CN115507915A - 一种液位检测装置及方法 - Google Patents

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CN115507915A CN202211156920.3A CN202211156920A CN115507915A CN 115507915 A CN115507915 A CN 115507915A CN 202211156920 A CN202211156920 A CN 202211156920A CN 115507915 A CN115507915 A CN 115507915A
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张平柱
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Abstract

本发明属于液位检测技术领域，具体涉及一种液位检测装置及方法，其中的液位检测装置，用于容器内部液相介质的液位测量，包括设置在外壳(11)内的加热元件、测温元件和检测元件，通过加热元件对外壳(11)周围的气相介质和液相介质进行加热，通过测温元件对气相介质或液相介质进行测温，结合检测元件的电阻率值和电阻值确定容器内的液相介质的液位。本发明通过监测检测元件电阻变化，以精简的结构完成容器液位的连续检测，降低成本，简化安装工艺；以独立元件同步实现液位检测、加热及测温功能，拓宽需求应用场景。

Description

一种液位检测装置及方法
技术领域
本发明属于液位检测技术领域，具体涉及一种液位检测装置及方法。
背景技术
液位测量需求遍布工业生产各个领域。根据使用环境的不同，所采用的检测仪器也多种多样。目前已有多种成熟的液位检测方法，如压力法、电学法、超声波法、核辐射法、磁电法、光学法等等。
现阶段，连续液位的检测还普遍依赖专用仪器，各种原理的传感器对工作空间及环境条件一般存在专属要求。一些特殊的应用场景下，如工作于低温环境的介质系统，对检测设备各方面的性能要求有所加强，采用常规设备势必会增加检测成本；同时因为监测位置的特殊性，如液位监测点位于地下深井底部，采用常规液位检测设备将大大增加安装工艺的复杂性，导致投入成本大幅提高。
因此，对于特殊环境下的液位检测需要，需要开发相应的液位检测方法及装置，以简化安装工艺，降低检测成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种液位检测结构及方法，具备加热及测温功能，以精简的结构完成容器中液相介质的液位的连续检测，降低成本，简化安装工艺。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案是一种液位检测装置，用于容器内部液相介质的液位测量，包括设置在外壳内的加热元件、测温元件和检测元件，通过所述加热元件对所述外壳周围的气相介质和所述液相介质进行加热，通过所述测温元件对所述气相介质或所述液相介质进行测温，结合所述检测元件的电阻率值和电阻值确定所述容器内的所述液相介质的液位。
进一步，该液位检测装置分为第一型和第二型两大类,都具有如下的相同的基本结构：
所述外壳为圆筒型结构，具备热传导能力；
所述加热元件由第一康铜丝、第一铜丝、第一加热辅助铜丝和第二加热辅助铜丝构成，所述第一康铜丝的顶端设置在所述外壳的顶端之内，接近所述外壳顶端，所述第一铜丝的顶端设置在所述外壳的顶端之外，所述第一加热辅助铜丝的顶端设置在所述外壳的顶端之外，所述第二加热辅助铜丝的设置在所述外壳的顶端之外，所述第一康铜丝的底端和所述第一铜丝的底端相连并设置在所述外壳的底端之内，接近所述外壳底端；所述第一加热辅助铜丝的尾端与所述第一康铜丝的顶端相连，所述第二加热辅助铜丝的尾端与所述第一铜丝的顶端相连；所述第一加热辅助铜丝的顶端和所述第二加热辅助铜丝的顶端用于连接电源正负极，形成加热回路；
所述第一康铜丝位于所述外壳的轴线位置，在进行液位测量时所述第一康铜丝在竖直方向贯穿所述气相介质和所述液相介质，所述第一康铜丝的具体形式包括直线形或螺旋形；当所述第一康铜丝为直线形时，所述第一康铜丝本身即位于整个液位检测装置的中心，当所述第一康铜丝为螺旋形时，螺旋形结构中心与整个液位检测装置的中心重合，以便所述第一康铜丝各向同性地由液位检测装置中心向外散发热量；
所述测温元件包括液相测温点，所述液相测温点为铜丝和康铜丝构成的T型热电偶的测温结点；所述液相测温点位于所述外壳底端附近，用于获得液相介质温度TL；所述液相测温点的连接构成的方式为任何一种能够牢固固定于同一结点的方式，包括电弧焊接、氢弧焊接、气焊、和盐水焊接；在构建所述液相测温点形成T型热电偶的基本结构后，对所取得的所述液相测温点进行校准，以在后续介质温度测量过程中取得准确的液相介质温度TL；
所述外壳内部填充绝缘导热物质，用于固定所述检测元件和所述加热元件，保持二者相对位置；所述检测元件和所述加热元件外部均采取绝缘措施，以保证绝缘性能。
进一步，在所述基本结构的基础上，所述第一型液位检测装置进一步细分为1-1型、1-2型和1-3型；所述第一型液位检测装置的共同结构是：
所述测温元件还包括气相测温点，所述气相测温点为铜丝和康铜丝构成的T型热电偶的测温结点；所述气相测温点位于所述外壳内，且处于所述液相介质的所有可能液位之上，用于获得气相介质温度TG；所述气相测温点的连接构成的方式为任何一种能够牢固固定于同一结点的方式，包括电弧焊接、氢弧焊接、气焊、和盐水焊接；在构建所述气相测温点形成T 型热电偶的基本结构后，对所取得的所述气相测温点进行校准，以在后续介质温度测量过程中取得准确的气相介质温度TG；
所述检测元件包括第一检测导丝、第二检测导丝、第一检测辅助铜丝、第二检测辅助铜丝、第三检测辅助铜丝和第四检测辅助铜丝，所述第一检测导丝和所述第二检测导丝的长度、直径D和材质完全一致；所述第一检测导丝的顶部设置在所述外壳的顶端之内，所述第一检测导丝的顶端与所述外壳顶端的距离大于所述第一康铜丝的顶端与所述外壳顶端的距离，所述第二检测导丝的顶部设置在所述外壳的顶端之内，所述第二检测导丝的顶端与所述外壳顶端的距离大于所述第一康铜丝的顶端与所述外壳顶端的距离，所述第一检测辅助铜丝的顶端设置在所述外壳的顶端之外，所述第一检测辅助铜丝的尾端与所述第一检测导丝的顶端相连，所述第二检测辅助铜丝的顶端设置在所述外壳的顶端之外，所述第二检测辅助铜丝的尾端与所述第一检测导丝的顶端相连，所述第三检测辅助铜丝的顶端设置在所述外壳的顶端之外，所述第三检测辅助铜丝的尾端与所述第二检测导丝的顶端相连，所述第四检测辅助铜丝的顶端设置在所述外壳的顶端之外，所述第四检测辅助铜丝的尾端与所述第二检测导丝的顶端相连，所述第一检测导丝的底端和所述第二检测导丝的底端相连，连接点位于所述外壳底端附近，在进行液位测量时自上而下贯穿待检测所述气相介质和所述液相介质，形成电阻测量回路；所述第一检测辅助铜丝和所述第二检测辅助铜丝作为一组、所述第三检测辅助铜丝和所述第四检测辅助铜丝作为一组，分别自其顶端采用四线制接至电阻测量仪表测量所述检测元件的所述电阻值；
所述检测元件的布置方式分为两种，任选其一：
第一种布置方式，所述第一检测导丝和所述第二检测导丝除相互连接的底端部分外，其余部分为平行的直线形，
第二种布置方式，所述第一检测导丝和所述第二检测导丝重叠构成等螺距的共螺旋形；
两种方式中，所述第一检测导丝和所述第二检测导丝的每一个点距离所述第一康铜丝的最短距离都保持一致；
所述第一检测导丝和所述第二检测导丝采用的材料包括Cu和Pt；
所述气相测温点、所述第一检测导丝和所述第二检测导丝与所述第一康铜丝的距离一致；
所述检测元件的所述电阻值包括所述第一检测导丝和所述第二检测导丝的总电阻R；
所述检测元件的所述电阻率值包括第一电阻率值ρG和第二电阻率值ρL；所述第一电阻率值ρG是指所述检测元件在所述气相介质中的电阻率值，所述第二电阻率值ρL是指所述检测元件在所述液相介质中的电阻率值。
进一步，在所述第一型液位检测装置的共同结构的基础上，所述1-1 型液位检测装置还包括如下特点：
所述测温元件包括第二康铜丝、第二铜丝、第三康铜丝和第三铜丝；
所述第二康铜丝的顶端和所述第二铜丝的顶端设置在所述外壳的顶端之外，所述第二铜丝位于所述外壳的顶部附近，所述第二铜丝的底端设置在所述第一康铜丝上并构成所述气相测温点；所述第二康铜丝的底端与所述第一康铜丝的顶端相连；所述第二康铜丝和所述第二铜丝通过所述第一康铜丝和所述气相测温点共同构成一个测温回路；
所述第三康铜丝的顶端和所述第三铜丝的顶端设置在所述外壳的顶端之外，所述第三康铜丝的底端与所述第一康铜丝的顶端相连，所述第三铜丝的底端与所述第一铜丝的顶端相连，所述第一康铜丝的底端和所述第一铜丝的底端连接构成所述液相测温点；所述第三康铜丝和所述第三铜丝通过所述第一康铜丝、所述第一铜丝和所述液相测温点共同构成一个测温回路；
所述第二康铜丝、所述第二铜丝、所述第三康铜丝和所述第三铜丝的顶端连接至测温仪表，用于检测所述气相介质温度TG和所述液相介质温度 TL。
进一步，在所述第一型液位检测装置的共同结构的基础上，所述1-2 型液位检测装置还包括如下特点：
所述测温元件包括第二康铜丝、第二铜丝、第三康铜丝和第三铜丝；
所述第二康铜丝的顶端和所述第二铜丝的顶端设置在所述外壳的顶端之外，所述第二铜丝位于所述外壳的顶部附近，所述第二铜丝的底端设置在所述第二康铜丝上并构成所述气相测温点，所述气相测温点位于所述外壳顶部以下，所述气相测温点位与所述外壳顶端的距离大于所述第一康铜丝的顶端与所述外壳顶端的距离；所述第二康铜丝、所述第二铜丝和所述气相测温点共同构成一个测温回路；
所述第三康铜丝的顶端和所述第三铜丝的顶端设置在所述外壳的顶端之外，所述第三康铜丝的底端设置在所述第二康铜丝上，所述第三康铜丝的底端与所述第二康铜丝的连接位置位于所述外壳的顶端之内或者位于所述外壳的顶端之外；所述第二康铜丝的底端和所述第三铜丝的底端相连构成所述液相测温点，所述液相测温点位于所述外壳底端附近；所述第三康铜丝和所述第三铜丝通过所述第二康铜丝和所述液相测温点共同构成一个测温回路；
所述第二康铜丝、所述第二铜丝、所述第三康铜丝和所述第三铜丝的顶端连接至测温仪表，用于检测所述气相介质温度TG和所述液相介质温度 TL。
进一步，在所述第一型液位检测装置的共同结构的基础上，所述1-3 型液位检测装置还包括如下特点：
所述测温元件包括第二康铜丝、第二铜丝、第三康铜丝和第三铜丝；
所述第二康铜丝的顶端和所述第二铜丝的顶端设置在所述外壳的顶端之外，所述第二康铜丝和所述第二铜丝位于所述外壳的顶部附近，所述第二康铜丝的底端和所述第二铜丝的底端相连构成所述气相测温点，所述气相测温点位于所述外壳顶部以下，所述气相测温点位与所述外壳顶端的距离大于所述第一康铜丝的顶端与所述外壳顶端的距离；所述第二康铜丝、所述第二铜丝和所述气相测温点共同构成一个测温回路；
