CN113945254B - 一种连续量分节式电阻直接测量料位计 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连续量分节式电阻直接测量料位计，其属于料位检测技术领域，包括检测部和输出部，检测部包括沿第一方向依次连接的至少两节电极单元，所述电极单元包括电阻部分和绝缘部分，每节所述电极单元的电阻部分与相邻所述电极单元的绝缘部分连接，所述电阻部分通过物料能够与料仓壁形成回路；输出部能够根据所述回路中的电压变化确定料仓内的料位变化。当物料位于某一高度并与其中一节电极单元接触时，被物料淹没的检测部通过物料与料仓壁形成回路，随着料位变化，回路中的电阻变化。由于多节电极单元所在的长度范围内均有电阻部分，因此能够实现连续测量，使得测量结果更准确。

Description

一种连续量分节式电阻直接测量料位计

技术领域

本发明涉及料位检测技术领域，尤其涉及一种连续量分节式电阻直接测量料位计。

背景技术

料位测量通常是指对工业生产中封闭式或敞开容器中的物料(固体或者液体)的高度进行检测，完成这项检测的仪器叫料位计。

目前，对于导电类物体料位的直接测量多采用电极料位计，其探头为一支电极，料仓外壳为另一支电极，在使用时，将料位计通过螺纹连接安装在料仓的顶部，使得探头的端部刚好位于监控位置。当料仓内的料位上升或下降至监控位置时，接触或离开探头端部，探头和料仓外壳导通或断开，变送器监测这一变化并转变成需要的标准信号输出，从而达到料位监控报警的目的。

上述电极料位计只能进行单点式监控，故障安全方面难以保障，如果该探头失效，就会发生生产事故。

发明内容

本发明的目的在于提供一种连续量分节式电阻直接测量料位计，以解决现有技术中存在的无法连续进行料位监测的技术问题。

如上构思，本发明所采用的技术方案是：

一种连续量分节式电阻直接测量料位计，包括：

检测部，包括沿第一方向依次连接的至少两节电极单元，所述电极单元包括电阻部分和绝缘部分，每节所述电极单元的电阻部分与相邻所述电极单元的绝缘部分连接，所述电阻部分通过物料能够与料仓壁形成回路；

输出部，能够根据所述回路中的电压变化确定料仓内的料位变化。

其中，所述电极单元有N个，相间设置的N/2节所述电极单元的电阻部分串联成第一电极，相间设置的另N/2节所述电极单元的电阻部分串联成第二电极，N为大于等于2的偶数。

其中，所述第一电极通过物料能够与料仓壁形成第一回路，所述第二电极通过物料能够与料仓壁形成第二回路，所述第一回路的电压为VA，所述第二电路的电压为VB，根据VA和VB的值可获得料位在某一节电极单元处上升或下降的变化。

其中，获取VA和VB的差值ΔV，根据ΔV与料位高度H的关系曲线，当曲线出现拐点时，可获知料位经过某一节电极单元。

其中，所述绝缘部分开设有穿线通道，相间设置的两节所述电极单元的电阻部分通过导线串联，所述导线位于所述穿线通道内。

其中，所述电阻部分的两端均设置有电极接口，所述导线与所述电极接口连接。

其中，还包括支撑杆，所述绝缘部分开设有安装孔，各个所述电极单元均通过所述安装孔套设于所述支撑杆上。

其中，所述检测部的两端均设置有绝缘垫，所述绝缘垫套设于所述支撑杆上。

其中，所述电阻部分由石墨烯纤维和聚酰亚胺纤维沿第一方向相间设置形成电阻层，所述石墨烯纤维和所述聚酰亚胺纤维的长度方向沿第二方向延伸，所述第二方向与所述第一方向垂直。

其中，所述绝缘部分由聚酰亚胺纤维制成，所述聚酰亚胺纤维的长度方向沿第一方向延伸。

本发明的有益效果：

本发明提出的连续量分节式电阻直接测量料位计，在使用时，将料位计安装于料仓的顶部，使得第一方向平行于竖直方向，当物料位于某一高度并与其中一节电极单元接触时，被物料淹没的检测部通过物料与料仓壁形成回路。随着物料上升，该电极单元被物料淹没的部分逐渐增加，该回路中电阻不断减小，因此对应的电压值不断减小，可反应出料仓内的料位上升至该电极单元所在的高度。反之，随着物料下降，该电极单元被物料淹没的部分逐渐减小，该回路中电阻不断增加，因此对应的电压值不断增加，可反应出料仓内的料位下降至该电极单元所在的高度。

