CN112033500A - 一种测量工业水池水位的设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种测量工业水池水位的设备及方法，属于水位测量领域。针对现有水位测量误差大且成本高的问题，本发明提供一种测量工业水池水位的设备，它包括设置在水池内的主水位管和次水位管，主水位管远离水池底部的一端设置有浮塞，浮塞底部设置有正极，主水位管底部设置有负极；次水位管顶部设置有正极，底部设置有负极，两水位管均分别与导线串联成两个独立的电回路，电回路上设置有测量电阻的装置。本发明通过两个电回路的电阻值比值乘以次水位管的水柱高度直接计算出主水位管的水柱高度，最终得主水位管水位即水池水位，消除了其它变量对水池水位测量的影响，有效保证水位测量的精准度。该测量方法操作简单，无需复杂的设备投入，节约成本。

Description

一种测量工业水池水位的设备及方法

技术领域

本发明属于水位测量设备领域，更具体地说，涉及一种测量工业水池水位的设备及方法。

背景技术

目前的工业水池水位监测，通常是采用水池绘制的液位线，经人工观测来判断水位。对于一些需要准确的掌握水池水位的生产工业水池则不适用，需要通过仪器对水位进行测量。比如压力变送器，通过将水的压力转化为水的高度，从而达到测量水位的目的。由于压力变送器并不是直接测量水位，而是通过压力换算成水位，在某些工况或是测量位置下，水的压力值会失真(例如工作状态下输水位管中)，导致测量的水位值也跟着失真，无法准确测量水位的准确值。雷达液位计，可以准确地测量水池水位，但设备对工作环境，和安装位置要求较高。设备容易损毁，且价格昂贵，维护费用较高，不适合在露天环境下的工业水池中使用。

针对上述问题也进行了相应的改进，如中国专利申请号CN201610488198.1，公开日为2016年10月26日，该专利公开了一种水位测量装置，包括壳体、测控单元、电阻导轨和浮球；浮球通过滚轮与电阻导轨接触；电阻导轨为槽型结构，内嵌密闭腔体；密闭腔体为软性绝缘材料，内部平行设置第一导电体和第二导电体；第一导电体和第二导电体相对粘贴在密闭腔体内壁上，上端与测控单元连接；滚轮挤压密闭腔体，使得第一导电体和第二导电体在挤压点电导通。该专利的不足之处在于：滚轮挤压密闭腔体，腔体发生形变，滚轮上下移动的摩擦阻力大大增大，浮球随水位变化频繁上下移动时，摩擦阻力会对腔体做功，腔体的温度升高，导电体以及电阻导轨的温度都会升高，导电体的接触电阻改变，电阻导轨的电阻率也发生变化，测量的电阻值失真，无法准确的反映测量的水位。

又如中国专利申请号CN201510696310.6，公开日为2016年5月4日，该专利公开了连续测量连续喷墨(CIJ)打印机的槽中的墨水的水位的装置，包括：第一电极对和用于串联连接该电极对的装置，其用于测量在所述槽中的墨水的第一预定高度的阻抗，-第二电极对和用于串联连接该第二电极对的装置，其用于测量在所述槽中的墨水的第二高度的阻抗，该第二高度被包括在所述第一高度和最大水位之间；-用于根据独立于墨水导电性而测量的2个阻抗的电阻分量来计算所述第二高度的装置。该专利的不足之处在于：该发明的两组电极对共同设置在测量槽中，未分开设置。由于电流都是优先选取电阻小的电路，所以从第二电极对正极出发的电流会从电阻较小的第一电极对的阴极通过，导致第一电极对电流增大、第二电极对电流减小，测量的电阻分量失真，电阻分量无法与第一高度、第二高度相对应，测量误差较大。另外槽中的墨水是串联接入电路的，在测量电路的阻抗时，不仅电极间的墨水连接在电路中，电极下的墨水也同样形成电阻串联进电路，实际的阻抗并非测量的两电极之间的阻抗。

发明内容

1、要解决的问题

针对现有水位测量误差大且成本高的问题，本发明提供了一种测量工业水池水位的设备及方法。本发明所述的测量工业水池水位的设备整体结构简单，无需复杂的设备投入，节约成本，且两个电回路之间彼此独立，互不干扰，减小测量的误差。本发明所述的测量方法通过测量主水位管和次水位管的电阻值，再通过主水位管与次水位管电阻值的比值乘以次水位管的水柱高度直接计算出主水位管的水柱高度，继而得到主水位管内水位，消除水池电阻率以及其它变量对水池水位测量的影响，极大提高了测量的准确性。

