CN117629347B - 一种电极液位计及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于液位测量领域，提供一种电极液位计及其使用方法，所述电极液位计包括校准探头、测量探头和控制器；校准探头包括校准探头外壳，校准探头外壳内的底部垂直设置有高度相同的第一校准电极和第二校准电极，第一校准电极和第二校准电极均与控制器电连接；测量探头包括测量探头外壳，测量探头外壳内的底部垂直设置有高度相同的第一测量电极和第二测量电极，第一测量电极和第二测量电极均与控制器电连接；第一校准电极的高度与待测容器内空间高度的比例均为2%‑10%；第一测量电极的高度与待测容器内空间高度的比例均为90%‑130%。所述电极液位计可以连续测量不同高度的液位，解决现有电极液位计只能测量固定高度液位的问题。

Description

一种电极液位计及其使用方法

技术领域

本发明涉及液位测量领域，具体涉及一种电极液位计及其使用方法。

背景技术

容器中液体介质的高低称为液位，液位测量通常是基于相界面两侧介质的物性差异或液位改变时引起有关物理参数的变化。用于测量液位的液位计包括磁翻板液位计、浮球液位计、钢带液位计、雷达液位计、磁致伸缩液位计、射频导纳液位计、音叉物位计、电极液位计等等。

现有的电极液位计测量原理是根据气和液体的电导率不同测量液位的。其基本结构是设置两个电极，将其置于容器的特定位置，当液位未到达该特定位置时，两个电极不导通，当液位到达该特定位置时，两个电极导通，从而电信号发生变化，以此来判断液位到达了所设定的特定位置。但是这种电极液位计，一般只能测量固定液位，当液位未到达设定的特定位置时，无法测量液位，当液位到达特定位置之后进一步升高时，由于两个电极一直处理导通状态，电信号不再发生变化，因此，也无法再预测液位变化。

例如，中国专利CN206440346U公开了一种电极式液位计，该电极式液位计包括控制器、第一电极、第二电极和并联电阻或串联电阻，其通过第一电极和第二电极的导通情况判断液位是否达到设定高度。中国专利CN209927232U公开一种电极式液位计，该电极式液位计通过测量两个电极是否导通来确定被测液体是否淹没这两个电极从而确定被测液体液位高度。这些电极液位计均是基于两个电极是否导通来测量液位，因此只能测量固定高度的液位，当液位未达到电极位置或者以及超过电极位置时均无法获得具体的液位。

