CN112781683B - 液位测量装置和液位测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种液位测量装置和液位测量方法，属于仪表技术领域。所述液位测量装置包括：变送器和多个探头，液位测量装置用于测量储罐所存储液体的液位，储罐包括：罐体、进液管以及出液管，进液管和出液管均与罐体连通，多个探头均用于安装在罐体的外底面，多个探头包括第一探头和第二探头；第一探头与进液管的距离为L1，与出液管的距离为L2，第二探头与出液管的距离为L3，与进液管的距离为L4，其中，L1＜L2，L1＜L4，L3＜L4，L3＜L2；变送器用于：控制多个探头均发射测量信号，并根据多个探头接收到的回波信号的情况计算液体的液位值。本发明解决了储罐进出液影响液位测量稳定性的问题。本发明用于测量液位。

Description

液位测量装置和液位测量方法

技术领域

本发明涉及仪表技术领域，特别涉及一种液位测量装置和液位测量方法。

背景技术

在化工品生产过程中，需使用储罐存储液体，且通常使用液位测量装置测量储罐内液体的液位。

液位测量装置包括变送器和探头，储罐包括罐体、进液管以及出液管，进液管和出液管均与罐体连通。在使用液位测量装置测量储罐内液体液位前，需要将液位测量装置的探头安装在储罐的罐体外底面，使得探头可以正对于罐体内液体液面发射信号。

然而，在进液管进液或出液管出液时，位于进液管附近或出液管附近的液体会产生漩涡，该漩涡会吸收并打乱探头发出的信号，导致探头接收不到有效回波信号，影响了液位测量稳定性。

发明内容

本申请提供了一种液位测量装置和液位测量方法，可以解决相关技术中液位测量装置在储罐进出液时因探头接收不到有效回波信号而影响了液位测量稳定性的问题，所述技术方案如下：

一方面，提供了一种液位测量装置，所述液位测量装置包括：变送器和多个探头，所述液位测量装置用于测量储罐所存储液体的液位，所述储罐包括：罐体、进液管以及出液管，所述进液管和所述出液管均在所述罐体的外底面与所述罐体连通，所述多个探头均用于安装在所述罐体的外底面，所述多个探头包括第一探头和第二探头；

在平行于水平面的投影面上，所述第一探头与所述进液管的距离为L1，与所述出液管的距离为L2，所述第二探头与所述出液管的距离为L3，与所述进液管的距离为L4，其中，L1＜L2，L1＜L4，L3＜L4，L3＜L2，所述罐体的高度方向垂直于所述水平面；

所述变送器用于：

控制所述多个探头均发射测量信号，并检测所述多个探头接收到的回波信号中是否存在有效回波信号；

若所述多个探头中有至少两个探头接收到的回波信号中存在有效回波信号，以所述至少两个探头从发射测量信号到接收到有效回波信号所用时长的均值为测量时长；若所述多个探头中仅有一个探头接收到的回波信号中存在有效回波信号，以所述一个探头从发射测量信号到接收到有效回波信号所用时长为测量时长；

根据测量时长和测量信号在所述液体中的传输速度计算所述液体的液位值。

可选地，所述多个探头还包括：第三探头，在平行于所述水平面的投影面上，所述第三探头与所述进液管的距离为L5，与所述出液管的距离为L6，其中，L1＜L5，L3＜L6。

可选地，在所述罐体的高度方向上，所述第一探头与所述罐体的接触面中心点、所述第二探头与所述罐体的接触面中心点、所述第三探头与所述罐体的接触面中心点位于同一高度。

可选地，L5＝L6。

可选地，所述多个探头包括：多个所述第一探头、多个所述第二探头以及多个所述第三探头。

可选地，所述变送器还用于：

若所述多个探头接收到的回波信号中均未存在有效回波信号，则控制所述多个探头同时同频发射测量信号，并叠加所述多个探头接收到的回波信号，以得到叠加信号；

检测所述叠加信号中是否存在有效回波信号，若所述叠加信号中存在有效回波信号，以所述多个探头从同时发射测量信号到接收到有效回波信号所用时长为测量时长。

可选地，所述变送器还用于：

若所述多个探头接收到的回波信号中均未存在有效回波信号，先控制所述第一探头和所述第二探头同时同频发射测量信号，之后控制所述第三探头发射测量信号，所述第一探头发射的测量信号与所述第三探头发射的测量信号同频，且所述第一探头发射的测量信号与所述第三探头发射的测量信号的相位差小于或等于

