基于倾角温漂补偿的变压器压差式电子油位计及测量方法与流程

本发明涉及油位测量，尤其涉及一种基于倾角温漂补偿的变压器压差式电子油位计及测量方法。

背景技术：

1、在电力能源等领域中，变压器油枕的安装位置较高，通常采用双点压差式油位计测量变压器油枕内的油位，然而，实际操作中存在着两个重要因素造成测量误差，特殊情况下这两种误差的联合作用下使误差偏离值较大，其中一个因素是由安装过程中第一压力测量点与第二压力测量点的倾斜因素带来的误差偏差，另一个因素是由变压器在工作中，油温升高引起的压力传感器的温漂因素，使得测量结果产生较大的误差，这是由于压力传感器的温漂是非线性的，即在相同温度下，不同压力测量值产生的温漂误差不一致，且双点压差式油位计的两个压力传感器的温漂补偿量也存在着一定差异，因此，经过以上两种因素的叠加，最终使得双点压差式油位计的测量结果产生较大的误差。

2、为了消除因双点测量倾斜因素产生的误差和压力传感器的温漂因素产生的误差，提高测量精度，需要采用具有倾角补偿和温度功能的油位计，压差式油位计因其具有较高的测量精度和稳定性，被广泛应用于各类油箱的油位测量，然而，目前市场上已有的双点压差式油位计多为机械式结构，存在结构复杂、易受环境温度影响、由安装导致的精度低等缺点，因此，亟需开发一种结构简单、精度高、稳定性好的配有倾角补偿和压力传感器温漂补偿的压差式电子油位计。

技术实现思路

1、本发明提供了一种基于倾角温漂补偿的变压器压差式电子油位计及测量方法，解决的技术问题是，传统双点压差式油位计多为机械式结构，存在结构复杂、易受环境温度影响、由安装导致的精度低等缺点。

2、为解决以上技术问题，本发明提供了一种基于倾角温漂补偿的变压器压差式电子油位计及测量方法。

3、第一方面，本发明提供了一种基于倾角温漂补偿的变压器压差式电子油位计，变压器压差式电子油位计安装于排油管的中下方并作为排油管的一部分，所述变压器压差式电子油位计包括自下而上依次设置的下部法兰、排油管阀门、下部点位压力传感器、倾角检测模块、数据处理模块、温度检测模块、上部点位压力传感器、油位计壳体和上部法兰，所述油位计壳体上设置有出线防水接头和显示装置，所述下部点位压力传感器、所述倾角检测模块、所述温度检测模块、所述上部点位压力传感器和所述显示装置均与所述数据处理模块电连接；

4、所述下部点位压力传感器和所述上部点位压力传感器分别用于检测油位计底部和顶部的压力变化，得到对应的下部压力信号和上部压力信号，构成上下部压力信号；

5、所述温度检测模块用于检测油位计顶部的温度变化，生成温度信号；

6、所述倾角检测模块用于检测到油位计的倾斜角度，生成倾斜角度信号；

7、所述数据处理模块用于基于所述温度信号和所述倾斜角度信号，利用三阶贝塞尔曲线非线性拟合方法和预设的倾斜补偿算法对所述上下部压力信号进行倾角温漂补偿，得到油位修正值。

8、在进一步的实施方案中，所述数据处理模块包括放大电路、滤波电路、a/d转换电路和微处理器；

9、所述放大电路用于接收并放大所述上下部压力信号、所述温度信号和所述倾斜角度信号；

10、所述滤波电路用于对放大后的所述上下部压力信号、所述温度信号和所述倾斜角度信号进行噪声滤除，得到上下部压力滤波信号、温度滤波信号和倾斜角度滤波信号；

11、所述a/d转换电路用于将所述上下部压力滤波信号、所述温度滤波信号和所述倾斜角度滤波信号转换为对应的数字信号，得到上下部压力数字信号、温度数字信号和倾斜角度数字信号；

12、所述微处理器用于接收所述上下部压力数字信号、所述温度数字信号和所述倾斜角度数字信号，并根据三阶贝塞尔曲线非线性拟合方法和所述温度数字信号，对所述上下部压力数字信号进行温漂补偿，得到上下部压力数字信号温漂补偿采样值，根据所述上下部压力数字信号温漂补偿采样值计算变压器油枕内的油位，得到初始油位值，根据所述倾斜角度数字信号和预设的倾斜补偿算法对所述初始油位值进行二次补偿，得到油位修正值。

13、在进一步的实施方案中，所述根据三阶贝塞尔曲线非线性拟合方法和所述温度数字信号，对所述上下部压力数字信号进行温漂补偿，得到上下部压力数字信号温漂补偿采样值，根据所述上下部压力数字信号温漂补偿采样值计算变压器油枕内的油位，得到初始油位值，具体为：

