一种检测液面高度的装置的制作方法

本实用新型属于液位测量技术领域，具体涉及一种检测液面高度的装置。

背景技术：

液位测量与控制的问题广泛存在于石油、化工、医药、食品等领域，随着现代工业技术的发展，液体介质种类越来越多，液体性质和工艺条件越来越复杂，对液位测量的技术和要求越来越高。目前，液位测量的方法有直读法、浮力法、静压法、电容法、核辐射法、超声波法、激光法、微波法等。以上液位测量的方法可以分为接触式和非接触式，接触式液位测量方法操作较为简便，原理简单，误差较小；非接触式液位测量方法原理和设备结构较为复杂，然而，由于不与被测液体接触，不用考虑被测液体的性质和腐蚀等问题。目前，利用测量压力或压差计算液位高度的方法和设备应用较为广泛，准确性高，误差小，操作方便。

专利cn201611133538.5提供了一种敞口加热罐液位测量系统及方法，包括水罐和压差变送器，压差变送器的负压接口通过负压管道连通待测水罐顶部罐口，正压接口通过正压管道连通水罐底部侧口，负压管道上设有负压侧根部阀、稳压罐和负压侧排污管道，将直接蒸汽加热水罐单法兰液位变送器改为差压变送器测量液位，把灌顶的压力引致差压变送器的负压侧，解决由于罐顶压力波动而导致正负压侧压力差距过大，无法准确测量水罐液位的问题。

专利cn201110380029.3提出了一种液位测量设备，测量气通过气体流量控制器、针阀或计量阀中的一种以及单向阀由导管引入设备内，在导管入口和设备气相出口上连接有差压检测装置。该设备解决了高温、高压、高粘度、液固共存介质等苛刻条件下设备内液位检测与控制问题，避免了隔膜的使用，通过测量惰性气体的进出压力差，直接对应容器内的液位，不受介质温度、压力和物料状态的限制，同时测量气对液固浆状介质还起到松动、防分层沉降作用。

专利cn91105255.0公开了一种贮油罐中液体纵向分布状态和液位高度的测量方法及测量仪器，两压力传感器间隔一定距离沿轴向固定，垂直放入液体中，用两传感器测得的压力之差和两传感器之间的距离即可换算得出被测区域的液体密度；连续测量一垂直区间的液体密度，即可用其平均密度和最后一测点的压力值计算出液面高度。该测量仪器包括密度传感器及模数转换板、数据处理器、显示器、绘图打印机和专用软件，由这些单元构成的测量仪能自动地绘制出油罐中液体纵向分布曲线。

目前利用压力或压差的液位测量装置一般有两种形式：将压力传感器的测压口放入被测液体的不同部位；引入气体，通过测量气体进出的压力差计算液面高度。测量压力的部件与被测液体接触，容易受到液体的腐蚀，而且被测液体的温度、压力和粘度等因素容易影响测量的准确性；利用外来气体可以避免液体接触，但对于液体深度较大的液体，其自身的底部压强较大，测量较为困难。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种检测液面高度的装置，所述装置通过测量气体克服被测液体的底部压强所需要的气体压力来检测液位。所述装置利用气源装置提供气体压强，并通过压力调节装置积蓄、再释放的气体克服被测液体底部的压强，压力测量装置感应管路的压力差并转换成电信号输出，用于计算被测液面的高度。

本实用新型提供了一种检测液面高度的装置，所述装置包括气源装置、第一气体管路、压力调节装置、压力测量装置和第二气体管路，所述气源装置通过第一气体管路连接压力调节装置的一端，所述的压力调节装置另一端连接第二气体管路，所述压力测量装置连接在第二气体管路上，所述的第二气体管路用于深入被测液体，优选的，深入被测液体底部。

所述气源装置为所述检测液面高度的装置提供气体压强，所述气源装置选自气泵、压缩气瓶和气体压缩机。在本实用新型的一个具体实施方式中，所述气源装置为气泵。

优选的，所述气体为惰性气体。

优选的，所述压力调节装置为背压阀，即背压阀设置在所述压力测量装置的前方，使所述气源装置提供的气体先经过背压阀，再经过压力测量装置。

所述背压阀包括具有不同内径的圆柱体和加压块，位于气体入口的圆柱体为进气气路，位于气体出口的圆柱体为出气气路，所述加压块位于所述进气气路和出气气路的衔接处。

所述进气气路的内径大于出气气路的内径，便于气体通入所述背压阀，并且便于控制所述气体；优选的，所述进气气路的内径为0.5-1.5mm，更优选的，所述进气气路的内径为0.5-1mm，在本实用新型的一个具体实施方式中，所述进气气路的内径为0.5mm；优选的，所述出气气路的内径为0.1-0.5mm，更优选的，所述出气气路的内径为0.2-0.4mm，在本实用新型的一个具体实施方式中，所述出气气路的内径为0.2mm。

