CN204142322U - 一种液体液位高度的测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种液体液位高度的测量装置，包括液量筒；置于液量筒内的用于测量液体/气体的压强/压力值的压强/压力传感器；与该传感器电连接的用于将该传感器分别定位液体内和液量筒内、液体液面外的定位装置；每两个传感器均具有预设的高度差；与该传感器电连接的用于根据压强/压力值计算液体内和液体液面外每两个传感器之间压强差的计算装置及分别与该传感器、定位装置和计算装置电连接的用于根据液体/气体压强差以及传感器之间的垂直距离，计算液体液位高度值的处理装置。使用压强/压力传感器可直接测量液体和气体的压强值，简单方便，且测量的垂直方向的压强/压力，能够有效的减小由于液量筒安装时倾斜所带来的测量误差。

Description

一种液体液位高度的测量装置

技术领域

本实用新型涉及液位测量领域，具体而言，涉及一种液体液位高度的测量装置。

背景技术

传统的测量液位的装置是使用差压式液位计。其中，差压式液位计是利用液体液位差引起的静压变化来测量液位高度的。

具体的，如图1所示，其工作原理如下：利用容器内的液位改变时，由液柱产生的静压也相应变化的原理而工作的，如图1所示；将差压变送器的一端接液相，另一端接气相。设容器上部空间为干燥气体，其压力为P1，底部压力为P+；则P+＝P1+Hρg；式中，H为液位高度；ρ为介质密度；g为重力加速度；由上式可得:△P＝P+-P1＝Hpg；其中，被测介质的密度ρ是已知的，压差△P与液位高度H成正比，机械式或液压式转换机构(压力表等)测出压差就知道被测液位高度。

但是，传统的差压式液位计在投用时麻烦，须在变送器引压管中注满水或等水蒸气凝结充满引压管后才能准确投用，并且变送器测量微差压的精度有限，再加上取样管路中液柱的不稳定等因素致使实际测量的综合误差较大。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种液体液位高度的测量装置，以解决上述的问题。

在本实用新型的实施例中提供了一种液体液位高度的测量装置，包括：用于盛放液体的液量筒；

置于液量筒内的，用于测量当前所在位置的液体/气体的压强/压力值的压强/压力传感器；

与压强/压力传感器电连接的，用于将压强/压力传感器分别定位在液量筒盛放的液体内和液量筒内，液体液面外的定位装置；其中，定位的液体内和液体液面外的每两个压强/压力传感器所在的位置均具有预设的高度差；

与压强/压力传感器电连接的，用于根据压强/压力值，计算液体内每两个压强/压力传感器之间的压强差和液体液面外每两个压强/压力传感器之间的压强差的计算装置；

以及，分别与压强/压力传感器、定位装置和计算装置电连接的，用于根据液体压强差、气体压强差以及压强/压力传感器之间的垂直距离，计算液体液位的高度值的处理装置。

进一步的，该装置还包括：液体流出阀门和液体流入阀门；

液量筒上设置有出水口和进水口；出水口与液体流出阀门相连通；进水口与液体流入阀门均与液量筒相连通；其中，进水口到液量筒底端的垂直距离大于出水口到液量筒底端的垂直距离。