所述第三康铜丝的顶端和所述第三铜丝的顶端设置在所述外壳的顶端之外，所述第三康铜丝的底端和所述第三铜丝的底端相连构成所述液相测温点，所述液相测温点位于所述外壳底端附近；所述第三康铜丝、所述第三铜丝和所述液相测温点共同构成一个测温回路；
所述第二康铜丝、所述第二铜丝、所述第三康铜丝和所述第三铜丝的顶端连接至测温仪表，用于检测所述气相介质温度TG和所述液相介质温度 TL。
进一步，在所述基本结构的基础上，所述第二型液位检测装置进一步细分为2-1型和2-2型，所述第二型液位检测装置的共同结构是：
所述检测元件包括第一检测导丝、第二检测导丝、第三检测导丝、第一检测辅助铜丝、第二检测辅助铜丝、第三检测辅助铜丝、第四检测辅助铜丝、第五检测辅助铜丝和第六检测辅助铜丝；
所述检测元件的所述电阻率值包括第一电阻率值ρG和第二电阻率值ρL；所述第一电阻率值ρG是指所述检测元件在所述气相介质中的电阻率值，所述第二电阻率值ρL是指所述检测元件在所述液相介质中的电阻率值；
所述第一检测导丝、第二检测导丝的直径D和材质完全一致；所述第一检测辅助铜丝、所述第二检测辅助铜丝、所述第三检测辅助铜丝和所述第四检测辅助铜丝的直径D、长度和材质完全一致；所述第一检测导丝和所述第二检测导丝的长度存在差异ΔL，以产生电阻差异ΔR，通过所述ΔR确定所述第一电阻率值ρG；
所述检测元件的布置方式分为两种，任选其一：
第一种布置方式，所述第三检测导丝为一根弯折的直线铜丝，直线部分与所述第一康铜丝平行，弯折部分位于所述外壳的底端附近，所述第三检测导丝的顶端设置在所述外壳的顶端之内，所述第三检测导丝的顶端与所述外壳顶端的距离大于所述第一康铜丝的顶端与所述外壳顶端的距离，所述第三检测导丝的尾端位于所述外壳内部且在进行液位测量时处于所述液相介质的所有可能液位之上；所述第五检测辅助铜丝的尾端和所述第六检测辅助铜丝的尾端与所述第三检测导丝的顶端相连；所述第一检测导丝的顶端和第二检测导丝的顶端设置在所述外壳的顶端之内，接近所述外壳的顶端；所述第一检测导丝的底端和所述第二检测导丝的底端连接到所述第三检测导丝的尾端，进行液位测量时所述第一检测导丝和所述第二检测导丝处于所述气相介质中；所述第一检测导丝全部采用弯折方式布线，所述第二检测导丝的中部采用弯折方式布线，其余部分采用直线形布线方式；所述第三检测导丝的直线部分至所述第一康铜丝的距离为r，同时，所述第一检测导丝和所述第二检测导丝设置在以所述第一康铜丝为轴线的半径为r的圆柱面内，所述第一检测导丝和所述第二检测导丝的每一个点距离所述第一康铜丝的最短距离都为r；
第二种布置方式，所述第三检测导丝为一根与所述第一康铜丝平行的直铜丝，所述第三检测导丝的顶端设置在所述外壳的顶端之内，所述第三检测导丝的顶端与所述外壳顶端的距离大于所述第一康铜丝的顶端与所述外壳顶端的距离，所述第三检测导丝的尾端位于所述外壳底端附近；所述第一检测导丝的尾端和所述第二检测导丝的尾端与所述第三检测导丝的尾端相连；所述第一检测导丝和所述第二检测导丝的主体部分为两者重叠构成的螺旋形，作为液位测量段用于测量所述液相介质的液位；所述第一检测导丝上部为单独构成的螺旋形，所述第二检测导丝上部为直线形；所述第一检测导丝的底端和所述第二检测导丝的底端连接到所述第三检测导丝尾端；进行液位测量时，所述第一检测导丝和所述第二检测导丝位于上部的非重叠部分处于所述气相介质中，所述液位测量段的一部分位于所述液相介质的液位中，且液相介质的液面不能超过所述液位测量段的全部高度；所述第一检测导丝和所述第二检测导丝用于构成所述液位测量段部分的长度相同，所述第一检测导丝和所述第二检测导丝位于上部的非重叠部分存在长度差异ΔL，以产生电阻差异ΔR，通过所述ΔR确定所述第一电阻率值ρG；所述液位测量段采用共螺旋且等螺距方式布线；所述第三检测导丝至所述第一康铜丝的距离为r，同时，所述第一检测导丝和所述第二检测导丝设置在以所述第一康铜丝为轴线的半径为r的圆柱面内，所述第一检测导丝和所述第二检测导丝的每一个点距离所述第一康铜丝的最短距离都为r；
所述第一检测导丝、所述第二检测导丝和所述第三检测导丝采用的材料包括Cu和Pt；所述检测元件分为第一检测回路和第二检测回路，所述第一检测回路的总长度为LL，由所述第一检测导丝、所述第一检测辅助铜丝、所述第二检测辅助铜丝、所述第三检测导丝、所述第五检测辅助铜丝和所述第六检测辅助铜丝组成，所述第一检测辅助铜丝和所述第二检测辅助铜丝作为一组，所述第五检测辅助铜丝和所述第六检测辅助铜丝作为一组，采用铜丝，以四线制方式接线至电阻测量仪表，获取第一检测回路的总电阻RL；第二检测回路总长度为LS，由所述第二检测导丝、所述第三检测辅助铜丝、所述第四检测辅助铜丝、所述第三检测导丝、所述第五检测辅助铜丝和所述第六检测辅助铜丝组成，所述第三检测辅助铜丝和所述第四检测辅助铜丝作为一组，所述第五检测辅助铜丝和第六检测辅助铜丝作为一组，采用铜丝，以四线制方式接线至电阻测量仪表，获取第二检测回路的总电阻RS；其中，LL-LS＝ΔL，ΔL>0；
进行液位检测时，选择所述第一检测回路和所述第二检测回路中的任意一个来实现液位检测；
选择所述第一检测回路作为液位检测回路时，根据所述第一检测回路的总长度LL和总电阻RL，确定所述容器内的所述液相介质的液位；
选择所述第二检测回路作为液位检测回路时，根据所述第二检测回路的总长度LS和总电阻RS，确定所述容器内的所述液相介质的液位。
进一步，在所述第二型液位检测装置的共同结构的基础上，所述2-1型液位检测装置还包括如下特点：所述测温元件包括第三康铜丝和第三铜丝；所述第三康铜丝和所述第三铜丝的顶端均位于所述外壳顶端之外，所述第三康铜丝的底端与所述第一康铜丝的顶端相连，所述第三铜丝的底端与所述第一铜丝的顶端相连，所述第一康铜丝的底端和所述第一铜丝的底端连接构成所述液相测温点；所述第三康铜丝和所述第三铜丝通过所述第一康铜丝、所述第一铜丝和所述液相测温点共同构成一个测温回路；所述第三康铜丝和所述第三铜丝的顶端连接至测温仪表，用于检测所述液相介质温度TL。
进一步，在所述第二型液位检测装置的共同结构的基础上，所述2-2 型液位检测装置还包括如下特点：
所述测温元件包括第三康铜丝和第三铜丝；所述第三康铜丝的顶端和所述第三铜丝的顶端设置在所述外壳的顶端之外，所述第三康铜丝的底端和所述第三铜丝的底端相连构成所述液相测温点；所述第三康铜丝、所述第三铜丝和所述液相测温点共同构成一个测温回路；所述第三康铜丝和所述第三铜丝的顶端连接至测温仪表，用于检测所述液相介质温度TL。
本发明还公开了用于如上所述1-1型、所述1-2型或所述1-3型且所述检测元件采用第一种布置方式的液位检测装置的一种液位检测方法，包括如下步骤：
步骤S1，将所述液位检测装置竖直地放入待检测的容器内，所述液相测温点贴近但不接触所述容器底部，保证在测试过程中所述液相测温点能够始终为所述容器内的所述液相介质所淹没；保证在测试过程中所述气相测温点贴近所述容器顶部，始终处于所述气相介质中；
步骤S2，将所述第一加热辅助铜丝的顶端和所述第二加热辅助铜丝的顶端分别接入直流电源两极，通过直流电源向所述第一康铜丝施加恒定电热功率，以引起所述检测元件处的所述气相介质和所述液相介质的温度产生变化；
步骤S3，采用康铜丝将所述第二康铜丝的顶端连接至测温仪表的接线端负极，采用铜丝将所述第二铜丝的顶端连接至测温仪表的接线端正极，形成第1路测温回路，通过所述气相测温点测量获得所述气相介质温度TG；采用康铜丝将所述第三康铜丝的顶端接至测温仪表的接线端负极，采用铜丝将所述第三铜丝的顶端接至测温仪表的接线端正极，形成第2路测温回路，通过所述液相测温点测量获得所述液相介质温度TL；或采用T型热电偶补偿导线，将所述第二康铜丝的顶端、所述第二铜丝的顶端、所述第三康铜丝的顶端和所述第三铜丝的顶端，分别接至测温仪表，获得所述气相介质温度TG和所述液相介质温度TL；
步骤S4，通过所述温度检测仪表及通道开关采集所述气相介质温度TG和所述液相介质温度TL，根据所述检测元件的电阻率-温度关系确定所述第一电阻率值ρG和所述第二电阻率值ρL；
步骤S5，以四线制方式，将所述检测元件接至电阻测量仪表，即分别采用2路铜丝，将所述第一检测辅助铜丝的顶端和所述第二检测辅助铜丝的顶端连接至电阻测量仪表四线制测量一组测量通道的一极，将所述第三检测辅助铜丝的顶端和所述第四检测辅助铜丝的顶端连接至电阻测量仪表四线制测量一组测量通道的另一极，测量所述第一检测导丝和所述第二检测导丝的总电阻R；
步骤S6，根据所述检测元件的直径D、总长度L，根据以下公式确定所述容器内的所述液相介质的液位h1
Figure BDA0003859173650000101
公式中的R是指所述第一检测导丝和所述第二检测导丝的总电阻。
本发明还公开了用于如上所述1-1型、所述1-2型或所述1-3型且所述检测元件采用第二种布置方式的液位检测装置的一种液位检测方法，包括如下步骤：
步骤S1，将所述液位检测装置竖直地放入待检测的容器内，所述液相测温点贴近但不接触所述容器底部，保证在测试过程中所述液相测温点能够始终为所述容器内的所述液相介质所淹没；保证在测试过程中所述气相测温点贴近所述容器顶部，始终处于所述气相介质中；
步骤S2，将所述第一加热辅助铜丝的顶端和所述第二加热辅助铜丝的顶端分别接入直流电源两极，通过直流电源向所述第一康铜丝施加恒定电热功率，以引起所述检测元件处的所述气相介质和所述液相介质的温度产生变化；
步骤S3，采用康铜丝将所述第二康铜丝的顶端连接至测温仪表的接线端负极，采用铜丝将所述第二铜丝的顶端连接至测温仪表的接线端正极，形成第1路测温回路，通过所述气相测温点测量获得所述气相介质温度TG；采用康铜丝将所述第三康铜丝的顶端接至测温仪表的接线端负极，采用铜丝将所述第三铜丝的顶端接至测温仪表的接线端正极，形成第2路测温回路，通过所述液相测温点测量获得所述液相介质温度TL；或采用T型热电偶补偿导线，将所述第二康铜丝的顶端、所述第二铜丝的顶端、所述第三康铜丝的顶端和所述第三铜丝的顶端，分别接至测温仪表，获得所述气相介质温度TG和所述液相介质温度TL；
步骤S4，通过所述温度检测仪表及通道开关采集所述气相介质温度TG和所述液相介质温度TL，根据所述检测元件的电阻率-温度关系确定所述第一电阻率值ρG和所述第二电阻率值ρL；
步骤S5，以四线制方式，将所述检测元件接至电阻测量仪表，即分别采用2路铜丝，将所述第一检测辅助铜丝的顶端和所述第二检测辅助铜丝的顶端连接至电阻测量仪表四线制测量一组测量通道的一极，将所述第三检测辅助铜丝的顶端和所述第四检测辅助铜丝的顶端连接至电阻测量仪表四线制测量一组测量通道的另一极，测量所述第一检测导丝和所述第二检测导丝的总电阻R；