所述背压阀承接所述气源装置提供的气体压强，并通过积蓄、再释放的方式为下游的被测液体提供气体压强，并在所述气体管路中形成压力差。当所述背压阀积蓄气体时，未达到背压阀的通气压力，所述加压块位置不动，气体在背压阀的进气气路内积累；当累积气体压力大于背压阀的通气压力时，累积气体顶起加压块，气路被打通，累积气体进入出气气路，同时由于进气气路内气体压力的释放，压力再次小于背压阀的通气压力，所述加压块落下阻断气路，气体进行下一轮积累，而上一轮的累积气体通过出气气路，流向压力测量装置和被测液体。所述背压阀的通气压力能够通过改变加压块的重量来调节，从而进一步控制每轮通过背压阀的气体压强。通过每一轮的积累和释放气体，背压阀可以为下游的压力测量装置和被测液体提供稳定可控的气体压强。

优选的，所述压力测量装置设置在第二气体管路的旁路上。

优选的，所述压力测量装置为压电或压阻式的差压压力传感器，所述压力传感器检测第二气体管路中的压力并转换成电信号输出，用于计算液面高度。

所述的第二气体管路的出口设置在被测液体底部，所述检测液面高度的装置通过气源装置提供气体，气体压强克服被测液体底部的压强，当气体管路的出口冒出气泡并且气体流速不变时，气体压强与被测液体底部的压强成线性关系。

优选的，所述第一气体管路在所述压力调节装置之前，可以采取并联方式，并联至少一个第一气体管路分支，每个所述分支设有一个所述压力调节装置和一个所述压力测量装置；所述第一气体管路分支为第一气体管路的旁路，当并联支路增加时，第一气体管路分支对应增加相应数量的旁路即可；每个并联支路的第一气体管路分支连接一个所述压力调节装置，压力调节装置的另一端连接对应并联支路的第二气体管路，对应并联支路的所述压力测量装置设在对应并联支路的第二气体管路的旁路，每个并联支路的第二气体管路的出口设置在对应并联支路的被测液体底部。

所述检测液面高度的装置采取并联方式，能够同时测量多个容器中的被测液体的高度，当并联多个容器时，保持每个并联支路的压力调节装置前的压力基本一致，防止各个并联支路内压力不一致时，气体从最小压力负载的并联支路流出，影响其它并联支路的测量。

优选的，所述并联支路的数量为1-200个，使所述检测液面高度的装置实现大批量检测液面高度的功能，更优选的，所述并联支路的数量为1-100个。

在本实用新型的另一个具体实施方式中，所述并联支路为两个，即同时测量三个容器内液体的高度。

本实用新型提供的所述检测液面高度的装置计算液面高度的公式如下：

pw＝pghw(1)

其中，(1)式中pw为被测液体底部压强，hw为被测液体液面高度，ρ为被测液体的密度，g为重力加速度。

p()＝pλ+pw(2)

其中，(2)式中po为所述压力传感器的输出压强，pa为空载压强。

vo＝vs*(po-pmin)(3)

其中，(3)式中vo为所述压力传感器的输出电压，vs为所述压力传感器的供电电压，pmax为压力传感器检测到的最大压强，pmin为压力传感器检测到的最小压强。

根据(1)、(2)和(3)式得到：

根据(4)式即可计算得出被测液体的液面高度。

由于采用上述技术方案，本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型提供的技术方案避免了压力测量装置与被测液体的直接接触，适用于测量具有腐蚀性的有机或者无机溶剂，或者高温液体等苛刻条件的液体的液面高度。

2、本实用新型提供的技术方案能够通过并联方式，同时测量多个容器内被测液体的液面高度，测量效率较高。

3、本实用新型提供的装置简单，操作方便，成本低廉，便于工业推广。

附图说明

图1本实用新型的整体结构示意图

图2本实用新型的背压阀3的剖面示意图

图3本实用新型可选的整体结构示意图

附图中，1-气源装置，2-第一气体管路，201-第一气体管路分支，3-压力调节装置，301-进气气路，302-出气气路，303-加压块，4-压力测量装置，5-第二气体管路，6-被测液体。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本实用新型提供了一种检测液面高度的装置，所述装置包括气源装置1、第一气体管路2、压力调节装置3、压力测量装置4和第二气体管路5，所述气源装置1通过第一气体管路2连接压力调节装置3的一端，所述的压力调节装置3另一端连接第二气体管路5，所述压力测量装置4连接在第二气体管路5上，所述的第二气体管路5用于深入被测液体6底部。

