CN104180871A - 一种液位连续测量装置及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液位连续测量装置，包括模拟脱险舱，用于在其内充水后形成背压；测量装置，安装在模拟脱险舱上；测量装置包括第一水密连接器，第一水密连接器安装在模拟脱险舱的侧壁上，第一水密连接器依次连接第二水密连接器和压力传感器检测装置，压力传感器检测装置上连接信号调理模块；数据处理装置，用于接收压力传感器检测装置发送的数字信号，并计算压力传感器检测装置内的测量腔与参考腔之间的压差，从而得到模拟脱险舱内的液位。本发明测量精度高，能实时连续测量高背压环境内液位，一体化设计，安装方便，不需要增加管路接头或通舱件，连接方便。

Description

一种液位连续测量装置及其应用

技术领域

本发明属于援潜救生技术领域，更具体地，涉及一种液位连续测量装置及其应用。

背景技术

快速上浮脱险是当今潜艇艇员在大深度水下脱险的一种逃生方法，其主要原理是：首先，艇员穿上快速上浮脱险服进入脱险舱；然后，对脱险舱进行常压注水，当脱险舱内水位上升到指定位置后，按照指数曲线对脱险舱进行快速加压；当脱险舱内压力与潜艇外部海水压力平衡后，打开脱险舱上盖，此后艇员从脱险舱自由上浮至水面。整个加减压过程时间很短，艇员的高压暴露时间也很短，从而避免了减压病的发生，为艇员的生命安全提供了保障。

在快速上浮脱险的加压过程中，需要对脱险服头罩进行同步加压，并保持脱险服头罩内压力与脱险舱内压力差值基本恒定，以保证脱险服头罩内充满气体且头罩内液位处于安全范围内，从而避免艇员因头罩内液位偏离安全范围而发生溺毙，确保艇员在加压过程中能正常呼吸。

为了检验脱险服上述性能，在进行快速上浮脱险模拟试验时，需要在待检脱险服内部安装液位传感器，以检验快速加压过程中脱险服头罩内液位的变化是否满足安全要求。本发明的目的是设计一种在高背压环境下连续精确测量液位变化的方法。在该领域公知技术中同类产品较多，诸如：磁性浮子液位计、浮球浮子液位计、压差传感器等。

浮球浮子液位计的原理是在传感器导杆中，等距离地安装着若干个磁簧开关和数量相等的等值电阻。当浮球随液面浮到某位置时，该位置的磁簧开关就把代表该位置的相应电阻接通。在输出端的电阻值就代表该点液位。浮球浮子液位计的缺点是体积大，分辨率低，不能连续测量液位。

磁性浮子液位计的原理是当装有永久磁钢的浮子浮在被测介质表面时，随着液面变化，磁钢所在位置随之变化，并通过磁化***耦合驱动双色磁翻柱翻转，从而显示液面位置。如专利CN92109022.6、CN200910219682.4、CN90214727.7所述，它们均采用该原理或其改进方案测量液位，优点是精度高，可实现液位的连续测量，缺点是体积较大，存在滞后效应。

如专利CN201220352360.4所述，其原理是通过差压传感器测量模拟脱险舱中的液位压力来进行液位测量的，该方法需要安装引压管将液体压力和液面上的大气压分别引入到压差传感器的正压腔和副压腔，且差压传感器只能承受内压，不适用于高背压环境内液位的直接测量。

