CN109029632A - 一种用于液位检测的差压控制器及测量方法 - Google Patents
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Abstract
为了解决现有技术中测量油品液位时传感器一般需要直接接触油品而导致的安全隐患，本发明新提供一种用于液位检测的差压控制器，包括用以检测液位高度的无源检测头、用以接收无源检测头输出信号的气电转换器；其特征在于：无源检测头包括距离液面一高、一低两个相互隔离的入液口；气电转换器包括两个气压传感器和用于接收两个气压传感器差值的控制单元；其中，一高、一低两个入液口与两个气压传感器分别相连，用于检测一高、一低两个入液口气压的变化数据。本发明采用气压变化反应液位变化，使传感器不接触液面就可以对液面的高低进行测量，使产生火花的电气部件与油品分离，提高安全性。
Description
技术领域
本发明涉及石油化工领域，尤其涉及一种不与油品直接接触的用于液位检测的差压控制器及测量方法。
背景技术
目前，现代石油化工行业的液位检测领域中，一般是利用电压技术，采用了电子元件和电缆连接，形成的回路与油品直接接触；在实际使用过程中，常有电缆破损、造成密封不严，产生火花的情况发生，严重威胁着石化企业的安全生产。
发明内容
为了解决现有技术中测量油品液位时传感器一般需要直接接触油品而导致的安全隐患，本发明新提供一种用于液位检测的差压控制器。本发明采用气压变化反应液位变化，使传感器不接触液面就可以对液面的高低进行测量，使产生火花的电气部件与油品分离，提高安全性。
所述的一种用于液位检测的差压控制器，包括用以检测液位高度的无源检测头、用以接收无源检测头输出信号的气电转换器；其特征在于：
无源检测头包括距离液面一高、一低两个相互隔离的入液口；
其中，一高、一低两个入液口与两个气压传感器分别相连，用于检测一高、一低两个入液口气压的变化数据；气电转换器包括两个气压传感器和用于接收两个气压传感器差值的控制单元；在两个气压传感器输出电特征信号差值大于设置在控制单元内的阈值时，发出报警信号。
所述的无源检测头包括用于浸入液面下的下壳体、一端与下壳体远离液面一端连接的直管、一端与直管另一端连接的软管；
气电转换器还包括用于设置第一气压传感器和第二气压传感器的外壳和外壳内设置的用于封装第一气压传感器和第二气压传感器的灌装体以及用于设置单片机的电路板；软管的另一端与外壳连通；
其中，下壳体靠近液面一端设置有低位通孔；下壳体的侧壁上设置有高位通孔；该低位通孔和高位通孔分别通过低位连通管和高位连通管依次穿过直管和软管后分别与外壳内的第一气压传感器和第二气压传感器的检测端连接；第一气压传感器和第二气压传感器的信号输出端电连接至单片机。
所述的下壳体与直管之间设置有防护组件；
其中，防护组件包括金属软管、同轴设置在金属软管内的弹簧；
其中，金属软管与下壳体、直管均可拆卸的连接；
其中，低位连通管和高位连通管均设置在弹簧的内部。
如上述一种用于液位检测的差压控制器，还包括防爆箱体；其中，该防爆箱体包括箱体；电路板可拆卸的设置在箱体内；箱体与外壳可拆卸的连接。
所述的箱体上设置有用于通过电源线的电源孔、用于表示液位低于高位通孔的低位液位的低位指示灯、用于表示液位超过高位通孔的高位指示灯以及用于对液位超过高位通孔进行报警的声音报警器；
其中，低位指示灯、高位指示灯以及声音报警器均与单片机电连接。
所述的电路板还包括滤波电路、压差比较电路、差分放大电路以及电压跟随器；
其中，第一气压传感器和第二气压传感器的输出端分别连接用于滤除高频干扰信号的滤波电路后，再连接用于将第一气压传感器和第二气压传感器的输出信号进行比较的压差比较电路后，压差比较电路的输出端连接差分放大电路后，再连接用于稳压的电压跟随器，最后连接至单片机。
一种如上述用于液位检测的差压控制器的检测方法，其特征在于：无源检测头下入油罐内后，两个气压传感器输出电特性数值作差，最后将该差值发送至控制单元中；随着液面的上升，位置较低的入液口先接触液面，使位置较低的入液口与气压传感器之间形成密闭的空气栓；最初时刻，无源检测头上设置的一高、一低两个入液口在未接触液面时具有相同的气压；随着液面上升位置较低的入液口与气压传感器之间形成密闭的空气栓气压逐渐增加，直到较高位置的入液口也进入液体；两个气压传感器输出电特性数值的差值呈现逐渐增加的趋势，直到达到控制单元中设置的压力阈值；控制单元控制执行部件声光报警。
