CN217786290U - 一种垃圾填埋场液位检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种垃圾填埋场液位检测装置，包括固定器、耐腐蚀约束管、单级传感检测装置三部分；三个单级传感检测装置的耐腐蚀管上的滑块分别插入耐腐蚀约束管上对应的长滑槽、中滑槽、短滑槽中，各单级传感检测装置上的薄膜式压力应变片导线分别经长滑槽、中滑槽、短滑槽自下往上延伸，并由对应的导线引出孔引出；固定器通过固定帽套在耐腐蚀约束管顶部凸出柱状管凸出端上。本实用新型具备耐腐蚀、使用寿命长的特点，能保证在垃圾填埋场持续工作下对渗滤液池液位进行长期有效检测。

Description

一种垃圾填埋场液位检测装置

技术领域

在本实用新型涉及腐蚀性液体液位检测领域，具体为一种垃圾填埋场液位检测装置。

背景技术

在垃圾填埋场作为城市污染处理的重要组成部分，通过利用填埋隔离以及微生物降解的技术分解垃圾。垃圾在堆放过程中由于内部液体发酵、自然降水、地表水、地下水等因素的作用，从而形成渗滤液。因所填埋垃圾种类、性质各不相同，致使渗滤液成分十分复杂，其中大部分渗滤液属于高浓度有机有害废水，部分渗滤液还存在重金属物质或者剧毒有害物质。渗滤液pH值一般在4～9之间，具有一定的腐蚀性。在生活垃圾填埋场建设及使用过程中，由于废液的渗出，可能会污染水资源等，导致严重的环境问题出现。一般采用液池存储废液；但由于雨季雨水会混入废液，造成储液池的液位往往会超出安全检测高度，因此为保证废液池安全工作，有必要对渗滤液液位进行监控检测。

为解决废液池液位检测问题，现有如下技术方案来解决该问题。

一是浮球式液位检测，如专利浮球式液位检测装置（CN212254268U），当容器内部液体高度变化时，浮球会随之上下浮动。由于受到磁性作用，检测装置中的干簧会受磁性吸合，从而把液位的变化转换为电磁的变化。最后再利用其他装置将其装换为电信号的变化，以达到检测的效果。而该技术有如下缺点：浮球式检测需要将装置安装于容器外壁或者内壁上，需要在容器尚未填充任何液体时进行安装，即只适合在设计之初进行安装使用，无法在已经工作的场所进行使用。

二是超声波液位检测，如一种超声波液位检测仪（CN110749362A），由检测装置自身发射超声波并开始计时，超声波在接触到液体时发生反射，反射回来的超声波再被检测装置接收并停止计时。利用超声波传播时的时间差，从而计算出超声波传播的距离从而达到液位检测的效果。虽然超声波液位检测虽然精度高，但其检测距离较短，且在对于容易产生腐蚀性气体的液体进行检测时，超声波的收发装置容易被腐蚀，从而减少检测装置的使用寿命，甚至损坏装置。

三是直接读数法，该方法通过标定刻度的方法直接读数来获取液位的高度。

此法虽操作简单，但无法达到实时检测的效果，且精度较低。此外，测得的值无法用于现有的工业控制系统当中，不能达到良好的预测与预警效果。

此外，还有静压式液位检测法，如一种防冲击结构静压式液位传感器（CN210321888U）即通过利用压力检测装置，通过将该装置置于容器底部，当液体液位发生变化时，压力检测装置上部的压力也会随之变化，并将该变化转换为电信号的变化，从而达到检测液位高度的效果。但该技术同浮球式液位检测法存在同样的问题，即无法在已工作的场所进行使用。

由于上述检测技术在应对腐蚀性液体时往往存在效果较差、使用寿命短、不能与现有工业控制系统进行组合实现自动化检测等特点。故，对该种特殊环境的液位检测，有必要设计一种新型适用的检测装置。

发明内容

本实用新型的目的是为了实现对垃圾填埋场渗滤液池液位的长期持续检测，通过转变被测物理量，提出一种利用检测气压变化来反映液位变化的抗蠕变液位传感结构，其耐腐蚀、使用寿命长的特点能够保证在垃圾填埋场持续工作下对渗滤液池液位进行长期有效检测。