专利CN200510055687.X利用射线测量原理连续测量高压容器内液体液位，其特征是将核放射发生器固定在高压容器外侧上端，放射线由发生源向斜下方穿过高压容器，由固定在高压容器另一侧的放射线接收棒接收放射信号，接收的信号通过变送器传入计算机进行补偿处理，处理后的信号用于仪表显示及液位自动控制***。该发明可在高压环境下采用非接触式方法实现液位，但发射源和探棒均不能承受外压，亦不适用于高背压环境内液位的直接测量。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种液位连续测量装置及其应用，其目的在于实时连续测量高背压环境下模拟脱险舱内的液位，保证脱险服头罩内充满气体且头罩内液位处于安全范围内，从而避免艇员因头罩内液位偏离安全范围而发生溺毙，确保艇员在加压过程中能正常呼吸。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种液位连续测量装置，包括模拟脱险舱，用于在其内充水后形成背压；测量装置，安装在模拟脱险舱上；测量装置包括第一水密连接器，第一水密连接器安装在模拟脱险舱的侧壁上，第一水密连接器依次连接第二水密连接器和压力传感器检测装置，压力传感器检测装置包括外壳及安装在外壳内的第一压力传感器，压力传感器检测装置的外壳内设有测量腔及参考腔，第一压力传感器设置于测量腔内，压力传感器检测装置的参考腔通过软管与模拟脱险舱内的大气环境连通，第一压力传感器连接信号调理模块，信号调理模块将压力传感器检测装置输入的毫伏信号放大后转换为数字信号，第二水密连接器、压力传感器检测装置及软管均位于模拟脱险舱内部；数据处理装置，连接在第一水密连接器上，其位于模拟脱险舱外，用于接收信号调理模块发送的数字信号，并计算压力传感器检测装置内的测量腔与参考腔之间的压差，从而得到模拟脱险舱内的液位。

优选地，第一水密连接器连接第一水密电缆，第二水密连接器上连接第二水密电缆，信号调理模块上连接第三水密电缆，第一水密电缆、第二水密电缆和第三水密电缆通过橡胶硫化形成的硫化点连接在一起。

优选地，压力传感器检测装置上设有硅膜片，以感知其测量腔与参考腔之间的压力差，硅膜片通过全桥电路将压差信号转换为毫伏信号，信号调理模块上设有信号调理电路、A/D转换芯片和单片机，信号调理电路将压力传感器检测装置发送的毫伏信号放大后输入到A/D转换芯片，单片机将A/D转换芯片采集到的电压信号换算成数字量后通过串口通讯芯片传输到数据处理装置进行处理和显示。

一种脱险服头罩液位测试***，包括液位连续测量装置，模拟脱险舱分别连接通舱管路、舱加压管路、减压管路、头罩充气管路和注水管路，通舱管路上连接通气电磁阀，舱加压管路上连接加压调节阀，减压管路上连接减压调节阀，头罩充气管路上连接头罩充气电磁阀和头罩充气***，头罩充气***位于模拟脱险舱内，注水管路上连接注水电磁阀，加压调节阀通过第一减压阀连接气源，头罩充气电磁阀通过第二减压阀连接气源，模拟脱险舱的顶部连接温度传感器和第二压力传感器，模拟脱险舱内设置穿着脱险服的假人，脱险服上设置单向排气阀，头罩充气***对脱险服头罩进行加压，使脱险服头罩内压力一直高于模拟脱险舱内压力，数据处理装置分别连接通气电磁阀、加压调节阀、减压调节阀、头罩充气电磁阀和注水电磁阀。

一种对脱险服头罩液位测试***进行液位测试的方法，包括以下步骤：

a)打开模拟脱险舱、通气电磁阀和注水电磁阀，对模拟脱险舱进行常压注水，当模拟脱险舱内水位上升到指定高度时，关闭通气电磁阀和注水电磁阀，停止常压注水；

b)数据处理装置控制加压调节阀的开度，使模拟脱险舱内气体压力P2按照指定曲线上升，同时，开启头罩充气电磁阀，来自头罩充气管路的气体经头罩充气***对脱险服头罩进行加压，使脱险服头罩内压力P3始终高于模拟脱险舱内气体压力P2，气体经脱险服上的单向排气阀排入模拟脱险舱内；

c)当模拟脱险舱内气体压力P2达到指定大小时，数据处理装置同时关闭加压调节阀和头罩充气电磁阀，停止对模拟脱险舱快速加压和脱险服头罩充气；

d)开启减压调节阀，采用自动控制或手动电操方式控制减压调节阀开度，对模拟脱险舱进行减压；

e)在整个加压和减压过程中，数据处理装置将模拟脱险舱内温度、压力、脱险服头罩内液位以数字和图形化的形式显示并存储在数据处理装置内。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1)所有部件均能承受外压，体积小，故可安装于安装空间受限的待测对象内；