进一步的，该装置中，处理装置包括：

与计算装置电连接的，用于接收计算装置发送的液体液位高度值的采集装置；

预存有液体液位的预设高度值的存储装置；

分别与采集装置和存储装置电连接的，用于将液体液位的高度值与存储装置存储的预设高度值进行比较，得到比较结果的比较装置；

以及，与比较装置电连接的，用于根据比较结果控制液体流入阀门/液体流出阀门打开的控制装置。

进一步的，该装置中，处理装置还包括：与比较装置电连接的，用于根据比较结果报警的报警装置。

进一步的，该装置中，液量筒内，出水口的上方设置有压强/压力传感器；

液量筒内，进水口的上方设置有压强/压力传感器。

进一步的，该装置中，液量筒的顶端设置有开口；液量筒内，靠近开口的位置设置有压强/压力传感器；

液量筒内，在液体液位的上方设置有压强/压力传感器。

进一步的，该装置中，液量筒盛放的液体内的两个压强/压力传感器的预设的高度差和液体液面外的两个压强/压力传感器的预设的高度差均为液量筒高度的1/6-1/9。

进一步的，该装置中，液量筒盛放的液体内的两个压强/压力传感器的预设的高度差和液体液面外的两个压强/压力传感器的预设的高度差大小相等。

本实用新型实施例提供的一种液体液位高度的测量装置，包括：用于盛放液体的液量筒；置于液量筒内的，用于测量当前所在位置的液体/气体的压强/压力值的压强/压力传感器；与压强/压力传感器电连接的，用于将压强/压力传感器分别定位在液量筒盛放的液体内和液量筒内，液体液面外的定位装置；其中，定位的液体内和液体液面外的每两个压强/压力传感器所在的位置均具有预设的高度差；与压强/压力传感器电连接的，用于根据压强/压力值，计算液体内每两个压强/压力传感器之间的压强差和液体液面外每两个压强/压力传感器之间的压强差的计算装置；以及，分别与压强/压力传感器、定位装置和计算装置电连接的，用于根据液体压强差、气体压强差以及压强/压力传感器之间的垂直距离，计算液体液位的高度值的处理装置，相比现有技术中的传统的差压式液位计在投用时麻烦，须在变送器引压管中注满水或等水蒸气凝结充满引压管后才能准确投用，并且变送器测量微差压的精度有限，再加上取样管路中液柱的不稳定等因素致使实际测量的综合误差较大方案，本实用新型的装置使用压强/压力传感器可直接测量液体和气体的压强/压力值，无需注满水或等水蒸气凝结，使得使用简单、方便，并且压强/压力传感器对气体和液体都是测量的其垂直方向的压强/压力，因此该液量筒的倾斜角度对测量出的结果无任何影响，故能够有效的减小由于液量筒安装时倾斜所带来的测量误差。

附图说明

图1示出了相关技术提供的液位高度的测量装置的结构示意图；

图2示出了本实用新型实施例提供的一种液位高度的测量装置的结构示意图；

图3示出了本实用新型实施例提供的一种液位高度的测量装置的正视图；

图4示出了本实用新型实施例提供的一种液位高度的测量装置中处理装置的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体的实施例子并结合附图对本实用新型做进一步的详细描述。

在本实用新型的实施例中提供了一种液体液位高度的测量装置，如图2所示，包括：用于盛放液体的液量筒101；

置于液量筒内101的，用于测量当前所在位置的液体/气体的压强/压力值的压强/压力传感器102；

与压强/压力传感器102电连接的，用于将压强/压力传感器102分别定位在液量筒101盛放的液体内和液量筒101内、液体液面外的定位装置202；其中，定位的液体内和液体液面外的每两个压强/压力传感器102所在的位置均具有预设的高度差；

与压强/压力传感器102电连接的，用于根据压强/压力值，计算液体内每两个压强/压力传感器102之间的压强差和液体液面外每两个压强/压力传感器102之间的压强差的计算装置203；

以及，分别与压强/压力传感器102、定位装置202和计算装置203电连接的，用于根据液体压强差、气体压强差以及压强/压力传感器102之间的垂直距离，计算液体液位的高度值的处理装置204。

本实用新型实施例提供的一种液体液位高度的测量装置，包括：用于盛放液体的液量筒101；置于液量筒内101的，用于测量当前所在位置的液体/气体的压强/压力值的压强/压力传感器102；与压强/压力传感器102电连接的，用于将压强/压力传感器102分别定位在液量筒101盛放的液体内和液量筒101内，液体液面外的定位装置202；其中，定位的液体内和液体液面外的每两个压强/压力传感器102所在的位置均具有预设的高度差；与压强/压力传感器102电连接的，用于根据压强/压力值，计算液体内每两个压强/压力传感器102之间的压强差和液体液面外每两个压强/压力传感器102之间的压强差的计算装置203；以及，分别与压强/压力传感器102、定位装置202和计算装置203电连接的，用于根据液体压强差、气体压强差以及压强/压力传感器102之间的垂直距离，计算液体液位的高度值的处理装置204，相比现有技术中的传统的差压式液位计在投用时麻烦，须在变送器引压管中注满水或等水蒸气凝结充满引压管后才能准确投用，并且变送器测量微差压的精度有限，再加上取样管路中液柱的不稳定等因素致使实际测量的综合误差较大方案，本实用新型的装置使用压强/压力传感器102可直接测量液体和气体的压强/压力值，无需注满水或等水蒸气凝结，使得使用简单、方便，并且压强/压力传感器102对气体和液体都是测量的其垂直方向的压强/压力，因此该液量筒101的倾斜角度对测量出的结果无任何影响，故能够有效的减小由于液量筒101安装时倾斜所带来的测量误差。