本发明所带来的有益效果为：本发明中的无源检测头内设一高、一低两个相互隔离的入液口，再通过低位连通管和高位连通管分别连接气压传感器。当无源检测头随装油鹤管下入油罐内，在液位没浸没无源检测头时，低位连通管和高位连通管内压力相等，电路板上的集成线路处于待机状态；
在油位上升时，低位连通管和高位连通管内产生不同的气压，两个气压输入到压差比较电路内，输出为微弱的mV级压差电压信号，该电压信号经过滤波电路，滤除可能存在的高频干扰信号，送入到差分放大电路中进行信号放大，放大出来的电压信号经过电压跟随器进行电压稳定，送入到控制单元如单片机，当液位继续上升时，控制单元检测到电压差值信号大于阈值，驱动继电器输出开关量，同时进行语音报警。
由于采用如上所述技术方案，本发明具有如下优越性：
１、在罐车内及油气高浓区使用了气压信号检测，无源检测头所有部件均是用铝制做，在本质上实现无电检测，做到安全防爆。
２、对气压检测采用了隔离，保证了油气不会输送到带电单元，而且提高了检测的准确性和安全性。
３、压电转换器安装在远离油气密集区，通过气缆传输，不但提高了检测速度，而且从根本上杜绝了用电缆引入油罐车内检测的安全隐患。
４、本发明利用压差检测系统检测液面高度，大大提高了检测的准确性。
5、本发明利用压差检测探头无机械动作结构，大大降低故障，提高了检测的准确性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为图1中的部分放大图。
图3为图1中的部分放大图。
图4为部分电路原理图。
图5为部分电路原理图。
图6为部分电路原理图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图1~3所示，所述的一种用于液位检测的差压控制器，包括用以检测液位高度的无源检测头1、用以接收无源检测头1输出信号的气电转换器2；其特征在于：无源检测头1包括距离液面一高、一低两个相互隔离的入液口；其中，一高、一低两个入液口与两个气压传感器分别相连，用于检测一高、一低两个入液口气压的变化数据；气电转换器2包括两个气压传感器和用于接收两个气压传感器差值的控制单元；在两个气压传感器输出电特征信号差值大于设置在控制单元内的阈值时，发出报警信号。
在具体使用过程中，如果无源检测头1仅仅采用单个入液口，如果入液口发生堵塞，控制单元持续受不到信号，容易产生误操作。但是采用一高、一低两个相互隔离的入液口，可以保证在一个发生故障时，发出异常信号，控制单元根据异常信号判断无源检测头1发生故障，控制单元可以发出警报信号，提醒使用者。
具体的，当低位入液口堵塞，低位入液口持续压力值为零，在高位入液口入液后，高位的气压传感器压力信号逐渐变大，当两个气压传感器信号差值达到阈值时，同样发出警报信号，杜绝了入液口发生堵塞，液位持续增加的故障隐患。
当高位入液口堵塞，高位入液口持续压力值为零，低位的气压传感器压力信号逐渐变大，当两个气压传感器信号差值达到阈值时，同样发出警报信号，杜绝了入液口发生堵塞，液位持续增加的故障隐患。
所述的无源检测头1包括用于浸入液面下的下壳体101、一端与下壳体101远离液面一端连接的直管102、一端与直管102另一端连接的软管103；
气电转换器2还包括用于设置第一气压传感器2A和第二气压传感器2B的外壳201和外壳201内设置的用于封装第一气压传感器2A和第二气压传感器2B的灌装体202以及用于设置单片机2C的电路板203；软管103的另一端与外壳201连通；
其中，下壳体101靠近液面一端设置有低位通孔1A；下壳体101的侧壁上设置有高位通孔1B；该低位通孔1A和高位通孔1B分别通过低位连通管1C和高位连通管1D依次穿过直管102和软管103后分别与外壳201内的第一气压传感器2A和第二气压传感器2B的检测端连接；第一气压传感器2A和第二气压传感器2B的信号输出端电连接至单片机2C。
需要明确的是：具体的，直管102与软管103、软管103与外壳201、外壳201与防爆箱体3均可以通过活接头进行可拆卸的连接。
所述的下壳体101与直管102之间设置有防护组件104；