步骤S6，根据所述检测元件的直径D、总长度L，根据以下公式确定所述容器内的所述液相介质的液位h1
Figure BDA0003859173650000111
公式中的R是指所述第一检测导丝和所述第二检测导丝的总电阻；
步骤S7，根据所述检测元件的单位螺距的长度与垂直高度的对应关系，进一步确定容器内液相介质的液位h2，具体地，若所述检测元件的单位螺距的长度LC与垂直高度hC关系系数为α，即LC＝α×hC，则
Figure BDA0003859173650000121
液位h2 为：
Figure BDA0003859173650000122
本发明还公开了用于如上所述2-1型或所述2-2型且所述检测元件采用第一种布置方式的液位检测装置的一种液位检测方法，包括如下步骤：
步骤S1，将所述液位检测装置竖直地放入待检测的容器内，所述液相测温点贴近但不接触所述容器底部，保证在测试过程中所述液相测温点能够始终为所述容器内的所述液相介质所淹没；保证在测试过程中所述检测元件的长度存在差异ΔL的部分贴近所述容器顶部，始终处于所述气相介质中；
步骤S2，将所述第一加热辅助铜丝的顶端和所述第二加热辅助铜丝的顶端分别接入直流电源两极，通过直流电源向所述第一康铜丝施加恒定电热功率，以引起所述检测元件处的所述气相介质和所述液相介质的温度产生变化；
步骤S3，采用康铜丝将所述第三康铜丝的顶端接至测温仪表的接线端负极，采用铜丝将所述第三铜丝的顶端接至测温仪表的接线端正极，形成测温回路，通过所述液相测温点测量获得所述液相介质温度TL；或采用T 型热电偶补偿导线，将所述第三康铜丝的顶端和所述第三铜丝的顶端，分别接至测温仪表，获得所述液相介质温度TL；
步骤S4，根据所述检测元件的电阻率-温度关系确定所述第二电阻率值ρL；
步骤S5，以四线制方式，将所述检测元件接至电阻测量仪表，即分别采用2路铜丝，将所述第一检测辅助铜丝的顶端和所述第二检测辅助铜丝的顶端连接至电阻测量仪表四线制测量一组测量通道的一极，将所述第五检测辅助铜丝的顶端和所述第六检测辅助铜丝的顶端连接至电阻测量仪表四线制测量一组测量通道的另一极；分别采用2路铜丝，将所述第三检测辅助铜丝的顶端和所述第四检测辅助铜丝的顶端连接至电阻测量仪表四线制测量一组测量通道的一极，将所述第五检测辅助铜丝的顶端和所述第六检测辅助铜丝的顶端连接至电阻测量仪表四线制测量一组测量通道的另一极；通过电阻测量仪表及通道开关，获取由所述第一检测导丝和所述第三检测导丝组成的所述第一检测回路的总电阻RL，以及获取由所述第二检测导丝和所述第三检测导丝组成的所述第二检测回路的总电阻RS；确定两回路电阻差值ΔR＝RL-RS；
步骤S6，根据所述检测元件的直径D以及所述第一检测导丝和所述第二检测导丝的长度差异ΔL，通过以下公式确定所述第一电阻率值ρG；
Figure BDA0003859173650000131
公式中S是指所述第一检测导丝和所述第二检测导丝的横截面积；
步骤S7，
根据所述第一检测回路的总长度LL和总电阻RL、所述第一电阻率值ρG以及所述第二电阻率值ρL，通过以下公式确定所述容器内所述液相介质的液位h1；
Figure BDA0003859173650000132
或者，根据所述第二检测回路的总长度LS和总电阻RS，所述第一电阻率值ρG以及所述第二电阻率值ρL，通过以下公式确定所述容器内所述液相介质的液位h1；
Figure BDA0003859173650000133
本发明还公开了用于如上所述2-1型或所述2-2型且所述检测元件采用第二种布置方式的液位检测装置的一种液位检测方法，包括如下步骤：
步骤S1，将所述液位检测装置竖直地放入待检测的容器内，所述液相测温点贴近但不接触所述容器底部，保证在测试过程中所述液相测温点能够始终为所述容器内的所述液相介质所淹没；保证在测试过程中所述检测元件的长度存在差异ΔL的部分贴近所述容器顶部，始终处于所述气相介质中；
步骤S2，将所述第一加热辅助铜丝的顶端和所述第二加热辅助铜丝的顶端分别接入直流电源两极，通过直流电源向所述第一康铜丝施加恒定电热功率，以引起所述检测元件处的所述气相介质和所述液相介质的温度产生变化；
步骤S3，采用康铜丝将所述第三康铜丝的顶端接至测温仪表的接线端负极，采用铜丝将所述第三铜丝的顶端接至测温仪表的接线端正极，形成测温回路，通过所述液相测温点测量获得所述液相介质温度TL；或采用T 型热电偶补偿导线，将所述第三康铜丝的顶端和所述第三铜丝的顶端，分别接至测温仪表，获得所述液相介质温度TL；
步骤S4，根据所述检测元件的电阻率-温度关系确定所述第二电阻率值ρL；
步骤S5，以四线制方式，将所述检测元件接至电阻测量仪表，即分别采用2路铜丝，将所述第一检测辅助铜丝的顶端和所述第二检测辅助铜丝的顶端连接至电阻测量仪表四线制测量一组测量通道的一极，将所述第五检测辅助铜丝的顶端和所述第六检测辅助铜丝的顶端连接至电阻测量仪表四线制测量一组测量通道的另一极；分别采用2路铜丝，将所述第三检测辅助铜丝的顶端和所述第四检测辅助铜丝的顶端连接至电阻测量仪表四线制测量一组测量通道的一极，将所述第五检测辅助铜丝的顶端和所述第六检测辅助铜丝的顶端连接至电阻测量仪表四线制测量一组测量通道的另一极；通过电阻测量仪表及通道开关，获取由所述第一检测导丝和所述第三检测导丝组成的所述第一检测回路的总电阻RL，以及获取由所述第二检测导丝和所述第三检测导丝组成的所述第二检测回路的总电阻RS；确定两回路电阻差值ΔR＝RL-RS；
步骤S6，根据所述检测元件的直径D以及所述第一检测导丝和所述第二检测导丝的长度差异ΔL，通过以下公式确定所述第一电阻率值ρG；
Figure BDA0003859173650000151
公式中S是指所述第一检测导丝和所述第二检测导丝的横截面积；
步骤S7，
根据所述第一检测回路的总长度LL和总电阻RL、所述第一电阻率值ρG以及所述第二电阻率值ρL，通过以下公式确定所述容器内所述液相介质的液位h1；
Figure BDA0003859173650000152
或者，根据所述第二检测回路的总长度LS和总电阻RS，所述第一电阻率值ρG以及所述第二电阻率值ρL，通过以下公式确定所述容器内所述液相介质的液位h1；
Figure BDA0003859173650000153
步骤S8，根据所述液位测量段检测元件的单位螺距的长度与垂直高度的对应关系，进一步确定容器内液相介质的液位h2，具体地，若液位测量段的单位螺距的长度LC与垂直高度hC关系系数为α，即LC＝α×hC，则
Figure BDA0003859173650000161
液位h2为：
Figure BDA0003859173650000162
本发明的有益效果在于：
1.通过监测检测元件电阻变化，以精简的结构完成容器液位的连续检测，降低成本，简化安装工艺。
2.以独立元件同步实现液位检测、加热及测温功能，拓宽需求应用场景。
附图说明
图1是本发明具体实施方式部分所述的第一型液位检测装置中的1-1 型的示意图(检测元件采用第一种布置方式，第一检测导丝3和第二检测导丝4为平行的直线型)；
图2是图1中的1-1型液位检测装置的轴向截面示意图，给出符合条件的布置方式示例，具体布置方式并不限于此；
图3是本发明具体实施方式部分所述的第一型液位检测装置中的1-2 型的示意图(检测元件采用第一种布置方式，第一检测导丝3和第二检测导丝4为平行的直线型)；
图4是图3中的1-2型液位检测装置的轴向截面示意图，给出符合条件的布置方式示例，具体布置方式并不限于此；
图5是本发明具体实施方式部分所述的第一型液位检测装置中的1-3 型的示意图(检测元件采用第一种布置方式，第一检测导丝3和第二检测导丝4为平行的直线型)；
图6是图5中的1-3型液位检测装置的轴向截面示意图，给出符合条件的布置方式示例，具体布置方式并不限于此；
图7是本发明具体实施方式部分所述的第一型液位检测装置中的1-1 型的示意图(检测元件采用第二种布置方式，第一检测导丝3和第二检测导丝4为螺旋形)；
图8是图7中的1-1型液位检测装置的轴向截面示意图，给出符合条件的布置方式示例，具体布置方式并不限于此；
图9是本发明具体实施方式部分所述的第二型液位检测装置中的2-1 型的示意图(检测元件采用第一种布置方式，第一检测导丝3的中部和第二检测导丝4的中部采用弯曲布线的方式进行设置)；
图10是图9中的2-1型液位检测装置的轴向截面示意图，给出符合条件的布置方式示例，具体布置方式并不限于此；
图11是本发明具体实施方式部分所述的第二型液位检测装置中的2-2 型的示意图(检测元件采用第一种布置方式，第一检测导丝3的中部和第二检测导丝4的中部采用弯曲布线的方式进行设置)；
图12是图9中的2-2型液位检测装置的轴向截面示意图，给出符合条件的布置方式示例，具体布置方式并不限于此；
图13是本发明具体实施方式部分所述的第二型液位检测装置中的2-1 型的示意图(检测元件采用第二种布置方式，第一检测导丝3和第二检测导丝4的主体部分为两者重叠构成的螺旋形)；
图14是图13中的2-1型液位检测装置的轴向截面示意图，给出符合条件的布置方式示例，具体布置方式并不限于此；
图中：1-第一康铜丝，2-第一铜丝，3-第一检测导丝，4-第二检测导丝，5-第二康铜丝，6-第二铜丝，7-第三康铜丝，8-第三铜丝，9-气相测温点，10-液相测温点，11-外壳，12-第三检测导丝，1-1-第一加热辅助铜丝，2-1-第二加热辅助铜丝，3-1-第一检测辅助铜丝，3-2-第二检测辅助铜丝，4-1-第三检测辅助铜丝，4-2-第四检测辅助铜丝，12-1第五检测辅助铜丝，12-2-第六检测辅助铜丝，P1-第一康铜丝的顶端，P2-第一铜丝的顶端，P3-第一检测导丝的顶端，P4-第二检测导丝的顶端，P5-第三康铜丝的底端与第二康铜丝的连接位置，P12-1-第三检测导丝的顶端，P12-2-第三检测导丝的尾端。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
一般介质液相热容显著高于气相热容，吸收同样的热量，气相温度变化反馈速度快，增幅显著。沸点附近，因受热将导致液-气相转化，两相的温度变化差异更为显著。
利用检测元件的电阻-温度特性，以及一般介质气、液两相热容的差异，同时加热介质两相，加热元件附近的两相温度将产生显著差异。通过适当方式取得位于加热元件附近的检测元件在介质气、液两相的电阻率值，配合检测元件总电阻值的测量，可取得检测元件在气、液两相的长度分布，进而指示出介质液位。
根据上述特点，本发明提供的一种液位检测装置，用于容器内部液相介质的液位测量，包括设置在外壳11内的加热元件、测温元件和检测元件，通过加热元件对外壳11周围的气相介质和液相介质进行加热，通过测温元件对气相介质或液相介质进行测温，结合检测元件的电阻率值和电阻值确定容器内的液相介质的液位。
该液位检测装置分为第一型和第二型两大类,都具有如下的相同的基本结构：
