CN1118066A - 一种多管液体比重和容器液位测量单元 - Google Patents
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Abstract
一种多管液体比重和容器液位测量单元，它适用于化工、石油以及其它需测量液体比重、液面高度的地方。它使用插于被测液体中的多根一端带有节流小孔的长短不同的管子，通过节流小孔通入压缩空气后产生一定的气体压力和压差，经测量它们的压力值就能得到液比重和液面高度。本发明用机电一体化的形式，通过计算机进行自动采集计算。可以把本发明加入到整个机电一体化的测控系统中。
Description
一种多管液体比重和容器(或池)液位测量单元，它适用于化工、石油以及其它需测量液体比重、液面高度等的地方，特别适用于大高程、高精度容器(或池)内的液体液面位置测量。
现在的液体比重测量多是用比重计用手工测量，液面位置高度的测量是用连通管或是直接插入标尺测量，测量精度较低。也有一些自动化仪表，可以减轻测量人员的劳动强度，提高测量精度，但是由于自动化仪表价格较贵，各个测量装置之间不能有机的结合在一起，不便于机电一体化的实施。
本发明的目的是发明一种机电一体化的液体比重以及液位测量单元，它可以同时测量液体比重和精确的容器(或池)内液面高度，并便于扩充。
本发明如附图1所示，它有一端带有节流小孔的传压管(1)、装于传压管(1)上用于测量传压管(1)中气体压力的压力传感元件(2)和在传压管(1)节流小孔端接有的压缩空气源(5)，有可为整个系统所共有的中央控制计算机(6)和与其它单元共有的标准工业控制介面(4)，在标准工业控制介面(4)的插槽中插有与压力传感元件(2)相连的摸数转换适配模块(3)，标准工业控制介面(4)通过标准串行通讯接口与中央控制计算机(6)相连，其特征在于：传压管(1)有N个，压力传感元件(2)和与之相连的摸数转换适配模块(3)也有N个，N大于2，所有的传压管(1)平行安装并垂直插于被测液体容器中，保持各传压管(1)的下端口有一固定的高程差Hn系列，n＝1，2，...，N，而且保证至少有两个传压管(1)下端低于液面，压缩空气源(5)通过节流小孔向所有的传压管(1)连续供气，让气体保持不断从所有的传压管(1)的下端溢出，保证所有的传压管(1)中都没有液体，中央控制计算机(6)用于通过标准工业控制介面(4)先后选通与各压力传感元件(2)相连的摸数转换适配模块(3)来得到各传压管(1)中气体压力的数字量，从而计算出所测液体比重和被测液体容器中的液面位置。
附图1为本发明的结构示意图。
本发明的工作原理如下：
本发明有一端带有节流小孔的传压管(1)、装于传压管(1)上，用于测量传压管(1)中气体压力的压力传感元件(2)和在传压管(1)节流小孔端接有的压缩空气源(5)，有可为整个系统所共有的中央控制计算机(6)和与其它单元共有的标准工业控制介面(4)，在标准工业控制介面(4)的插槽中插有与压力传感元件(2)相连的摸数转换适配模块(3)，标准工业控制介面(4)通过标准串行通讯接口与中央控制计算机(6)相连，传压管(1)有N个，压力传感元件(2)和与之相连的摸数转换适配模块(3)也有N个，N大于2，所有的传压管(1)平行安装并垂直插于被测液体容器中，保持各传压管(1)的下端口有一固定的高程差Hn系列，n＝1，2，...，N-1，而且保证至少有两个传压管(1)下端低于液面，压缩空气源(5)通过节流小孔向所有的传压管(1)连续供气，让气体保持不断从所有的传压管(1)的下端溢出，保证所有的传压管(1)中都没有液体，中央控制计算机(6)用于通过标准工业控制介面(4)先后选通与各压力传感元件(2)相连的摸数转换适配模块(3)来得到各传压管(1)中气体压力的数字量，从而计算出所测液体比重和被测液体容器中的液面位置。在工作时，由于压缩空气源(5)通过节流小孔向各传压管(1)连续供气，让气体保持不断从每一个传压管(1)的下端溢出，保证它们中都没有液体。这时，对于每一个传压管(1)n，n＝1，2，...，N，其中的气体压力(相对于液体容器中的上部气体压力P0)为该管下端部距液面的高度Ln所产生的液柱压力Pn，对于浸入被测液体之中的传压管(1)压力Pn＞0，假设液体比重为d，那么：
Pn＝d×Ln
Pn＋1＝d×Ln＋1
因为Ln－Ln＋1＝Hn，为已知常值，
故有
Pn－Pn＋1＝d×(Ln－Ln＋1)
d＝(Pn－Pn＋1)/Hn