2)测量精度高；

3)能实时连续测量高背压环境内液位；

4)一体化设计，安装方便，不需要增加管路接头或通舱件，连接方便；

5)能准确、可靠、快速地对快速加压过程中脱险服头罩内的液位进行实时监测，保证脱险服头罩内充满气体且头罩内液位处于安全范围内，从而避免艇员因头罩内液位偏离安全范围而发生溺毙，确保艇员在加压过程中能正常呼吸；

6)在整个加压和减压过程中，数据处理装置将试验过程中的各物理量，如模拟脱险舱内温度、压力、脱险服头罩内液位等数据，以数字和图形化的形式显示并存储在数据处理装置上，方便今后的数据调用和回放。

附图说明

图1为本发明中液位连续测量装置的配置示意图；

图2为本发明中液位连续测量装置的电路原理图；

图3为本发明中脱险服头罩液位测试***的配置示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，一种液位连续测量装置，包括模拟脱险舱101，用于在其内充水后形成背压；测量装置，安装在模拟脱险舱101上；测量装置包括第一水密连接器105，第一水密连接器105安装在模拟脱险舱101的侧壁上，第一水密连接器105依次连接第二水密连接器106和压力传感器检测装置100，压力传感器检测装置100包括外壳15及安装在外壳15内的第一压力传感器17，压力传感器检测装置100的外壳15内设有测量腔及参考腔，第一压力传感器17设置于测量腔内，压力传感器检测装置100的参考腔通过软管16与模拟脱险舱101内的大气环境104连通，第一压力传感器17连接信号调理模块103，信号调理模块103将压力传感器检测装置100输入的毫伏信号放大后转换为数字信号，第二水密连接器106、压力传感器检测装置100及软管16均位于模拟脱险舱101内部；数据处理装置102，连接在第一水密连接器105上，其位于模拟脱险舱101外，用于接收信号调理模块103发送的数字信号，并计算压力传感器检测装置100内的测量腔与参考腔之间的压差，从而得到模拟脱险舱101内的液位。优选地，第一水密连接器105连接第一水密电缆108，第二水密连接器106上连接第二水密电缆107，信号调理模块103上连接第三水密电缆109，第一水密电缆108、第二水密电缆107和第三水密电缆109通过橡胶硫化形成的硫化点110连接在一起。压力传感器检测装置100、信号调理模块103及其附件均可承受外压。

本发明的高背压环境下液位测量原理如下：压力传感器检测装置100上设有硅膜片，以感知其测量腔与参考腔之间的压力差，硅膜片通过全桥电路14将压差信号转换为毫伏信号，信号调理模块103上设有信号调理电路、A/D转换芯片13和单片机11，信号调理电路将压力传感器检测装置100发送的毫伏信号放大后输入到A/D转换芯片13，单片机11将A/D转换芯片13采集到的电压信号换算成数字量后通过串口通讯芯片12传输到数据处理装置102进行处理和显示。

压力传感器检测装置100的测量腔与参考腔之间的压差等于从压力传感器检测装置100的测量腔安装点到模拟脱险舱101内液面111的液柱所产生的压强，利用公式P1-P2＝ρgh可得出所述液柱高度即液位h＝(P1-P2)/ρg。

其中：P1为压力传感器检测装置100的测量腔安装点压力，P2为模拟脱险舱101内气体压力，ρ为模拟脱险舱101内液体密度，g为重力加速度9.8m/s²，h为从压力传感器检测装置100测量腔安装点到模拟脱险舱101内液面111的液柱高度。

当模拟脱险舱101内大气环境104的气体压力P2发生变化时，亦能保证测量结果真实反映模拟脱险舱101内的液位总高度H。

由于压力传感器检测装置100的测量腔安装点的高度是可在安装时即测得的，因此测得了h，两者相加即可得到液位总高度H。

参考图3所示，一种脱险服头罩液位测试***，包括上述的液位连续测量装置，模拟脱险舱101分别连接通舱管路305、舱加压管路301、减压管路303、头罩充气管路302和注水管路304，通舱管路305上连接通气电磁阀206，舱加压管路301上连接加压调节阀207，减压管路303上连接减压调节阀208，头罩充气管路302上连接头罩充气电磁阀209和头罩充气***212，头罩充气***212位于模拟脱险舱101内，注水管路304上连接注水电磁阀210，加压调节阀207通过第一减压阀211连接气源，头罩充气电磁阀209通过第二减压阀213连接气源，模拟脱险舱101的顶部连接温度传感器202和第二压力传感器203，模拟脱险舱101内设置穿着脱险服204的假人205，脱险服204上设置单向排气阀18，头罩充气***212对脱险服204的头罩进行加压，使脱险服204的头罩内压力一直高于模拟脱险舱101内压力；数据处理装置102分别连接通气电磁阀206、加压调节阀207、减压调节阀208、头罩充气电磁阀209和注水电磁阀210。