外壳11为圆筒型结构，具备足够的强度与热传导能力，且具备绝缘、耐蚀、密封性能；
加热元件由第一康铜丝1、第一铜丝2、第一加热辅助铜丝1-1和第二加热辅助铜丝2-1构成，第一康铜丝1的顶端P1设置在外壳11的顶端之内，接近外壳11顶端，第一铜丝2的顶端P2设置在外壳11的顶端之外，第一加热辅助铜丝1-1的顶端设置在外壳11的顶端之外，第二加热辅助铜丝2-1的设置在外壳11的顶端之外，第一康铜丝1的底端和第一铜丝2 的底端相连并设置在外壳11的底端之内，接近外壳11底端；第一加热辅助铜丝1-1的尾端与第一康铜丝1的顶端P1相连，第二加热辅助铜丝2-1 的尾端与第一铜丝2的顶端P2相连；第一加热辅助铜丝1-1的顶端和第二加热辅助铜丝2-1的顶端用于连接电源正负极(无明确对应关系)，形成加热回路；
第一康铜丝1位于外壳11的轴线位置，在进行液位测量时第一康铜丝 1在竖直方向贯穿气相介质和液相介质，第一康铜丝1的具体形式不限，包括直线形或螺旋形；当第一康铜丝1为直线形时，第一康铜丝1本身即位于整个液位检测装置的中心，当第一康铜丝1为螺旋形时，螺旋形结构中心与整个液位检测装置的中心重合，以便第一康铜丝1各向同性地由液位检测装置中心向外散发热量；
测温元件包括液相测温点10，液相测温点10为铜丝和康铜丝构成的T 型热电偶的测温结点；液相测温点10位于外壳11底端附近，用于获得液相介质温度TL；在进行液位测量时，液相测温点10位于待检测液位的容器的底部位置，测量过程中始终处于液相介质的液位之下；液相测温点10 的连接构成的方式可以为任何一种能够牢固固定于同一结点的方式，包括电弧焊接、氢弧焊接、气焊、和盐水焊接等；在构建液相测温点10形成T 型热电偶的基本结构后，对所取得的液相测温点10进行校准，以在后续介质温度测量过程中取得准确的液相介质温度TL；
外壳11内部填充绝缘导热物质，用于固定检测元件和加热元件，保持二者相对位置，从而保证相同相态介质中检测元件电阻率的一致性；检测元件和加热元件外部均采取绝缘措施，以保证足够的绝缘性能。本发明的技术方案基于相同加热条件下，位于气、液两相内的检测元件电阻变化存在差异，即温度差异所导致的电阻率差异，进行液位表征。因此，位于两相中的检测元件部分需各自具备相同的电阻率，即检测元件位于气相的部分具备相同的电阻率ρG，位于液相的部分具备相同的电阻率ρL。为保证相同相态介质中检测元件电阻率的一致性，需要采用适当的手段保障检测元件与第一康铜丝1相对位置的一致性，即相同相态介质中检测元件距离第一康铜丝1的位置相同。
在基本结构的基础上，第一型液位检测装置进一步细分为1-1型(见图1、2、7、8)、1-2型(见图3、4)和1-3型(见图5、6)；第一型液位检测装置的共同结构是：
测温元件还包括气相测温点9，气相测温点9为铜丝和康铜丝构成的T 型热电偶的测温结点；气相测温点9位于外壳11内，且(在进行液位测量时)处于液相介质的所有可能液位之上，用于获得气相介质温度TG；气相测温点9的连接构成的方式可以为任何一种能够牢固固定于同一结点的方式，包括电弧焊接、氢弧焊接、气焊、和盐水焊接等；在构建气相测温点 9形成T型热电偶的基本结构后，对所取得的气相测温点9进行校准，以在后续介质温度测量过程中取得准确的气相介质温度TG；
检测元件包括第一检测导丝3、第二检测导丝4、第一检测辅助铜丝 3-1、第二检测辅助铜丝3-2、第三检测辅助铜丝4-1和第四检测辅助铜丝 4-2，第一检测导丝3和第二检测导丝4的长度、直径D和材质完全一致；第一检测导丝3的顶部P3设置在外壳11的顶端之内，第一检测导丝3的顶端P3与外壳11顶端的距离大于第一康铜丝1的顶端P1与外壳11顶端的距离，第二检测导丝4的顶部P4设置在外壳11的顶端之内，第二检测导丝4的顶端P4与外壳11顶端的距离大于第一康铜丝1的顶端P1与外壳 11顶端的距离，第一检测辅助铜丝3-1的顶端设置在外壳11的顶端之外，第一检测辅助铜丝3-1的尾端与第一检测导丝3的顶端P3相连，第二检测辅助铜丝3-2的顶端设置在外壳11的顶端之外，第二检测辅助铜丝3-2 的尾端与第一检测导丝3的顶端P3相连，第三检测辅助铜丝4-1的顶端设置在外壳11的顶端之外，第三检测辅助铜丝4-1的尾端与第二检测导丝4 的顶端P4相连，第四检测辅助铜丝4-2的顶端设置在外壳11的顶端之外，第四检测辅助铜丝4-2的尾端与第二检测导丝4的顶端P4相连，第一检测导丝3的底端和第二检测导丝4的底端相连，连接点位于外壳11底端附近，在进行液位测量时自上而下贯穿待检测气相介质和液相介质，形成电阻测量回路；第一检测辅助铜丝3-1和第二检测辅助铜丝3-2作为一组、第三检测辅助铜丝4-1和第四检测辅助铜丝4-2作为一组，分别自其顶端采用四线制接至电阻测量仪表测量检测元件的电阻值；
检测元件的布置方式分为两种，任选其一：
第一种布置方式，第一检测导丝3和第二检测导丝4除相互连接的底端部分外，其余部分为平行的直线形(见图1、3、5)，
第二种布置方式，第一检测导丝3和第二检测导丝4重叠构成等螺距的共螺旋形(见图7)；
两种方式中，第一检测导丝3和第二检测导丝4的每一个点距离第一康铜丝1的最短距离都保持一致；
第一检测导丝3和第二检测导丝4采用的材料可以为Cu或Pt，原则上采用电阻-温度系数显著的金属；
气相测温点9、第一检测导丝3和第二检测导丝4与第一康铜丝1的距离一致，以保证气相测温点9所测温度能够代表检测元件所处温度；
检测元件的电阻值包括第一检测导丝3和第二检测导丝4的总电阻R；
检测元件的电阻率值包括第一电阻率值ρG和第二电阻率值ρL；第一电阻率值ρG是指检测元件在气相介质中的电阻率值，第二电阻率值ρL是指检测元件在液相介质中的电阻率值。
在第一型液位检测装置的共同结构的基础上，1-1型液位检测装置(见图1、2)还包括如下特点：
测温元件包括第二康铜丝5、第二铜丝6、第三康铜丝7和第三铜丝8；
第二康铜丝5的顶端和第二铜丝6的顶端设置在外壳11的顶端之外，第二铜丝6位于外壳11的顶部附近，处于气相介质中，第二铜丝6的底端设置在第一康铜丝1上并构成气相测温点9；第二康铜丝5的底端与第一康铜丝1的顶端P1相连；第二康铜丝5和第二铜丝6通过第一康铜丝1 和气相测温点9共同构成一个测温回路；
第三康铜丝7的顶端和第三铜丝8的顶端设置在外壳11的顶端之外，第三康铜丝7的底端与第一康铜丝1的顶端P1相连，第三铜丝8的底端与第一铜丝2的顶端P2相连，第一康铜丝1的底端和第一铜丝2的底端连接构成液相测温点10；第三康铜丝7和第三铜丝8通过第一康铜丝1、第一铜丝2和液相测温点10共同构成一个测温回路；
第二康铜丝5、第二铜丝6、第三康铜丝7和第三铜丝8的顶端连接至测温仪表，用于检测气相介质温度TG和液相介质温度TL。
在第一型液位检测装置的共同结构的基础上，1-2型液位检测装置(见图3、4)还包括如下特点：
测温元件包括第二康铜丝5、第二铜丝6、第三康铜丝7和第三铜丝8；
第二康铜丝5的顶端和第二铜丝6的顶端设置在外壳11的顶端之外，第二铜丝6位于外壳11的顶部附近，第二铜丝6的底端设置在第二康铜丝 5上并构成气相测温点9，气相测温点位9位于外壳11顶部以下，气相测温点位9与外壳11顶端的距离大于第一康铜丝1的顶端P1与外壳11顶端的距离；第二康铜丝5、第二铜丝6和气相测温点9共同构成一个测温回路；
第三康铜丝7的顶端和第三铜丝8的顶端设置在外壳11的顶端之外，第三康铜丝7的底端设置在第二康铜丝5上，第三康铜丝7的底端与第二康铜丝5的连接位置P5位于外壳11的顶端之内或者位于外壳11的顶端之外；第二康铜丝5的底端和第三铜丝8的底端相连构成液相测温点10，液相测温点10位于外壳11底端附近；第三康铜丝7、第三铜丝8通过第二康铜丝5和液相测温点10共同构成一个测温回路；
第二康铜丝5、第二铜丝6、第三康铜丝7和第三铜丝8的顶端连接至测温仪表，用于检测气相介质温度TG和液相介质温度TL。
在第一型液位检测装置的共同结构的基础上，1-3型液位检测装置(见图5、6)还包括如下特点：
测温元件包括第二康铜丝5、第二铜丝6、第三康铜丝7和第三铜丝8；
第二康铜丝5的顶端和第二铜丝6的顶端设置在外壳11的顶端之外，第二康铜丝5和第二铜丝6位于外壳11的顶部附近，处于气相介质中，第二康铜丝5的底端和第二铜丝6的底端相连构成气相测温点9，气相测温点位9位于外壳11顶部以下，气相测温点位9与外壳11顶端的距离大于第一康铜丝1的顶端P1与外壳11顶端的距离；第二康铜丝5、第二铜丝6 和气相测温点9共同构成一个测温回路；
第三康铜丝7的顶端和第三铜丝8的顶端设置在外壳11的顶端之外，第三康铜丝7的底端和第三铜丝8的底端相连构成液相测温点10，液相测温点10位于外壳11底端附近；第三康铜丝7、第三铜丝8和液相测温点 10共同构成一个测温回路；
第二康铜丝5、第二铜丝6、第三康铜丝7和第三铜丝8的顶端连接至测温仪表，用于检测气相介质温度TG和液相介质温度TL。
1-2型、1-3型液位检测装置是当液位检测装置的整体空间紧凑性要求不高时，加热回路和测温回路相互独立的结构形式。
在基本结构的基础上，第二型液位检测装置进一步细分为2-1型(见图9、10、13、14)和2-2型(见图11、12)，第二型液位检测装置的共同结构是：
检测元件包括第一检测导丝3、第二检测导丝4、第三检测导丝12、第一检测辅助铜丝3-1、第二检测辅助铜丝3-2、第三检测辅助铜丝4-1、第四检测辅助铜丝4-2、第五检测辅助铜丝12-1和第六检测辅助铜丝12-2；
检测元件的电阻率值包括第一电阻率值ρG和第二电阻率值ρL；第一电阻率值ρG是指检测元件在气相介质中的电阻率值，第二电阻率值ρL是指检测元件在液相介质中的电阻率值；
第一检测导丝3和第二检测导丝4的直径D和材质完全一致；第一检测辅助铜丝3-1、第二检测辅助铜丝3-2、第三检测辅助铜丝4-1和第四检测辅助铜丝4-2的直径D、长度和材质完全一致；第一检测导丝3和第二检测导丝4的长度存在差异ΔL，以产生电阻差异ΔR，通过ΔR确定第一电阻率值ρG；
检测元件的布置方式分为两种，任选其一：
第一种布置方式，如图9、11所示，第三检测导丝12为一根弯折的直线铜丝，直线部分与第一康铜丝1平行，弯折部分位于外壳11的底端附近，第三检测导丝12的顶端P12-1设置在外壳11的顶端之内，第三检测导丝 12的顶端P12-1与外壳11顶端的距离大于第一康铜丝1的顶端P1与外壳 11顶端的距离，第三检测导丝12的尾端P12-2位于外壳11内部，且在进行液位测量时处于液相介质的所有可能液位之上；第五检测辅助铜丝12-1 的尾端和第六检测辅助铜丝12-2的尾端与第三检测导丝12的顶端P12-1 相连；第一检测导丝3的顶端P3和第二检测导丝4的顶端P4设置在外壳 11的顶端之内，接近外壳11的顶端；第一检测导丝3的底端和第二检测导丝4的底端连接到第三检测导丝12的尾端P12-2，进行液位测量时第一检测导丝3和第二检测导丝4处于气相介质中；第一检测导丝3全部采用弯折方式布线，第二检测导丝4的中部采用弯折方式布线，以便在较短的竖直距离内产生较大的长度差异ΔL，其余部分，采用直线形布线方式；第三检测导丝12的直线部分至第一康铜丝1的距离为r，同时，第一检测导丝3和第二检测导丝4设置在以第一康铜丝1为轴线的半径为r的圆柱面内，第一检测导丝3和第二检测导丝4的每一个点距离第一康铜丝1的最短距离都为r；
