CN116568997A - 水位测量系统 - Google Patents
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Abstract
根据本发明实施例的水位测量系统包括：支撑管，安装在填充有要测量水位流体的水箱中并在水箱的深度方向上延伸；支撑杆，位于支撑管的内部空间中并在水箱的深度方向上延伸；多个超声波探测仪，附接到支撑杆并产生超声波；以及水位计算器，连接到附接到支撑杆的多个超声波探测仪并计算水箱内的水位，其中，水位计算器通过使用检测从支撑管反射的反射波的信号的多个超声波探测仪中的在最高位置的超声波探测仪的顺位来计算水箱内的水位。
Description
技术领域
本发明涉及一种水位测量系统，更具体地，涉及一种利用超声波的水位测量系统。
背景技术
通常，对核电站的核燃料再装填罐或核燃料储存罐内部填充的冷却水的水位进行监测，并要相应地准备安全响应系统和程序。也就是说，在核燃料再装填罐或核燃料储存罐中，对衰变热进行冷却工序，并通过泵进行强制冷却。此时，在核燃料储存罐的情况下，当冷却功能丧失或不执行强制循环时，燃料储罐沸腾然后蒸汽可能混合。此时，必须监测水位以便可以立即调动替代水源，并且即使在替代水源被供给到水中之后，也必须通过连续的水位监测来监测其状况。
通常，使用压差型的水位测量方法或超声波型的水位测量方法来测量水位。在压差型的水位测量方法中，当在水箱内部产生气泡或蒸汽时，由于流体的快速波动而难以通过压差测量水位。超声波的水位测量方法通过计算发射的超声波与在诸如液体的致密介质中反射的超声波之间的时间或者通过使用超声波的干涉条纹来测量水位。超声波的水位测量方法与超声波通过致密介质传输后反射的反射波的存在极度相关。当状况不正常时，即当核燃料再装填罐或核燃料储存罐的冷却功能丧失时，在冷却水中发生沸腾，迅速产生气泡或蒸汽，因为反射波消失或丧失，难以计算标准化的反射波。因此，难以精确地测量反射波，并且对水位进行测量存在限制。特别地，当产生气泡时，由于超声波的波形不均匀，因此难以精确地测量水位。
为了补充这些水位测量方法，使用热接触雷达法、热扩散雷达法或模仿雷达的形状测量水位的方法，但在这些方法中，用于分析和解释的复杂模块或设备被组合，必须安装用于分析雷达类型数据的设备，因此设备本身的价格和成本增加。
发明内容
技术问题
本实施例涉及一种即使在异常状况下也能够精确测量水位的水位测量系统。
技术方案
根据实施例的水位测量系统包括：支撑管，所述支撑管安装在填充有要测量水位的流体的水箱中并在水箱的深度方向上延伸；支撑杆，所述支撑杆设置在支撑管的内部空间中并在水箱的深度方向上延伸；多个超声波探测仪，所述多个超声波探测仪附接到支撑杆并产生超声波；以及水位计算器，所述水位计算器连接到多个超声波探测仪并计算水箱内的水位，其中，水位计算器通过使用检测从支撑管反射的反射波的信号的多个超声波探测仪中的设置在最高位置处的超声波探测仪的顺位来计算水箱的水位。
当多个超声波探测仪的数量为N，支撑杆的长度为L，并且在检测反射波的信号的超声波探测仪中的设置在最高位置处的超声波探测仪的顺位为S时，水箱的水位可以被计算为(L/N)*S。
支撑杆可以设置在支撑管的中心轴上。
支撑杆可以基于支撑管的中心轴设置在支撑管的一侧。
多个超声波探测仪可以在与流体的表面平行的水平方向上传播超声波。
多个超声波探测仪可以设置在水箱的深度方向上。
水箱可以包括核电站的核燃料再装填箱或核燃料储存箱。
有益效果
根据实施例，由于超声波在不产生气泡或蒸汽的在支撑杆与支撑管的内壁之间的空间传播，因此即使在水箱内部产生气泡或蒸汽的异常状况下，也可以精确地测量水位。
此外，由于可以使用作为低成本装置的超声波探测仪测量填充在水箱中的流体的水位，因此与使用昂贵的雷达型设备的方法相比，可以以低成本快速测量水位。
附图说明
图1是示意性地示出根据实施例的水位测量系统安装在水箱中的状态的图。
图2是根据实施例的水位测量系统的局部放大图，并且是示出超声波在水面上方和下方传播的状态的图。
图3是示意性地示出根据另一实施例的水位测量系统安装在水箱中的状态的图。
图4是根据另一实施例的水位测量系统的局部放大图，并且是示出超声波在水面上方和下方传播的状态的附图。
具体实施方式