本实施例中第二压力传感器203、温度传感器202安装于模拟脱险舱101顶部，用于测量模拟脱险舱101内压力和温度的变化。压力传感器检测装置100和信号调理模块103通过绑扎带固定在脱险服204内部的假人205身上和舱底，压力传感器检测装置100的参考腔通过软管16与脱险服204的头罩内大气环境连通，信号调理模块103通过水密电缆与模拟脱险舱101上的第一水密连接器105相连，水密电缆由脱险服204的袖口从脱险服204内部穿出，数据处理装置102通过双绞线与第二压力传感器203、温度传感器202和模拟脱险舱101内信号调理模块103连接。信号调理模块103通过串口与数据处理装置102进行通讯，将第一压力传感器17传来的毫伏信号转换为数字信号，并传输到数据处理装置102中进行数据处理、显示和保存。

本实施例中的测试过程详述如下：

1.打开通气电磁阀206和注水电磁阀210，对模拟脱险舱101进行常压注水，当模拟脱险舱101内水位上升到指定高度时，关闭通气电磁阀206和注水电磁阀210，停止常压注水；

2.快速加压开始后，数据处理装置102控制加压调节阀207的开度，使模拟脱险舱101内气体压力P2按照指定曲线上升，同时，开启头罩充气电磁阀209，来自头罩充气管路302的气体经头罩充气***212对脱险服204的头罩进行加压，使脱险服204的头罩内压力P3始终高于模拟脱险舱101内气体压力P2，气体经脱险服204上的单向排气阀18排入舱内；

3.当模拟脱险舱101内气体压力P2达到指定深度时，数据处理装置102同时关闭加压调节阀207和头罩充气电磁阀209，停止对模拟脱险舱101快速加压和脱险服204的头罩充气；

4.开启减压调节阀208，可对模拟脱险舱101进行减压，本实施例可采用自动控制或手动电操方式控制减压调节阀208开度；

5.在整个快速加压和减压过程中，数据处理装置102将试验过程中的各物理量，如模拟脱险舱101内温度、压力、脱险服204的头罩内液位等数据，以数字和图形化的形式显示并存储在数据处理装置102上，方便今后的数据调用和回放。

安装于模拟脱险舱101顶部的温度传感器202用于实时监测试验过程中模拟脱险舱101内温度的变化情况，第二压力传感器203用于将模拟脱险舱101内压力反馈给数据处理装置102，以实现快速加压和减压过程的自动控制。

本实施例可以准确、可靠、快速地对快速加压过程中脱险服204的头罩内的液位进行实时监测。虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权力要求所限定的范围为准。

Claims (5)

1.一种液位连续测量装置，其特征在于：包括

模拟脱险舱(101)，用于在其内充水后形成背压；

测量装置，安装在模拟脱险舱(101)上；

测量装置包括第一水密连接器(105)，第一水密连接器(105)安装在模拟脱险舱(101)的侧壁上，第一水密连接器(105)依次连接第二水密连接器(106)和压力传感器检测装置(100)，压力传感器检测装置(100)包括外壳(15)及安装在外壳(15)内的第一压力传感器(17)，压力传感器检测装置(100)的外壳(15)内设有测量腔及参考腔，第一压力传感器(17)设置于测量腔内，压力传感器检测装置(100)的参考腔通过软管(16)与模拟脱险舱(101)内的大气环境(104)连通，第一压力传感器(17)连接信号调理模块(103)，信号调理模块(103)将压力传感器检测装置(100)输入的毫伏信号放大后转换为数字信号，第二水密连接器(106)、压力传感器检测装置(100)及软管(16)均位于模拟脱险舱(101)内部；

