CN108426621A - 一种低温液位计 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低温液位计，属于液位测量技术领域。所述低温液位计包括金属管、铂电阻温度传感器和电阻测量模块；所述铂电阻温度传感器包括有分布在所述金属管内不同高度位置的第一铂电阻温度传感器、第二铂电阻温度传感器和第三铂电阻温度传感器；所述电阻测量模块用以测量所述第一铂电阻温度传感器、第二铂电阻温度传感器和第三铂电阻温度传感器的电阻值。本发明的低温液位计结构简单、成本低，且操作简单。
Description
技术领域
本发明涉及液位测量技术领域。更具体地，涉及一种低温液位计。
背景技术
液位测量技术是基于液位敏感元件在液位发生变化时，把能够表示液位变化且易于检测的物理量检测出来，然后根据这些物理量的变化值采用相应简单、可靠的信号处理手段转换成能够用量值显示的信号，最终得出液位高度。根据液位测量传感器与被测液体接触形式的不同，可分为接触测量法和非接触测量法两类。
接触测量的特征是液位敏感元件直接接触被测液体，其结构有杆式、跟踪式、浮沉式、机械式等，这类测量方式的特点是传感器与被测液体接触的测量部件较大，或者得有运动部件，需要有较大的安装空间，现在大多数安装在低温储罐内中的液位计都属于此类形式。非接触测量是借助超声波、伽玛射线、微波、激光等技术发展起来的液位测量技术，特别适合用于特殊条件下，如剧毒、强腐蚀、强辐射等条件下的液位测量。
低温液体一般都具有密度小、沸点低、易汽化等特点，测量条件特殊，液位监测和测量很困难，目前对低温液体进行液位检测和测量的一般方法有电容法、压差法和浮子法，新的方法有热式测量法和雷达法等。但以上低温液位测量方法结构复杂、成本高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单、成本低的低温液位计，其操作简单便于在实验室使用。
为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案：
一种低温液位计，包括金属管、铂电阻温度传感器和电阻测量模块；
所述铂电阻温度传感器包括有分布在所述金属管内不同高度位置的第一铂电阻温度传感器、第二铂电阻温度传感器和第三铂电阻温度传感器；
所述电阻测量模块用以测量所述第一铂电阻温度传感器、第二铂电阻温度传感器和第三铂电阻温度传感器的电阻值。
优选地，所述第一铂电阻温度传感器位于所述金属管内顶端；所述第二铂电阻温度传感器位于所述金属管内底端。
优选地，所述低温液位计还包括显示屏，所述电阻测量模块将测量的电阻值在所述显示屏中显示。
优选地，所述低温液位计还包括处理模块，所述处理模块对电阻测量模块测得的电阻值进行处理，得到与所述电阻值线性相关的数值。
优选地，所述低温液位计还包括处理模块，所述处理模块对电阻测量模块测得的电阻值进行处理，得到低温液体的液面高度。
优选地，所述低温液位计还包括显示屏，所述处理模块将处理得到的数据在所述显示屏中显示。
优选地，所述金属管为不锈钢金属管。
优选地，所述铂电阻温度传感器与所述金属管长度方向一致的方向的尺寸小于与所述金属管长度方向垂直的方向的尺寸。
优选地，所述金属管的壁厚为0.2mm～0.5mm。
优选地，所述第一铂电阻温度传感器、第二铂电阻温度传感器和第三铂电阻温度传感器在相同温度的环境下电阻值偏差小于0.2Ω。
本发明的有益效果如下：
本发明提供的低温液位计与现有技术相比，具有如下优点：
1)与电容法相比不易受介质的介电常数的影响，使用简便。
2)与压差法和浮子法相比，本技术结构简单，成本低。
3)与传统的测热法相比，精度较高。
4)与雷达法相比，成本低，不易受液体雾化的影响。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例一提供的一种低温液位计的结构示意图。