在下文中，为了有助于理解本发明，将详细描述本发明的各种实施例，以便本领域技术人员能够参照附图容易地实施本发明。本发明可以以许多不同的形式实现并且不限于本文的实施例。
为了清楚地说明本发明，省略了与说明不相关的部分，并且在整个说明书中对相同或相似的构成元件赋予相同的附图标记。
此外，由于在附图中示出的每个结构的尺寸和厚度是为了更好地理解描述和易于描述而任意示出的，所以本发明不一定限于图示的内容。
图1是示意性地示出根据实施例的水位测量系统安装在水箱中的状态的图。图2是根据实施例的水位测量系统的局部放大图，并且是示出超声波在水面上方和下方传播的状态的图。
如图1和图2所示，根据实施例的水位测量系统包括支撑管100、支撑杆200、多个超声波探测仪300、水位计算器400和多个固定构件500。
支撑管100可以安装在填充有要测量水位的流体1的水箱10内。支撑管100可以在水箱10的深度方向Y上较长延伸并且可以具有预定长度L。支撑管100可以具有设置在水箱10内填充的流体1的水面1a下方的下部和设置在流体1的水面1a上方的上部。因此，流体1可以填充在支撑管100的内部空间O中。支撑管100可以由诸如金属的材料制成。水箱10可以包括核电站的核燃料再装填罐或核燃料储存罐。因此，本发明可以监测核电站的水箱10内填充的冷却水的水位。然而，本发明不一定限于此并且可以应用于各种水箱。
支撑杆200可以设置在支撑管100的内部空间O中。支撑杆200可以设置在支撑管100的中心轴C上并且可以在深度方向Y上延伸，支撑杆200的长度L可以与支撑管100的长度L相同。然而，不一定限于此，并且根据实施例，支撑杆200的长度L可以不同于支撑管100的长度L。支撑杆200可以与支撑管100的内壁间隔开预定距离D并且设置在支撑管100的中心轴C上。因此，流体1可以设置在支撑管100的内壁与支撑杆200之间的狭窄空间中。因此，即使在水箱10中发生沸腾并且产生气泡或蒸汽的异常状况下，气泡或蒸汽也难以存在于设置在支撑管100的内壁与支撑杆200之间的狭窄空间中的流体1中。
多个超声波探测仪300可以附接到支撑杆200的圆周表面以产生超声波并检测反射波R。另外，多个超声波探测仪300可以在平行于流体1的表面1a的水平方向X上传播超声波。因此，由多个超声波探测仪300产生的超声波可以传播到支撑管100的内壁。此时，由于气泡或蒸汽难以存在于超声波的路径上，因此可以精确地测量水位。
多个超声波探测仪300可以在水箱10的深度方向Y上以预定间隙间隔开。
超声波探测仪300可以包括安装在相同高度且彼此间隔开的多个子超声波探测仪310和320。因此，由于可以在支撑杆200的各个方向上产生超声波，因此可以更精确地测量水位。虽然在该实施例中示出了两个子超声波探测仪，但不一定限于此，并且子超声波探测仪的数量可以被不同地改变。
此时，填充内部的支撑杆200不直接接触支撑管100的内壁，并且支撑杆200和支撑管100可以彼此间隔开。因此，从附接到支撑杆200的多个超声波探测仪300产生的超声波的振动可以不直接影响与支撑杆200间隔开的支撑管100，由此去除超声波的干扰，从而更精确地测量水位。
也就是说，由于超声波探测仪300附接到填充内部的固定的支撑杆200以向不直接接触超声波探测仪300的支撑管100传输超声波，因此超声波探测仪300之间的超声波不相互干扰，从而不会产生干扰信号或噪声信号。因此，由于不需要诸如用于处理干扰信号或噪声信号的算术处理装置的复杂的附加设备，并且每个超声波探测仪300独立地测量水位，因此可以具有简单的结构并且可以最小化制造成本。
由于设置在水面1a下方的超声波探测仪300产生的超声波L1在流体1内部传播，因此在支撑管100的内壁上产生反射波，并且由于反射波R返回到超声波探测仪300，因此超声波探测仪300可以检测反射波。
此外，由于设置在水面1a上方的超声波探测仪300产生的超声波L2不在流体1内部传播，因此其在支撑管100的内壁上消散或散射，从而超声波探测仪300无法检测到反射波R。
水位计算器400可以连接到多个超声波探测仪300以计算水箱10的水位。水位计算器400可以通过使用检测从支撑管100反射的反射波R的信号的超声波探测仪300中的设置在最高位置处的超声波探测仪的顺位来计算水箱10的水位。