发明内容

为了解决上述现有技术的问题，本发明提供一种电极液位计及其使用方法，所述电极液位计可以连续测量不同高度的液位，解决现有电极液位计只能测量固定高度液位的问题。

本发明通过以下技术方案实现：

一种电极液位计，包括校准探头、测量探头和控制器；

所述校准探头包括校准探头外壳，所述校准探头外壳内的底部垂直设置有高度相同的第一校准电极和第二校准电极，所述第一校准电极和第二校准电极均与控制器电连接；

所述测量探头包括测量探头外壳，所述测量探头外壳内的底部垂直设置有高度相同的第一测量电极和第二测量电极，所述第一测量电极和第二测量电极均与控制器电连接；

所述第一校准电极的高度与待测容器内空间高度的比例为2%-10%；所述第一测量电极的高度与待测容器内空间高度的比例为90%-130%。

优选的，所述校准探头外壳上开设有第一液体进入口，所述测量探头外壳上开设有第二液体进入口。

进一步的，所述第一液体进入口开设在所述校准探头外壳的侧壁上，所述第二液体进入口开设在所述测量探头外壳的侧壁上。

进一步的，所述校准探头外壳上的第一液体进入口轴线与第一校准电极和第二校准电极垂直，所述测量探头外壳上的第二液体进入口轴线与第一测量电极和第二测量电极垂直。

进一步的，所述测量探头外壳上相邻两个第二液体进入口之间的间距与所述校准探头外壳上相邻两个第一液体进入口之间的间距相同。

优选的，所述第一测量电极和第二测量电极之间的间距与第一校准电极和第二校准电极之间的间距相同。

优选的，所述第一校准电极和第二校准电极为直径相同的圆柱体，第一测量电极和第二测量电极为直径相同的圆柱体。

优选的，所述第一校准电极和第二校准电极的两端端面均与校准探头外壳密封连接；所述第一测量电极和第二测量电极的两端端面均与测量探头外壳密封连接。

优选的，所述电极液位计还包括液位计外壳，所述校准探头和测量探头均设置在液位计外壳内。

所述的电极液位计的使用方法，包括：

S1，将测量探头和校准探头均置于待测容器的底部，且校准探头外壳底部和测量探头外壳底部均与待测容器的底部贴合；

S2，采用控制器测量所述校准探头中第一校准电极和第二校准电极之间液体的电阻α，并测量所述测量探头中第一测量电极和第二测量电极之间液体的电阻β；

S3，根据α和β以及公式（1）和公式（2），计算得到第一测量电极和第二测量电极之间液体体积的纵截面面积S₂，根据S₂得到待测液位；

其中，p为待测容器内液体的电阻率；S₁为第一校准电极和第二校准电极之间液体体积的纵截面面积，所述纵截面与第一校准电极和第二校准电极之间的连线垂直；L₂为第一测量电极和第二测量电极之间的间距；S₂为第一测量电极和第二测量电极之间液体体积的纵截面面积，所述纵截面与第一测量电极和第二测量电极之间的连线垂直。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明所述的电极液位计，包括校准探头和测量探头，校准探头中的第一校准电极和第二校准电极高度远低于待测容器内空间高度，因此将校准探头置于待测容器底部后，少量的液体即可淹没第一校准电极和第二校准电极，此时控制器测量得到所述第一校准电极和第二校准电极之间液体的电阻α，该电阻对应的液位即为两个校准电极的高度；因为第一测量电极和第二测量电极高度与待测容器内空间高度相当，因此在待测容器内液体未装满时，液体只能淹没第一测量电极和第二测量电极的一部分，此时控制器测量得到所述第一测量电极和第二测量电极之间液体的电阻β，电阻β和电阻α的比例与待测液位和两校准电极高度的比例存在一定关系，因此根据测量得到的两个电阻及校准电极的尺寸即可得到待测液位。采用本发明的电极液位计可以测量不同位置的液位，即可以测量连续液位，而不是设定高度的液位。此外，因为本发明设置了校准探头，因此，不限测量介质，能够适应各种介质的不同电导率，误差小。

进一步的，本发明中，所述校准探头外壳和测量探头外壳上的液体进入口均设置在侧壁上，可以防止外部液体进入对校准探头外壳和测量探头外壳内液体的扰动，从而避免对检测的干扰。

进一步的，本发明中，所述校准探头外壳和测量探头外壳侧壁上的液体进入口轴线与各电极垂直，进一步减少了外部液体进入对校准探头外壳和测量探头外壳内液体的扰动，进一步提高了检测结果的准确性。

进一步的，本发明中，所述测量探头外壳上相邻两个第二液体进入口之间的间距与所述校准探头外壳上相邻两个第一液体进入口之间的间距相同，使得两探头中液体进入带来的影响基本相同，从而避免液体进入对两者带来的差异，使得两者测量结果更有可比性，提高最终结果的准确性。

进一步的，本发明中，两个校准电极的两端端面与校准探头外壳密封连接，两个测量电极的两端端面与测量探头外壳密封连接，从而避免由于校准电极及测量电极的两端端面导电而影响测量结果。

本发明分别测量第一校准电极和第二校准电极之间介质的电阻以及第一测量电极和第二测量电极之间介质的电阻，以第一校准电极和第二校准电极之间介质的电阻为参考电阻，并结合已知的设计参数，计算得到第一测量电极和第二测量电极之间介质的高度。因为设置了参考电阻，且两个测量电极底部始终位于液体中，当液位发生变化时，两个测量电极之间的电阻也会发生变化，因此采用本发明的电极液位计可以测量不同位置的液位，即可以测量连续液位，而不是设定高度的液位。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所述电极液位计置于待测容器中的示意图；

图2为本发明所述校准探头的结构示意图；（a）为透视图（液体进入口未示出）；（b）为剖视图；

图3为本发明所述测量探头的剖视图；

图4为本发明控制器测量两个电极间液体电阻的原理图。

其中，1为校准探头，2为待测容器，3为测量探头，4为控制器，5为校准探头外壳，6为第一校准电极，7为第二校准电极，8为第一液体进入口，9为测量探头外壳，10为第一测量电极，11为第二测量电极。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；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。

请参阅图1，本发明所述的电极液位计包括校准探头1、测量探头3和控制器4。

请参阅图2，所述校准探头1包括校准探头外壳5，所述校准探头外壳5内的底部垂直设置有高度相同的第一校准电极6和第二校准电极7，所述第一校准电极6和第二校准电极7均与控制器4通过导线电连接；所述控制器4用于测量所述第一校准电极6和第二校准电极7之间介质的电阻。

请参阅图3，所述测量探头3包括测量探头外壳9，所述测量探头外壳9内的底部垂直设置有高度相同的第一测量电极10和第二测量电极11，所述第一测量电极10和第二测量电极11均与控制器4通过导线电连接；所述控制器4用于测量所述第一测量电极10和第二测量电极11之间介质的电阻。