图2为本发明实施例一提供的一种低温液位计的使用示意图。
图3为本发明实施例二提供的一种低温液位计的使用示意图。
图4为本发明实施例三提供的一种低温液位计的使用示意图。
图5为本发明实施例四提供的一种低温液位计的使用示意图。
附图标记说明：110-金属管，121-第一铂电阻温度传感器，122-第二铂电阻温度传感器，123-第三铂电阻温度传感器，130-电阻测量模块，140-显示屏，150-处理模块，200-容器，300-低温液体。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合实施例和附图对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
本发明中所述的金属管内的不同高度、金属管内顶端和金属管内底端等描述，是基于具体测量时，插入液面以下的金属管的一端为底端，露出在液面以上的金属管的一端为顶端。测量时，金属管竖直插入液体，三个铂电阻温度传感器分布在不同高度位置。此类位置方位的描述与低温液位计的实际应用状态有关，不应理解为对本发明保护范围的限制。
实施例一
如图1所示，本实施例提供一种低温液位计，包括金属管110、铂电阻温度传感器和电阻测量模块130。
所述铂电阻温度传感器包括有分布在所述金属管内不同高度位置的第一铂电阻温度传感器121、第二铂电阻温度传感器122和第三铂电阻温度传感器123；所述第一铂电阻温度传感器121位于所述金属管内顶端；所述第二铂电阻温度传感器122位于所述金属管内底端。所述铂电阻温度传感器与所述金属管长度方向一致的方向的尺寸小于与所述金属管长度方向垂直的方向的尺寸，如此可减少铂电阻温度传感器的长度对测量精度的影响。一般铂电阻温度传感器为圆柱状，安装时，如图1所示，使铂电阻温度传感器的圆柱体呈水平放置，即垂直于金属管的长度方向。
所述电阻测量模块130用以测量所述第一铂电阻温度传感器121、第二铂电阻温度传感器122和第三铂电阻温度传感器123的电阻值。
其使用状态如图2所示，低温液体300储存在容器200中，例如液氮一般储存在液氮罐中；需要测量液位时，将本实施例的低温液位计竖直插入低温液体中，直至底部到达容器底部；电阻测量模块130用以测量铂电阻温度传感器的电阻值，电阻测量模块130可以通过端口连接至电脑，进行显示电阻值以及后续数据处理等。待读数稳定后，就可以根据第一铂电阻温度传感器121、第二铂电阻温度传感器122和第三铂电阻温度传感器123的三个电阻值计算得到当前的液面高度。
计算方法如下：首先，根据热平衡原理，不失一般性，设第二铂电阻温度传感器的高度位置为0，第一铂电阻温度传感器的高度位置为hA，第三铂电阻温度传感器的高度位置为hC(第三铂电阻温度传感器设置在可能出现的低温液面的上限，在使用时，第三铂电阻温度传感器不能没入低温液体)，液面的实际高度为hx，则热平衡后，可以很容易的判断出，随着低温液体液面的升高，第三铂电阻温度传感器的电阻值会逐渐降低(铂电阻温度传感器温度越高，阻值越大)，且其电阻值在低温液体液面未超出其位置时，与低温液体的液面高度升高呈单调递减关系。由金属杆在热平衡时的温度分布，很容易得到如下等式：
RA为测得的第一铂电阻温度传感器的电阻值，RB为测得的第二铂电阻温度传感器的电阻值，RC为测得的第三铂电阻温度传感器的电阻值。
由此经过简单推导就可获得页面高度hx的计算公式：
由式(2)可知，通过测量铂电阻温度传感器的电阻值即可获得液面的实际高度。
本领域技术人员根据以上原理容易理解的，当第二铂电阻温度传感器的高度位置不为0时，在计算过程中仍然可以将其设为0，计算得到的hx只需最后加上第二铂电阻温度传感器的实际高度hB即可。因此，在具体生产该低温液位计时，第二铂电阻温度传感器的在金属管内的高度位置只需满足在测量时进入液面以下即可，优选地，设置在金属管内的底端，如此设置，在实际测量时，当金属管插入液体最底部时，第二铂电阻温度传感器的高度位置为0。当然，实际测量过程中，金属管也并不是一定要插入液体最底部，只需保证第二铂电阻温度传感器在液面以下即可，但此时需要知道第二铂电阻温度传感器距离液体最底部的高度距离，所计算出的hx只需最后加此高度即可。