所述第三探头发射的测量信号的波束范围与所述第一探头和所述第二探头发射的测量信号的波束范围均交叠；

检测所述第三探头接收到的回波信号中是否存在有效回波信号，若所述第三探头接收到的回波信号中存在有效回波信号，以所述第三探头从发射测量信号到接收到有效回波信号所用时长为测量时长。

另一方面，提供了一种液位测量方法，用于上述液位测量装置中的变送器，所述液位测量装置包括：变送器和多个探头，所述液位测量装置用于测量储罐所存储液体的液位，所述储罐包括：罐体、进液管以及出液管，所述进液管和所述出液管均在所述罐体的外底面与所述罐体连通，所述多个探头均用于安装在所述罐体的外底面，所述多个探头包括第一探头和第二探头；

在平行于水平面的投影面上，所述第一探头与所述进液管的距离为L1，与所述出液管的距离为L2，所述第二探头与所述出液管的距离为L3，与所述进液管的距离为L4，其中，L1＜L2，L1＜L4，L3＜L4，L3＜L2，所述罐体的高度方向垂直于所述水平面；所述方法包括：

控制所述多个探头均发射测量信号，并检测所述多个探头接收到的回波信号中是否存在有效回波信号；

若所述多个探头中有至少两个探头接收到的回波信号中存在有效回波信号，以所述至少两个探头从发射测量信号到接收到有效回波信号所用时长的均值为测量时长；若所述多个探头中仅有一个探头接收到的回波信号中存在有效回波信号，以所述一个探头从发射测量信号到接收到有效回波信号所用时长为测量时长；

根据测量时长和测量信号在所述液体中的传输速度计算所述液体的液位值。

可选地，所述方法还包括：

若所述多个探头接收到的回波信号中均未存在有效回波信号，则控制所述多个探头同时同频发射测量信号，并叠加所述多个探头接收到的回波信号，以得到叠加信号；

检测所述叠加信号中是否存在有效回波信号，若所述叠加信号中存在有效回波信号，以所述多个探头从同时发射测量信号到接收到有效回波信号所用时长为测量时长。

可选地，所述多个探头还包括：第三探头，在所述平行于水平面的投影面上，所述第三探头与所述进液管的距离为L5，与所述出液管的距离为L6，其中，L1＜L5，L3＜L6，所述方法还包括：

若所述多个探头接收到的回波信号中均未存在有效回波信号，先控制所述第一探头和所述第二探头同时同频发射测量信号，之后控制所述第三探头发射测量信号，所述第一探头发射的测量信号与所述第三探头发射的测量信号同频，且所述第一探头发射的测量信号与所述第三探头发射的测量信号的相位差小于或等于

所述第三探头发射的测量信号的波束范围与所述第一探头和所述第二探头发射的测量信号的波束范围均交叠；

检测所述第三探头接收到的回波信号中是否存在有效回波信号，若所述第三探头接收到的回波信号中存在有效回波信号，以所述第三探头从发射测量信号到接收到有效回波信号所用时长为测量时长。

本申请提供的技术方案带来的有益效果是：在进液管进液时，由于第二探头相较于第一探头与进液管距离较远，因此第二探头相较第一探头受进液影响较小，在第二探头能够接收到有效回波信号时，变送器能够以第二探头从发射测量信号到接收到有效回波信号所用时长为测量时长，以便于变送器计算液位值；在出液管出液时，由于第一探头相较于第二探头与出液管距离较远，因此第一探头相较于第二探头受出液影响较小，在第一探头能够接收到有效回波信号时，变送器能够以第一探头从发射测量信号到接收到有效回波信号所用时长为测量时长，以便于变送器计算液位值。使得液位测量装置受进液或出液影响较小，提高了液位测量装置的测量稳定性。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本申请。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施例，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中液位测量装置安装在储罐上的示意图；

