CN110530455A - 一种液位测量系统及测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种液位测量系统，包括测压管、差压变送器和带显示模块的信号处理单元，所述测压管为下端开口上端密封的硬质长直管，其安装于待测水位的液舱内，且测压管的下端与液舱的最低水位平齐，测压管的上端超出液舱可容纳的最高水位；所述测压管的上端开设有通气孔，通气孔与差压变送器密封连接，差压变送器的信号输出接口通过数据线与信号处理单元相连，信号处理单元将压差信号转换为液位高度信号。本发明还公开了一种液位测量方法。本发明的有益效果为：本发明所述系统及方法将液面高低差在封闭的管道内形成的压差，转化为液位高度，实现液舱液位信息的实时监测，测量结果精度高，可靠性高，所述测量系统的使用寿命长。
Description
技术领域
本发明涉及船舶辅助设备技术领域，具体涉及一种液位测量系统及测量方法。
背景技术
潜艇内部液舱(如淡水舱、蒸馏水舱、污水舱、污油舱)通常采用测深尺、液位计等物理测量的方式，通过直接观察的方式读取对应液舱的液位高低信息，物理测量的方式往往操作不便，需要打开液舱上部的旋塞，取出测深尺后方可读数，液位计受船只的倾斜和摇摆，测量的液位信息可能不准确。部分液舱通过超声波液位开关、电容液位开关等方式进行测量，这些方式在实际使用中，受传感器特性限制，部分油、污水中无法使用，同时当供电中断时无法工作。现代化的舰船、潜艇的内部液舱液位信息需要实现自动采集、显示的功能，上述已知的测量传感器和方式，受到种种限制不能良好的完成测量装置所要求的功能。
因此，需要一种液舱液位测量装置，既可以满足在多种液体中使用的需求，同时具有可靠性高，测量准确的要求，并且在供电中断的情况下，有备用的方式进行物理测量更佳。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种测试结果精确、操作方便的液位测量系统及测量方法。
本发明采用的技术方案为：一种液位测量系统，包括测压管、差压变送器和带显示模块的信号处理单元，所述测压管为下端开口上端密封的硬质长直管，其安装于待测水位的液舱内，且测压管的下端与液舱的最低水位平齐，测压管的上端超出液舱可容纳的最高水位；所述测压管的上端开设有通气孔，通气孔与差压变送器密封连接，差压变送器的信号输出接口通过数据线与信号处理单元相连，信号处理单元将压差信号转换为液位高度信号；通气孔将测压管内的压力传导至差压变送器，差压变送器传感器测量测压管内外的压差，并将压差信号转化为数字信号发送至信号处理单元，信号处理单元利用其内部的转换程序输出与压差对应的液位高度。
按上述方案，所述测压管的外壁标记有刻度线。
本发明还提供了一种液位测量方法，该方法包括以下步骤：
步骤一、提供如上所述液位测量系统的各组件，包括测压管、差压变送器和信号处理单元并安装；
步骤二、对所述测量系统进行标定；
步骤三、液舱内注入液体，测压管伸入到液舱中，当液舱液位逐步上升至测压管底端开口以上位置时，测压管底端开口被液体密封；当液舱液位继续上升时，测压管内空气被逐步压缩，引起压力升高；
步骤四、通过差压变送器测得测压管内外的差压值，通过信号处理单元将差压变送器的差压信号转化为液位信号输出并显示。
按上述方案，在步骤二中，所述液位测量系统的标定方法为：向液舱内注入液体，每注入一定的液体，读取测压管内外压差值，同时将测压管取出，在管外壁上标注此时的液位刻度，得出液位高度ho和测压管内外压差ΔP之间的关系；以此类推，直至液舱内注满；根据获得的液位高度ho和测压管内外压差ΔP之间的关系编写转化程序并内置于信号处理单元，将差压变送器传递的压力信号，转换为液舱内部的液位高度；同时在信号处理单元上标注液舱最大容积，完成标定。