第二种布置方式，如图13所示，第三检测导丝12为一根与第一康铜丝1平行的直铜丝，第三检测导丝的顶端P12-1设置在外壳11的顶端之内，第三检测导丝12的顶端P12-1与外壳11顶端的距离大于第一康铜丝1的顶端P1与外壳11顶端的距离，第三检测导丝12的尾端P12-2位于外壳 11底端附近；第一检测导丝3的尾端和第二检测导丝4的尾端与第三检测导丝12的尾端P12-2相连；第一检测导丝3和第二检测导丝4的主体部分为两者(第一检测导丝3和第二检测导丝4)重叠构成的螺旋形，作为液位测量段用于测量液相介质的液位；第一检测导丝3上部为单独构成的螺旋形，第二检测导丝4上部为直线形；第一检测导丝3的底端和第二检测导丝4的底端连接到第三检测导丝12尾端P12-2；进行液位测量时，第一检测导丝3和第二检测导丝4位于上部的非重叠部分处于气相介质中，液位测量段的一部分位于液相介质的液位中，且液相介质的液面不能超过液位测量段的全部高度；第一检测导丝3和第二检测导丝4用于构成液位测量段部分的长度相同，第一检测导丝3和第二检测导丝4位于上部的非重叠部分存在长度差异ΔL，以产生电阻差异ΔR，通过ΔR确定第一电阻率值ρG；液位测量段采用共螺旋且等螺距方式布线；第三检测导丝12至第一康铜丝 1的距离为r，同时，第一检测导丝3和第二检测导丝4设置在以第一康铜丝1为轴线的半径为r的圆柱面内，第一检测导丝3和第二检测导丝4的每一个点距离第一康铜丝1的最短距离都为r；
第一检测导丝3、第二检测导丝4和第三检测导丝12采用的材料包括 Cu和Pt；，原则上采用电阻-温度系数显著的金属；
检测元件分为第一检测回路和第二检测回路，第一检测回路的总长度为LL，由第一检测导丝3、第一检测辅助铜丝3-1、第二检测辅助铜丝3-2、第三检测导丝12、第五检测辅助铜丝12-1和第六检测辅助铜丝12-2组成，第一检测辅助铜丝3-1和第二检测辅助铜丝3-2作为一组，第五检测辅助铜丝12-1和第六检测辅助铜丝12-2作为一组，采用铜丝，以四线制方式接线至电阻测量仪表，获取第一检测回路的总电阻RL；第二检测回路总长度为LS，由第二检测导丝4、第三检测辅助铜丝4-1、第四检测辅助铜丝4-2、第三检测导丝12、第五检测辅助铜丝12-1和第六检测辅助铜丝12-2组成，第三检测辅助铜丝4-1和第四检测辅助铜丝4-2作为一组，第五检测辅助铜丝12-1 和第六检测辅助铜丝12-2作为一组，采用铜丝，以四线制方式接线至电阻测量仪表，获取第二检测回路的总电阻RS；其中，LL-LS＝ΔL，ΔL>0；
进行液位检测时，选择第一检测回路和第二检测回路中的任意一个来实现液位检测；
选择第一检测回路作为液位检测回路时，根据第一检测回路的总长度 LL和总电阻RL，确定容器内的液相介质的液位；
选择第二检测回路作为液位检测回路时，根据第二检测回路的总长度 LS和总电阻RS，确定容器内的液相介质的液位。
在第二型液位检测装置的共同结构的基础上，2-1型液位检测装置(见图 9、10、13、14)还包括如下特点：测温元件包括第三康铜丝7和第三铜丝8，第三康铜丝7和第三铜丝8的顶端均位于外壳11顶端之外，第三康铜丝7的底端与第一康铜丝1的顶端P1相连；第三铜丝8的底端与第一铜丝2的顶端P2相连，第一康铜丝1的底端和第一铜丝2的底端连接构成液相测温点10；第三康铜丝7 和第三铜丝8通过第一康铜丝1、第一铜丝2和液相测温点10共同构成一个测温回路；第三康铜丝7和第三铜丝8的顶端连接至测温仪表，用于检测液相介质温度TL。2-1型液位检测装置通过测温元件和加热元件共用第一康铜丝1和第一铜丝2能够简化结构，节约布置空间。
在第二型液位检测装置的共同结构的基础上，2-2型液位检测装置(见图11、12)还包括如下特点：
测温元件包括第三康铜丝7和第三铜丝8；第三康铜丝7的顶端和第三铜丝8的顶端设置在外壳11的顶端之外，第三康铜丝7的底端和第三铜丝8的底端相连构成液相测温点10；第三康铜丝7、第三铜丝8和液相测温点10共同构成一个测温回路；第三康铜丝7和第三铜丝8的顶端连接至测温仪表，用于检测液相介质温度TL。
当液位检测装置的整体空间紧凑性要求不高时，测温回路和加热回路可相互独立。此时，2-2型液位检测装置的加热回路和测温回路不再共用第一康铜丝1。
本发明还提供了用于1-1型、1-2型或1-3型且检测元件采用第一种布置方式的液位检测装置的一种液位检测方法(方法一)，包括如下步骤：
步骤S1，将液位检测装置竖直地放入待检测的容器内，液相测温点10 贴近但不接触容器底部，保证在测试过程中液相测温点10能够始终为容器内的液相介质所淹没，具备代表性液相介质温度；保证在测试过程中气相测温点9贴近容器顶部，始终处于气相介质中；
步骤S2，将第一加热辅助铜丝1-1的顶端和第二加热辅助铜丝2-1的顶端分别接入直流电源两极，通过直流电源向第一康铜丝1施加恒定电热功率，以引起检测元件处的气相介质和液相介质的温度产生足够显著的能够满足测量需要的变化；
步骤S3，采用康铜丝将第二康铜丝5的顶端连接至测温仪表的接线端负极，采用铜丝将第二铜丝6的顶端连接至测温仪表的接线端正极，形成第1路测温回路，通过气相测温点9测量获得气相介质温度TG；采用康铜丝将第三康铜丝7的顶端接至测温仪表的接线端负极，采用铜丝将第三铜丝8的顶端接至测温仪表的接线端正极，形成第2路测温回路，通过液相测温点10测量获得液相介质温度TL；或采用T型热电偶补偿导线，将第二康铜丝5的顶端、第二铜丝6的顶端、第三康铜丝7的顶端和第三铜丝8 的顶端，分别接至测温仪表，获得气相介质温度TG和液相介质温度TL；
步骤S4，通过温度检测仪表及通道开关采集气相介质温度TG和液相介质温度TL，根据检测元件的电阻率-温度关系确定第一电阻率值ρG和第二电阻率值ρL；
步骤S5，以四线制方式，将检测元件接至电阻测量仪表，即分别采用 2路铜丝，将第一检测辅助铜丝3-1的顶端和第二检测辅助铜丝3-2的顶端连接至电阻测量仪表四线制测量一组测量通道的一极，将第三检测辅助铜丝4-1的顶端和第四检测辅助铜丝4-2的顶端连接至电阻测量仪表四线制测量一组测量通道的另一极，测量第一检测导丝3和第二检测导丝4的总电阻R；
步骤S6，根据检测元件的直径D、总长度L，根据以下公式确定容器内的液相介质的液位h1
Figure BDA0003859173650000271
公式中的R是指第一检测导丝3和第二检测导丝4的总电阻。
本发明还提供了用于1-1型、1-2型或1-3型且检测元件采用第二种布置方式的液位检测装置的一种液位检测方法(方法二)，包括如下步骤：
在方法一的步骤S1至步骤S6的基础上，还包括步骤S7，根据检测单元的单位螺距的长度与垂直高度的对应关系，进一步确定容器内液相介质的液位h2，具体地，若检测单元的单位螺距的长度LC与垂直高度hC关系系数为α，即LC＝α×hC，则
Figure BDA0003859173650000272
液位h2为：
Figure BDA0003859173650000273
在方法一和方法二中，当液位检测采用如附图1(1-1型)及附图7(1-1 型)所示的紧凑结构的液位检测装置时，加热回路与两路测温回路共用第一康铜丝1，需严格控制加热及测温时序，以保证测量准确性及仪表安全。具体地，加热周期与测温周期，应保持不低于秒级的时间间隔。
本发明还提供了用于2-1型或2-2型且检测元件采用第一种布置方式的液位检测装置的一种液位检测方法(方法三)，包括如下步骤：
步骤S1，将液位检测装置竖直地放入待检测的容器内，液相测温点10 贴近但不接触容器底部，保证在测试过程中液相测温点10能够始终为容器内的液相介质所淹没，具备代表性液相介质温度；保证在测试过程中检测元件的长度存在差异ΔL的部分贴近容器顶部，始终处于气相介质中(检测元件的长度存在差异ΔL的部分，在“第三检测导丝12为一根弯折的直线铜丝”的技术方案中，是指第一检测导丝3和第二检测导丝4；在“第三检测导丝12为一根与第一康铜丝1平行的直铜丝”且“第一检测导丝3 和第二检测导丝4的主体部分为两者重叠构成的螺旋形”的技术方案中，是指第一检测导丝3和第二检测导丝4上部非重叠部分)；
步骤S2，将第一加热辅助铜丝1-1的顶端和第二加热辅助铜丝2-1的顶端分别接入直流电源两极，通过直流电源向第一康铜丝1施加恒定电热功率，以引起检测元件处的气相介质和液相介质的温度产生足够显著的能够满足测量需要的变化；
步骤S3，采用康铜丝将第三康铜丝7的顶端接至测温仪表的接线端负极，采用铜丝将第三铜丝8的顶端接至测温仪表的接线端正极，形成测温回路，通过液相测温点10测量获得液相介质温度TL；或采用T型热电偶补偿导线，将第三康铜丝7的顶端和第三铜丝8的顶端，分别接至测温仪表，获得液相介质温度TL；
步骤S4，根据检测元件的电阻率-温度关系确定第二电阻率值ρL；(也就是检测元件在液相介质中的电阻率值)
步骤S5，以四线制方式，将检测元件接至电阻测量仪表，即分别采用2 路铜丝，将第一检测辅助铜丝3-1的顶端和第二检测辅助铜丝3-2的顶端连接至电阻测量仪表四线制测量一组测量通道的一极，将第五检测辅助铜丝 12-1的顶端和第六检测辅助铜丝12-2的顶端连接至电阻测量仪表四线制测量一组测量通道的另一极；分别采用2路铜丝，将第三检测辅助铜丝4-1的顶端和第四检测辅助铜丝4-2的顶端连接至电阻测量仪表四线制测量一组测量通道的一极，将第五检测辅助铜丝12-1的顶端和第六检测辅助铜丝 12-2的顶端连接至电阻测量仪表四线制测量一组测量通道的另一极；通过电阻测量仪表及通道开关，获取由第一检测导丝3和第三检测导丝12组成的第一检测回路的总电阻RL，以及获取由第二检测导丝4和第三检测导丝12 组成的第二检测回路的总电阻RS；确定两回路电阻差值ΔR＝RL-RS；
步骤S6，根据检测元件的直径D以及第一检测导丝3和第二检测导丝4的长度差异ΔL，通过以下公式确定第一电阻率值ρG；
Figure BDA0003859173650000291
公式中S是指第一检测导丝3和第二检测导丝4的横截面积；
步骤S7，
根据第一检测回路的总长度LL和总电阻RL、第一电阻率值ρG以及第二电阻率值ρL，通过以下公式确定容器内液相介质的液位h1；
Figure BDA0003859173650000292
