CN208606861U - 投入式本安液位计 - Google Patents

Abstract

一种投入式本安液位计，包括设置于罐体外侧的主机和投入式液位探头组成，包括遮蔽罩、校准头、线缆固定管、同轴线缆、探头芯体、压电陶瓷、配重体、膜片、铜底座、O型密封圈等结构，采用投入式的接触式测量方式，将超声波探头经密封处理后投入罐体内进行测量，在探头底端进行配重处理，使得探头沉入罐体内底部。投入式的测量方式可消除超声波进入罐壁时的损耗，使测量不受罐壁环境影响，有效减小能量损耗，并对温度变化进行补偿，提高测量精度。

Description

投入式本安液位计

技术领域

本实用新型涉及液位计测量技术领域，特别涉及投入式本安液位计。

背景技术

超声波测量领域，多采用非接触式的超声波测量，可以应用于大多数罐区，非接触式超声波液位计一般采用两种，第一种将超声波探头安装在罐顶，因为空气介质中的声速变化受温度影响远比液体高，所以测量精度不高，同时，当罐体内含有蒸汽雾滴时，造成超声波散射衰减急剧增大，远远超过吸收衰减，甚至造成无法测量；另一种需要将超声波探头安装在罐壁外侧，需要发射大功率脉冲信号，同时超声波在透过罐壁时会在内壁产生多次反射，对回波信号造成干扰，造成一定的测量盲区和测量误差、当罐壁、夹层较厚、沉积严重时，会造成信号有时进入的能量太低，甚至无法测量。非接触式测量存在声速校正和频率限制的问题，超声波进入罐壁时损耗大量的能量，使得整个系统耗能高、造成准确度降低及测量盲区大的问题。

发明内容

为了克服以上技术问题，本实用新型提供投入式本安液位计，能够有效去除超声波进入罐壁时的能量损耗并消除掉超声波进入罐壁时多向杂波对液位计测量的干扰，提高测量系统的抗干扰能力和测量精度，可有效改善非接触式测量的弊端的投入式本安液位计。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

投入式本安液位计，包括校准头2，校准头2设置于线缆固定管3上方，线缆固定管3垂直套接于遮蔽罩10内，穿过遮蔽罩10设置于芯体底座8上，线缆固定管3内设置有同轴线缆4；芯体底座8上设置有配重体6，配重体灌封于遮蔽罩10内，芯体底座8设置在遮蔽罩10底端，膜片7覆盖于芯体1前端面，压电陶瓷5设置在膜片7下方探头芯体1内侧，探头芯体1与遮蔽罩10之间采用O型密封圈9进行密封。

所述的校准头2设置于线缆固定管3上方0.3m到1m处。

所述的遮蔽罩10上端面设置有预留过孔，线缆固定管3，穿过遮蔽罩10上端面的预留过孔固定于芯体底座8上。

所述的芯体底座8通过不锈钢螺钉固定在遮蔽罩10底端。

所述的膜片7采用高温胶粘贴覆盖于芯体1前端面。

所述的压电陶瓷5通过经高温胶固粘于膜片7下方探头芯体1内侧。

本实用新型的有益效果：

本实用新型采用投入式的高频超声波探头，能够有效去除超声波进入罐壁时的能量损耗并消除掉超声波进入罐壁时多向杂波对液位计测量的干扰，对探头前端进行密封，使测量不受罐壁环境影响，有效减小能量损耗，并对温度变化进行补偿，提高测量精度。

附图说明

图1是本实用新型整体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

如图1所示：投入式本安液位计的校准头2固定设置于线缆固定管3上方(0.3m到1m)处，线缆固定管3垂直套接于遮蔽罩10内，穿过遮蔽罩10上端面的预留过孔固定于芯体底座8上，同轴线缆4固定于线缆固定管3内；配重体6位于芯体底座8上，灌封于遮蔽罩10内，芯体底座8通过不锈钢螺钉固定在遮蔽罩10底端，膜片7采用高温胶粘贴覆盖于探头芯体1前端面，压电陶瓷5通过经高温胶固粘于膜片7下方芯体1内侧，探头芯体1与遮蔽罩10之间采用O型密封圈9进行密封。

采用投入式的接触式测量方式，将超声波探头经密封处理后投入罐体内进行测量，在探头底端进行配重处理，使得探头沉入罐体内底部。投入式的测量方式可消除超声波进入罐壁时的损耗，使测量不受罐壁环境影响，有效减小能量损耗，并对温度变化进行补偿，提高测量精度。

本实用新型的工作原理：

在实际的罐区操作中，将探头投入待测罐体内部，探头通过线缆与主机相连，因需在罐底进行测量，需对探头安装配重体6进行配重，线缆通过线缆固定管3垂直固定于探头芯体1内部，在距离探头发射距离0.5m设置校准头2，其为侧置的圆柱形实体，当超声波通过探头向上发射超声波波束，遇到阻挡，波束遇到垂直反射产生回波，其当下液位测量值与0.5m的液位高度形成对比，以完成对液位计的校准。

因为探头应用于罐体内部进行测量，对各线缆探头连接处、壳体连接部分都进行密封防水处理。为降低成本并便于安装，需减小投入式探头的体积，采用收发一体式的超声波换能器，因要应用于可燃性、易燃性介质，对探头、线缆连接处均采用密封封装，采用高频的收发一体式的超声波传感器，其指向性很强，故安装时必须保证传感器与液面垂直，因为为投入式测量装置，故需要对测量探头进行配重以沉入罐底，并进行探头密封处理，探头前端、后端均进行密封、灌封处理。