此时，检测反射波R的信号的超声波探测仪300中的设置在最高位置处的超声波探测仪300可以通过AND逻辑门比较并确认检测反射波的信号的超声波探测仪300的位置。
每个超声波探测仪300可以作为用于测量水位的通道发挥作用。水位计算器400的AND逻辑门可以比较彼此相邻的超声波探测仪300之间的通道。此时，随着水位逐级上升，超声波探测仪300检测到的反射波R的信号中的最终反射波的信号可以通过将各通道相互比较来确认。因此，可以通过比较超声波探测仪300，即检测到最终反射波的信号的通道，并确认最高位置处的反射波的信号，来计算水箱10的液位。在图1中，由于通过使用水位计算器400的AND逻辑门来检测第八反射波R8的信号，所以检测反射波R的信号的多个超声波探测仪300中的设置在最高位置的超声波探测仪300的顺位可以被计算为八。
当多个超声波探测仪300的数量为N，支撑杆200(或支撑管100)的长度为L，并且检测反射波R的信号的多个超声波探测仪300中的设置在最高位置处的超声波探测仪300的顺位为S时，水箱10的水位P可以由下面的等式1来表示。这里，超声波探测仪300的顺位是指从支撑杆200的下端开始计算的顺位。
[等式1]
P＝(L/N)*S
此时，每个超声波探测仪300可以作为测量水位的通道起作用。也就是说，当要用填充有具有6m水位的流体1的水箱10中的100个通道来测量水位时，可以在长度为6m的支撑杆200上安装100个超声波探测仪300，并且可以每6cm设置一个超声波探测仪300。
此外，当要用具有4m水位的水箱10中的150个通道来测量水位时，可以在长度为4m的支撑杆200上安装150个超声波探测仪300，并且可以每2.67cm设置一个超声波探测仪300。
当在检测到反射波的信号的通道中的设置在最高位置处的通道为123时，即当检测到反射波的信号的超声波探测仪300中的设置在最高位置处的超声波探测仪的顺位为123时，水箱10的水位P可以被计算为(400cm/150)*123＝328.41em。
此外，通过增加通道的数量，即超声波探测仪300的数量，可以更精确地测量水箱10的水位。
如上所述，在根据本发明实施例的水位测量系统中，超声波在支撑杆200与支撑管100的内壁之间(其为不产生气泡或蒸汽的空间)传播，从而可以更精确地测量填充在水箱10内部的流体1的水位。
此外，由于可以使用作为低成本装置的超声波探测仪300测量填充在水箱10中的流体1的水位，与使用昂贵的雷达型设备的方法相比，可以以低成本快速地测量水位。
多个固定构件500可以通过将支撑杆200的内壁与支撑管100相互连接来将支撑杆200固定在支撑管100内部。固定构件500可以设置在上下相邻的超声波探测仪300之间。因此，可以防止支撑杆200的晃动，并且可以通过超声波探测仪300更精确地测量水位。
另一方面，在上述实施例中，支撑杆设置在支撑管的中心轴上，但在另一实施例中，支撑杆也可以基于支撑管的中心轴设置在支撑管的一侧。
在下文中，将参照图3和图4详细描述根据本发明另一实施例的水位测量系统。
图3是示意性地示出根据另一实施例的水位测量系统安装在水箱中的状态的图。图4是根据另一实施例的水位测量系统的局部放大图，并且是示出超声波在水面上方和下方传播的状态的图。
除了支撑杆的位置之外，图3和图4中所示的另一实施例与图1和图2中所示的实施例基本相同，并且省略重复的描述。
如图3和4所示，根据另一实施例的水位测量系统包括支撑管100、支撑杆200、多个超声波探测仪300、水位计算器400和多个固定构件500。支撑杆200可以基于支撑管100的中心轴C设置在支撑管100的一侧并且可以在深度方向Y上延伸。支撑杆200可以与支撑管100的内壁接触并设置在支撑管100的一侧。
此时，填充的支撑杆200的侧壁中的被附接多个超声波探测仪300的侧壁可以不直接接触与其相互面对的支撑管100的内壁并且可以具有彼此分离的结构。因此，从附接到支撑杆200的多个超声波探测仪300产生的超声波的振动可以不直接影响与支撑杆200间隔开的支撑管100，由此超声波的干扰被去除，从而更精确地测量水位。