具体的技术方案如下。

一种垃圾填埋场液位检测装置由固定器、耐腐蚀约束管、单级传感检测装置三部分组成。

固定器包括固定帽、Z形可调节支架及螺栓固定孔；固定帽类似瓶盖，顶部中心开有直径小于顶面外直径的圆面开口，且顶面与侧面具有同等厚度；固定帽顶部外边界焊有两个Z形可调节支架且两Z形可调节支架间夹角为90°，单个支架为垂直Z形结构且可在对应方向进行长度的伸缩调节；Z形可调节支架末端开有螺栓固定孔，用于与渗滤液池边界地面固定；固定帽及Z形可调节支架为耐腐蚀的高韧性合金材料。

耐腐蚀约束管为环柱结构且顶部有小环柱状凸起，选用耐腐蚀性陶瓷管，具体包括顶部凸出柱状管、导线引出孔、长滑槽、中滑槽及短滑槽；顶部凸出柱状管外直径略小于固定帽侧面内直径且顶部凸出柱状管高度与固定帽侧面深度相近，便于顶部凸出柱状管与固定器内固定帽套合固定；导线引出孔分布于顶部凸出柱状管直径突变平面的外环边缘，用于分隔固定各单级传感检测装置的导电线路；顶部凸出柱状管侧环面开有三处滑槽分别为长滑槽、中滑槽及短滑槽，对应滑槽长度依次递减，单处滑槽长度远大于单级传感检测装置的耐腐蚀管长度；所开滑槽数与导线引出孔数相等，所开滑槽位置与顶部外环边缘导线引出孔位置相对应。

单级传感检测装置包括滑块、耐腐蚀管、可更换漂浮装置、耐腐蚀薄膜、薄膜式压力应变片及薄膜式压力应变片导线；滑块类似T型柱状结构，紧贴耐腐蚀管外管壁；耐腐蚀管为薄环柱状结构，高度与滑块高度一致；可更换漂浮装置为1/4环柱状结构，贴于耐腐蚀管外侧且距耐腐蚀管顶部1/5高度处，当单级传感检测装置达到检测上限时，带动其上浮；耐腐蚀薄膜与薄膜式压力应变片构成多层耐腐蚀薄膜-薄膜式压力应变片-多层耐腐蚀薄膜的抗蠕变的应变测试装配结构，平铺于耐腐蚀管管口表面，膜边界用粘结剂使其紧贴于耐腐蚀管外管壁，保证气密性；薄膜式压力应变片导线外裹耐腐蚀薄膜，并穿过耐腐蚀约束管导线引出孔；三个单级传感检测装置均为此结构且高度相等，耐腐蚀管管径依次递增但其壁厚相同；紧贴耐腐蚀管外壁的可更换漂浮装置厚度保持不变，其1/4环柱直径随对应的耐腐蚀管管径增大；紧贴耐腐蚀管外壁的滑块高度不变，但其T型结构尺寸随对应的耐腐蚀管管径逐步增大。（可根据检测深度，增减单级传感检测装置个数及耐腐蚀约束管滑槽数）。

各单级传感检测装置的耐腐蚀管上的滑块插入耐腐蚀约束管上对应的长滑槽、中滑槽、短滑槽中（为考虑检测效果，将耐腐蚀管管径最小的单级传感检测装置放入长滑槽中；将耐腐蚀管管径中等的单级传感检测装置放入中滑槽中；将耐腐蚀管管径最大的单级传感检测装置放入短滑槽中），各单级传感检测装置上的薄膜式压力应变片导线分别经长滑槽、中滑槽、短滑槽自下往上延伸，并由对应的导线引出孔引出；固定器通过固定帽套在耐腐蚀约束管顶部凸出柱状管凸出端上；形成装置整体。