投入式液位测量装置通过测量液体深度来测量液位的高度，超声波探头安装在罐体内，探头位于罐内底端，(超声波探头由电缆和主机相连，安装于罐体内侧，通过对探头进行配重处理，使其能够沉入罐体底端位置，并能够向上发射超声波)由超声波探头垂直向液面发射一束超声波，经液体向液面传播，当超声波波束遇到液体和空气的交界面时会产生反射回波，超声波探头接收来自分界面的回波，对罐内液体深度进行测量。设超声波在液体内的传播速度为C,探头发射到接收超声波的时间为T，由此可以计算出超声波探头到液面的距离H1为：

H1＝C×T/2

另，设超声波探头的安装高度H2(探头凸台，为固定高度),则实际的液位测量值为：

H＝H1+H2，

因超声波在待测液体中的传播速度会受到温度变化的影响，故对超声波的传播速度需要进行补偿。

在距离探头发射距离0.5m或(0.3m—1m)处，设置校准装置，为侧置的圆柱形实体，当超声波通过探头向上发射超声波波束，遇到阻挡，波束遇到垂直反射产生回波，其当下液位测量值与0.5m的液位高度形成对比，以完成对液位计的校准。

由于本安电路采用抑制点火源能量的方式进行能量控制，以达到本质防爆的目的，电火花和热效应是引起爆炸性危险气体爆炸的主要点燃源，本安设计就是通过限制电火花和热效应两个可能的点燃源的能量来实现。对于各种爆炸性危险气体都有其最小点燃能量。在正常工作和故障状态下当仪表可能产生的电火花或热效应的能量小于这个能量时，仪表将不可能点燃相应的爆炸性危险气体而产生爆炸。

为了达到仪表的整体的本安性能要求，本安电路中所有元器件或导线的最高表面温度须不大于所规定的组别温度要求，以避免热效应点燃爆炸性气体混台物；

将本安电路与非本安电路完全、可靠隔离；在电源供电和仪表之间采用安全栅进行可靠隔离，能够将供给本安电路(即液位计)的电压或电流限制在安全的范围内，使其不足以引发火花，保证输送到危险区的能量受控。

超声波探头在逆压电效应作用下，发射超声波波束，常规的非接触式探头在应用时，在声波进入罐壁之前会有99％的能量衰减，功率消耗较大，为增强超声波的指向性，采用高频信号，同时要增大传感器的辐射面积，但是消耗功率较大，采用内测的测量方式，没有了罐壁外侧的能量损耗，探头能耗很低，再加上系统应用本安电路设计，功耗限制实现更加可靠，系统整体功耗降低。

在低功耗实现的基础上，为提高测量精度，主要对以下几个方面进行改进：

超声波在液体中进行传播时，液体的温度改变会造成超声波的传播速度发生改变，会对系统造成一定的测量误差，要依据超声波速度对温度的变化曲线对其进行修正，对温度变化进行补偿，以修正实际的超声波传播速度；

发射电路激励超声波换能器产生固定频率的超声波，其由罐底向上进行传播，当遇到液面时，由于介质和空气的声阻抗相差较大，超声波透遇到界面产生反射波，即回波信号，通过测量发射到接收的时间差，发射电路和接收电路相连接，分别实现单边发射功能和接收功能，利用不同时间区间，以实现液位的测量；然而，在发射超声波后，由于介质中散射衰减和吸收衰减的作用，会使得超声波在返回时比较微弱，回波信号识别较难，故需要进行多级放大，并需要对放大后的电路进行滤波处理，实现稳定、可靠测量。

Claims (6)

1.投入式本安液位计，其特征在于，包括校准头(2)，校准头(2)设置于线缆固定管(3)上方，线缆固定管(3)垂直套接于遮蔽罩(10)内，穿过遮蔽罩(10)设置于芯体底座(8)上，线缆固定管(3)内设置有同轴线缆(4)；芯体底座(8)上设置有配重体(6)，配重体灌封于遮蔽罩(10)内，芯体底座(8)设置在遮蔽罩(10)底端，膜片(7)覆盖于芯体(1)前端面，压电陶瓷(5)设置在膜片(7)下方探头芯体(1)内侧，探头芯体(1)与遮蔽罩(10)之间采用O型密封圈(9)进行密封。

2.根据权利要求1所述的投入式本安液位计，其特征在于，所述的校准头(2)设置于线缆固定管(3)上方0.3m到1m处。

3.根据权利要求1所述的投入式本安液位计，其特征在于，所述的遮蔽罩(10)上端面设置有预留过孔，线缆固定管(3)穿过遮蔽罩(10)上端面的预留过孔固定于芯体底座(8)上。

4.根据权利要求1所述的投入式本安液位计，其特征在于，所述的芯体底座(8)通过不锈钢螺钉固定在遮蔽罩(10)底端。

5.根据权利要求1所述的投入式本安液位计，其特征在于，所述的膜片(7)采用高温胶粘贴覆盖于芯体(1)前端面。

6.根据权利要求1所述的投入式本安液位计，其特征在于，所述的压电陶瓷(5)通过经高温胶固粘于膜片(7)下方芯体(1)内侧。