实施例1

本实施例的检测液面高度的装置如图1所示，气源装置1为气泵，气泵提供气体压强，气体为压缩空气；压力调节装置3为背压阀，即背压阀设置在压力测量装置4的前方，使气源装置1提供的气体先经过背压阀，再经过压力测量装置4；压力测量装置4设置在第二气体管路2的旁路上，压力测量装置4为压电式差压压力传感器，压力传感器检测第二气体管路2中的压力并转换成电信号输出，用于计算液面高度。

第二气体管路2的出口设置在被测液体6的底部，所述检测液面高度的装置通过气源装置1提供压缩空气，气体压强克服被测液体6底部的压强，当第二气体管路2的出口冒出气泡并且气体流速不变时，气体压强与被测液体6底部的压强成线性关系。

压力调节装置3的剖面示意图如图2所示，压力调节装置3包括具有不同内径的圆柱体和加压块303，位于气体入口的圆柱体为进气气路301，位于气体出口的圆柱体为出气气路302，加压块303位于进气气路301和出气气路302的衔接处。进气气路301的内径大于出气气路302的内径，便于压缩空气通入背压阀3，并且便于控制压缩空气；进气气路301的内径为0.5mm，出气气路302的内径为0.2mm，加压块303的边长为10mm。

压力调节装置3承接气源装置1提供的压缩空气的压强，并通过积蓄、再释放的方式为下游的被测液体6提供气体压强，并在气体管路中形成压力差。当压力调节装置3积蓄气体时，未达到压力调节装置3的通气压力，加压块303位置不动，气体在压力调节装置3的进气气路301内积累；当累积气体压力大于压力调节装置3的通气压力时，累积气体顶起加压块303，气路被打通，累积气体进入出气气路302，同时由于进气气路301内气体压力的释放，压力再次小于压力调节装置3的通气压力，加压块303落下阻断气路，气体进行下一轮积累，而上一轮的累积气体通过出气气路302，流向第二气体管路2、压力测量装置4和被测液体6。通过每一轮的积累和释放气体，压力调节装置3可以为下游的压力测量装置4和被测液体6提供稳定可控的气体压强。

本实施例中，被测液体6的密度ρ为0.66g/cm³，重力加速度g为9.8米/秒，压力测量装置4的输出压强po为1.1kpa，压力测量装置4的供电电压vs为3.3v，压力测量装置4的输出电压vo为3.3v，空载压强pa为0.5kpa，被测液体6底部压强pw为0.6kpa，压力测量装置4检测到的最大压强pmax为10kpa，压力测量装置4检测到的最小压强pmin为0kpa。

根据本实用新型的提供的计算公式(1)-(4)式，计算得被测液体6液面高度hw为10mm。

实施例2

本实施例的检测液面高度的装置如图3所示，气源装置1为气泵，气泵提供气体压强，气体为压缩空气；压力调节装置3为背压阀，即背压阀设置在压力测量装置4的前方，使气源装置1提供的气体先经过背压阀，再经过压力测量装置4；压力测量装置4设置在第二气体管路2的旁路上，压力测量装置4为压电式差压压力传感器，压力传感器检测第二气体管路2中的压力并转换成电信号输出，用于计算液面高度。

第二气体管路2的出口设置在被测液体6的底部，所述检测液面高度的装置通过气源装置1提供压缩空气，气体压强克服被测液体6底部的压强，当第二气体管路2的出口冒出气泡并且气体流速不变时，气体压强与被测液体6底部的压强成线性关系。

第一气体管路2在压力调节装置3之前采取并联方式，并联两个第一气体管路分支201，每个第一气体管路分支201连接一个压力调节装置3，压力调节装置3的另一端连接对应并联支路的第二气体管路5，对应并联支路的压力测量装置4设在对应并联支路的第二气体管路5的旁路，每个并联支路的第二气体管路5的出口设置在对应并联支路的被测液体6底部。

本实施例的检测液面高度的装置采取并联方式，能够同时测量三个容器中的被测液体6的高度，测量时，保持每个并联支路的压力调节装置3前的压力基本一致，防止各个并联支路内压力不一致时，气体从最小压力负载的并联支路流出，影响其它并联支路的测量。

压力调节装置3的结构与实施例1的压力调节装置3相同。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。