由于浸入被测液体之中的传压管(1)可能不止两个，通过上式可以得到多个比重值，使用平均的方法可以提高测量精度。
通过Pn＝d×Ln，我们可以得到Ln＝Pn/d求得液面的位置高度。由于有多个传压管(1)浸入被测液体之中，因此可以得到多个长度值。但是，不同的传压管(1)浸入被测液体之中的深度不同，压力值不同，有的插入深度较大，当测量相对精度一样时，绝对误差较大，因此可用不为零的最小压力值Pn′所对应的长度值Ln′计算液面的位置高度，计算精度较高。
本发明使用简单的压力传感元件(2)，用插于标准工业控制介面(4)中的模数转换适配模块(3)进行测量，中央控制计算机(6)在需要被测液体的比重和液位时，通过标准串行通讯接口发出地址选通命令，先后选通与各个压力传感元件(2)相连的模数转换适配模块(3)，适配模块(3)把压力传感元件(2)的模拟量转换为数字量后回送到中央控制计算机(6)，中央控制计算机(6)通过数据处理，便得到液体的比重，液面高度等信息，由于本发明采用了这种机电一体化的形式，扩充十分方便，如要测量液体的温度时，只需加入温度传感元件和相应的适配模块。
本发明使用多个一端带有节流小孔并装有压力传感元件的传压管垂直插于被测液体容器中，在传压管节流小孔端接有的压缩空气源，采用中央控制计算机、标准工业控制介面和插于其中的与压力传感元件相连的摸数转换适配模块这种机电一体化的测控方式，通过测量各传压管中气体压力的数字量，从而计算出所测液体比重和被测液体容器中的液面位置。由于有多个传压管长度不同，长度差Hn系列可以复盖整个测量范围，在任意被测液体容器中的液面位置时，总有两个传压管的插入深度较小，从而使得测量精度较高。
本发明中的压缩空气源(5)可以是一个小型空气压缩机或是压缩空气贮气瓶或其它压缩空气源。其传压管(1)的节流小孔可以较小，只要保证有少量的空气不断进入管中并从管下端溢出，使管中没有液体即可。但太小时液体容器液面的波动对测量影响较大。节流小孔起到了限制气体流量和隔绝气源压力对两管压力影响的作用。
本发明中的多个传压管(1)可以并在一起做成一体，这样便于本发明在液体容器中的安放。管的截面形状可以是各种形状，如圆形、方形、六边形等。各传压管(1)的下端口有一固定的高程差Hn系列，n＝1，2，...，N，其差值可以相等，也可以是上部差值小，下部差值大的系列。
在本发明中，标准工业控制介面(4)可以选用美国ME公司(MECHATRONICEQUIPMENT INC.)的I/O 32，或是美国OPTO 22公司的PB16AH。中央控制计算机(6)可以选用美国OPTO 22公司的LC4控制器，也可以选用美国ME公司的PCS-1工业过程控制工作站，还可以选用普通PC计算机。适配模块(3)可以采用OPTO 22公司的AD3或类似的A/D转换模块。
Claims (1)
1.一种机电一体化的液体比重以及液位测量单元，它有一端带有节流小孔的传压管(1)、装于传压管(1)上用于测量传压管(1)中气体压力的压力传感元件(2)和在传压管(1)节流小孔端接有的压缩空气源(5)，有可为整个系统所共有的中央控制计算机(6)和与其它单元共有的标准工业控制介面(4)，在标准工业控制介面(4)的插槽中插有与压力传感元件(2)相连的摸数转换适配模块(3)，标准工业控制介面(4)通过标准串行通讯接口与中央控制计算机(6)相连，其特征在于：传压管(1)有N个，压力传感元件(2)和与之相连的摸数转换适配模块(3)也有N个，N大于2，所有的传压管(1)平行安装并垂直插于被测液体容器中，保持各传压管(1)的下端口有一固定的高程差Hn系列，n＝1，2，...，N，而且保证至少有两个传压管(1)下端低于液面，压缩空气源(5)通过节流小孔向所有的传压管(1)连续供气，让气体保持不断从所有的传压管(1)的下端溢出，保证所有的传压管(1)中都没有液体，中央控制计算机(6)用于通过标准工业控制介面(4)先后选通与各压力传感元件(2)相连的摸数转换适配模块(3)来得到各传压管(1)中气体压力的数字量，从而计算出所测液体比重和被测液体容器中的液面位置。
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| CN 94109442 CN1050425C (zh) | 1994-08-27 | 1994-08-27 | 一种多管液体比重和容器液位测量单元 |
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