2、技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种测量工业水池水位的设备，包括设置在水池内的主水位管和次水位管，主水位管通过连通支管与水池连通，主水位管远离水池底部的一端设置有浮塞，浮塞底部设置有正极，主水位管底部设置有负极；次水位管通过连通支管与水池连通，次水位管的顶部与底部均呈封闭状态，且顶部设置有正极，底部设置有负极，主水位管和次水位管均分别与导线串联成两个独立的电回路，电回路中设置有测量电回路阻抗的阻抗测量装置。结构简单，易于使用，测量精度高。

更进一步的，主水位管所在的电回路中浮塞的上方位置还设置有盘线器，用于补偿浮塞在主水位管内移动时导线的移动距离，盘线器中的导线与浮塞中的正极连接。避免浮塞移动受到导线的限制，保证测量结果的准确性。

更进一步的，所述盘线器包括上部和下部，上部为导线存储空间，下部为用于承受上部重力的浮块。

更进一步的，导线存储空间呈锥形状。结构简单，导线释放和收集顺畅，不易发生堵塞。

更进一步的，两个电回路中均设置有报警装置，报警装置与阻抗测量装置。提醒工作人员及时注意并做出相应的调整，保证了整个测量过程的安全性能。

更进一步的，主水位管的内部设置有限制浮塞移动的限位环。知晓水池水位过低，工作人员即可进行相应的调整，提高测量过程的安全性与准确性。

更进一步的，所述限位环由绝缘材质制成。减小测量误差。

更进一步的，所述连通支管上设置有用于过滤水中杂质的过滤环。避免杂质进入到主水位管和次水位管中。

更进一步的，所述过滤环包括与连通支管连接的环形壳体，环形壳体内部设置有过滤网。结构简单，易于安装和更换。

一种使用如上述任一项所述的测量工业水池水位的设备的测量方法，包括以下步骤：

S1：分别测量出次水位管中的水柱高度L₂，浮塞中正极到主水位管顶部的距离L₆，主水位管的底部的壁厚L₇；

S2：根据电阻的计算公式：

分别计算出主水位管内电阻值R₁和次水位管内电阻值R₂；其中，R为电阻值：ρ为电阻率：L为电阻的长度：F为电阻的截面积；

S3：根据两个测量电回路中电阻的装置得出两个电回路中的电阻值R₄和R₅，通过比值法算出主水位管内的水柱高度L₁；

S4：最终将主水位管内的水柱高度L₁、浮塞中正极到主水位管顶部的距离L₆和主水位管的底部的壁厚L₇这三者相加得到主水位管的水位高度也就是水池的水位高度L。

3、有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明将主水位管通过连通支管与水池连通，使其主水位管内水位与水池内水位相同，通过求取主水位管内水位得到水池水位；通过测量次水位管内水柱的固定高度和两个电回路中的电阻值，再经过比值法算出主水位管内的水柱高度，最终求解出主水位管内水位，消除水池电阻率这个变量对水池水位测量的影响，极大提高了测量的准确性；同时主水位管与次水位管在两个独立的电回路中，彼此互不干扰，保证测量的准确性，继而进一步提高了测量结果的精准度；整个设备结构简单，且成本较低，适用于多种不同类型的水池水位测量；

(2)本发明在浮塞的上方还设置有盘线器，因浮塞随着水池内水位的升降而在主水位管内随之升降，浮塞的移动带动导线的移动，为避免浮塞移动距离过大导线不能满足其移动距离而影响测量结果，盘线器内的导线能够补偿因浮塞移动导线的移动距离，保证浮塞的移动不受到导线的限制，进一步保证测量过程的稳定性和精准性；

(3)本发明所述的盘线器上部呈锥形状，便于导线在上部的收集和释放，使导线的释放动作顺畅，不易发生堵塞；下部为一浮块，浮块的设置既能够利用其在水中的浮力承托上部重力，又能够保证整个盘线器与浮塞接触，避免浮塞受到盘线器自身重力在主水位管内移动造成测量误差，有效保证了主水管内的电极对相对于水池液位的位置保持不变；

(4)本发明在两个电回路中均设置有报警装置，报警装置与测量电阻的装置电连接，当测量电阻的装置由于外界环境或自身电回路发生故障时能够及时报警，提醒工作人员及时注意并做出相应的调整，保证了整个测量过程的安全性能；报警装置可以为声光报警器，该报警器结构简单，易于安装，同时能够从视觉和听觉两个角度进行报警，提高了及时性；