数据处理装置(102)，连接在第一水密连接器(105)上，其位于模拟脱险舱(101)外，用于接收信号调理模块(103)发送的数字信号，并计算压力传感器检测装置(100)内的测量腔与参考腔之间的压差，从而得到模拟脱险舱(101)内的液位。

2.根据权利要求1所述的一种液位连续测量装置，其特征在于：第一水密连接器(105)连接第一水密电缆(108)，第二水密连接器(106)上连接第二水密电缆(107)，信号调理模块(103)上连接第三水密电缆(109)，第一水密电缆(108)、第二水密电缆(107)和第三水密电缆(109)通过橡胶硫化形成的硫化点(110)连接在一起。

3.根据权利要求1所述的一种液位连续测量装置，其特征在于：压力传感器检测装置(100)上设有硅膜片，以感知其测量腔与参考腔之间的压力差，硅膜片通过全桥电路(14)将压差信号转换为毫伏信号，信号调理模块(103)上设有信号调理电路、A/D转换芯片(13)和单片机(11)，信号调理电路将压力传感器检测装置(100)发送的毫伏信号放大后输入到A/D转换芯片(13)，单片机(11)将A/D转换芯片(13)采集到的电压信号换算成数字量后通过串口通讯芯片(12)传输到数据处理装置(102)进行处理和显示。

4.一种脱险服头罩液位测试***，其特征在于：包括权利要求1～3中任一权利要求所述的液位连续测量装置，模拟脱险舱(101)分别连接通舱管路(305)、舱加压管路(301)、减压管路(303)、头罩充气管路(302)和注水管路(304)，通舱管路(305)上连接通气电磁阀(206)，舱加压管路(301)上连接加压调节阀(207)，减压管路(303)上连接减压调节阀(208)，头罩充气管路(302)上连接头罩充气电磁阀(209)和头罩充气***(212)，头罩充气***(212)位于模拟脱险舱(101)内，注水管路(304)上连接注水电磁阀(210)，加压调节阀(207)通过第一减压阀(211)连接气源，头罩充气电磁阀(209)通过第二减压阀(213)连接气源，模拟脱险舱(101)的顶部连接温度传感器(202)和第二压力传感器(203)，模拟脱险舱(101)内设置穿着脱险服(204)的假人(205)，脱险服(204)上设置单向排气阀(18)，头罩充气***(212)对脱险服(204)的头罩进行加压，使脱险服(204)的头罩内压力一直高于模拟脱险舱(101)内压力，数据处理装置(102)分别连接通气电磁阀(206)、加压调节阀(207)、减压调节阀(208)、头罩充气电磁阀(209)和注水电磁阀(210)。

5.一种对权利要求4所述的脱险服头罩液位测试***进行液位测试的方法，其特征在于：包括以下步骤：

a)打开模拟脱险舱(101)、通气电磁阀(206)和注水电磁阀(210)，对模拟脱险舱(101)进行常压注水，当模拟脱险舱(101)内水位上升到指定高度时，关闭通气电磁阀(206)和注水电磁阀(210)，停止常压注水；

b)数据处理装置(102)控制加压调节阀(207)的开度，使模拟脱险舱(101)内气体压力P2按照指定曲线上升，同时，开启头罩充气电磁阀(209)，来自头罩充气管路(302)的气体经头罩充气***(212)对脱险服(204)的头罩进行加压，使脱险服(204)的头罩内压力P3始终高于模拟脱险舱(101)内气体压力P2，气体经脱险服(204)上的单向排气阀(18)排入模拟脱险舱(101)内；

c)当模拟脱险舱(101)内气体压力P2达到指定大小时，数据处理装置(102)同时关闭加压调节阀(207)和头罩充气电磁阀(209)，停止对模拟脱险舱(101)快速加压和脱险服(204)的头罩充气；

d)开启减压调节阀(208)，采用自动控制或手动电操方式控制减压调节阀(208)开度，对模拟脱险舱(101)进行减压；

e)在整个加压和减压过程中，数据处理装置(102)将模拟脱险舱(101)内温度、压力、脱险服(204)的头罩内液位以数字和图形化的形式显示并存储在数据处理装置(102)内。