由于电极单元包括电阻部分和绝缘部分，每节电极单元的电阻部分与相邻电极单元的绝缘部分连接，使得多节电极单元所在的长度范围内均有电阻部分，因此能够实现连续测量，使得测量结果更准确。

附图说明

图1是本发明实施例提供的连续量分节式电阻直接测量料位计的示意图；

图2是本发明实施例提供的电极单元的剖视图一；

图3是本发明实施例提供的电极单元的剖视图二；

图4是本发明实施例提供的电极单元的组成图；

图5是本发明实施例提供的第一电极的电压与料位高度的关系曲线；

图6是本发明实施例提供的第二电极的电压与料位高度的关系曲线；

图7是本发明实施例提供的第一电极的电压与第二电极的电压的差值与料位高度的关系曲线。

图中：

10、电极单元；11、电阻部分；12、绝缘部分；13、安装孔；14、穿线通道；15、电极接口；

20、变送器；

31、基座；32、支撑杆；

41、第一绝缘垫；42、第二绝缘垫；

51、石墨烯纤维；52、聚酰亚胺纤维。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

本发明实施例提供一种连续量分节式电阻直接测量料位计，可以应用在核电站反应堆停堆系统冷却装置的石墨球贮藏罐中，实时监测石墨球物料位置的设备。同样适用于其他高温高压环境下，对于导电固体物料的料位进行高精度直接测量的领域。

参见图1至图3，连续量分节式电阻直接测量料位计包括检测部和输出部，检测部包括沿第一方向依次连接的N节电极单元10，其中，N为大于等于2的正数。电极单元10包括电阻部分11和绝缘部分12，每节电极单元10的电阻部分11与相邻电极单元10的绝缘部分12连接，电阻部分11通过物料能够与料仓壁形成回路；输出部能够根据回路中的电压变化确定料仓内的料位变化。

在使用时，将料位计安装于料仓的顶部，使得第一方向平行于竖直方向，当物料位于某一高度并与其中一节电极单元10接触时，被物料淹没的检测部通过物料与料仓壁形成回路。随着物料上升，该电极单元10被物料淹没的部分逐渐增加，该回路中电阻不断减小，因此对应的电压值不断减小，可反应出料仓内的料位上升至该电极单元10所在的高度。反之，随着物料下降，该电极单元10被物料淹没的部分逐渐减小，该回路中电阻不断增加，因此对应的电压值不断增加，可反应出料仓内的料位下降至该电极单元10所在的高度。

由于电极单元10包括电阻部分11和绝缘部分12，每节电极单元10的电阻部分11与相邻电极单元10的绝缘部分12连接，使得多节电极单元10所在的长度范围内均有电阻部分11，因此能够实现连续测量，使得测量结果更准确。

具体地，可以对应每节电极单元10设置一个电路，则对应N节电极单元10有N个电路，输出的电压信号分别为V₁、V₂、V₃……V_N。

当监测到Vn不断减小，表示物料位于第n节电极单元10处且不断上升。反之，当监测到Vn不断增大，表示物料位于第n节电极单元10处且不断下降。其中，1≤n≤N。

例如，假设N节电极单元10自上而下分别为第1节、第2节……第N节。当料仓内为满料时，物料淹没第1节电极单元10，此时，所有电极单元10的电阻部分11均与料仓壁形成回路，V₁、V₂、V₃……V_N均等于设定值V01且不变。

当监测到V₁不断增大，V₂、V₃……V_N均等于V01且不变，表示物料位于第1节电极单元10处且不断下降。接着，当监测到V₁不变，V₂不断增大，V₃、V₄、V₅……V_N均等于V01且不变，表示物料位于第2节电极单元10处且不断下降。以此类推。