图2为本发明实施例提供的一种液位测量装置安装在储罐上的示意图；

图3为本发明实施例提供的一种回波信号中有效回波信号的示意图；

图4为本发明实施例提供的另一种液位测量装置安装在储罐上的示意图；

图5为本发明实施例提供的又一种液位测量装置安装在储罐上的示意图；

图6为本发明实施例提供的一种叠加信号和探头接收到的回波信号的波形示意图；

图7为本发明实施例提供的另一种叠加信号和探头接收到回波信号的波形示意图；

图8为本发明实施例提供的第一探头、第二探头以及第三探头所发射的测量信号的波形示意图；

图9为本发明实施例提供的第一探头、第二探头以及第三探头发射的测量新的波束范围示意图；

图10为本发明实施例提供的一种液位测量方法流程图；

图11为本发明实施例提供的另一种液位测量方法流程图；

图12为本发明实施例提供的又一种液位测量方法流程图。

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部份实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为现有技术中液位测量装置安装在储罐上的示意图，且图1左侧示出了储罐与外侧液位装置的主视图，图1右侧示出了储罐与探头的仰视图。如图1所示，液位测量装置包括连接的变送器和探头，储罐包括罐体、人孔法兰，进液管以及出液管，人孔法兰、进液管以及出液管均与罐体连通，探头安装在罐体外底面。

在使用该液位测量装置测罐体所存储液体(图1中未示出)的液位时，变送器控制探头发射测量信号，该测量信号到达液体液面时会被该液面反射为回波信号，在探头接收到回波信号后，变送器可以检测探头接收到的回波信号中是否存在有效回波信号(有效回波信号为信号能量值或幅值到达一定设定值的回波信号)。在变送器从探头接收到的回波信号检测到有效回波信号时，以探头从发射测量信号到接收到有效回波信号的时长为测量时长，之后用该测量时长乘以信号在液体内传播速度即可测算出测量信号从探头到液面和回波信号从液面到探头所走的总路程，总路程的一半即为液面的液位高度。

然而，在液位测量装置测量液体液位过程中，若进液管进液或出液管出液，且探头到进液管距离或出液管距离较近时，进液管附近或出液管附近的液体所产生漩涡会吸收打乱探头发出的测量信号和液面反射的回波信号，导致探头接收不到有效回波信号，从而影响液位测量装置的测量稳定性。

图2为本发明实施例提供的一种液位测量装置安装在储罐上的示意图，且图2左侧示出了储罐与外侧液位装置的主视图，图2右侧示出了储罐与探头的仰视图。

如图2所示，液位测量装置包括：变送器20和多个探头，液位测量装置用于测量储罐00所存储液体的液位，储罐00包括：罐体01、进液管02以及出液管04，进液管02和出液管04均与罐体01连通，多个探头均用于安装在罐体01的外底面，多个探头包括第一探头11和第二探头12。在平行于水平面的投影面(图2中未示出)上，第一探头11与进液管02的距离为L1，与出液管04的距离为L2，第二探头12与出液管04的距离为L3，与进液管02的距离为L4，其中，L1＜L2，L1＜L4，L3＜L4，L3＜L2，罐体01的高度方向P1垂直于水平面。

需要说明的是，“在平行于水平面的投影面上，第一探头11与进液管02的距离为L1”指的是，第一探头11在该投影面上的投影与进液管02在该投影面上的投影的距离为L1。

变送器20用于：控制多个探头均发射测量信号，并检测多个探头接收到的回波信号中是否存在有效回波信号；若多个探头中有至少两个探头接收到的回波信号中存在有效回波信号，以该至少两个探头从发射测量信号到接收到有效回波信号所用时长的均值为测量时长；若多个探头中存仅有一个探头接收到的回波中存在有效回波信号，以该一个探头从发射测量信号到接收到有效回波信号所用时长为测量时长。

示例地，在变送器20控制多个探头均发射测量信号后，若第一探头11和第二探头12接收到的回波信号中均存在有效回波信号，且第一探头11从发射测量信号到接收到有效回波信号所用时长为T1，第二探头12从发射测量信号到接收到有效回波信号所用时长为T2，则以

为测量时长。或者，在变送器20控制多个探头均发射测量信号后，若仅第一探头11接收到的回波信号中存在有效回波信号，则以第一探头11从发射测量信号到接收到有效回波信号所用时长T1为测量时长，若仅第二探头12接收到的回波信号中存在有效回波信号，则以第二探头12从发射测量信号到接收到有效回波信号所用时长T2为测量时长。