或者，根据第二检测回路的总长度LS和总电阻RS，第一电阻率值ρG以及第二电阻率值ρL，通过以下公式确定容器内液相介质的液位h1；
Figure BDA0003859173650000293
本发明还提供了用于2-1型或2-2型且检测元件采用第二种布置方式的液位检测装置的一种液位检测方法(方法四)，包括如下步骤：
在方法三的步骤1至步骤S7的基础上，还包括步骤S8，根据液位测量段检测单元的单位螺距的长度与垂直高度的对应关系，进一步确定容器内液相介质的液位h2，具体地，若液位测量段检测元件的单位螺距的长度LC与垂直高度hC关系系数为α，即LC＝α×hC，则
Figure BDA0003859173650000294
液位h2为：
Figure BDA0003859173650000301
在方法三和方法四中，液位检测采用如附图中2-1型所示的液位检测装置时，加热回路与液相测温回路共用第一康铜丝1，需严格控制加热及测温时序，以保证测量准确性及仪表安全。具体地，加热周期与测温周期，应保持不低于秒级的时间间隔。
相较于直线形结构，检测元件采用螺旋形结构，可显著提升液位测量精度。因在气、液两相交界处，检测元件温度并非跳变，而是存在一个温度过渡区，渐进式变化，即自下而上，从液相温度逐渐升高至气相温度。此处电阻率变化同温度一致，自下而上，从液相电阻率ρL逐渐升高至气相电阻率ρG。而实际测量时，并不能很准确地将该渐进过程描述进测量计算过程，将引入测量误差。
采用螺旋结构时，检测元件在两相交界处存在同样长度的过渡区间，但螺旋结构在水平方向具有大幅延展，即采用螺旋结构时，两相交界处的过渡区间长度对竖直方向液位的影响，仅变为原过渡区间长度螺旋线在竖直方向的投影高度，大大弱化了其对竖直方向液位检测的影响，将显著提高测量精度及准确性。
本发明所述的装置并不限于具体实施方式中所述的实施例，本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围。

Claims (13)

1.一种液位检测装置，用于容器内部液相介质的液位测量，其特征是：包括设置在外壳(11)内的加热元件、测温元件和检测元件，通过所述加热元件对所述外壳(11)周围的气相介质和所述液相介质进行加热，通过所述测温元件对所述气相介质或所述液相介质进行测温，结合所述检测元件的电阻率值和电阻值确定所述容器内的所述液相介质的液位。
2.如权利要求1所述的一种液位检测装置，其特征是，该液位检测装置分为第一型和第二型两大类，都具有如下的相同的基本结构：
所述外壳(11)为圆筒型结构，具备热传导能力；
所述加热元件由第一康铜丝(1)、第一铜丝(2)、第一加热辅助铜丝(1-1)和第二加热辅助铜丝(2-1)构成，所述第一康铜丝(1)的顶端(P1)设置在所述外壳(11)的顶端之内，接近所述外壳(11)顶端，所述第一铜丝(2)的顶端(P2)设置在所述外壳(11)的顶端之外，所述第一加热辅助铜丝(1-1)的顶端设置在所述外壳(11)的顶端之外，所述第二加热辅助铜丝(2-1)的设置在所述外壳(11)的顶端之外，所述第一康铜丝(1)的底端和所述第一铜丝(2)的底端相连并设置在所述外壳(11)的底端之内，接近所述外壳(11)底端；所述第一加热辅助铜丝(1-1)的尾端与所述第一康铜丝(1)的顶端(P1)相连，所述第二加热辅助铜丝(2-1)的尾端与所述第一铜丝(2)的顶端(P2)相连；所述第一加热辅助铜丝(1-1)的顶端和所述第二加热辅助铜丝(2-1)的顶端用于连接电源正负极，形成加热回路；
所述第一康铜丝(1)位于所述外壳(11)的轴线位置，在进行液位测量时所述第一康铜丝(1)在竖直方向贯穿所述气相介质和所述液相介质，所述第一康铜丝(1)的具体形式包括直线形或螺旋形；当所述第一康铜丝(1)为直线形时，所述第一康铜丝(1)本身即位于整个液位检测装置的中心，当所述第一康铜丝(1)为螺旋形时，螺旋形结构中心与整个液位检测装置的中心重合，以便所述第一康铜丝(1)各向同性地由液位检测装置中心向外散发热量；
所述测温元件包括液相测温点(10)，所述液相测温点(10)为铜丝和康铜丝构成的T型热电偶的测温结点；所述液相测温点(10)位于所述外壳(11)底端附近，用于获得液相介质温度TL；所述液相测温点(10)的连接构成的方式为任何一种能够牢固固定于同一结点的方式，包括电弧焊接、氢弧焊接、气焊、和盐水焊接；在构建所述液相测温点(10)形成T型热电偶的基本结构后，对所取得的所述液相测温点(10)进行校准，以在后续介质温度测量过程中取得准确的液相介质温度TL；
所述外壳(11)内部填充绝缘导热物质，用于固定所述检测元件和所述加热元件，保持二者相对位置；所述检测元件和所述加热元件外部均采取绝缘措施，以保证绝缘性能。
3.如权利要求2所述的一种液位检测装置，其特征是，在所述基本结构的基础上，所述第一型液位检测装置进一步细分为1-1型、1-2型和1-3型；所述第一型液位检测装置的共同结构是：
所述测温元件还包括气相测温点(9)，所述气相测温点(9)为铜丝和康铜丝构成的T型热电偶的测温结点；所述气相测温点(9)位于所述外壳(11)内，且处于所述液相介质的所有可能液位之上，用于获得气相介质温度TG；所述气相测温点(9)的连接构成的方式为任何一种能够牢固固定于同一结点的方式，包括电弧焊接、氢弧焊接、气焊、和盐水焊接；在构建所述气相测温点(9)形成T型热电偶的基本结构后，对所取得的所述气相测温点(9)进行校准，以在后续介质温度测量过程中取得准确的气相介质温度TG；
所述检测元件包括第一检测导丝(3)、第二检测导丝(4)、第一检测辅助铜丝(3-1)、第二检测辅助铜丝(3-2)、第三检测辅助铜丝(4-1)和第四检测辅助铜丝(4-2)，所述第一检测导丝(3)和所述第二检测导丝(4)的长度、直径D和材质完全一致；所述第一检测导丝(3)的顶部(P3)设置在所述外壳(11)的顶端之内，所述第一检测导丝(3)的顶端(P3)与所述外壳(11)顶端的距离大于所述第一康铜丝(1)的顶端(P1)与所述外壳(11)顶端的距离，所述第二检测导丝(4)的顶部(P4)设置在所述外壳(11)的顶端之内，所述第二检测导丝(4)的顶端(P4)与所述外壳(11)顶端的距离大于所述第一康铜丝(1)的顶端(P1)与所述外壳(11)顶端的距离，所述第一检测辅助铜丝(3-1)的顶端设置在所述外壳(11)的顶端之外，所述第一检测辅助铜丝(3-1)的尾端与所述第一检测导丝(3)的顶端(P3)相连，所述第二检测辅助铜丝(3-2)的顶端设置在所述外壳(11)的顶端之外，所述第二检测辅助铜丝(3-2)的尾端与所述第一检测导丝(3)的顶端(P3)相连，所述第三检测辅助铜丝(4-1)的顶端设置在所述外壳(11)的顶端之外，所述第三检测辅助铜丝(4-1)的尾端与所述第二检测导丝(4)的顶端(P4)相连，所述第四检测辅助铜丝(4-2)的顶端设置在所述外壳(11)的顶端之外，所述第四检测辅助铜丝(4-2)的尾端与所述第二检测导丝(4)的顶端(P4)相连，所述第一检测导丝(3)的底端和所述第二检测导丝(4)的底端相连，连接点位于所述外壳(11)底端附近，在进行液位测量时自上而下贯穿待检测所述气相介质和所述液相介质，形成电阻测量回路；所述第一检测辅助铜丝(3-1)和所述第二检测辅助铜丝(3-2)作为一组、所述第三检测辅助铜丝(4-1)和所述第四检测辅助铜丝(4-2)作为一组，分别自其顶端采用四线制接至电阻测量仪表测量所述检测元件的所述电阻值；
所述检测元件的布置方式分为两种，任选其一：
第一种布置方式，所述第一检测导丝(3)和所述第二检测导丝(4)除相互连接的底端部分外，其余部分为平行的直线形，
第二种布置方式，所述第一检测导丝(3)和所述第二检测导丝(4)重叠构成等螺距的共螺旋形；
两种方式中，所述第一检测导丝(3)和所述第二检测导丝(4)的每一个点距离所述第一康铜丝(1)的最短距离都保持一致；
所述第一检测导丝(3)和所述第二检测导丝(4)采用的材料包括Cu和Pt；
所述气相测温点(9)、所述第一检测导丝(3)和所述第二检测导丝(4)与所述第一康铜丝(1)的距离一致；
所述检测元件的所述电阻值包括所述第一检测导丝(3)和所述第二检测导丝(4)的总电阻R；
所述检测元件的所述电阻率值包括第一电阻率值ρG和第二电阻率值ρL；所述第一电阻率值ρG是指所述检测元件在所述气相介质中的电阻率值，所述第二电阻率值ρL是指所述检测元件在所述液相介质中的电阻率值。
4.如权利要求3所述的一种液位检测装置，其特征是，在所述第一型液位检测装置的共同结构的基础上，所述1-1型液位检测装置还包括如下特点：
所述测温元件包括第二康铜丝(5)、第二铜丝(6)、第三康铜丝(7)和第三铜丝(8)；
所述第二康铜丝(5)的顶端和所述第二铜丝(6)的顶端设置在所述外壳(11)的顶端之外，所述第二铜丝(6)位于所述外壳(11)的顶部附近，所述第二铜丝(6)的底端设置在所述第一康铜丝(1)上并构成所述气相测温点(9)；所述第二康铜丝(5)的底端与所述第一康铜丝(1)的顶端(P1)相连；所述第二康铜丝(5)、所述第二铜丝(6)通过所述第一康铜丝(1)和所述气相测温点(9)共同构成一个测温回路；
所述第三康铜丝(7)的顶端和所述第三铜丝(8)的顶端设置在所述外壳(11)的顶端之外，所述第三康铜丝(7)的底端与所述第一康铜丝(1)的顶端(P1)相连，所述第三铜丝(8)的底端与所述第一铜丝(2)的顶端(P2)相连，所述第一康铜丝(1)的底端和所述第一铜丝(2)的底端连接构成所述液相测温点(10)；所述第三康铜丝(7)和所述第三铜丝(8)通过所述第一康铜丝(1)、所述第一铜丝(2)和所述液相测温点(10)共同构成一个测温回路；
所述第二康铜丝(5)、所述第二铜丝(6)、所述第三康铜丝(7)和所述第三铜丝(8)的顶端连接至测温仪表，用于检测所述气相介质温度TG和所述液相介质温度TL。
5.如权利要求3所述的一种液位检测装置，其特征是，在所述第一型液位检测装置的共同结构的基础上，所述1-2型液位检测装置还包括如下特点：
所述测温元件包括第二康铜丝(5)、第二铜丝(6)、第三康铜丝(7)和第三铜丝(8)；
所述第二康铜丝(5)的顶端和所述第二铜丝(6)的顶端设置在所述外壳(11)的顶端之外，所述第二铜丝(6)位于所述外壳(11)的顶部附近，所述第二铜丝(6)的底端设置在所述第二康铜丝(5)上并构成所述气相测温点(9)，所述气相测温点位(9)位于所述外壳(11)顶部以下，所述气相测温点位(9)与所述外壳(11)顶端的距离大于所述第一康铜丝(1)的顶端(P1)与所述外壳(11)顶端的距离；所述第二康铜丝(5)、所述第二铜丝(6)和所述气相测温点(9)共同构成一个测温回路；
