专利名称：基于涡流效应的液位测量装置的制作方法
技术领域：
本发明公开了一种基于涡流效应的液位测量装置，特别是一种将储罐中液面或液体界位高度变化通过涡流效应将线圈电感变化量转化为电信号，并以此获得高精度的液面、液体界位高度数值，属于计量技术应用领域。
背景技术：
目前，工业上对储罐中所储存的液体进行计量检测时，通常采用液位测量仪表和静压测量仪表两大类。
液位测量仪表主要有美国VAREC公司生产的6500型伺服式液位计、德国KROHNE公司生产的BM60型伺服式测量系统、荷兰生产的872系列雷达液位计，近年来美国K-TEK公司和MTS公司推出的磁致伸缩式液位计。国产液位仪表诸如北京自动化仪表四厂、大连仪表五厂和瑞安自动化仪表厂生产和经销的6500系列、BM43型和BM60型伺服式液位计。
静压测量仪表主要是美国ROSEMOUNT公司生产的HTG型储罐测量系统。
在以上两种类型的储罐计量仪表中，液位式测量仪表虽然具有测量精度高(误差约为±1mm)的优点，一般都不能测量温度，即使能测温度的磁致伸缩式液位计，也不能准确计算液体质量，所以不适合我国进行储罐液体质量计量要求，而且价格昂贵，安装这类仪表时，每个罐通常需要花费几万元，因此，在我国的推广应用具有一定的困难。静压式测量仪表虽然测量精度较高，但它对密度、体积、液面的测量是不准的，也不能测量液体界位如储油罐内的水与油的界面，所以无法测量有两相液体储罐的质量。另外，这种仪表因安装结构等原因，容易发生故障并且使用寿命较短。
在我国，高精度、大量程、造价低廉且便于安装、使用、维护的能测量储罐液面、液体界位、温度、压力、密度和液体质量等多参数的液体测量仪表尚属空白，而在世界范围内，也尚未见到相关报道。
我国幅员辽阔，蕴藏着丰富的石油资源，各种类型的储油罐被大量使用。而对这些储罐的储量在综合投资较少的情况下进行精确的测量，尤其是对超大型储罐进行大量程、高精度的液面、液体界位和质量测量，是目前我国计量行业急待解决的问题之一。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种基于涡流效应的液位测量装置，该装置利用涡流效应原理将储罐液面和液体界位的高度尺寸转换为电感变化信号，而通过对变化的电感信号的测定及换算，就可以获得精确的液面高度、液体界位高度数值。
本发明的另一目的在于提供一种基于涡流效应的液位测量装置，该装置利用涡流效应原理，采用分别检测各个测量单元电感值变化的方法，使测量精度不随量程的加大而降低，从而实现了超长量程液位的高精度测量。
本发明的再一个目的在于提供一种基于涡流效应的液位测量装置，该装置利用测量杆内的温度传感器、压力传感器，实现对液体温度、密度的测量，最终实现精确测量被测液体的综合物理参数，满足对储罐液体质量测量的相关要求。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的一种基于涡流效应的液位测量装置，包括信号处理显示器，该装置还包括可漂浮的涡流管及内部设置有感应线圈的测量杆；所述的涡流管滑动套设在测量杆外侧，当被测液体界面高度变化时，涡流管随液体界面高低沿测量杆上下移动，从而使感应线圈产生涡流效应信号；测量杆的信号输出线与所述的信号处理显示器的信号输入端电气连接，该信号处理显示器对输入信号计算处理。
所述的涡流管的长度为线圈长度的2～3倍；其外表面固设有漂浮体；该涡流管的数量为一个或一个以上，可用于对多层不同介质液体的液位高度进行测量。
所述的测量杆为中空的金属管体，其底部为封闭端，内部设置有按编码顺序摞置的多个感应线圈、温度传感器及压力传感器；所述的多个感应线圈具有一致的外型尺寸及电感参数，为液面高度和液体界位测量提供由涡流效应而产生的精确的变化电感值信号。
所述的温度传感器数量为一个或一个以上，该温度传感器被分布设置在测量杆内部，其信号输出线与信号处理显示器信号输入端连接，用以测量液体的温度。
所述的压力传感器设置在测量杆的底端及最高端，其信号输出线与信号处理显示器信号输入端连接；通过所述的压力传感器可以检测压力参数、计算液体密度和质量。
所述的测量杆至少由两节测量管经连接器串设连接，从而实现大量程的液位测量。
所述的连接器内设置有信号传输转换电路，该电路的信号输入端与测量管中设置的感应线圈连接，其输出端与测量杆的信号输出线连接。
所述的测量管具有用于固设连接器的第一连接端部，该端部连接口处设有用于防止被测液体进入管体的密封元件；该测量管还具有第二连接端部，该连接端部的连接口处设有用于防止被测液体进入管体的密封元件。