本发明中，所述第一校准电极6的高度和第二校准电极7的高度记为H₁，H₁与待测容器2内空间高度的比例为2%-10%；所述第一测量电极10和第二测量电极11的高度记为H₂，H₂与待测容器2内空间高度的比例为90%-130%，即两个测量电极可以从待测容器2顶部伸出，不影响测量。

本发明一个具体实施例中，所述第一测量电极10和第二测量电极11之间的间距与第一校准电极6和第二校准电极7之间的间距相同。

本发明一个具体实施例中，所述校准探头外壳5由防腐且非导电材料制作而成。

本发明一个具体实施例中，所述校准探头外壳5的侧壁上和底部均开设有第一液体进入口8，侧壁上的第一液体进入口8的轴线与第一校准电极6和第二校准电极7垂直，以消除外部液体进入对检测的干扰。在另一个具有实施例中，所述校准探头外壳5的底部不开设第一液体进入口8，进一步消除液体进入对检测的干扰，检测精度会进一步提高。

本发明一个具体实施例中，所述第一校准电极6和第二校准电极7的顶部和底部完全嵌入到所述校准探头外壳5中并密封好，即两个校准电极的两端端面不与液体接触，当其与液体接触时，需要设置绝缘层。

本发明一个具体实施例中，所述测量探头外壳9由防腐且非导电材料制作而成。

本发明一个具体实施例中，所述测量探头外壳9的侧壁上和底部均开设有第二液体进入口，侧壁上的第二液体进入口的轴线与第一测量电极10和第二测量电极11垂直，以消除外部液体进入对检测的干扰。在另一个具体实施例中，所述测量探头外壳9的底部不开设第二液体进入口，进一步消除液体进入对检测的干扰，检测精度会进一步提高。

本发明一个具体实施例中，所述测量探头外壳9上的第二液体进入口的布置与所述校准探头外壳5上的第一液体进入口8的布置方式相同，例如，所述测量探头外壳9上的第二液体进入口和所述校准探头外壳5上的第一液体进入口8均设置是侧壁上，所述测量探头外壳9上的第二液体进入口的形状与所述校准探头外壳5上的第一液体进入口8的形状相同，所述测量探头外壳9上相邻第二液体进入口之间的间距与所述校准探头外壳5上相邻第一液体进入口8之间的间距相同。

本发明一个具体实施例中，所述第一测量电极10和第二测量电极11的顶部和底部完全嵌入到所述校准探头外壳5中并密封好。即两个测量电极的两端端面不与液体接触，当其与液体接触时，需要设置绝缘层。

本发明一个具体实施例中，所述第一校准电极6和第二校准电极7为直径相同的圆柱体，第一测量电极10和第二测量电极11为直径相同的圆柱体。当然，本发明所述的第一校准电极6、第二校准电极7、第一测量电极10和第二测量电极11还可以为其他形状，例如为长方体。

本发明一个具体实施例中，所述电极液位计还包括液位计外壳，所述校准探头1和测量探头3均设置在液位计外壳内的底部。所述液位计外壳呈圆筒形设置，液位计外壳上也有开有液体进入口，方便待测容器2中的液体流入到电极液位计中。

本发明一个具体实施例中，所述液位计外壳使用防腐材质，不导电。

本发明所述电极液位计的测量原理为：

将所述校准探头1和测量探头3均置于待测容器2底部，因为所述第一校准电极6和第二校准电极7的高度相对于待测容器2内空间高度来说很低，因此将校准探头1置于待测容器2底部后，少量的液体即可淹没第一校准电极6和第二校准电极7，即通常情况下第一校准电极6和第二校准电极7处于被液体淹没状态，此时控制器4测量得到所述第一校准电极6和第二校准电极7之间液体的电阻α，则有：

其中，p为待测容器2内液体的电阻率，L₁为第一校准电极6和第二校准电极7之间的间距，S₁为第一校准电极6和第二校准电极7之间液体体积的纵截面面积，所述纵截面与第一校准电极6和第二校准电极7之间的连线垂直，该纵截面面积为第一校准电极6的高度H₁与纵截面宽度之积，在校准探头1制作完成后，该纵截面面积S₁即为已知数。

因为第一测量电极10和第二测量电极11高度与待测容器2内空间高度相当，因此，在待测容器2内液体未装满时，液体只能淹没第一测量电极10和第二测量电极11的一部分，此时，控制器4测量得到所述第一测量电极10和第二测量电极11之间液体的电阻β，则有：

其中，p为待测容器2内液体的电阻率，L₂为第一测量电极10和第二测量电极11之间的间距，S₂为第一测量电极10和第二测量电极11之间液体体积的纵截面，所述纵截面与第一测量电极10和第二测量电极11之间的连线垂直。