本实用新型提供的一种垃圾填埋场液位检测装置，有益技术效果为：

（1）与渗滤液直接接触的为耐腐蚀性材料，可为理化性质较为复杂的渗滤液进行持续液位检测。

（2）多层耐腐蚀薄膜-薄膜式压力应变片-多层耐腐蚀薄膜的检测结构能有效增加该结构的抗蠕变性能。

（3）多级结构使其拆卸简单、易于维修、安装方便，适用范围广，可在设计、施工任何阶段投入使用。

（4）其检测元件采用的薄膜式压力应变片，允许将检测信号接入多种检测系统当中进行二次开发利用，能配合多种检测系统使用。

附图说明

图1是固定器结构图。

图2是耐腐蚀约束管结构图。

图3是单级传感检测装置结构图。

图4是抗蠕变的应变测试装配结构侧视图。

图5是装置整体安装图。

图6是固定器安装图。

图7是装置整体检测流程图。

图8是装置整体检测信号转换图。

图9是检测数据结果图。

图中所有结构编号：1-固定器，2-耐腐蚀约束管，3-单级传感检测装置，4-固定帽，5-Z形可调节支架，6-螺栓固定孔，7-顶部凸出柱状管，8-导线引出孔，9-长滑槽，10-中滑槽，11-短滑槽，12-滑块，13-可更换漂浮装置，14-耐腐蚀管，15-耐腐蚀薄膜，16-薄膜式压力应变片，17-薄膜式压力应变片导线。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

一种垃圾填埋场液位检测装置包括固定器1、耐腐蚀约束管2、单级传感检测装置3三部分，其中固定器1包括固定帽4、Z形可调节支架5及螺栓固定孔6；耐腐蚀约束管2包括顶部凸出柱状管7、导线引出孔8、长滑槽9、中滑槽10、短滑槽11；单级传感检测装置3包括滑块12、可更换漂浮装置13、耐腐蚀管14、耐腐蚀薄膜15、薄膜式压力应变片16及薄膜式压力应变片导线17。

如图1，固定帽4内部为中空结构形似瓶盖，顶部中心开有直径小于顶面外直径的圆面开口，便于耐腐蚀约束管2通气；固定帽4顶部外边界焊有两Z形可调节支架5，两Z形可调节支架5间夹角为90°，单个Z形可调节支架5为垂直Z形结构且可在对应方向伸缩调节长度；Z形可调节支架5末端开有螺栓固定孔6，螺栓固定孔6内部设有内螺纹，用于与渗滤液池边界地面固定。

如图2，（a）为耐腐蚀约束管2的正视图，（b）为耐腐蚀约束管2的后视图，（c）为（b）图的局部放大图。顶部凸出柱状管7外直径略小于固定帽4侧面内环直径且顶部凸出柱状管7高度与固定帽4侧面深度相近，便于二者套合固定；长滑槽9、中滑槽10及短滑槽11环绕顶部凸出柱状管7设置，长度依次递减，短滑槽11长度远大于单级传感检测装置3的耐腐蚀管14长度，长滑槽9底部距顶部凸出柱状管7底部有1-2cm间隙，便于被检测液体进入位于长滑槽9内的单级传感检测装置3内；导线引出孔8分布于顶部凸出柱状管7直径突变平面的外环边缘，用于分隔固定各单级传感检测装置3的薄膜式压力应变片导线17。

如图3，耐腐蚀管14为薄环柱状结构；耐腐蚀管14侧环面连接有同等高度的滑块12，滑块12类似T型柱状结构；耐腐蚀管14外环面贴有可更换漂浮装置13，为1/4环柱状结构，与滑块12位置相对，当单级传感检测装置3达到检测上限时带动上浮；耐腐蚀管14上部覆有多层耐腐蚀薄膜15-薄膜式压力应变片16-多层耐腐蚀薄膜15的抗蠕变的应变测试装配结构，且平铺于耐腐蚀管14管口表面，膜边界用粘结剂使其紧贴于耐腐蚀管14外管壁，保证检测时气密性；薄膜式压力应变片导线17裹有一层耐腐蚀薄膜15。

如图4，单级传感检测装置3的耐腐蚀管14顶部管口先覆有多层耐腐蚀薄膜15，紧接将薄膜式压力应变片16粘贴在多层耐腐蚀薄膜15上，最后在薄膜式压力应变片16上再覆盖多层耐腐蚀薄膜15，形成抗蠕变的应变测试装配结构。