具体的，处理装置204本身存储有原理算法和补偿算法的程度和代码，其与计算装置203连接，即可将计算装置203计算的结果进行处理得到液位高度值。

其中，根据原理算法和补偿算法可以计算出液体较高精度的液位，上述算法具体为：液体液面与距离液体液面最近的一个压强/压力传感器102的高度差值乘以单位高度的气体压强的变化量，得到第一压强差值；液体液位高度值乘以单位高度的液体压强变化量，得到第二压强差值；第一压强差、第二压强差与在距离液体液面最近的一个压强/压力传感器102所测的气体压强值的和等于距离液体液面最近的一个压强/压力传感器102测得的液体压强值。根据上述原理，除液体液位高度值以外都是测量的已知值，故可以毫无疑义的计算得到液体液位高度值。

计算装置203本身存储有计算液体内每两个压强/压力传感器102之间的压强差和液体液面外每两个压强/压力传感器102之间的压强差的程序，使其与压强/压力传感器102连接，能够直接进行计算。

具体的，在液量筒101盛放的液体内不同高度的位置上设置压强/压力传感器102，是为了测量不同高度位置的液体压强值，然后根据该液体压强值计算液体压强差；同时，在液量筒101内，液体液面外不同的高度上设置压强/压力传感器102，同样是为了测量不同高度位置的气体压强值，然后根据该气体压强值计算气体压强差，以便后续根据该液体和气体压强差计算液量筒101内的液位的高度值。其中，若液量筒101处于常温的状态下，则压强/压力传感器102测量的是空气(即常温大气压)的压强值，若是液量筒101处于高温的状态下，则压强/压力传感器102测量的是液体受热挥发变成的气体的压强值。

本实施例中，解释说明：若使用的压强传感器，则可使用压强传感器直接测量压强传感器所在位置的液体或气体的压强值；若使用压力传感器，则首先测量压力传感器所在位置的液体或气体的压力值，然后根据压强公式P＝F/S，计算出压强值即可。

另外，本实施例中所说的预设的高度差，是根据不同规格的液量筒101进行设定的，即同一个规格的液量筒101，对应一个固定的高度差值；该高度差值是根据不断实验次数而得到的数值，根据该高度差所计算的液体液位高度最为精确。

其中，预设的高度差可以对应的多组位置，具体的压强/压力传感器102所放置的位置可任意设置。每次测量时，只选择一组确定的位置即可，然后可在液体内的一组位置或者液体液面外的一组位置设置一个或多个压强/压力传感器102，设置多个压强/压力传感器102，测量压强的平均值，会使得后续的计算结果更精确。

进一步的，如图3所示，该装置还包括：液体流出阀门104和液体流入阀门103；液量筒101上设置有出水口和进水口；出水口与液体流出阀门104相连通；进水口与液体流入阀门103均与液量筒101相连通；其中，进水口到液量筒101底端的垂直距离大于出水口到液量筒101底端的垂直距离。

具体的，液量筒101上设置出水口和进水口，并分别对应与液体流出阀门104和液体流入阀门103相连通，目的是为了控制液量筒101内的液体的液位高度，使液体的液位高度不要过高或者过低。

进一步的，如图4所示，该装置还包括：所述处理装置204包括：与计算装置203电连接的，用于接收计算装置203发送的液体液位高度值的采集装置206；预存有液体液位的预设高度值的存储装置205；分别与采集装置206和存储装置205电连接的，用于将液体液位的高度值与存储装置205存储的预设高度值进行比较，得到比较结果的比较装置207；以及，与比较装置207电连接的，用于根据比较结果控制液体流入阀门103/液体流出阀门104打开的控制装置208。