另外，第一铂电阻温度传感器要尽量要安置在不易受低温液体温度影响的位置，这样可以降低低温液体的温度对第一铂电阻温度传感器的读数的影响，提高液位计的分辨力。因此，此实施例中优选地将第一铂电阻温度传感器设置在金属管内顶端；如此设置，即可确保在测量时第一铂电阻温度传感器最大限度的远离液面，所受低温液体温度影响程度最小。
实施例二
如图3所示，本实施例提供一种低温液位计，相对于实施例一中的低温液位计，所述低温液位计还包括显示屏140，所述电阻测量模块将测量的电阻值在所述显示屏140中显示。
实施例三
如图4所示，本实施例提供一种低温液位计，相对于实施例一中的低温液位计，所述低温液位计还包括处理模块150，所述处理模块150对电阻测量模块130测得的电阻值进行处理，得到与所述电阻值线性相关的数值。另外，所述处理模块150还可以直接计算出所测低温液体的液面高度。
实施例四
如图5所示，本实施例提供一种低温液位计，相对于实施例三中的低温液位计，所述低温液位计还包括显示屏140，所述处理模块150将处理得到的数据在所述显示屏140中显示。
以上实施例中的金属管110优选地为不锈钢金属管，进一步优选地，所述金属管的壁厚为一般建议为0.2mm～0.5mm，金属管的壁一定要薄，这样可也降低低温液体的挥发，同时也便于使液位计迅速达到热平衡，提高测量效率。
为了确保本发明的一种低温液位计的准确性，三只铂电阻温度传感器的一致性要好，即所述第一铂电阻温度传感器121、第二铂电阻温度传感器122和第三铂电阻温度传感器123在相同温度的环境下电阻值偏差要小于0.2Ω。这样可以克服由于温度传感器的一致性不好带来的测量误差。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (10)
1.一种低温液位计，其特征在于，包括金属管、铂电阻温度传感器和电阻测量模块；
所述铂电阻温度传感器包括分布在所述金属管内不同高度位置的第一铂电阻温度传感器、第二铂电阻温度传感器和第三铂电阻温度传感器；
所述电阻测量模块用以测量所述第一铂电阻温度传感器、第二铂电阻温度传感器和第三铂电阻温度传感器的电阻值。
2.根据权利要求1所述的低温液位计，其特征在于，所述第一铂电阻温度传感器位于所述金属管内顶端；所述第二铂电阻温度传感器位于所述金属管内底端。
3.根据权利要求1所述的低温液位计，其特征在于，所述低温液位计还包括显示屏，所述电阻测量模块将测量的电阻值在所述显示屏中显示。
4.根据权利要求1所述的低温液位计，其特征在于，所述低温液位计还包括处理模块，所述处理模块对电阻测量模块测得的电阻值进行处理，得到与所述电阻值线性相关的数值。
5.根据权利要求1所述的低温液位计，其特征在于，所述低温液位计还包括处理模块，所述处理模块对电阻测量模块测得的电阻值进行处理，得到低温液体的液面高度。
6.根据权利要求4或5所述的低温液位计，其特征在于，所述低温液位计还包括显示屏，所述处理模块将处理得到的数据在所述显示屏中显示。
7.根据权利要求1所述的低温液位计，其特征在于，所述金属管为不锈钢金属管。
8.根据权利要求1所述的低温液位计，其特征在于，所述铂电阻温度传感器与所述金属管长度方向一致的方向的尺寸小于与所述金属管长度方向垂直的方向的尺寸。
9.根据权利要求1所述的低温液位计，其特征在于，所述金属管的壁厚为0.2mm～0.5mm。
10.根据权利要求1所述的低温液位计，其特征在于，所述第一铂电阻温度传感器、第二铂电阻温度传感器和第三铂电阻温度传感器在相同温度的环境下电阻值偏差小于0.2Ω。
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