CN103592000B - 一种液位测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种液位测量装置，包括容器，轻质软管，浮体，压力传感器，所述容器顶部设置带有气孔的遮盖，软管将容器与浮体连接，压力传感器置于内部与浮体连接处的软管末端，本发明提供了一种简易稳定的液位测量装置，通过改变浮体中物质，可根据实际情况调整浮体的平均密度，用于测量两种密度不同的分层液体液位，稳定性好，抗电磁干扰强，可以在恶劣的环境下工作，耐高温，压力测试范围大，解决了传统测量方法机械装置复杂，需定期维护和校正等问题。
Description
技术领域
本发明属于工程测量领域，具体是涉及压力传感器构建的一种液位测量装置。
背景技术
在油气生产中，特别是在油气集输储运系统中，由于石油与伴生污水要在各种生产设备和罐器中分离、储存与处理，液位的测量与控制，对于保证正常的生产和设备安全是至关重要的，否则容易出现抽空或溢油事故，严重影响后序设备的生产和安全；在油气储运过程中，要精确测定储油罐中的液位高度，用以正确计算储油量、确定库存、计算输量。
传统液位测量方式有人工检测尺方法，磁翻转测量法，超声波测量法，恒浮力和变浮力测量法，静压式测量法等方法，但这些传统的测量方法，使用的测量机械装置复杂，需定期维护和校正，测量机械装置稳定性差，抗电磁干扰能力弱，无法满足在恶劣的环境下工作，耐高温，压力测试范围均受到限制。
发明内容
针对现有技术的上述缺陷和问题，本发明的目的是提供一种能够实现长期自动化精准的液位测量装置。
本发明提出的技术方案：一种液位测量装置，包括容器，轻质软管，浮体，压力传感器，所述容器顶部设置带有气孔的遮盖，软管将容器与浮体连接，压力传感器置于内部与浮体连接处的软管末端。
进一步的技术方案，所述压力传感器信号连接采集设备。
进一步的技术方案，所述浮体为空心的长方体浮体。
进一步的技术方案，所述长方体的壁的厚度为5mm～6mm，密度约为2.5～2.88g/cm3。
本发明提供了一种简易稳定的液位测量装置，通过改变浮体中物质，可根据实际情况调整浮体的平均密度，用于测量两种密度不同的分层液体液位，稳定性好，抗电磁干扰强，可以在恶劣的环境下工作，耐高温，压力测试范围大，解决了传统测量方法机械装置复杂，需定期维护和校正等问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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是本发明所提出的液位测量装置机械装置应用于分层液体示意图；
其中，1、容器，2、软管，3、浮体，4、上层液体，5、待测下层液体，6、压力传感器，7、气孔，8、遮盖。
图2是本发明所提出的液位测量装置机械装置应用于单液体示意图；
其中，1、容器，2、软管，3、浮体，4、待测液体，5、遮盖，6、压力传感器，7、气孔。
具体实施方式
下面将结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的发明原理是：本发明使用的软管中充满已知密度的液体，该液体作为测试对照的标准液体，液体的量应当保证液体不会过多而大量流入上端容器，使上端容器液位高度变化产生压力误差，容器连接软管用以容纳软管中多余的标准液体，在容器顶端设置有遮盖的气孔，以保持与大气相连，保证无杂质进入污染顶端容器。软管底部连接浮体，压力传感器放置于软管内部靠近浮体一侧，用以测量管内液压，传感器测量范围为室温下0-50MPa，压力传感器信号采集与计算过程通过采集设备输入到PC机，由PC机计算出待测液位。本发明软管的长度要使浮体能在被测液位较低时仍然保持在液面之上，即长度略长于待测容器垂直高度，但同时要保证软管不会过长，尤其是在待测液位较高的情况下，过长容易引起软管体积压缩过度而造成测量误差；软管要选择质量较轻的软管，软管能承受不低于50MPa的压力，保证软管在充满已知液体并完全伸展时仍然能够保持很好的物理、化学性能，使得软管不会与待测液体发生化学反应；软管的横截面积远小于放置待测溶液的容器横截面积，以此减小测量误差，软管横截面积与放置待测溶液的容器横截面积比一般低于：1：500。
浮体形状是长方体或球体，长方体时，长方体的长和宽组成的横截面大于其他两个横截面，以此保证浮体漂浮时，总是处于最大横截面平行于待测液面的状态，方便测量和计算，浮体内部可填充物质以调整浮体的平均密度,填充物可以根据实际情况放入固体或注入液体，以此改变浮体平均密度，将密度调整至小于单一液体密度，或分层液体两层密度之间适当的值，适用于测试两种不同密度分层液体交界面的液位测量，就可以令浮体浮于两种液体交界面，即可测试交界面高度。
根据图1所示，本发明为一种液位测量装置，包括顶端容器，轻质软管，浮体，压力传感器，所述容器顶部设置带有气孔的遮盖，软管将容器与浮体连接，传感器置于软管内部末端，并有光纤连接到远端信号采集设备，浮体为轻质铝合金制作的长方体，长方体尺寸为：100mm×50mm出×30mm，长方体的壁的厚度为5mm，压力传感器使用市场上销售的可以在-20度至85度温度范围内压力测量范围在0—100MPa的型号的压力传感器。