其中，输出部包括变送器20，各个电路均与变送器20连接，变送器20能够根据电压变化输出料仓内的料位变化。变送器20为现有结构。

连续量分节式电阻直接测量料位计还包括支撑部，检测部和输出部均与支撑部连接，支撑部起到支撑作用。

具体地，支撑部包括基座31和与基座31连接的支撑杆32，检测部套设于支撑杆32上且检测部的一端与基座31连接，变送器20与基座31连接。

每个电极单元10的绝缘部分12均开设有安装孔13，各个电极单元10均通过安装孔13套设于支撑杆32上。

检测部的两端均设置有绝缘垫。具体地，N节电极单元10中，位于一端的电极单元10的端部设置有第一绝缘垫41，位于另一端的电极单元10的端部设置有第二绝缘垫42。绝缘垫采用聚酰亚胺纤维52高压烧制而成。

绝缘垫也套设于支撑杆32上。第一绝缘垫41夹设于电极单元10与基座31之间，第二绝缘垫42夹设于电极单元10与紧固件之间，紧固件与支撑杆32螺纹锁紧。

绝缘部分12开设有穿线通道14，用于穿设导线，导线能够连接电极单元10的电阻部分11。电阻部分11设置有电极接口15，导线与电极接口15连接。

在本实施例中，电极单元10为圆柱状。

电极单元10的主体由两种材料烧制而成，具有不同的功能局域，并且均能够适应高温高压的测量环境，这是采用金属材料无法达到的。只有具备两个不同的功能区域，即电阻部分11和绝缘部分12，才能在安装时实现每节电极单元10的电阻部分11与相邻电极单元10的绝缘部分12连接，进而形成差动对称电极。

参见图4，电阻部分11由石墨烯纤维51和聚酰亚胺纤维52沿第一方向相间设置形成电阻层，石墨烯纤维51和聚酰亚胺纤维52的长度方向沿第二方向延伸，第二方向与第一方向垂直。

石墨烯纤维51为导电料，聚酰亚胺纤维52为绝缘料，上述设置，使得电阻部分11包括多个小电阻，相邻小电阻之间通过绝缘料隔离，多个小电阻之间并联，每个小电阻能够通过物料与料仓壁之间形成回路。因此，当物料在某一节电极单元10处上升或下降时，对应该电极单元10的电压发生变化。

绝缘部分12由聚酰亚胺纤维52高温烧制而成，聚酰亚胺纤维52的长度方向沿第一方向延伸。

在本实施例中，相间设置的N/2节电极单元10的电阻部分11串联成第一电极，相间设置的另N/2节电极单元10的电阻部分11串联成第二电极。其中，N为大于等于2的偶数。

也就是说，相邻设置的两节电极单元10是绝缘的，相间设置的两节电极单元10是电连接的。

其中，相间设置为一个隔着一个。若第一电极用A表示，第一电极的N/2节电极单元10为A₁、A₂、A₃……A_N/2，第二电极用B表示，第二电极的N/2节电极单元10为B₁、B₂、B₃……B_N/2，则依次连接的N节电极单元10的排布形式为A₁-B₁-A₂-B₂-A₃-B₃……A_N/2-B_N/2。

在使用时，将料位计安装于料仓的顶部，使得第一方向平行于竖直方向，第一电极能够通过物料与料仓壁形成第一回路，第二电极能够通过物料与料仓壁形成第二回路，第一电极与料仓壁形成可变的第一电阻RA，第二电极与料仓壁形成可变的第二电阻RB，第一回路的电压用VA表示，第二电路的电压用VB表示。

根据VA和VB的值，可反应出料仓内的料位在某一节电极单元10处上升或下降的变化。

例如，假设第1节电极单元10沿第一方向的长度为H1，第1节电极单元10和第2节电极单元10沿第一方向的长度为H2，第1节电极单元10、第2节电极单元10和第3节电极单元10沿第一方向的长度为H3，以此类推。

当料仓内为满料时，物料淹没第1节电极单元10，此时，假设VA和VB均等于设定值V02。

参见图5和图6，当监测到VA不断增大，VB不变，表示物料位于第一电极的某一节电极单元10处且下降，根据VA的数值，可获知物料位于哪一节电极单元10处。当监测到VB不断增大，VA不变，表示物料位于第二电极的某一节电极单元10处且下降，根据VB的数值，可获知物料位于哪一节电极单元10处。

当出现挂料时，电极单元10上挂有物料，使得VA和VB的变化不准确，此时需要通过VA-VB的值以准确获取料仓内的料位在某一节电极单元10处上升或下降的变化。

假设电极An在电极Bn上面，由于电压与电阻变化成正比，VA-VB的值与RA-RB的值成正比，可反应出料仓内的料位在某一节电极单元10处上升或下降的变化。获取VA和VB的差值ΔV，ΔV＝VA-VB。