具体的，比较装置207分别与采集装置206和存储装置205电连接，将液体液位的高度值与存储装置205存储的预设高度值进行比较，得到比较结果。

控制装置208与比较装置207电连接，用于根据比较结果控制液体流入阀门103/液体流出阀门104打开。其中，控制装置208本身具有控制液体流入阀门103/液体流出阀门104打开和关闭的程序和代码，当其接收到比较装置207发送的信息时，即可进行上述操作。

具体的，控制装置控制液体流出阀门104打开和/或控制液体注入阀门103关闭，当正常静止状态下的液体液位高度超过预设值时，只需要控制液体流出阀门104打开，用以为液量筒101放水；当在为液量筒101贮水的过程中使得液体液位超过了预设值时，则在控制液体流出阀门104打开的同时，也要关闭液体流入阀门103。

其中，最高预设值主要取决于液量筒内，液体液面外距离液体页面最近的距离(如图3中传感器C的位置)，液体液位的高度永远不能超过传感器C的位置，因为一旦液位超过传感器C，传感器C和D便无法测量气(汽)体的压强差，此时测量的高度Hx误差将非常大，甚至是错误的。因此，最高预设值一般为传感器C点的高度减去d(d≥20cm，液量筒越长，d就越大)。

进一步的，如图4所示，该装置中，处理装置204还包括：与比较装置207电连接的，用于根据比较结果报警的报警装置209。

具体的，当液量筒101内的液体液位超过或者低于预设值时，报警装置报警，用以警示用户及时控制液体流出阀门104打开和/或关闭液体流入阀门103。

进一步的，如图3所示，该装置中，液量筒101内，出水口的上方设置有压强/压力传感器102；液量筒101内，进水口的上方设置有压强/压力传感器102。

进一步的，如图3所示，该装置中，液量筒101的顶端设置有开口；液量筒101内，靠近开口的位置设置有压强/压力传感器102；液量筒101内，在液体液位的上方设置有压强/压力传感器102。

具体的，液量筒101的液体内的两个压强/压力传感器102分别设置在出水口的上方和进水口的上方，方便对压强/压力传感器102的设置，且避免了进水口处和出水口处流动的液体对压强/压力传感器102测得的压强/压力值产生影响。

进一步的，该装置中，液量筒101盛放的液体内的两个压强/压力传感器102的预设的高度差和液体液面外的两个压强/压力传感器102的预设的高度差均为液量筒101高度的1/6-1/9。

进一步的，该装置中，液量筒101盛放的液体内的两个压强/压力传感器102的预设的高度差和液体液面外的两个压强/压力传感器102的预设的高度差大小相等。

下面结合图3对本实用新型提供的一种液体液位高度的测量装置进行说明：

如图3所示，分别设置出水口上方压强/压力传感器102所在的位置为A点、进水口的上方压强/压力传感器102所在的位置为B；A点和B点的垂直距离为H2；分别设置靠近开口的压强/压力传感器102所在的位置为D点、液体液位的上方的压强/压力传感器102所在的位置为C点；D点和C点的垂直距离为H4。

其中，H2和H4的大小均优选为液量筒101高度的1/8(H2和H4的大小相等)，该高度时，能够使压强/压力传感器102所在的位置测得的液体压强差和气体压强差更准确。

在测量过程中，正常液位处于B点和C点之间，C点和D点之间是永远处于气体状态；

具体的，根据公式：dPG＝(PC-PD)/H4，计算单位高度的气体压强变化量；

其中，dPG为单位高度的气体压强的变化量；PC为压强传感器所测得的C点的压强；PD为压强传感器所测得的D点的压强；

根据公式：dPL＝(PA-PB)/H2，计算单位高度的液体压强变化量；

其中，dPL为单位高度的液体压强变化量；PA为压强传感器所测得的A点的压强；PB为压强传感器所测得的B点的压强。

本实施例中，设液体的液位高度为Hx，则根据原理算法和补偿算法计算出液位较高精度的液位，根据公式PB＝PC+(H3-Hx)*dPG+Hx*dPL，得到

$\mathrm{Hx}=\frac{H2\×H4\×(\mathrm{PB}-\mathrm{PC})-H2\×H3\×(\mathrm{PC}-\mathrm{PD})}{H4\×(\mathrm{PA}-\mathrm{PB})-H2\×(\mathrm{PC}-\mathrm{PD})}$