本发明的有益效果为：本发明所述系统及方法将液面高低差在封闭的管道内形成的压差，转化为液位高度，实现液舱液位信息的实时监测，与现有的液位测量方法相比，存在以下优势：1、差压变送器与液舱内部的液体没有直接接触，压差的测量不会受到被测液体的影响而失效，测量结构精度高，可靠性高，所述测量系统的使用寿命长；2、所述测试系统无需进行操作，即可实时读取液舱内部液位，简单方便，结果更加客观。3、本发明所述测压管外壁设有刻度，可作为一般的物理测深尺使用，当测压管内的传感器因故障或失电不可用时，直接抽出的方式观察管外壁刻度读出液舱液位高低。
附图说明
图1为本发明一个具体实施例的结构示意图。
图2为本实施例液位测量初始状态图。
其中：1、测压管；2、差压变送器；3、信号处理单元；4、液舱。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步地描述。
如图1所示的一种液位测量系统，包括测压管1、差压变送器2和带显示模块的信号处理单元3，所述测压管1为下端开口上端密封的硬质长直管，其安装于待测水位的液舱4内，且测压管1的下端与液舱4的最低水位平齐，测压管1的上端超出液舱4可容纳的最高水位；所述测压管1的上端开设有通气孔，通气孔与差压变送器2密封连接(可为螺纹连接)，差压变送器2的信号输出接口通过数据线与信号处理单元3相连，信号处理单元3内设有将压差转换为液位高度的转换程序；通气孔将测压管1内的压力传导至差压变送器2，差压变送器2传感器测量测压管1内外的压差，并将压差信号转化为数字信号发送至信号处理单元3，信号处理单元3利用其内部的转换程序输出与压差对应的液位高度。
优选地，所述测压管1的外壁标记有刻度线，当测量装置的传感器和信号处理单元3无法使用时，可抽出测压管1，采用传统的物理测量方式读取测压管1壁上的刻度来读取液舱4液位。
本发明所述液位测量系统首次使用时，需对液位高度与压差的关系进行标定。向液舱4内注入液体，如图2所示，当液舱4的液面低于测压管1下端时，液体不与测压管1下端接触，此时测压管1内外没有压差，Po＝Pi，其中Po为测压管1外压力，Pi为测压管1内压力，差压变送器2传送的测压管1内外压差ΔP＝0，信号处理单元3将压差信息处理后输出低液位hlow信号。如图1所示，当液舱4内液面上升至一定高度hi后，液体与测压管1接触，测压管1内形成液柱，测压管1内压力上升，此时测压管1内外压差ΔP为：
ΔP＝Pi-Po＝ρ·g·(hi-ho) (1)
由式(1)可以得出液舱4内液位高度ho为
上式中，ρ为液体密度，kg/m3；g为重力加速度，N/kg；hi为测压管1内液位高度，m；ho为测压管1外液位高度，m。
由式(2)可知，当测压管充入一定量液体后，测压管内外液位的高度差与压差变送器呈线性关系，基于此可设计标定方法。一种液位测量方法，该方法具体为：
步骤一、提供所述液位测量系统的各组件，包括测压管1、差压变送器2和信号处理单元3并安装；
步骤二、对所述测量系统进行标定，具体标定方法为：向液舱4内注入液体，每注入一定的液体，读取测压管1内外压差值，同时将测压管1取出，在管外壁上标注此时的液位刻度，得出液位高度ho和测压管内外压差ΔP之间的关系(例如：当内部液舱4加入100L水后，此时测压管1测得压力值为ΔP0.1，信号处理单元3输出信号为0.1m3)，以此类推，直至液舱4内注满；根据获得的液位高度ho和测压管内外压差ΔP之间的关系编写转化程序并内置于信号处理单元3，将差压变送器2传递的压力信号，转换为液舱4内部的液位高度；同时在信号处理单元3上标注液舱4最大容积，完成标定；
步骤三、液位测量系统标定后，液舱4内注入液体，测压管1伸入到液舱4中，液舱4充有一定量液体后，当液舱4液位逐步上升至测压管1底端开口以上位置时，测压管1底端开口被液体密封；当液舱4液位继续上升时，测压管1内空气被逐步压缩，引起压力升高；
步骤四、通过差压变送器2测得测压管1内外的差压值，通过信号处理单元3将差压变送器2的差压信号转化为液位信号输出并显示。