其中，防护组件104包括金属软管1041、同轴设置在金属软管1041内的弹簧1042；
其中，金属软管1041的轴向两端均设置有螺纹；下壳体101、直管102与金属软管1041的连接处均设置有螺栓部；
其中，金属软管1041与下壳体101、直管102均可拆卸的连接；
其中，低位连通管1C和高位连通管1D均设置在弹簧1042的内部。
需要明确的是：灌装体202的作用是将带电的第一气压传感器2A和第二气压传感器2B与油面隔离封装。灌装体202的材质选用耐腐蚀材料，如树脂。
需要明确的是：低位通孔1A和高位通孔1B分别通过低位连通管1C和高位连通管1D时，为了防止低位连通管1C和高位连通管1D在使用时发生上下窜动，在低位连通管1C和高位连通管1D与直管102之间通过灌装体202进行固定。
需要明确的是：在使用过程中，发现金属软管1041非常容易折断，在受到重物冲击或多次弯折后，容易断裂。所以，在金属软管1041内同轴设置弹簧1042。在受到重物冲击时，金属软管1041受到的力传递至弹簧1042上，再在弹簧1042的螺旋结构上传输，将力分解。所以，在使用中，本发明中的金属软管1041在受到重物冲击时，发生跳动，而不会变形。同时，在受到外力使金属软管1041发生轴向变形时，可以使金属软管1041回弹，防止多次弯折，形成断裂。
本发明在金属软管1041内同轴设置弹簧1042后，增加了使用寿命。
如上述一种用于液位检测的差压控制器，还包括防爆箱体3；其中，该防爆箱体3包括箱体301；电路板203可拆卸的设置在箱体301内；箱体301与外壳201可拆卸的连接。
需要明确的是：在防爆箱体3的任意内侧面上设置螺柱，通过螺钉固定电路板203。
所述的箱体301上设置有用于通过电源线的电源孔301A、用于表示液位低于高位通孔1B的低位液位的低位指示灯301B、用于表示液位超过高位通孔1B的高位指示灯301C以及用于对液位超过高位通孔1B进行报警的声音报警器301D；
其中，低位指示灯301B、高位指示灯301C以及声音报警器301D均与单片机2C电连接。
需要明确的是：利用单片机2C控制指示灯关闭、通电以及声音报警器301D为现有技术。
如图4~6，所述的电路板203还包括滤波电路2031、压差比较电路2034、差分放大电路2032以及电压跟随器2033；
其中，第一气压传感器2A和第二气压传感器2B的输出端分别连接用于滤除高频干扰信号的滤波电路2031后，再连接用于将第一气压传感器2A和第二气压传感器2B的输出信号进行比较的压差比较电路2034后，压差比较电路2034的输出端连接差分放大电路2032后，再连接用于稳压的电压跟随器2033，最后连接至单片机2C。
所述的第一气压传感器2A和第二气压传感器2B的输出端通过插接端子203A与电路板203连接，由于插接端子203A、电路板203设置在防爆箱体3中，第一气压传感器2A和第二气压传感器2B利用灌装体202隔离密封，使电气部件与油气完全隔离，安全性、耐用性大大提升。
优选的，在图4中，电容C2，C3，C4、电阻R7，R10、共模电感为消干扰电路，共同组成低通滤波器，抑制射频干扰信号。集成块U1-ABD组成差分信号放大电路，如压差比较电路2034、差分放大电路2032，该电路具有很高的共模抑制比，能够对很好的抑制共模信号。
本发明的使用方法是：无源检测头1随装油鹤管下入油罐内后，两个气压传感器输出电特性数值至压差比较电路2034，将其输出电特性值作差，最后将压差比较电路2034输出的差值发送至控制单元中；随着液面的上升，位置较低的入液口先接触液面，使位置较低的入液口与气压传感器之间形成密闭的空气栓；最初时刻，无源检测头1上设置的一高、一低两个入液口在未接触液面时具有相同的气压；随着液面上升位置较低的入液口与气压传感器之间形成密闭的空气栓气压逐渐增加，直到较高位置的入液口也进入液体；两个气压传感器输出电特性数值至压差比较电路2034作差后，差值呈现逐渐增加的趋势，直到达到控制单元中设置的压力阈值；控制单元控制执行部件声光报警。
本发明设置在油罐车的密封搭盖上。具体的，在该密封搭盖上设置通孔，将本发明穿入油罐车罐体中，固定后进行测量。为了保证密封性能，可以设置密封圈进行密封。