(5)本发明在主水位管内设置有限位环，限位环限制浮塞的移动，避免浮塞继续向下移动时正负极相碰导致短路；当主水位管内水位低于限位环所在位置时，正极在水位之上时，电路短路，便能知晓水池水位过低，工作人员即可进行相应的调整，提高测量过程的安全性与准确性；

(6)本发明在连通支管与水池连通的一端设置有过滤环，过滤环尺寸与连通支管端部尺寸相匹配，过滤环的设置能够有效阻止水池中的杂质进入到主水位管和次水位管中，避免影响测量结果，减小测量误差；所述过滤环呈环状，环状内部设置过滤网，安装与拆卸都较为方便，只需定期更换过滤网即可，减小维修成本；

(7)本发明将主水位管、次水位管、连通支管、浮塞以及限位环和过滤环等部件均采用绝缘材料，避免接入电路后产生电阻，导致测量电回路中的数值失真；且次水位管的设置作为对比参照，利用比值法直接算出主水位管内的水柱高度，消除了其它变量对水池水位测量的影响，有效保证了水位测量的精准度，同时操作简单，无需复杂的设备对水池进行测量，节约成本的同时保证测量结果准确。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的主水位管示意图；

图3为本发明的次水位管示意图；

图4为盘线器的结构示意图。

图中：1、欧姆表；2、盘线器；21、圆锥体；22、浮块；23、缓冲电线；3、浮塞；4、正极；5、次水位管；6、过滤环；7、负极；8、连通支管；9、限位环；10、主水位管。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明进一步进行描述。

实施例1

一种测量工业水池水位的设备，包括垂直设置在水池内的主水位管10和次水位管5，主水位管10通过连通支管8与水池连通。具体的，连通支管8两端开口，一端与主水位管10的底部侧面连通，便于进水。另一端呈水平放置在水池中，水池中的水通过连通支管8进入到主水位管10内，因为连通支管8的存在，保证了主水位管10内的水位与水池中的水位相同，因此测量主水位管10内的水位即可得到水池的水位。主水位管10远离水池底部的一端设置有浮塞3，即在主水位管10的顶部设置浮塞3，因主水位管10内进水后形成水柱，浮塞3漂浮在水柱之上，当水池内的水位发生变化，主水位管10内的水柱也随之发生变化，浮塞3则在主水位管10内移动；浮塞3底部设置有正极4，主水位管10底部设置有负极7，将主水位管10与导线串联，即外部导线一端连接正极4，一端连接负极7，因主水位管10内有水，水可作为导电体，所以主水位管10和与之串联的导线构成一个完整的电回路。次水位管5通过连通支管8与水池连通，具体的，次水位管5的底部侧面设置有连通支管8，连通支管8两端开口，且与次水位管10垂直设置。次水位管5的顶部与底部均呈封闭状态，因此次水位管5内的水柱高度是固定值，且次水位管5顶部设置有正极4，底部设置有负极7，将次水位管5与导线串联，即外部导线一端连接正极4，一端连接负极7，因次水位管5内有水，水可作为导电体，所以次水位管5和与之串联的导线构成一个完整的电回路。优选的，连通支管8上设置有用于过滤水中杂质的过滤环6，过滤环6设置在连通支管8放置在水池中的一端端部，能够有效阻止水池中的杂质进入到主水位管10和次水位管5中，避免影响测量结果，减小测量误差。具体的，所述过滤环6包括与连通支管8连接的环形壳体，环形壳体内部设置有过滤网，安装与拆卸都较为方便，只需定期更换过滤网即可，减小维修成本。在这里对两个水位管内的水柱和水位进行一个解释说明：水柱高度指的是管内实际水的高度，水位指的是管内理论上可以容纳水的高度。对于主水位管10而言，主水位管10的水柱高度L₁即是指主水位管10内水的高度，而由于浮塞3以及主水位管10自身因素，水柱的高度并不代表主水位管10可容纳水的理论高度，因此主水位管10的水位L即是指水柱高度L₁+主水位管10中浮塞3上正极4到水池液面的距离L₆+主水位管10的底部壁厚L₇。对于次水位管5而言，次水位管5的水柱高度L₂即是指次水位管5内水的高度，次水位管5的水位即是指L₂+次水位管5两端部的壁厚。主水位管10和次水位管5均分别与导线串联成两个独立的电回路，电回路中设置有测量电回路阻抗的阻抗测量装置，在本实施中，在两个独立的电回路中采用欧姆表1对回路中电阻进行测量，欧姆表测量结果准确且结构简单，易于安装。其它能够起到测量回路电阻的阻抗测量装置均可使用在本发明中。该设备整体结构简单，且成本较低，适用于多种不同类型的水池水位测量，采用次水位管5作为对比参照，利用比值法直接算出主水位管10内的水柱高度，消除了其它变量对水池水位测量的影响，有效保证了水位测量的精准度。