所述的测量管中按编码顺序摞置有感应线圈，该感应线圈的信号输出端与连接器信号输入端连接。
所述的连接器还包括固定端、连接端；固定端密封固设在测量管的第一连接端部；连接端与另一测量管的第二连接端部密封套连接。
本发明所提供的基于涡流效应的液位测量装置将多个具有编码的感应线圈顺序连接设置在测量管内，并将若干设置有同样感应线圈的测量管通过机械以及电气方式连接在一起，从而组成测量杆；再将一个或一个以上固设有漂浮体的涡流管套设在测量杆表面并使其能够在整个测量杆的表面滑动。
当进行液面或液体界位测量时，漂浮体漂在被测液面上或液体界位处，使涡流管停滞在测量杆的某个部位，此时，处在涡流管内的线圈因发生涡流效应，使其电感值发生变化，而未处于涡流管内的线圈的电感值不发生变化。
由于每个线圈都具有预设的编码数值，而且，在任何情况下，至少保证有一个线圈完全处于涡流管内，所以，该装置只需检测到电感值发生变化的线圈，通过数值计算，实时计算出单位线圈长度的电感变化量，据此可计算出部分处于涡流管中的线圈的精确位置，再根据线圈的编码位置，进行数据处理，即可测得精确的液面高度、液体界位高度数值。
另外，本发明所提供的测量装置只需分别检测单个线圈的电感值，即可确定液面和液体界位高度，检测电路的量程等于单个线圈的电感值，而不需要随储罐液位高低变化而改变量程的大小，所以，该装置可以将上述多个测量管体连接，并且在保持测量精度不变的前提下，进行较大范围的储罐液面高度测量。
本发明所提供的测量装置的测量杆内还设置有温度传感器、压力传感器，可实时检测储罐液体的温度和压力，并计算出液体密度。根据储罐几何尺寸、液面高度、液体界位高度和液体密度，可计算出储罐液体质量。检测的温度值还可对测量装置进行温度补偿，提高测量精度。
本发明所提供的基于涡流效应的储罐测量装置还可以分节储运，便于现场施工安装，而且操作简单、维护方便、造价低廉，所以具有极大的实用价值。
图1为本发明所提供的第一实施例的结构示意图；
图2为本发明所提供的第二实施例的结构示意图；图3为上述第二实施例中连接器的结构示意图；图4为上述第二实施例的电路原理示意图；图5为本发明所提供的第三实施例的结构示意图。
具体实施例方式
以下，结合具体实施例并参照附图对本发明做进一步的详细说明。
第一实施例如图1所示，该实施例包括测量杆1、涡流管2、漂浮体3、信号处理显示器4。
测量杆1的底部为封闭端，并设置有封闭端头12，用以防止被测液体进入测量杆1内部。测量杆1内还设置有按编码顺序摞置的多个感应线圈11，感应线圈的两端分别与信号处理显示器4的信号输入端连接。
本实施例中，漂浮体3为圆球体，涡流管2穿过该漂浮体3的中心，并与该漂浮体3焊接固定。涡流管2的长度为单个感应线圈长度的2.2倍。
在对液位进行测量时，将本实施例垂直安置在装有被测液体的容器中，此时漂浮体3受到液体浮力的作用，漂浮在被测液体表面，使涡流管2停滞在测量杆1的某个位置。由于涡流效应，包含在涡流管2中的感应线圈的电感值发生变化，其中，以全部被包含的感应线圈的电感值变化最大。变化的电感值被传送到信号处理显示器4中，根据感应线圈的编码，并通过计算处理，就可以确定涡流管2所处的位置，进而可以准确的测量出液位的高度数值。
第二实施例第二实施例是在第一实施例的基础上所做的进一步改进。如图2所示。它仍然包括测量杆1、涡流管2、漂浮体3、信号处理显示器4。不同的是测量杆1是由多节测量管串设连接而成。图中示出了测量杆1末端两节的连接结构，即测量管11与测量管12通过连接器5串设连接。在测量管11与测量管12内分别设置有按编码顺序摞置的多个感应线圈111、感应线圈121。
连接器5的内部设置有信号传输转换电路51，如图3所示。连接器5包括固定端52、连接端53；固定端52在焊缝54处密封焊接在测量管12的连接端部，；连接端53设有密封圈55，并通过该密封圈55与测量管11的连接端部密封套连接。
测量管11中设置的感应线圈111与连接器5中信号传输转换电路51的信号输入端连接。信号传输转换电路51的输出端与测量杆的信号输出线连接。
按照上述设置与连接，使测量杆1的长度可以得到大大加长，进而可以对大型储罐中的液位进行高度测量，其测量方法与第一实施例相同，故不赘述。
值得注意的是由于每个测量管中都设置有感应线圈，其引出的信号传输线较多，所以必须将信号进行先期处理，使连接到信号处理显示器4输入端的连线不因测量管的数量而改变。解决这一问题的方法是通过连接器5中的信号传输转换电路51，该电路将感应线圈的输出信号进行转换后，连接到测量杆的信号输出线，该信号输出线与信号处理显示器4的信号输入端连接。如图4所示，为电路原理示意图。图中感应线圈111、感应线圈121分别为设置在测量管11及测量管12中的线圈组。感应信号经信号转换电路51的转换处理被输出连接到测量杆信号输出线6，并通过该信号输出线6将电感变化数值传送到信号处理显示器4。