参见图7，当监测到ΔV的值不断增大后又减小，表示物料自第一电极的某一节电极单元10处下降至第二电极的某一节电极单元10处；当监测到ΔV的值不断减小后又增大，表示物料自第二电极的某一节电极单元10处下降至第一电极的某一节电极单元10处。

由此可知，根据ΔV与料位高度H的关系曲线，当曲线出现拐点时，可获知料位经过某一节电极单元10。也就是说，每监测到一个拐点，表示物料经过一个电极单元10。

由于采用VA和VB的差值，即便存在挂料情况，挂料导致的电阻变化在作差时会抵消，因此能够保证监测结果准确。

通过本实施例提供的连续量分节式电阻直接测量料位计，能够有效的直接的对高温高压严重挂料环境下的导电固体材料进行直接的分节式测量，分节测量具有很高的精确度，能够有效的降低外界环境带来的干扰，差动信号的产生的三角波波形的拐点不会随着时间和环境的变化，可为后端变送器20提供可靠的参考点，这是直接满量程测量所不能达到的，满量程测量的零点会随着时间和环境的变换不停的改变，给后端变送器20处理信号带来极大的误差，影响此类传感器在工业环境中的应用，而采用本实施例提供的连续量分节式电阻直接测量料位计能够有效的解决这个问题。

以上实施方式只是阐述了本发明的基本原理和特性，本发明不受上述实施方式限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种连续量分节式电阻直接测量料位计，其特征在于，包括：

检测部，包括沿第一方向依次连接的至少两节电极单元（10），所述电极单元（10）的主体由两种材料烧制而成，具有两个不同的功能区域，两个不同的功能区域为电阻部分（11）和绝缘部分（12），每节所述电极单元（10）的电阻部分（11）与相邻所述电极单元（10）的绝缘部分（12）连接，所述电阻部分（11）通过物料能够与料仓壁形成回路；

输出部，能够根据所述回路中的电压变化确定料仓内的料位变化；

所述电极单元（10）有N个，相间设置的N/2节所述电极单元（10）的电阻部分（11）串联成第一电极，相间设置的另N/2节所述电极单元（10）的电阻部分（11）串联成第二电极，N为大于等于2的偶数；

所述第一电极通过物料能够与料仓壁形成第一回路，所述第二电极通过物料能够与料仓壁形成第二回路，所述第一回路的电压为VA，所述第二回路的电压为VB，根据VA和VB的值获得料位在某一节电极单元（10）处上升或下降的变化；

获取VA和VB的差值ΔV，根据ΔV与料位高度H的关系曲线，当曲线出现拐点时，获知料位经过某一节电极单元（10）；

所述电阻部分（11）由石墨烯纤维（51）和聚酰亚胺纤维（52）沿第一方向相间设置形成电阻层，所述石墨烯纤维（51）和所述聚酰亚胺纤维（52）的长度方向沿第二方向延伸，所述第二方向与所述第一方向垂直；

所述绝缘部分（12）由聚酰亚胺纤维（52）制成，所述聚酰亚胺纤维（52）的长度方向沿第一方向延伸；

所述第一方向平行于竖直方向，每个所述电极单元（10）中的所述电阻部分（11）和所述绝缘部分（12）沿左右方向分布。

2.根据权利要求1所述的连续量分节式电阻直接测量料位计，其特征在于，所述绝缘部分（12）开设有穿线通道（14），相间设置的两节所述电极单元（10）的电阻部分（11）通过导线串联，所述导线位于所述穿线通道（14）内。

3.根据权利要求2所述的连续量分节式电阻直接测量料位计，其特征在于，所述电阻部分（11）的两端均设置有电极接口（15），所述导线与所述电极接口（15）连接。

4.根据权利要求1所述的连续量分节式电阻直接测量料位计，其特征在于，还包括支撑杆（32），所述绝缘部分（12）开设有安装孔（13），各个所述电极单元（10）均通过所述安装孔（13）套设于所述支撑杆（32）上。

5.根据权利要求4所述的连续量分节式电阻直接测量料位计，其特征在于，所述检测部的两端均设置有绝缘垫，所述绝缘垫套设于所述支撑杆（32）上。