根据公式（1），可以计算得到p，将p代入公式（2）即可得到S₂。

由于第一测量电极10和第二测量电极11之间液体体积的横截面宽度（用D表示）可以根据第一测量电极10和第二测量电极11的几何结构和尺寸获得。例如当第一测量电极10和第二测量电极11均为圆柱体时，所述横截面宽度为圆柱体的直径。因此，根据横截面面积S₂和横截面宽度D即可得到横截面的高度（用H表示），即为所要测量的液位，。

本发明电极液位计的使用方法，包括以下步骤：

S1，将测量探头3和校准探头1均置于待测容器2的底部，且校准探头外壳5的底部和测量探头外壳9的底部均与待测容器2的底部贴合；

S2，采用控制器4测量校准探头1中第一校准电极6和第二校准电极7之间液体的电阻α，并测量测量探头3中第一测量电极10和第二测量电极11之间液体的电阻β；

S3，根据α和β以及公式（1）和公式（2），计算得到第一测量电极10和第二测量电极11之间液体体积的纵截面面积S₂，根据S₂得到待测液位。

本发明中，所述控制器4测量两电极间液体电阻的原理，参考图4，R1为控制器4内的采样电阻，将两个电极间的液体等效为电阻R2，则有：

本发明控制器4使用方波加采样电阻的方法，测出液体的电阻，防止了电极的腐蚀，经久耐用。该方法可以根据现有技术获得，在此不再赘述。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种电极液位计，其特征在于，包括校准探头（1）、测量探头（3）和控制器（4）；

所述校准探头（1）包括校准探头外壳（5），所述校准探头外壳（5）内的底部垂直设置有高度相同的第一校准电极（6）和第二校准电极（7），所述第一校准电极（6）和第二校准电极（7）均与控制器（4）电连接；

所述测量探头（3）包括测量探头外壳（9），所述测量探头外壳（9）内的底部垂直设置有高度相同的第一测量电极（10）和第二测量电极（11），所述第一测量电极（10）和第二测量电极（11）均与控制器（4）电连接；

所述第一校准电极（6）的高度与待测容器（2）内空间高度的比例为2%-10%；所述第一测量电极（10）的高度与待测容器（2）内空间高度的比例为90%-130%；

所述校准探头外壳（5）上开设有第一液体进入口，所述测量探头外壳（9）上开设有第二液体进入口；所述第一液体进入口开设在所述校准探头外壳（5）的侧壁上，所述第二液体进入口开设在所述测量探头外壳（9）的侧壁上；所述校准探头外壳（5）上的第一液体进入口轴线与第一校准电极（6）和第二校准电极（7）垂直，所述测量探头外壳（9）上的第二液体进入口轴线与第一测量电极（10）和第二测量电极（11）垂直；

所述第一校准电极（6）和第二校准电极（7）的两端端面均与校准探头外壳（5）密封连接；所述第一测量电极（10）和第二测量电极（11）的两端端面均与测量探头外壳（9）密封连接。

2.根据权利要求1所述的电极液位计，其特征在于，所述测量探头外壳（9）上相邻两个第二液体进入口之间的间距与所述校准探头外壳（5）上相邻两个第一液体进入口之间的间距相同。

3.根据权利要求1所述的电极液位计，其特征在于，所述第一测量电极（10）和第二测量电极（11）之间的间距与第一校准电极（6）和第二校准电极（7）之间的间距相同。

4.根据权利要求1所述的电极液位计，其特征在于，所述第一校准电极（6）和第二校准电极（7）为直径相同的圆柱体，第一测量电极（10）和第二测量电极（11）为直径相同的圆柱体。

5.根据权利要求1所述的电极液位计，其特征在于，还包括液位计外壳，所述校准探头（1）和测量探头（3）均设置在液位计外壳内。

6.权利要求1-5任一项所述的电极液位计的使用方法，其特征在于，包括：

S1，将测量探头（3）和校准探头（1）均置于待测容器（2）的底部，且校准探头外壳（5）底部和测量探头外壳（9）底部均与待测容器（2）的底部贴合；

S2，采用控制器（4）测量所述校准探头（1）中第一校准电极（6）和第二校准电极（7）之间液体的电阻α，并测量所述测量探头（3）中第一测量电极（10）和第二测量电极（11）之间液体的电阻β；

S3，根据α和β以及公式（1）和公式（2），计算得到第一测量电极（10）和第二测量电极（11）之间液体体积的纵截面面积S₂，根据S₂得到待测液位；

其中，p为待测容器（2）内液体的电阻率；S₁为第一校准电极（6）和第二校准电极（7）之间液体体积的纵截面面积，所述纵截面与第一校准电极（6）和第二校准电极（7）之间的连线垂直；L₂为第一测量电极（10）和第二测量电极（11）之间的间距；S₂为第一测量电极（10）和第二测量电极（11）之间液体体积的纵截面面积，所述纵截面与第一测量电极（10）和第二测量电极（11）之间的连线垂直。