本实施例中，测压管1的外径约为Φ57mm，通过通舱管件固定在液舱4的顶部，当需要进行物理测量时可将测压管1抽出。测压管1的长度根据液舱4深度进行设计，要求测压管1的底端接近容器底部时，其顶部超出液舱4可容纳的最高水位。在首次使用时需对测压管1进行刻度标识。测压管1顶部的通气孔通过螺纹与差压变送器2进行连接，将测压管1内的压力传导至差压变送器2。
本实施例中，选用测量精度为0.001kPa的带信号远传功能的差压变送器2。利用变送器内的管路和传感器，采集外部压力值，将其转化为数字信号，可显示在变送器表版上。差压变送器2固定在测压管1的顶部并密封，用于测量测压管1内的压力值，并将压力值转化为数字信号发送至信号处理单元3。
本实施例中，信号处理单元3具有信号接收功能，通过编写的转化程序，将差压变送器2传递的压力信号，转换为液舱4内部的液位高度，使得整套装置实现通过测量液舱4内测压管1实现连续精确测量液舱4内部液位高低的功能。通过信号处理单元3内的采集模块收集来自差压变送器2传输的数字信号。在液位测量装置安装完毕后，首次向液舱4内加注水，每加注ΔL后读取差压变送器2的压力读数，并将对应的读数信息录入信号处理单元3，之后将测压管1取出并在其外壁上标注容积“V”＝ΔL，直至液舱4标定完成。在使用时，设置信号处理单元3在相对应的压差值下输出的液位容积，即可实时读取液舱4内部液位信息。
最后应说明的是，以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但是凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种液位测量系统，其特征在于，包括测压管、差压变送器和带显示模块的信号处理单元，所述测压管为下端开口上端密封的硬质长直管，其安装于待测水位的液舱内，且测压管的下端与液舱的最低水位平齐，测压管的上端超出液舱可容纳的最高水位；所述测压管的上端开设有通气孔，通气孔与差压变送器密封连接，差压变送器的信号输出接口通过数据线与信号处理单元相连，信号处理单元将压差信号转换为液位高度信号；通气孔将测压管内的压力传导至差压变送器，差压变送器传感器测量测压管内外的压差，并将压差信号转化为数字信号发送至信号处理单元，信号处理单元利用其内部的转换程序输出与压差对应的液位高度。
2.如权利要求1所述的液位测量系统，其特征在于，所述测压管的外壁标记有刻度线。
3.一种液位测量方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、提供权利要求1或2所述液位测量系统的各组件，包括测压管、差压变送器和信号处理单元并安装；
步骤二、对所述测量系统进行标定；
步骤三、液舱内注入液体，测压管伸入到液舱中，当液舱液位逐步上升至测压管底端开口以上位置时，测压管底端开口被液体密封；当液舱液位继续上升时，测压管内空气被逐步压缩，引起压力升高；
步骤四、通过差压变送器测得测压管内外的差压值，通过信号处理单元将差压变送器的差压信号转化为液位信号输出并显示。
4.如权利要求3所述的液位测量方法，其特征在于，在步骤二中，所述液位测量系统的标定方法为：向液舱内注入液体，每注入一定的液体，读取测压管内外压差值，同时将测压管取出，在管外壁上标注此时的液位刻度，得出液位高度ho和测压管内外压差ΔP之间的关系；以此类推，直至液舱内注满；根据获得的液位高度ho和测压管内外压差ΔP之间的关系编写转化程序并内置于信号处理单元，将差压变送器传递的压力信号，转换为液舱内部的液位高度；同时在信号处理单元上标注液舱最大容积，完成标定。
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2019
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