所述第三康铜丝(7)的顶端和所述第三铜丝(8)的顶端设置在所述外壳(11)的顶端之外，所述第三康铜丝(7)的底端设置在所述第二康铜丝(5)上，所述第三康铜丝(7)的底端与所述第二康铜丝(5)的连接位置(P5)位于所述外壳(11)的顶端之内或者位于所述外壳(11)的顶端之外；所述第二康铜丝(5)的底端和所述第三铜丝(8)的底端相连构成所述液相测温点(10)；所述第三康铜丝(7)、所述第三铜丝(8)通过所述第二康铜丝(5)和所述液相测温点(10)共同构成一个测温回路；
所述第二康铜丝(5)、所述第二铜丝(6)、所述第三康铜丝(7)和所述第三铜丝(8)的顶端连接至测温仪表，用于检测所述气相介质温度TG和所述液相介质温度TL。
6.如权利要求3所述的一种液位检测装置，其特征是，在所述第一型液位检测装置的共同结构的基础上，所述1-3型液位检测装置还包括如下特点：
所述测温元件包括第二康铜丝(5)、第二铜丝(6)、第三康铜丝(7)和第三铜丝(8)；
所述第二康铜丝(5)的顶端和所述第二铜丝(6)的顶端设置在所述外壳(11)的顶端之外，所述第二康铜丝(5)和所述第二铜丝(6)位于所述外壳(11)的顶部附近，所述第二康铜丝(5)的底端和所述第二铜丝(6)的底端相连构成所述气相测温点(9)，所述气相测温点位(9)位于所述外壳(11)顶部以下，所述气相测温点位(9)与所述外壳(11)顶端的距离大于所述第一康铜丝(1)的顶端(P1)与所述外壳(11)顶端的距离；所述第二康铜丝(5)、所述第二铜丝(6)和所述气相测温点(9)共同构成一个测温回路；
所述第三康铜丝(7)的顶端和所述第三铜丝(8)的顶端设置在所述外壳(11)的顶端之外，所述第三康铜丝(7)的底端和所述第三铜丝(8)的底端相连构成所述液相测温点(10)；所述第三康铜丝(7)、所述第三铜丝(8)和所述液相测温点(10)共同构成一个测温回路；
所述第二康铜丝(5)、所述第二铜丝(6)、所述第三康铜丝(7)和所述第三铜丝(8)的顶端连接至测温仪表，用于检测所述气相介质温度TG和所述液相介质温度TL。
7.如权利要求2所述的一种液位检测装置，其特征是，在所述基本结构的基础上，所述第二型液位检测装置进一步细分为2-1型和2-2型，所述第二型液位检测装置的共同结构是：
所述检测元件包括第一检测导丝(3)、第二检测导丝(4)、第三检测导丝(12)、第一检测辅助铜丝(3-1)、第二检测辅助铜丝(3-2)、第三检测辅助铜丝(4-1)、第四检测辅助铜丝(4-2)、第五检测辅助铜丝(12-1)和第六检测辅助铜丝(12-2)；
所述检测元件的所述电阻率值包括第一电阻率值ρG和第二电阻率值ρL；所述第一电阻率值ρG是指所述检测元件在所述气相介质中的电阻率值，所述第二电阻率值ρL是指所述检测元件在所述液相介质中的电阻率值；
所述第一检测导丝(3)、第二检测导丝(4)的直径D和材质完全一致；所述第一检测辅助铜丝(3-1)、所述第二检测辅助铜丝(3-2)、所述第三检测辅助铜丝(4-1)和所述第四检测辅助铜丝(4-2)的直径D、长度和材质完全一致；所述第一检测导丝(3)和所述第二检测导丝(4)的长度存在差异ΔL，以产生电阻差异ΔR，通过所述ΔR确定所述第一电阻率值ρG；
所述检测元件的布置方式分为两种，任选其一：
第一种布置方式，所述第三检测导丝(12)为一根弯折的直线铜丝，直线部分与所述第一康铜丝(1)平行，弯折部分位于所述外壳(11)的底端附近，所述第三检测导丝的顶端(P12-1)设置在所述外壳(11)的顶端之内，所述第三检测导丝(12)的顶端(P12-1)与所述外壳(11)顶端的距离大于所述第一康铜丝(1)的顶端(P1)与所述外壳(11)顶端的距离，所述第三检测导丝(12)的尾端(P12-2)位于所述外壳(11)内部且在进行液位测量时处于所述液相介质的所有可能液位之上；所述第五检测辅助铜丝(12-1)的尾端和所述第六检测辅助铜丝(12-2)的尾端与所述第三检测导丝(12)的顶端(P12-1)相连；所述第一检测导丝(3)的顶端(P3)和所述第二检测导丝(4)的顶端(P4)设置在所述外壳(11)的顶端之内，接近所述外壳(11)的顶端；所述第一检测导丝(3)的底端和所述第二检测导丝(4)的底端连接到所述第三检测导丝(12)的尾端(P12-2)，进行液位测量时所述第一检测导丝(3)和所述第二检测导丝(4)处于所述气相介质中；所述第一检测导丝(3)全部采用弯折方式布线，所述第二检测导丝(4)的中部采用弯折方式布线，其余部分采用直线形布线方式；所述第三检测导丝(12)的直线部分至所述第一康铜丝(1)的距离为r，同时，所述第一检测导丝(3)和所述第二检测导丝(4)设置在以所述第一康铜丝(1)为轴线的半径为r的圆柱面内，所述第一检测导丝(3)和所述第二检测导丝(4)的每一个点距离所述第一康铜丝(1)的最短距离都为r；
第二种布置方式，所述第三检测导丝(12)为一根与所述第一康铜丝(1)平行的直铜丝，所述第三检测导丝的顶端(P12-1)设置在所述外壳(11)的顶端之内，所述第三检测导丝(12)的顶端(P12-1)与所述外壳(11)顶端的距离大于所述第一康铜丝(1)的顶端(P1)与所述外壳(11)顶端的距离，所述第三检测导丝(12)的尾端(P12-2)位于所述外壳(11)底端附近；所述第一检测导丝(3)的尾端和所述第二检测导丝(4)的尾端与所述第三检测导丝(12)的尾端(P12-2)相连；所述第一检测导丝(3)和所述第二检测导丝(4)的主体部分为两者重叠构成的螺旋形，作为液位测量段用于测量所述液相介质的液位；所述第一检测导丝(3)上部为单独构成的螺旋形，所述第二检测导丝(4)上部为直线形；所述第一检测导丝(3)的底端和所述第二检测导丝(4)的底端连接到所述第三检测导丝(12)尾端(P12-2)；进行液位测量时，所述第一检测导丝(3)和所述第二检测导丝(4)位于上部的非重叠部分处于所述气相介质中，所述液位测量段的一部分位于所述液相介质的液位中，且液相介质的液面不能超过所述液位测量段的全部高度；所述第一检测导丝(3)和所述第二检测导丝(4)用于构成所述液位测量段部分的长度相同，所述第一检测导丝(3)和所述第二检测导丝(4)位于上部的非重叠部分存在长度差异ΔL，以产生电阻差异ΔR，通过所述ΔR确定所述第一电阻率值ρG；所述液位测量段采用共螺旋且等螺距方式布线；所述第三检测导丝(12)至所述第一康铜丝(1)的距离为r，同时，所述第一检测导丝(3)和所述第二检测导丝(4)设置在以所述第一康铜丝(1)为轴线的半径为r的圆柱面内，所述第一检测导丝(3)和所述第二检测导丝(4)的每一个点距离所述第一康铜丝(1)的最短距离都为r；
所述第一检测导丝(3)、所述第二检测导丝(4)和所述第三检测导丝(12)采用的材料包括Cu和Pt；
所述检测元件分为第一检测回路和第二检测回路，所述第一检测回路的总长度为LL，由所述第一检测导丝(3)、所述第一检测辅助铜丝(3-1)、所述第二检测辅助铜丝(3-2)、所述第三检测导丝(12)、所述第五检测辅助铜丝(12-1)和所述第六检测辅助铜丝(12-2)组成，所述第一检测辅助铜丝(3-1)和所述第二检测辅助铜丝(3-2)作为一组，所述第五检测辅助铜丝(12-1)和所述第六检测辅助铜丝(12-2)作为一组，采用铜丝，以四线制方式接线至电阻测量仪表，获取第一检测回路的总电阻RL；第二检测回路总长度为LS，由所述第二检测导丝(4)、所述第三检测辅助铜丝(4-1)、所述第四检测辅助铜丝(4-2)、所述第三检测导丝(12)、所述第五检测辅助铜丝(12-1)和所述第六检测辅助铜丝(12-2)组成，所述第三检测辅助铜丝(4-1)和所述第四检测辅助铜丝(4-2)作为一组，所述第五检测辅助铜丝(12-1)和第六检测辅助铜丝(12-2)作为一组，采用铜丝，以四线制方式接线至电阻测量仪表，获取第二检测回路的总电阻RS；其中，LL-LS＝ΔL，ΔL>0；
进行液位检测时，选择所述第一检测回路和所述第二检测回路中的任意一个来实现液位检测；
选择所述第一检测回路作为液位检测回路时，根据所述第一检测回路的总长度LL和总电阻RL，确定所述容器内的所述液相介质的液位；
选择所述第二检测回路作为液位检测回路时，根据所述第二检测回路的总长度LS和总电阻RS，确定所述容器内的所述液相介质的液位。
8.如权利要求7所述的一种液位检测装置，其特征是，在所述第二型液位检测装置的共同结构的基础上，所述2-1型液位检测装置还包括如下特点：所述测温元件包括第三康铜丝(7)和第三铜丝(8)；所述第三康铜丝(7)和所述第三铜丝(8)的顶端均位于所述外壳(11)顶端之外，所述第三康铜丝(7)的底端与所述第一康铜丝(1)的顶端(P1)相连，所述第三铜丝(8)的底端与所述第一铜丝(2)的顶端(P2)相连，所述第一康铜丝(1)的底端和所述第一铜丝(2)的底端连接构成所述液相测温点(10)；所述第三康铜丝(7)和所述第三铜丝(8)通过所述第一康铜丝(1)、所述第一铜丝(2)和所述液相测温点(10)共同构成一个测温回路；所述第三康铜丝(7)和所述第三铜丝(8)的顶端连接至测温仪表，用于检测所述液相介质温度TL。
9.如权利要求7所述的一种液位检测装置，其特征是，在所述第二型液位检测装置的共同结构的基础上，所述2-2型液位检测装置还包括如下特点：
所述测温元件包括第三康铜丝(7)和第三铜丝(8)；所述第三康铜丝(7)的顶端和所述第三铜丝(8)的顶端设置在所述外壳(11)的顶端之外，所述第三康铜丝(7)的底端和所述第三铜丝(8)的底端相连构成所述液相测温点(10)；所述第三康铜丝(7)、所述第三铜丝(8)和所述液相测温点(10)共同构成一个测温回路；所述第三康铜丝(7)和所述第三铜丝(8)的顶端连接至测温仪表，用于检测所述液相介质温度TL。
10.用于如权利要求4、5或6任一项所述的一种液位检测装置的一种液位检测方法，针对所述1-1型、所述1-2型或所述1-3型且所述检测元件采用第一种布置方式的液位检测装置，包括如下步骤：
步骤S1，将所述液位检测装置竖直地放入待检测的容器内，所述液相测温点(10)贴近但不接触所述容器底部，保证在测试过程中所述液相测温点(10)能够始终为所述容器内的所述液相介质所淹没；保证在测试过程中所述气相测温点(9)贴近所述容器顶部，始终处于所述气相介质中；
步骤S2，将所述第一加热辅助铜丝(1-1)的顶端和所述第二加热辅助铜丝(2-1)的顶端分别接入直流电源两极，通过直流电源向所述第一康铜丝(1)施加恒定电热功率，以引起所述检测元件处的所述气相介质和所述液相介质的温度产生变化；
步骤S3，采用康铜丝将所述第二康铜丝(5)的顶端连接至测温仪表的接线端负极，采用铜丝将所述第二铜丝(6)的顶端连接至测温仪表的接线端正极，形成第1路测温回路，通过所述气相测温点(9)测量获得所述气相介质温度TG；采用康铜丝将所述第三康铜丝(7)的顶端接至测温仪表的接线端负极，采用铜丝将所述第三铜丝(8)的顶端接至测温仪表的接线端正极，形成第2路测温回路，通过所述液相测温点(10)测量获得所述液相介质温度TL；或采用T型热电偶补偿导线，将所述第二康铜丝(5)的顶端、所述第二铜丝(6)的顶端、所述第三康铜丝(7)的顶端和所述第三铜丝(8)的顶端，分别接至测温仪表，获得所述气相介质温度TG和所述液相介质温度TL；