14、构建三阶贝塞尔曲线方程，并定义三阶贝塞尔曲线的起始点和结束点；

15、根据预先获取的压阻式传感器非线性温度压力特性曲线，选取若干压力常数值以及在每个压力常数值下的若干温度参考点；

16、获取每个压力常数值下各个所述温度参考点对应的两个中间控制点，并将每个温度参考点对应的两个中间控制点与所述起始点和所述结束点组合，得到每个温度参考点的三阶贝塞尔曲线控制点组；

17、在每个压力常数值中，根据所述三阶贝塞尔曲线方程，对每个温度参考点的三阶贝塞尔曲线控制点组进行非线性拟合，得到若干候选贝塞尔曲线，并将各个候选贝塞尔曲线与预先获取的压阻式传感器非线性温度压力特性曲线进行比对，得到曲线误差值，从所有所述候选贝塞尔曲线中筛选出曲线误差值最小的候选贝塞尔曲线作为当前压力常数值的目标贝塞尔曲线，执行下一所述压力常数值中各个温度参考点的三阶贝塞尔曲线控制点组非线性拟合，直至得到所有压力常数值的目标贝塞尔曲线；

18、根据所述上下部压力数字信号，从所述目标贝塞尔曲线中选取最优目标贝塞尔曲线作为温度压力补偿曲线；

19、根据所述温度数字信号，利用所述温度压力补偿曲线对所述上下部压力数字信号进行温漂补偿，得到上下部压力数字信号温漂补偿采样值，根据所述上下部压力数字信号温漂补偿采样值的压力差计算变压器油枕内的油位，得到初始油位值。

20、在进一步的实施方案中，所述获取每个压力常数值下各个所述温度参考点对应的两个中间控制点的步骤包括：

21、获取所述起始点和所述结束点在非线性温度压力特性曲线中的起始点切线和结束点切线；

22、在每个压力常数值中，获取各个温度参考点在非线性温度压力特性曲线中的温度参考点切线；

23、将温度参考点切线与所述起始点切线和所述结束点切线的相交点作为对应温度参考点的两个中间控制点。

24、在进一步的实施方案中，若根据所述上下部压力数字信号，未从所述目标贝塞尔曲线中选取最优目标贝塞尔曲线，则以预设的等高温度线按比例补偿算法对所述上下部压力数字信号进行温漂补偿。

25、在进一步的实施方案中，所述三阶贝塞尔曲线方程具体为：

26、b(t)＝p0(1-t)3+3p1t(1-t)2+3p2t2(1-t)+p3t3，t∈[0,1]

27、式中，b(t)表示三阶贝塞尔曲线函数；p0表示三阶贝塞尔曲线的起始点；p1、p2分别表示每个温度参考点对应的两个中间控制点；p3表示三阶贝塞尔曲线的结束点；t表示温度值。

28、在进一步的实施方案中，所述下部点位压力传感器和所述上部点位压力传感器分别安装在变压器压差式电子油位计的顶部和底部；

29、所述下部点位压力传感器和所述上部点位压力传感器均为压阻式压力传感器。

30、在进一步的实施方案中，所述温度检测模块安装在变压器压差式电子油位计的底部侧面；

31、所述温度检测模块为ntc温度传感器。

32、在进一步的实施方案中，所述倾角检测模块为陀螺仪倾角传感器。

33、第二方面，本发明提供了一种基于倾角温漂补偿的变压器压差式电子油位计的测量方法，所述测量方法包括以下步骤：

34、检测油位计底部和顶部的压力变化，得到对应的下部压力信号和上部压力信号，构成上下部压力信号；

35、检测油位计顶部的温度变化，生成温度信号；

36、检测到油位计的倾斜角度，生成倾斜角度信号；

37、基于所述温度信号和所述倾斜角度信号，利用三阶贝塞尔曲线非线性拟合方法和预设的倾斜补偿算法对所述上下部压力信号进行倾角温漂补偿，得到油位修正值。

38、本发明提供了一种基于倾角温漂补偿的变压器压差式电子油位计及测量方法，所述变压器压差式电子油位计包括自下而上依次设置的下部法兰、排油管阀门、下部点位压力传感器、倾角检测模块、数据处理模块、温度检测模块、上部点位压力传感器、油位计壳体和上部法兰，数据处理模块用于基于测量到的温度信号和倾斜角度信号，利用三阶贝塞尔曲线非线性拟合方法和预设的倾斜补偿算法对上下部压力信号进行倾角温漂补偿，得到油位修正值。与现有的机械式双点压差式油位计相比，该变压器压差式电子油位计针对压阻式压力传感器的非线性温漂误差，采用了三阶贝塞尔曲线非线性拟合方法对压力传感器的采样值进行温漂补偿，同时通过倾角对初步的油位计算结果进行二次补偿，进一步提高了油位测量的精准度和可靠性，具有结构简单、精度高、稳定性好等优点。