中未示出)的一侧后,将固定罩06盖在至少一个传输层02上,并将第一磁环07套接在固定罩06外,并把第一磁环07靠近受压体01的一端抵接在台阶062上。在材质为磁性材质的受压体01对第一磁环07的吸附力作用下,固定罩06会被固定在受压体01上,提高了固定罩06的安装简便性。之后可以将探头00固定在受压体01的另一侧,并使探头00正对第一开口061。

图9为本发明实施例提供的再一种外测液位系统的结构示意图,如图9所示,在图7的基础上,受压体01的材质可以为非磁性材质,外测液位系统还可以包括:第二磁环08和第三磁环09,其中,第二磁环08套接在固定罩06外,且第二磁环08靠近受压体01的一端抵接在台阶062上,第三磁环09套接在探头00外,且第三磁环09靠近受压体01的一端贴在该受压体01上,且第二磁环08正对第三磁环09。

如此设置方式下,工作人员在配置外测液位系统的过程中,可以先将至少一个传输层02放置在受压体01靠近待测液体(图9中未示出)的一侧后,将固定罩06盖在至少一个传输层02上,并将第二磁环08套接在固定罩06外,并把第二磁环08靠近受压体01的一端抵接在台阶062上,接着把第三磁环09套接在探头00外,并使第三磁环09靠近受压体01的一端贴在受压体01上,在第二磁环08和第三磁环09的相互吸附力的作用下,固定罩06会被固定在受压体01上,提高了固定罩06的安装简便性。之后可以将探头00固定在受压体01的另一侧,并使探头00正对第一开口061。

请继续参考图7,可选地,固定罩06的台阶062可以与受压体01焊接或粘接。如此设置方式下,工作人员在配置外测液位系统的过程中,可以先将至少一个传输层02放置在受压体01靠近待测液体的一侧,接着把固定罩06盖在至少一个传输层02上,并把固定罩06的台阶062焊接或粘接在受压体01上。

需要说明的是,图7至图9中仅以外测液位系统包括固定罩06时,该外测液位系统中至少一个传输层包括如图5所示的多个传输层02为例,可选地,在外测液位系统包括固定罩时,该外测液位系统中至少一个传输层可以为如图2所示的一个传输层02,该至少一个传输层还可以为如图6所示的依次叠加的钛合金层041、铝合金层042以及高分子材料层043,本发明实施例对此不作限定。

另外,图7至图9中仅以外测液位系统包括固定罩06时,该外测液位系统中的受压体01为图2所示的受压体01为例,可选地,在外测液位系统包括固定罩时,该外测液位系统中的受压体01还可以为图3中储罐04的罐壁,或者该受压体还可以为图4中法兰盘01,本发明实施例对此不作限定。

需要说明的是,本发明实施例中,在外测液位系统包括固定罩时,该固定罩与外测液位系统中至少一个传输层匹配,也即该固定罩的内顶面到受压体的距离,与该至少一个传输层在探头到受压体的方向上的高度相同。

可选地,本发明实施例中,外测液位系统中的探头可以为超声波探头,该探头可以用于发射和接收超声波信号。可选地,本发明实施例中,外测液位系统还可以包括变送器(图2至图9中均未示出),该变送器与外测液位系统中的探头通信连接,该变送器用于控制该探头发射和接收超声波信号。

本发明实施例中,在外测液位系统中的至少一个传输层包括多个传输层时,该多个传输层可以为整体结构,且可以通过粘接、蒸镀或真空溅射的任一方式制造该多个传输层,示例地,在使用蒸镀方式制造该多个传输层时,可以对放置有多个传输层对应的多种材料的多个坩埚依次加热,使多种材料依次镀在基板上,以制作出多个传输层。可选地,在外测液位系统中至少一个传输层包括多个传输层时,且在该外测液位系统包括固定罩时,该多个传输层还可以相互独立。本发明实施例对此不作限定。

综上所述,在本发明实施例提供的外测液位系统中,至少一个传输层和探头分布在受压体的两侧,且探头正对至少一个传输层,在探头靠近待测液体发射声波信号后,该声波信号依次穿过声特性阻抗递减的受压体、至少一个传输层和待测液体,且声波信号被待测液体的待测液面返回后,回波信号依次穿过声特性阻抗递增的待测液、至少一个传输层以及受压体,并到达探头,也即减小了声波信号和回波信号所穿过的相邻介质的声特性阻抗差,从而减小了声波信号和回波信号穿过相邻介质的交界面时损耗的能量,提高了探头接收到的回波信号的能量,且有利于减小探头的功耗。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后,将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化,这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未发明的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的,本发明的真正范围和精神由权利要求指出。

应当理解的是,本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构,并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

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