如图5，将各单级传感检测装置3的耐腐蚀管14上的滑块12分别插入耐腐蚀约束管2上对应的长滑槽9、中滑槽10、短滑槽11中，各单级传感检测装置3上的薄膜式压力应变片导线17分别经长滑槽9、中滑槽10、短滑槽11自下往上延伸，并由对应的导线引出孔8引出。

如图6，固定器1通过固定帽4套在耐腐蚀约束管2凸出端上对耐腐蚀约束管2管身进行固定。

如图7，一种垃圾填埋场液位检测装置的运行流程为：一种垃圾填埋场液位检测装置放入被测液体后，当液体进入耐腐蚀管14内时开始检测，当液位达到长滑槽9内单级传感检测装置3的检测极限时，长滑槽9内单级传感检测装置3上升并由中滑槽10内单级传感检测装置3开始检测，反之继续由长滑槽9内单级传感检测装置3继续检测。当液位继续上升达到中滑槽10内单级传感检测装置3检测极限时，中滑槽10内单级传感检测装置3上升并由短滑槽11内单级传感检测装置3继续检测，当液位上升达到短滑槽11内单级传感检测装置3检测极限时，短滑槽11内单级传感检测装置3上升并停止检测。

如图8，一种垃圾填埋场液位检测装置的信号转换流程为：渗滤液的液位变化转变为耐腐蚀薄膜10的弹性形变；耐腐蚀薄膜10产生的弹性形变转变为薄膜式压力应变片16的的形变；薄膜式压力应变片16产生的形变转变为模拟信号；模拟信号再通过AD（数模转换）模块转变为数字信号；数字信号最终再由树莓派、单片机或者PLC进行处理。

实施流程

步骤1 单级传感检测装置3的检查；手动测试长滑槽9、中滑槽10、短滑槽11与对应滑块12的配合是否出现卡顿。将耐腐蚀管14与可更换漂浮装置13装配好后放入一定量水中，检测是否正常漂浮。接入单片机、树莓派或者PLC检查电路是否连通，检测装置是否正常运行，为后续装置安装做准备。

步骤2 单级传感检测装置3的安装；滑块12紧贴于耐腐蚀管14外侧；可更换漂浮装置13同样贴于耐腐蚀管14外侧且距耐腐蚀管14顶部1/5高度处；耐腐蚀薄膜15与薄膜式压力应变片16构成的多层耐腐蚀薄膜15-薄膜式压力应变片16-多层耐腐蚀薄膜15的抗蠕变的应变测试装配结构平铺于耐腐蚀管14管口表面，膜边界用粘结剂使其紧贴于耐腐蚀管14外管壁，保证气密性；薄膜式压力应变片导线17外裹耐腐蚀薄膜15，即可完成单级传感检测装置3的安装。

步骤3 装置整体的安装使用；将各单级传感检测装置3的耐腐蚀管14上的滑块12插入耐腐蚀约束管2上对应的长滑槽9、中滑槽10、短滑槽11中，再将各单级传感检测装置3上的薄膜式压力应变片导线17分别经长滑槽9、中滑槽10、短滑槽11由对应导线引出孔8引出并接入单片机、树莓派或者PLC中，即完成初步安装；将整体缓慢放入被测液体中，沉至底部且无明显晃动后，观察单片机、树莓派或者PLC系统当中是否有检测值输出，若有检测值输出便表明装置安装正确，可以进行下一步安装。一种垃圾填埋场液位检测装置整体安装完成后效果如图5所示。

步骤4 固定器1的安装；用固定帽4套在顶部凸出柱状管7上，用户可根据需求调节Z形可调节支架5的伸缩长度，并通过螺栓固定孔6用螺栓与渗滤液池边界地面进行固定，装置整体无晃动则表明安装正确，可以正常使用。固定器1的安装如图6所示。