一种使用上述所述的测量工业水池水位的设备的测量方法，包括以下步骤：

S1：分别测量出次水位管5中的水柱高度L₂，浮塞3中正极4到主水位管10顶部的距离L₆，主水位管10的底部的壁厚L₇；这些参数可以直接通过测量得出，测量方便同时可以根据实际情况进行调整；

S2：根据电阻的计算公式：

分别计算出主水位管10内电阻值R₁和次水位管5内电阻值R₂；其中，R为电阻值：ρ为电阻率：L为电阻的长度：F为电阻的截面积；在这里，具体的，主水位管10内电阻值R₁，次水位管5内电阻值R₂的具体求解如下：

式中：L₁为主水位管10的水柱高度，F₁为主水位管10内水柱截面积；L₂为次水位管5中的水柱高度，F₂为次水位管5内水柱截面积；

S3：根据两个测量电回路中电阻的装置得出两个电回路中的电阻值R₄和R₅，通过比值法算出主水位管10内的水柱高度L₁；具体的，整个水池内的电阻值为R₃，在这里定义主水位管10上的欧姆表1示数值为R₄，次水位管5上的欧姆表1示数值为R₅，由于主水位管10和次水位管5分别与水池相通，水池的电阻值R₃也接在电路中，因此欧姆表的示数R₄、R₅为：

由于R₃远大于R₁、R₂，所以：

R₄≈R₁，R₅≈R₂

同时，为了减小测量的工作量以及保证检测结果的准确性，将主水位管10和次水位管5中的端部截面积设置成相同，即F₁＝F₂，所以：

综上所得：

S4：最终将主水位管10内的水柱高度L₁、浮塞3中正极4到主水位管10顶部的距离L₆和主水位管10的底部的壁厚L₇这三者相加得到主水位管10的水位高度也就是水池的水位高度L。

本发明所述的测量方法将主水位管10通过连通支管8与水池连通，使其主水位管10内水位与水池内水位相同，通过求取主水位管10内水位得到水池水位；因无法测量出工业水池内水的电阻率，测量的电阻值无法转化为主水位管10内水柱的高度，因此次水位管5的设置是必要的，通过测量次水位管5内水柱的固定高度和两个电回路中的电阻值，再通过将两个电回路中的电阻比值乘以次水位管5的水柱高度算出主水位管10内的水柱高度，最终求解出主水位管10内水位，消除水池电阻率和其它变量对水池水位测量的影响，减小了测量误差，极大提高了测量的准确性；同时主水位管10与次水位管5在两个独立的电回路中，彼此互不干扰，保证测量的准确性，继而进一步提高了测量结果的精准度。作为进一步的优化，一般将次水位管5的高度设置成水池高度的1/8，降低了电阻测量过程中的测量误差对电阻值的影响。

实施例2

基本同实施1，为了进一步保证测量工作的准确性以及安全性，如图4所示，本实施例中在主水位管10所在的电回路中浮塞3的上方还设置盘线器2，盘线器2用于补偿浮塞3在主水位管10内移动时导线的移动距离，盘线器2不与浮塞3相接触，二者之间设置有一定间距，该间距视具体情况而定。且在盘线器2与浮塞3之间设置有余量的导线，保证了盘线器2与浮塞3的相对位置发生变化时，不会拉扯导线。盘线器2内存储有导线，导线的总长度大于主水位管10的高度，导线缠绕在盘线器2内，电回路中的导线与盘线器2内的一端导线连接，盘线器2内的另一端导线与浮塞3中的正极4连接，当浮塞3受到水池水位的影响在主水位管10内发生向下移动时，盘线器2内的导线受到浮塞3的拉力而发生移动，继而补偿浮塞3下降导线移动的距离。为避免浮塞3移动距离过大导线不能满足其移动距离而影响测量结果，盘线器2内的导线能够补偿因浮塞3移动导线的移动距离，保证浮塞3的移动不受到导线的限制，进一步保证测量过程的稳定性和精准性。