第三实施例如图5所示，本实施例是在上述第二实施例的测量杆上又增设一个涡流管13及与其连设的漂浮体14。当被测液体为两种不同介质时，调整漂浮体14，使其能够漂浮于被测液体20与被测液体21的界面上。根据上述涡流效应原理，即可测得液位20及液位21的高度数值。
另外，本实施例的测量杆内还分布设置了温度传感器15，测量杆的底端、最高端分别设置有压力传感器16。温度传感器15、压力传感器16的信号输出线被连接到信号处理显示器4的信号输入端。通过温度传感器以及压力传感器的设置，可以实现对被测液体的温度、压力、液体界位及质量等多项参数的测量。
最后所应说明的是以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1.一种基于涡流效应的液位测量装置，包括信号处理显示器，其特征在于该装置还包括可漂浮的涡流管及内部设置有感应线圈的测量杆；所述的涡流管滑动套设在测量杆外侧，当被测液体界面高度变化时，涡流管随液体界面高低沿测量杆上下移动，从而使感应线圈产生涡流效应信号；测量杆的信号输出线与所述的信号处理显示器的信号输入端电气连接，该信号处理显示器对输入信号计算处理。
2.根据权利要求1所述的基于涡流效应的液位测量装置，其特征在于所述的涡流管的长度为线圈长度的2～3倍；其外表面固设有漂浮体；该涡流管的数量为一个或一个以上，可用于对多层不同介质液体的液位高度进行测量。
3.根据权利要求1所述的基于涡流效应的液位测量装置，其特征在于所述的测量杆为中空的金属管体，其底部为封闭端，内部设置有按编码顺序摞置的多个感应线圈、温度传感器及压力传感器；所述的多个感应线圈具有一致的外型尺寸及电感参数，为液面高度和液体界位测量提供由涡流效应而产生的精确的变化电感值信号。
4.根据权利要求3所述的基于涡流效应的液位测量装置，其特征在于所述的温度传感器数量为一个或一个以上，该温度传感器被分布设置在测量杆内部，其信号输出线与信号处理显示器信号输入端连接，用以测量液体的温度。
5.根据权利要求3所述的基于涡流效应的液位测量装置，其特征在于所述的压力传感器设置在测量杆的底端及最高端，其信号输出线与信号处理显示器信号输入端连接；通过所述的压力传感器可以检测压力参数、计算液体密度和质量。
6.根据权利要求1所述的基于涡流效应的液位测量装置，其特征在于所述的测量杆至少由两节测量管经连接器串设连接，从而实现大量程的液位测量。
7.根据权利要求1或6所述的基于涡流效应的液位测量装置，其特征在于所述的连接器内设置有信号传输转换电路，该电路的信号输入端与测量管中设置的感应线圈连接，其输出端与测量杆的信号输出线连接。
8.根据权利要求6所述的基于涡流效应的液位测量装置，其特征在于所述的测量管具有用于固设连接器的第一连接端部，该端部连接口处设有用于防止被测液体进入管体的密封元件；该测量管还具有第二连接端部，该连接端部的连接口处设有用于防止被测液体进入管体的密封元件。
9.根据权利要求1或6所述的基于涡流效应的液位测量装置，其特征在于所述的测量管中按编码顺序摞置有感应线圈，该感应线圈的信号输出端与连接器信号输入端连接。
10.根据权利要求1或6所述的基于涡流效应的液位测量装置，其特征在于所述的连接器还包括固定端、连接端；固定端密封固设在测量管的第一连接端部；连接端与另一测量管的第二连接端部密封套连接。
全文摘要
一种基于涡流效应的液位测量装置，包括信号处理显示器，该装置还包括可漂浮的涡流管及内部设置有感应线圈的测量杆；所述的涡流管滑动套设在测量杆外侧，当被测液体界面高度变化时，涡流管随液体界面高低沿测量杆上下移动，从而使感应线圈产生涡流效应信号；测量杆的信号输出线与所述的信号处理显示器的信号输入端电气连接，该信号处理显示器对输入信号计算处理。本发明所提供的测量装置利用涡流效应原理将液体液位或界面的高度尺寸转换为电感变化信号，而通过对变化的电感信号的测定及换算，获得精确的液面高度和液体界位高度数值，该装置的测量精度，不随量程的加大而降低，可实现超长量程的液面高精度测量。
文档编号G01F23/26GK1512148SQ0215948
公开日2004年7月14日 申请日期2002年12月31日 优先权日2002年12月31日
发明者王飞, 陈惠立, 王 飞 申请人:北京怡诚机电设备公司