以上所述仅为发明的较佳实施例而己，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种用于液位检测的差压控制器，包括用以检测液位高度的无源检测头（1）、用以接收无源检测头（1）输出信号的气电转换器（2）；其特征在于：
无源检测头（1）包括距离液面一高、一低两个相互隔离的入液口；
其中，一高、一低两个入液口与两个气压传感器分别相连，用于检测一高、一低两个入液口气压的变化数据；
气电转换器（2）包括两个气压传感器和用于接收两个气压传感器差值的控制单元；在两个气压传感器输出电特征信号差值大于设置在控制单元内的阈值时，发出报警信号。
2.根据权利要求1所述的一种用于液位检测的差压控制器，其特征在于：无源检测头（1）包括用于浸入液面下的下壳体（101）、一端与下壳体（101）远离液面一端连接的直管（102）、一端与直管（102）另一端连接的软管（103）；
气电转换器（2）还包括用于设置第一气压传感器（2A）和第二气压传感器（2B）的外壳（201）和外壳（201）内设置的用于封装第一气压传感器（2A）和第二气压传感器（2B）的灌装体（202）以及用于设置单片机（2C）的电路板（203）；软管（103）的另一端与外壳（201）连通；
其中，下壳体（101）靠近液面一端设置有低位通孔（1A）；下壳体（101）的侧壁上设置有高位通孔（1B）；该低位通孔（1A）和高位通孔（1B）分别通过低位连通管（1C）和高位连通管（1D）依次穿过直管（102）和软管（103）后分别与外壳（201）内的第一气压传感器（2A）和第二气压传感器（2B）的检测端连接；第一气压传感器（2A）和第二气压传感器（2B）的信号输出端电连接至单片机（2C）。
3.根据权利要求2所述的一种用于液位检测的差压控制器，其特征在于：下壳体（101）与直管（102）之间设置有防护组件（104）；
其中，防护组件（104）包括金属软管（1041）、同轴设置在金属软管（1041）内的弹簧（1042）；
其中，金属软管（1041）与下壳体（101）、直管（102）均可拆卸的连接；
其中，低位连通管（1C）和高位连通管（1D）均设置在弹簧（1042）的内部。
4.根据权利要求2所述的一种用于液位检测的差压控制器，其特征在于：还包括防爆箱体（3）；其中，该防爆箱体（3）包括箱体（301）；电路板（203）可拆卸的设置在箱体（301）内；箱体（301）与外壳（201）可拆卸的连接。
5.根据权利要求2所述的一种用于液位检测的差压控制器，其特征在于：箱体（301）上设置有用于通过电源线的电源孔（301A）、用于表示液位低于高位通孔（1B）的低位液位的低位指示灯（301B）、用于表示液位超过高位通孔（1B）的高位指示灯（301C）以及用于对液位超过高位通孔（1B）进行报警的声音报警器（301D）；
其中，低位指示灯（301B）、高位指示灯（301C）以及声音报警器（301D）均与单片机（2C）电连接。
6.根据权利要求2所述的一种用于液位检测的差压控制器，其特征在于：电路板（203）还包括滤波电路（2031）、压差比较电路（2034）、差分放大电路（2032）以及电压跟随器（2033）；
其中，第一气压传感器（2A）和第二气压传感器（2B）的输出端分别连接用于滤除高频干扰信号的滤波电路（2031）后，再连接用于将第一气压传感器（2A）和第二气压传感器（2B）的输出信号进行比较的压差比较电路（2034）后，压差比较电路（2034）的输出端连接差分放大电路（2032）后，再连接用于稳压的电压跟随器（2033），最后连接至单片机（2C）。
7.一种如权利要求1所述用于液位检测的差压控制器的检测方法，其特征在于：无源检测头（1）下入油罐内后，两个气压传感器输出电特性数值作差，最后将该差值发送至控制单元中；随着液面的上升，位置较低的入液口先接触液面，使位置较低的入液口与气压传感器之间形成密闭的空气栓；最初时刻，无源检测头（1）上设置的一高、一低两个入液口在未接触液面时具有相同的气压；随着液面上升位置较低的入液口与气压传感器之间形成密闭的空气栓气压逐渐增加，直到较高位置的入液口也进入液体；两个气压传感器输出电特性数值的差值呈现逐渐增加的趋势，直到达到控制单元中设置的压力阈值；控制单元控制执行部件声光报警。
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