其中，H2为A点和B点的垂直距离；H3为B点和C点的垂直距离；H4为C点和D点的垂直距离；PA、PB、PC和PD分别为A点、B点、C点和D点的压强值。

具体的，H2、H3和H4是已知量，其值将随着压力传感器安装位置的确定而确定；PA、PB、PC和PD也是已知值，其值由压力传感器直接测量出或通过测量值转换而来。由以上已知量便可计算出未知量Hx，故实际液体液位高度值便可计算得出。

本实用新型提供的一种液体液位高度的测量方法及装置，可带来以下优点：

1、可有效减小由于液量筒101安装时倾斜所带来的测量误差。由于无论是气体的压强还是液体的压强，对其测量时都是测量的其垂直方向压强，因此该液量筒101的倾斜角度对测量出的结果无任何影响；

2、使用采集装置206、压强/压力传感器102和液量筒101，成本低廉且电路简单：由于国外测量压力和压强芯片技术的快速发展，使该类型芯片价格大幅度下降，另外，该类型芯片外围电路简单，不需要复杂的采集转换电路和处理电路，因此，该液量筒101成本低廉，电路简单。

以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种液体液位高度的测量装置，其特征在于，包括：用于盛放液体的液量筒；

置于所述液量筒内的，用于测量当前所在位置的液体/气体的压强/压力值的压强/压力传感器；

与所述压强/压力传感器电连接的，用于将所述压强/压力传感器分别定位在所述液量筒盛放的液体内和所述液量筒内，液体液面外的定位装置；其中，定位的液体内和液体液面外的每两个所述压强/压力传感器所在的位置均具有预设的高度差；

与所述压强/压力传感器电连接的，用于根据所述压强/压力值，计算液体内每两个所述压强/压力传感器之间的压强差和液体液面外每两个所述压强/压力传感器之间的压强差的计算装置；

以及，分别与所述压强/压力传感器、所述定位装置和所述计算装置电连接的，用于根据液体压强差、气体压强差以及所述压强/压力传感器之间的垂直距离，计算液体液位的高度值的处理装置。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：液体流出阀门和液体流入阀门；

所述液量筒上设置有出水口和进水口；所述出水口与所述液体流出阀门相连通；所述进水口与所述液体流入阀门均与所述液量筒相连通；其中，所述进水口到所述液量筒底端的垂直距离大于所述出水口到所述液量筒底端的垂直距离。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述处理装置包括：

与所述计算装置电连接的，用于接收所述计算装置发送的液体液位高度值的采集装置；

预存有液体液位的预设高度值的存储装置；

分别与所述采集装置和所述存储装置电连接的，用于将所述液体液位的高度值与存储装置存储的预设高度值进行比较，得到比较结果的比较装置；

以及，与所述比较装置电连接的，用于根据所述比较结果控制液体流入阀门/液体流出阀门打开的控制装置。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，处理装置还包括：与所述比较装置电连接的，用于根据所述比较结果报警的报警装置。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述液量筒内，所述出水口的上方设置有所述压强/压力传感器；

所述液量筒内，所述进水口的上方设置有所述压强/压力传感器。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述液量筒的顶端设置有开口；所述液量筒内，靠近所述开口的位置设置有所述压强/压力传感器；

所述液量筒内，在液体液位的上方设置有所述压强/压力传感器。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述液量筒盛放的液体内的两个所述压强/压力传感器的预设的高度差和所述液体液面外的两个所述压强/压力传感器的预设的高度差均为所述液量筒高度的1/6-1/9。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述液量筒盛放的液体内的两个所述压强/压力传感器的预设的高度差和所述液体液面外的两个所述压强/压力传感器的预设的高度差大小相等。