液面电位传感器的制作方法

本发明属于石油化工液态物料储运、装卸过程中液体静电监测、预警及防护领域，特别涉及一种液面电位传感器。

背景技术：

石油化工行业液态可燃物料，如成油品、原油、液化天然气、环氧乙烷等，在管道输送、装卸过程中极易积聚静电，当带电液态物料进入储罐内产生较大液面电位时，罐内液面以上空间形成较大静电电场，就可能诱导液面与罐壁、液面孤立导体与罐壁间发生引燃性静电放电，造成静电燃爆事故。我国近年来在石化企业曾发生30多起较大的静电事故，其中有数起损失达百万元以上，如上海某石化公司的甲苯罐、山东某石化公司的胶渣罐及抚顺某石化公司的航煤罐都因静电造成严重的火灾爆炸事故。

液面电位是石化液态物料储运、装卸的重要安全指标因素，利用油液面电位作为成品油装卸过程安全管理要求，保证油品装卸作业安全。如根据gb6951-1986《轻质油品装油安全油面电位值》，油品装入金属容器中，安全油面电位值为12000v，安全油面电位以下即使发生油面对地放电也不会使在爆炸浓度范围内油气与空气混合物引燃或爆炸。然而，目前液面电位检测方法，如用est202液面电位测量系统及公告号为cn202848438u公开的cn104627932a公开的采用浮球测试油面电位方法，漂浮于液面的浮球随液面波动而容易接触管壁，而不适合在线监测，难以用于对液态物料液面电位异常监测及预警。目前，基于液面电位动态监测并用于控制液态物料装卸过程静电的相关系统设备未见报道，而液面电位传感器对液面电位的准确监测具有重要的意义。因此，有必要研发一种液面电位传感器，实现体积小，功耗低，精度高，实用性强的液面电位监测设备。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种采用高精度的微机电系统(mems)技术的微型电场传感单元，克服传统机械式结构测量电场功耗高、精度低缺点，获得体积小、低功耗的液面电位传感器，对液面电位的高灵敏、高精度的动态测量，实现液态物料液面电位异常监测及预警。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

液面电位传感器，通过在储罐顶部开孔并安装于储罐顶部，其外壳与储罐相通，感应极与罐顶内部齐平；液面电位传感器包括外壳、液面电位传感单元、测距单元、通信单元和控制主板，所述液面电位传感单元、测距单元和通信单元分别与控制主板电连接，所述液面电位传感单元用于监测液面的电位值，所述测距单元用于测量液面到储罐顶部的距离值，所述通信单元将监测的电位值、距离值通过无线或者有线的通信方式将数据传输到上位机。

优选的是，所述液面电位传感单元和测距单元位于外壳顶部的位置，并且液面电位传感单元与外壳之间通过绝缘件隔离，所述控制主板位于外壳内部。

优选的是，外壳一侧安装有盖体，盖体上设有用于放置通信线的孔和卡线扣。

优选的是，所述液面电位传感单元为基于mems技术的谐振式电场敏感单元，或者振动电容式电场敏感单元、或者音叉式电场敏感单元、或者光学式电场敏感单元。

优选的是，所述测距单元为超声测距模块或激光测距模块或红外测距模块。

优选的是，所述通信单元有线通信方式为rs232或rs485或can，无线通信方式为蓝牙或zigbee或lora。

优选的是，所述外壳为方形结构或柱状结构或多边形结构，所述液面电位传感单元为圆形或方形或多边形。

与现有技术相比，本发明优点在于：

(1)液面电位传感单元采用低功耗的mems电位传感单元，对储罐或容器内部空间电场的测量，实现对液面电位的高灵敏、高精度测量，同时降低液面静电测试设备成本，并减小体积；

(2)液面电位传感器通过测距单元还能监测罐内液面高度，实时监测罐体内液态物料的多少；

(3)监测数据可以通过无线或者有线的方式进行传输，实时监控储罐内液态物料液面电位异常监测及预警，

(4)本发明体积小，易于操作，形状可以为任意形状。

附图说明

图1是根据本发明提出的一种圆头方身液面电位传感器具体实施例1示意图。

图2是根据本发明提出的圆头方身液面电位传感器的内部结构示意图。

图3是根据本发明提出的一种柱状液面电位传感器具体实施例2示意图。

图4是根据本发明提出的一种任意形液面电位传感器具体实施例3示意图。

其中，

1—液面电位传感单元；2—测距单元；3—圆头方身液面电位传感器的外壳；4—绝缘件；5—控制主板；6—卡线扣；7—圆头方身液面电位传感器的盖体；8—柱状液面电位传感器的电位传感单元；9—柱状液面电位传感器的测距单元；10—柱状液面电位传感器的外壳；11—任意形液面电位传感器的电位传感单元；12—任意形液面电位传感器的测距单元；13—任意形液面电位传感器的外壳。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的说明。