根据图1所示，实施例1中用以测量两种密度不同的液体的混合物中下层液位高度，被测液体混合物为分层液体，测试目的在于测试下层液位高度，假设上层液体密度为ρ1，下层液体密度为ρ2，且有ρ1＜ρ2，本发明的装置测试的关键问题在于如何准确测量出软管内压力变化，管内压力与软管垂直高度h的对应关系，以及针对上端容器液位和浮体半径的校正。
将本发明容器固定于装载被测液体的罐体顶端，假设罐体总高度为L，软管长为S，浮体长宽高分别为a,b,c，软管自然垂下，软管总长度S大于罐体总高度L,软管垂直高度h，下层液位高度为H。
软管中充满已知密度标准液体，其密度为ρ0，欲使浮体浮于两层液面交界处，直观上来说，浮体平均密度ρ必须有：
ρ1＜ρ＜ρ2 （1）
根据受力分析：
F=F0+mg+ρ1V1g–ρ2V2g=0 （2）
其中F为浮体所受合力，F0为软管施加于浮体的等效重量，mg为浮体自重，ρ1V1g为上层液体等效浮力，ρ2V2g为上层液体等效浮力。由此可以得到
F0/Vg+ρ=ρ2/2–ρ1/2 （3）
其中F0/Vg≥0，并有V=2V1=2V2。
结合（1）式得：
ρ1＜ρ≤(ρ2-ρ1)/2 （4）
压力传感器放置于软管内，并置于软管底部，由于待测液位变化，导致软管垂直高度h变化，以此产生的管内压力变化，便可被压力传感器测试到。
由于软管内液体是与大气连通的，并且不存在液体体积压缩产生的压力，所以管内压力只与垂直高度h有关。由传感器测量出管内液体压强P，根据液体压强公式：
P=ρ0gh （5）
即可得到软管垂直高度h。所以待测液体高度为：
H=L-h （6）
在实际应用中上端容器中不能留有过多的液体，以此减小垂直高度h的误差；由于浮体自身高度c的存在，会对垂直高度产生最大值为最大c的误差，尤其是在待测液位较低时，垂直高度h需做一定调整。ρ较小时，浮体大部分在待测液面之上，通过压力传感器测出的h偏小，H偏大，H’=H–c；ρ较大时浮体大部分没入待测液体中，h趋近于其理论值，H就不再做调整，调整后误差在0～c之间。所以必须保证浮体长宽高a,b,c的关系有a>>c且b>>c，且c远小于待测液体高度H。
根据图2所示，实施例2中用以测量单一密度液体的液位高度，此情况与实施例1的情况类似，将本发明容器固定于装载被测液体的罐体顶端，假设罐体总高度为L，软管长为S，浮体长宽高分别为a,b,c，软管自然垂下，软管总长度S大于罐体总高度L,软管垂直高度h，下层液位高度为H。
软管中充满已知密度标准液体，其密度为ρ0，待测液体密度为ρ1，直观上来说，浮体平均密度ρ必须有：
ρ＜ρ1 （1）
根据受力分析：
F=F0+mg-ρ1V1g=0 （2）
其中F为浮体所受合力，F0为软管施加于浮体的等效重量，mg为浮体自重，ρ1V1g为液体等效浮力。由此可以得到
压力传感器放置于软管内，并置于软管底部，由于待测液位变化，导致软管垂直高度h变化，以此产生的管内压力变化，便可被压力传感器测试到。
由于软管内液体是与大气连通的，并且不存在液体体积压缩产生的压力，所以管内压力只与垂直高度h有关。由传感器测量出管内液体压强P，根据液体压强公式：
P=ρ0gh （5）
即可得到软管垂直高度h。所以待测液体高度为：
H=L-h （6）
此种情况的高度H调整方式与之前叙述过的分层液体液位测量校准方式一致。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (2)
1.一种液位测量装置，其特征在于：包括容器，轻质软管，浮体，压力传感器，所述容器顶部设置带有气孔的遮盖，软管将容器与浮体连接，压力传感器置于内部与浮体连接处的软管末端；
所述浮体为空心的长方体浮体；
所述长方体的壁的厚度为5mm～6mm，密度为2.5～2.88g/cm3；
所述轻质软管的横截面积远小于放置待测溶液的罐体横截面积，以此减小测量误差，所述轻质软管横截面积与所述罐体横截面积比一般低于1：500；
测量两种密度不同的液体的混合物中下层液位高度，被测液体混合物为分层液体，测试目的在于测试下层液位高度，假设上层液体密度为ρ1，下层液体密度为ρ2，且有ρ1＜ρ2；
所述容器固定于所述罐体顶端，所述罐体总高度为L，所述软管长为S，所述浮体长宽高分别为a,b,c，所述软管自然垂下，且总长度S大于所述罐体总高度L,所述软管垂直高度h，下层液位高度为H；
所述软管中充满已知密度标准液体，其密度为ρ0，所述浮体浮于两层液面交界处，所述浮体平均密度ρ：
ρ1＜ρ＜ρ2 (1)
根据受力分析：
F＝F0+mg+ρ1V1g–ρ2V2g＝0
其中F为所述浮体所受合力，F0为所述软管施加于所述浮体的等效重量，mg为所述浮体自重，ρ1V1g为上层液体等效浮力，ρ2V2g为下层液体等效浮力；由此可以得到:
F0/Vg+ρ＝ρ2/2–ρ1/2
其中F0/Vg≥0，并有V＝2V1＝2V2；
结合(1)式得：
ρ1＜ρ≤(ρ2-ρ1)/2
所述压力传感器放置于所述软管内，并置于所述软管底部，由于待测液位变化，导致所述软管垂直高度h变化，以此产生的所述管内压力变化，便可被所述压力传感器测试到。
2.根据权利要求1所述的一种液位测量装置，其特征在于：所述压力传感器信号连接采集设备。
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