具体的，所述盘线器2包括上部和下部，上部为导线存储空间，下部为用于承受上部重力的浮块22，所述导线存储空间呈锥形状，即盘线器2的上部为圆锥体21，便于盘线器2上的导线收集和释放，底部为浮块22，浮块22通过水的浮力来承受上部和其中导线的重力，并且保证了圆锥体21的底面在浮力作用下不与浮塞3接触，圆锥体21上面的导线通过缓冲电线23与浮塞3上的正极4相连接，缓冲电线23用于补偿浮塞3与盘线器2之间相对位置变换时所需导线长度。将盘线器2不与浮塞3接触是为了避免由于盘线器2自身及导线的重量使得浮塞3受力在主水位管10内发生移动造成测量误差，保证了浮塞3上的正极4相对于主水位管10内的液面位置相对不变。

更进一步的，两个电回路中均设置有报警装置，报警装置与阻抗测量装置电连接，当阻抗测量装置由于外界环境或自身电回路发生故障时能够及时报警，提醒工作人员及时注意并做出相应的调整，保证了整个测量过程的安全性能；报警装置可以为声光报警器，该报警器结构简单，易于安装，同时能够从视觉和听觉两个角度进行报警，提高了及时性。同时在主水位管10的内部设置有限制浮塞3移动的限位环9，限位环9设置在连通支管8的上方，限位环9限制浮塞3的继续移动，避免浮塞3继续向下移动时正负极相碰导致短路；当主水位管10内水位低于限位环9所在位置时，正极在水位之上时，电路短路，便能知晓水池水位过低，工作人员即可进行相应的调整，提高测量过程的安全性与准确性。所述限位环9、主水位管10、次水位管5、连通支管8、浮塞3均由绝缘材质制成，避免接入电路后产生电阻，导致测量电回路中的数值失真。

本发明所述实例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种测量工业水池水位的设备，其特征在于：包括设置在水池内的主水位管(10)和次水位管(5)，主水位管(10)通过连通支管(8)与水池连通，主水位管(10)远离水池底部的一端设置有浮塞(3)，浮塞(3)底部设置有正极(4)，主水位管(10)底部设置有负极(7)；次水位管(5)通过连通支管(8)与水池连通，次水位管(5)的顶部与底部均呈封闭状态，且顶部设置有正极(4)，底部设置有负极(7)，主水位管(10)和次水位管(5)均分别与导线串联成两个独立的电回路，电回路中设置有测量电回路阻抗的阻抗测量装置。

2.根据权利要求1所述的一种测量工业水池水位的设备，其特征在于：主水位管(10)所在的电回路中浮塞(3)的上方位置还设置有盘线器(2)，用于补偿浮塞(3)在主水位管(10)内移动时导线的移动距离，盘线器(2)中的导线与浮塞(3)中的正极(4)连接。

3.根据权利要求2所述的一种测量工业水池水位的设备，其特征在于：所述盘线器(2)包括上部和下部，上部为导线存储空间，下部为用于承受上部重力的浮块(22)。

4.根据权利要求3所述的一种测量工业水池水位的设备，其特征在于：导线存储空间呈锥形状。

5.根据权利要求1所述的一种测量工业水池水位的设备，其特征在于：两个电回路中均设置有报警装置，报警装置与阻抗测量装置电连接。

6.根据权利要求1所述的一种测量工业水池水位的设备，其特征在于：主水位管(10)的内部设置有限制浮塞(3)移动的限位环(9)。

7.根据权利要求6所述的一种测量工业水池水位的设备，其特征在于：所述限位环(9)由绝缘材质制成。

8.根据权利要求1或6所述的一种测量工业水池水位的设备，其特征在于：所述连通支管(8)上设置有用于过滤水中杂质的过滤环(6)。

9.根据权利要求8所述的一种测量工业水池水位的设备，其特征在于：所述过滤环(6)包括与连通支管(8)连接的环形壳体，环形壳体内部设置有过滤网。

10.一种使用如权利要求1-9任一项权利要求所述的测量工业水池水位的设备的测量方法，包括以下步骤：

S1：分别测量出次水位管(5)中的水柱高度L₂，浮塞(3)中正极(4)到主水位管(10)顶部的距离L₆，主水位管(10)的底部的壁厚L₇；

S2：根据电阻的计算公式：

分别计算出主水位管(10)内电阻值R₁和次水位管(5)内电阻值R₂；其中，R为电阻值：ρ为电阻率：L为电阻的长度：F为电阻的截面积；

S3：根据两个测量电回路中电阻的装置得出两个电回路中的电阻值R₄和R₅，通过比值法算出主水位管(10)内的水柱高度L₁；

S4：最终将主水位管(10)内的水柱高度L₁、浮塞(3)中正极(4)到主水位管(10)顶部的距离L₆和主水位管(10)的底部的壁厚L₇这三者相加得到主水位管(10)的水位高度也就是水池的水位高度L。

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