为了满足液面电位的测量，本发明提出了一种液面电位传感器，液面电位传感器是一种体积小低功耗的液面电位检测设备，通过在储罐顶部开孔并安装于储罐顶部，其外壳与储罐相通，感应极与罐顶内部齐平；通过测距单元，可以实时监测液面到储罐罐顶的距离；通过液面电位传感单元，实时监测液面的电位值；该设备操作灵活，使用方便。

为了满足数据的实时传输，本发明提出将监测数据通过有线或者无线的方式实时传输到上位机，并对数据进行实时处理，例如报警提示，液位监测等，该设备实用性更强。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

实施例1

本实施例提供了一种长方体前部感应的液面电位传感器的具体实施例。

如图1-2所示，液面电位传感器包括外壳3、液面电位传感单元1、测距单元2、通信单元和控制主板5(通信单元集成在控制主板5上)，液面电位传感单元1、测距单元2和通信单元分别与控制主板5电连接，液面电位传感单元1是液面电位传感器的核心测量单元，用于监测液面的电位值，与传感器配套的还有信号放大解调电路、核心控制芯片。从传感器传出的模拟信号通过解调放大电路，然后通过模数转换芯片转成数字信号，通过控制芯片对数据进行算法上的处理。静电传感单元可以基于不同的敏感机理，例如：可以为基于微机电系统(mems)技术的谐振式电场敏感单元，或者振动电容式电场敏感单元、或者音叉式电场敏感单元、或者光学式电场敏感单元，或其它种类的电场敏感单元。

测距单元2用于测量液面到储罐顶部的距离值，采用超声测距模块，控制芯片通过trig引脚产生一个大于10us的脉冲来激活测距模块并记下当时的时间值，通过echo引脚检测回声到达的信号，并记下当时的时间值，通过时间差和声速计算出距离值；也可采用激光测距模块通过usart将测量结果传给控制芯片，也可换不同长度的量尺或者缩放量尺进行测距，也可用红外测距模块等其他种类的距离测量单元。

通信单元将监测的液面电位值、液面到罐顶的距离值通过无线或者有线的通信方式将数据传输到上位机，并进行处理，例如报警提示等。有线方式可采用rs232、rs485、can、spi、iic等总线方式进行通信；无线方式可采用蓝牙、zigbee、lora等进行通信。

本实施例的传感器采用圆头方身结构，外壳3为方形结构，液面电位传感单元1和测距单元2位于外壳3顶部的位置，并且液面电位传感单元1与外壳3之间通过绝缘件4隔离，控制主板5位于外壳3内部。外壳3一侧安装有盖体7，盖体7上设有用于放置连接电线的孔和卡线扣6。其中，控制主板5用于实现液面电位传感单元1数据的采集及传输，卡线扣6用于固定传感器电源通信电缆，盖体7用于将主板5安装在壳体内部。

本实施例中安装在罐体顶部的液面电位传感器在使用过程中，假设测距单元2与液面间距为d，传感单元1测试空间电场为e，由于罐顶面积远大于电位传感器截面积，传感器所处位置为0电位点，则液面电位值u近似于e·d。

实施例2

本实施例提供一种柱状液面电位传感器。与实施例1不同的是，外壳形状不同，包括柱状液面电位传感器的电位传感单元8、柱状液面电位传感器的测距单元9和柱状液面电位传感器的外壳10，其他设计相同，此处不再赘述。

实施例3

为了适应不同应用领域，本实施例提供一种任意形装液面电位传感器。与实施例1不同的是，外壳结构为六角形、长方形、多边形等，液面电位传感单元可以为圆形，方形，多边形等。包括任意形液面电位传感器的电位传感单元11、任意形液面电位传感器的测距单元12、任意形液面电位传感器的外壳13。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例，本技术领域的普通技术人员，在本发明的实质范围内，做出的变化、改型、添加或替换，都应属于本发明的保护范围。