步骤S4，通过所述温度检测仪表及通道开关采集所述气相介质温度TG和所述液相介质温度TL，根据所述检测元件的电阻率-温度关系确定所述第一电阻率值ρG和所述第二电阻率值ρL；
步骤S5，以四线制方式，将所述检测元件接至电阻测量仪表，即分别采用2路铜丝，将所述第一检测辅助铜丝(3-1)的顶端和所述第二检测辅助铜丝(3-2)的顶端连接至电阻测量仪表四线制测量一组测量通道的一极，将所述第三检测辅助铜丝(4-1)的顶端和所述第四检测辅助铜丝(4-2)的顶端连接至电阻测量仪表四线制测量一组测量通道的另一极，测量所述第一检测导丝(3)和所述第二检测导丝(4)的总电阻R；
步骤S6，根据所述检测元件的直径D、总长度L，根据以下公式确定所述容器内的所述液相介质的液位h1
Figure FDA0003859173640000101
公式中的R是指所述第一检测导丝(3)和所述第二检测导丝(4)的总电阻。
11.用于如权利要求4、5或6任一项所述的一种液位检测装置的一种液位检测方法，针对所述1-1型、所述1-2型或所述1-3型且所述检测元件采用第二种布置方式的液位检测装置，包括如下步骤：
步骤S1，将所述液位检测装置竖直地放入待检测的容器内，所述液相测温点(10)贴近但不接触所述容器底部，保证在测试过程中所述液相测温点(10)能够始终为所述容器内的所述液相介质所淹没；保证在测试过程中所述气相测温点(9)贴近所述容器顶部，始终处于所述气相介质中；
步骤S2，将所述第一加热辅助铜丝(1-1)的顶端和所述第二加热辅助铜丝(2-1)的顶端分别接入直流电源两极，通过直流电源向所述第一康铜丝(1)施加恒定电热功率，以引起所述检测元件处的所述气相介质和所述液相介质的温度产生变化；
步骤S3，采用康铜丝将所述第二康铜丝(5)的顶端连接至测温仪表的接线端负极，采用铜丝将所述第二铜丝(6)的顶端连接至测温仪表的接线端正极，形成第1路测温回路，通过所述气相测温点(9)测量获得所述气相介质温度TG；采用康铜丝将所述第三康铜丝(7)的顶端接至测温仪表的接线端负极，采用铜丝将所述第三铜丝(8)的顶端接至测温仪表的接线端正极，形成第2路测温回路，通过所述液相测温点(10)测量获得所述液相介质温度TL；或采用T型热电偶补偿导线，将所述第二康铜丝(5)的顶端、所述第二铜丝(6)的顶端、所述第三康铜丝(7)的顶端和所述第三铜丝(8)的顶端，分别接至测温仪表，获得所述气相介质温度TG和所述液相介质温度TL；
步骤S4，通过所述温度检测仪表及通道开关采集所述气相介质温度TG和所述液相介质温度TL，根据所述检测元件的电阻率-温度关系确定所述第一电阻率值ρG和所述第二电阻率值ρL；
步骤S5，以四线制方式，将所述检测元件接至电阻测量仪表，即分别采用2路铜丝，将所述第一检测辅助铜丝(3-1)的顶端和所述第二检测辅助铜丝(3-2)的顶端连接至电阻测量仪表四线制测量一组测量通道的一极，将所述第三检测辅助铜丝(4-1)的顶端和所述第四检测辅助铜丝(4-2)的顶端连接至电阻测量仪表四线制测量一组测量通道的另一极，测量所述第一检测导丝(3)和所述第二检测导丝(4)的总电阻R；
步骤S6，根据所述检测元件的直径D、总长度L，根据以下公式确定所述容器内的所述液相介质的液位h1
Figure FDA0003859173640000111
公式中的R是指所述第一检测导丝(3)和所述第二检测导丝(4)的总电阻；
步骤S7，根据所述检测元件的单位螺距的长度与垂直高度的对应关系，进一步确定容器内液相介质的液位h2，具体地，若所述检测元件的单位螺距的长度LC与垂直高度hC关系系数为α，即LC＝α×hC，则
Figure FDA0003859173640000112
液位h2为：
Figure FDA0003859173640000113
12.用于如权利要求8或9任一项所述的一种液位检测装置的一种液位检测方法，针对所述2-1型或所述2-2型且所述检测元件采用第一种布置方式的液位检测装置，包括如下步骤：
步骤S1，将所述液位检测装置竖直地放入待检测的容器内，所述液相测温点(10)贴近但不接触所述容器底部，保证在测试过程中所述液相测温点(10)能够始终为所述容器内的所述液相介质所淹没；保证在测试过程中所述检测元件的长度存在差异ΔL的部分贴近所述容器顶部，始终处于所述气相介质中；
步骤S2，将所述第一加热辅助铜丝(1-1)的顶端和所述第二加热辅助铜丝(2-1)的顶端分别接入直流电源两极，通过直流电源向所述第一康铜丝(1)施加恒定电热功率，以引起所述检测元件处的所述气相介质和所述液相介质的温度产生变化；
步骤S3，采用康铜丝将所述第三康铜丝(7)的顶端接至测温仪表的接线端负极，采用铜丝将所述第三铜丝(8)的顶端接至测温仪表的接线端正极，形成测温回路，通过所述液相测温点(10)测量获得所述液相介质温度TL；或采用T型热电偶补偿导线，将所述第三康铜丝(7)的顶端和所述第三铜丝(8)的顶端，分别接至测温仪表，获得所述液相介质温度TL；
步骤S4，根据所述检测元件的电阻率-温度关系确定所述第二电阻率值ρL；
步骤S5，以四线制方式，将所述检测元件接至电阻测量仪表，即分别采用2路铜丝，将所述第一检测辅助铜丝(3-1)的顶端和所述第二检测辅助铜丝(3-2)的顶端连接至电阻测量仪表四线制测量一组测量通道的一极，将所述第五检测辅助铜丝(12-1)的顶端和所述第六检测辅助铜丝(12-2)的顶端连接至电阻测量仪表四线制测量一组测量通道的另一极；分别采用2路铜丝，将所述第三检测辅助铜丝(4-1)的顶端和所述第四检测辅助铜丝(4-2)的顶端连接至电阻测量仪表四线制测量一组测量通道的一极，将所述第五检测辅助铜丝(12-1)的顶端和所述第六检测辅助铜丝(12-2)的顶端连接至电阻测量仪表四线制测量一组测量通道的另一极；通过电阻测量仪表及通道开关，获取由所述第一检测导丝(3)和所述第三检测导丝(12)组成的所述第一检测回路的总电阻RL，以及获取由所述第二检测导丝(4)和所述第三检测导丝(12)组成的所述第二检测回路的总电阻RS；确定两回路电阻差值ΔR＝RL-RS；
步骤S6，根据所述检测元件的直径D以及所述第一检测导丝(3)和所述第二检测导丝(4)的长度差异ΔL，通过以下公式确定所述第一电阻率值ρG；
Figure FDA0003859173640000131
公式中S是指所述第一检测导丝(3)和所述第二检测导丝(4)的横截面积；
步骤S7，
根据所述第一检测回路的总长度LL和总电阻RL、所述第一电阻率值ρG以及所述第二电阻率值ρL，通过以下公式确定所述容器内所述液相介质的液位h1；
Figure FDA0003859173640000132
或者，根据所述第二检测回路的总长度LS和总电阻RS，所述第一电阻率值ρG以及所述第二电阻率值ρL，通过以下公式确定所述容器内所述液相介质的液位h1；
Figure FDA0003859173640000133
13.用于如权利要求8或9任一项所述的一种液位检测装置的一种液位检测方法，针对所述2-1型或所述2-2型且所述检测元件采用第二种布置方式的液位检测装置，包括如下步骤：
步骤S1，将所述液位检测装置竖直地放入待检测的容器内，所述液相测温点(10)贴近但不接触所述容器底部，保证在测试过程中所述液相测温点(10)能够始终为所述容器内的所述液相介质所淹没；保证在测试过程中所述检测元件的长度存在差异ΔL的部分贴近所述容器顶部，始终处于所述气相介质中；
步骤S2，将所述第一加热辅助铜丝(1-1)的顶端和所述第二加热辅助铜丝(2-1)的顶端分别接入直流电源两极，通过直流电源向所述第一康铜丝(1)施加恒定电热功率，以引起所述检测元件处的所述气相介质和所述液相介质的温度产生变化；
步骤S3，采用康铜丝将所述第三康铜丝(7)的顶端接至测温仪表的接线端负极，采用铜丝将所述第三铜丝(8)的顶端接至测温仪表的接线端正极，形成测温回路，通过所述液相测温点(10)测量获得所述液相介质温度TL；或采用T型热电偶补偿导线，将所述第三康铜丝(7)的顶端和所述第三铜丝(8)的顶端，分别接至测温仪表，获得所述液相介质温度TL；
步骤S4，根据所述检测元件的电阻率-温度关系确定所述第二电阻率值ρL；
步骤S5，以四线制方式，将所述检测元件接至电阻测量仪表，即分别采用2路铜丝，将所述第一检测辅助铜丝(3-1)的顶端和所述第二检测辅助铜丝(3-2)的顶端连接至电阻测量仪表四线制测量一组测量通道的一极，将所述第五检测辅助铜丝(12-1)的顶端和所述第六检测辅助铜丝(12-2)的顶端连接至电阻测量仪表四线制测量一组测量通道的另一极；分别采用2路铜丝，将所述第三检测辅助铜丝(4-1)的顶端和所述第四检测辅助铜丝(4-2)的顶端连接至电阻测量仪表四线制测量一组测量通道的一极，将所述第五检测辅助铜丝(12-1)的顶端和所述第六检测辅助铜丝(12-2)的顶端连接至电阻测量仪表四线制测量一组测量通道的另一极；通过电阻测量仪表及通道开关，获取由所述第一检测导丝(3)和所述第三检测导丝(12)组成的所述第一检测回路的总电阻RL，以及获取由所述第二检测导丝(4)和所述第三检测导丝(12)组成的所述第二检测回路的总电阻RS；确定两回路电阻差值ΔR＝RL-RS；
步骤S6，根据所述检测元件的直径D以及所述第一检测导丝(3)和所述第二检测导丝(4)的长度差异ΔL，通过以下公式确定所述第一电阻率值ρG；
Figure FDA0003859173640000141
公式中S是指所述第一检测导丝(3)和所述第二检测导丝(4)的横截面积；
步骤S7，
根据所述第一检测回路的总长度LL和总电阻RL、所述第一电阻率值ρG以及所述第二电阻率值ρL，通过以下公式确定所述容器内所述液相介质的液位h1；
Figure FDA0003859173640000142
或者，根据所述第二检测回路的总长度LS和总电阻RS，所述第一电阻率值ρG以及所述第二电阻率值ρL，通过以下公式确定所述容器内所述液相介质的液位h1；
Figure FDA0003859173640000151
步骤S8，根据所述液位测量段检测元件的单位螺距的长度与垂直高度的对应关系，进一步确定容器内液相介质的液位h2，具体地，若所述液位测量段检测元件的单位螺距的长度LC与垂直高度hC关系系数为α，即LC＝α×hC，则
Figure FDA0003859173640000152
液位h2为：
Figure FDA0003859173640000153
或，
Figure FDA0003859173640000154
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