也就是说，由于超声波探测仪300附接到填充内部的固定的支撑杆200以向不直接接触超声波探测仪300的支撑管100传输超声波，因此超声波探测仪300之间的超声波互不干涉，从而产生干扰信号或噪声信号。因此，由于不需要用于处理干扰信号或噪声信号的诸如算术处理装置的复杂的附加设备，并且每个超声波探测仪300独立地测量水位，因此可以具有简单的结构并且可以使制造成本最小化。
水位计算器400可以连接到多个超声波探测仪300以计算水箱10的水位。水位计算器400可以通过使用检测从支撑管100反射的反射波R的信号的超声波探测仪300中的设置在最高位置处的超声波探测仪300的顺位来计算水箱10的水位。
此时，检测反射波R的信号的超声波探测仪300中的设置在最高位置处的超声波探测仪300可以通过AND逻辑门比较并确认检测反射波的信号的超声波探测仪300的位置。
每个超声波探测仪300可以作为用于测量水位的通道起作用。水位计算器400的AND逻辑门可以比较彼此相邻的超声波探测仪300之间的通道。此时，随着水位逐级上升，超声波探测仪300检测到的反射波R的信号中的最终反射波的信号可以通过将各通道相互比较来确认。因此，可以通过比较超声波探测仪300，即检测到最终反射波的信号的通道，并确认最高位置处的反射波的信号，来计算水箱10的水位。在图3中，由于通过使用水位计算器400的AND逻辑门来检测第十二反射波R12的信号，所以检测到反射波R的信号的多个超声波探测仪300中的设置在最高位置处的超声波探测仪300的顺位可以被计算为十二。
当要用水位为4m的水箱10中的150个通道来测量水位时，可以在长度为4m的支撑杆200上安装150个超声波探测仪300，并且可以每2.67cm设置一个超声波探测仪300。
当检测到反射波的信号的通道中的设置在最高位置处的通道为12时，即检测到反射波的信号的多个超声波探测仪300中的设置在最高位置处的超声波探测仪300的顺位为12时，水箱10的水位P可以被计算为(400cm/150)*12＝32cm。
多个固定构件500可以将多个超声波探测仪300固定到支撑杆200。固定构件500可以包括与超声波探测仪300的上表面和下表面接触并分别被安装的第一固定构件510和第二固定构件520。由于可以通过使用第一固定构件510和第二固定构件520来防止超声波探测仪300的晃动，因此可以由超声波探测仪300更精确地测量水位。
虽然已经通过如上的优选实施例描述了本发明，但是本领域技术人员可以理解，本发明不限于此，并且在不背离所附权利要求的范围的情况下，可以进行各种修改和变型。
Claims (9)
1.一种水位测量系统，包括：
支撑管，所述支撑管安装在填充有要测量水位的流体的水箱中并在所述水箱的深度方向上延伸；
支撑杆，所述支撑杆设置在所述支撑管的内部空间中并在所述水箱的深度方向上延伸；
多个超声波探测仪，所述多个超声波探测仪附接到所述支撑杆并产生超声波；以及
水位计算器，所述水位计算器连接到所述多个超声波探测仪并计算所述水箱的水位，
其中，所述水位计算器通过使用检测从所述支撑管反射的反射波的信号的所述多个超声波探测仪中的设置在最高位置处的超声波探测仪的顺位来计算所述水箱的水位。
2.根据权利要求1所述的水位测量系统，其中，当所述多个超声波探测仪的数量为N，所述支撑杆的长度为L，并且检测所述反射波的信号的所述多个超声波探测仪中的设置在最高位置处的所述超声波探测仪的顺位为S时，所述水箱的水位被计算为(L/N)*S。
3.根据权利要求1所述的水位测量系统，其中，所述支撑杆设置在所述支撑管的中心轴上。
4.根据权利要求1所述的水位测量系统，其中，所述支撑杆基于所述支撑管的中心轴设置在所述支撑管的一侧。
5.根据权利要求1所述的水位测量系统，其中，所述多个超声波探测仪在与所述流体的表面平行的水平方向上传播所述超声波。
6.根据权利要求1所述的水位测量系统，其中，所述多个超声波探测仪设置在所述水箱的深度方向上。
7.根据权利要求1所述的水位测量系统，其中，所述水箱包括核电站的核燃料再装填罐或核燃料储存罐。
8.根据权利要求3所述的水位测量系统，其中，所述支撑杆和所述支撑管彼此不直接接触。
9.根据权利要求4所述的水位测量系统，其中，所述超声波探测仪安装在与所述支撑管的暴露的内壁面对的位置处。
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