步骤5 装置整体的卸除。先将各单级传感检测装置3的薄膜式压力应变片导线17从单片机、树莓派或PLC中拔出，并将装置中螺栓固定孔6的螺栓以及固定帽4先后取出，固定帽4取出后再将装置整体由被测液体中缓慢取出，待装置整体取出后，最后再将各单级传感检测装置3分别由长滑槽9、中滑槽10、短滑槽11中取出即可完成装置的卸除。

实施过程中，搭建了一种垃圾填埋场液位检测装置及其外围数据传输与预警系统。其中利用Python语言编程设计了数据可视化程序，通过调用matplotlib将检测数据进行可视化显示如图9所示，实验过程中可观察到检测结果随液位变化而变化。实施过程中考虑实际应用，为让技术人员能更好对该检测系统进行控制，增设保存数据指令控制与远程关闭预警指令控制，为防止输入指令的人员越级操作或违规操作，另在设计远程关闭预警指令时增加了基于opencv的人脸识别身份确认设计。故，通过实验测试分析验证了本装置的可靠性与准确性。

Claims (4)

1.一种垃圾填埋场液位检测装置，包含固定器（1）、耐腐蚀约束管（2）、单级传感检测装置（3）三部分；其中固定器（1）包括固定帽（4）、Z形可调节支架（5）及螺栓固定孔（6）；耐腐蚀约束管（2）包括顶部凸出柱状管（7）、导线引出孔（8）、长滑槽（9）、中滑槽（10）及短滑槽（11）；单级传感检测装置（3）包括滑块（12）、可更换漂浮装置（13）、耐腐蚀管（14）、耐腐蚀薄膜（15）、薄膜式压力应变片（16）及薄膜式压力应变片导线（17）；三个单级传感检测装置（3）的耐腐蚀管（14）上的滑块（12）分别插入耐腐蚀约束管（2）上对应的长滑槽（9）、中滑槽（10）、短滑槽（11）中，各单级传感检测装置（3）上的薄膜式压力应变片导线（17）分别经长滑槽（9）、中滑槽（10）、短滑槽（11）自下往上延伸，并由对应的导线引出孔（8）引出；固定器（1）通过固定帽（4）套在耐腐蚀约束管（2）顶部凸出柱状管（7）凸出端上。

2.根据权利要求1所述的一种垃圾填埋场液位检测装置，其特征是所述的固定器（1）由固定帽（4）、Z形可调节支架（5）及螺栓固定孔（6）组成；固定帽（4）顶部外边界与两Z形可调节支架（5）前端焊接为整体，Z形可调节支架（5）末端开有螺栓固定孔（6）。

3.根据权利要求1所述的一种垃圾填埋场液位检测装置，其特征是所述的耐腐蚀约束管（2）由顶部凸出柱状管（7）、导线引出孔（8）、长滑槽（9）、中滑槽（10）及短滑槽（11）组成；长滑槽（9）、中滑槽（10）、短滑槽（11）环绕顶部凸出柱状管（7）设置且长度递减，导线引出孔（8）分布于顶部凸出柱状管（7）直径突变平面的外环边缘。

4.根据权利要求1所述的一种垃圾填埋场液位检测装置，其特征是所述的单级传感检测装置（3）由滑块（12）、可更换漂浮装置（13）、耐腐蚀管（14）、耐腐蚀薄膜（15）、薄膜式压力应变片（16）及薄膜式压力应变片导线（17）组成；耐腐蚀管（14）为薄环柱状结构，滑块（12）连接在耐腐蚀管（14）侧环面，可更换漂浮装置（13）紧贴耐腐蚀管（14）侧环面中上部且与滑块（12）位置相对；耐腐蚀管（14）顶部管口覆有多层耐腐蚀薄膜（15），薄膜式压力应变片（16）粘贴在耐腐蚀薄膜（15）上，薄膜式压力应变片（16）上再覆盖多层耐腐蚀薄膜（15），形成抗蠕变的应变测试装配结构，此结构平铺于耐腐蚀管（14）管口表面，膜边界用粘结剂使其紧贴于耐腐蚀管（14）外管壁，保证检测时气密性；薄膜式压力应变片导线（17）裹有一层耐腐蚀薄膜（15）。

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