在获取到测量时长后，变送器20还用于：根据测量时长和测量信号在液体中的传输速度计算液体的液位值。

示例地，根据下列公式可以计算液体的液位值：

其中，V为测量信号在液体内的传输速度，T为变送器20获取到的测量时长，L为液体的液位值。V×T可以计算出测量信号从探头到液面和回波信号从液面到探头所走的总路程，总路程的一半即为液体的液位值。

需要说明的是，变送器20在控制多个探头均发射测量信号的过程中，可以控制多个探头同时发射测量信号，也可以控制多个探头分时发射测量信号，本发明实施例对此不作限定。

综上所述，在本发明实施例提供的液位测量装置中，多个探头安装在储罐的罐体外底面，且多个探头中，第一探头与进液管的距离小于其与出液管的距离，且小于第二探头与进液管的距离，第二探头与出液管的距离小于其与进液管的距离，且小于第一探头与出液管的距离。也即第一探头相较于第二探头与进液管的距离较近，与出液管的距离较远，第二探头相较于第一探头与出液管的距离较近，与进液管的距离较远。

这样一来，在进液管进液时，由于第二探头相较于第一探头与进液管距离较远，因此第二探头相较第一探头受进液影响较小，在第二探头能够接收到有效回波信号时，变送器能够以第二探头从发射测量信号到接收到有效回波信号所用时长为测量时长，以便于变送器计算液位值；在出液管出液时，由于第一探头相较于第二探头与出液管距离较远，因此第一探头相较于第二探头受出液影响较小，在第一探头能够接收到有效回波信号时，变送器能够以第一探头从发射测量信号到接收到有效回波信号所用时长为测量时长，以便于变送器计算液位值。使得液位测量装置受进液或出液影响较小，提高了液位测量装置的测量稳定性。

可选地，储罐00还可以包括人孔法兰03，该人孔法兰03安装在罐体01的外底面。需要说明的是，人孔法兰为人孔的组成部分，人孔是指用于人员进出设备(如本发明实施例中的罐体01)以便安装、检修和安全检查的开孔结构。

需要说明的是，在本发明实施例中，有效回波信号是指，探头所接收到的回波信号中信号幅值或能量值到达一定设定值的信号。

示例地，图3示出了一种回波信号中有效回波信号的示意图，如图3左侧所示，回波信号X1中存在幅值大于设定值F1的有效回波信号X11，如图3右侧所示，回波信号X2中存在能量值大于设定值N1的有效回波信号X21。

图4为本发明实施例提供的另一种液位测量装置安装在储罐上的示意图，且图4左侧示出了储罐与外侧液位装置的主视图，图4右侧示出了储罐与探头的仰视图。

请结合图2和图4，在图2的基础上，多个探头还可以包括：第三探头13，在平行于水平面的方向上，第三探头13与进液管02的距离为L5，与出液管04的距离为L6，其中，L1＜L5，L3＜L6。

在进液管02进液且出液管04出液时，由于第三探头13相较于第一探头11与进液管02的距离较远，且第三探头13相较于第二探头12与出液管03的距离较远，因此第三探头13受进液影响和出液影响均较小。在第三探头13接收到有效回波信号时，变送器能够以第三探头从发射测量信号到接收到有效回波信号所用时长为测量时长，以便于变送器计算液位值。使得液位测量装置受同时进出液影响较小，进一步提高了液位测量的测量稳定性。

下面对变送器20根据第一探头11、第二探头12以及第三探头13收发信号情况获取测量时长的不同方式进行说明：

变送器20控制多个探头均发射测量信号后，若第一探头11、第二探头12以及第三探头13接收到的回波信号中存在有效回波信号，以第一探头11从发射测量信号到接收到有效回波信号所用时长T1、第二探头12从发射到接收有效回波信号所用时长T2以及第三探头13从发射测量信号到接收有效回波信号所用时长T3的均值(也即

)为测量时长。

变送器20控制多个探头均发射测量信号后，若仅第一探头11接收到的回波信号中存在有效回波信号，以T1为测量时长，若仅第二探头12接收到的回波信号中存在有效回波信号，以T2为测量时长，若仅第三探头13接收到的回波信号中存在有效回波信号，以T3为测量时长。

变送器20控制多个探头发射测量信号后，若仅第一探头11和第三探头12接收到的回波信号中存在有效回波信号，接以

为测量时长，若仅第一探头11和第三探头13接收到的回波信号中存在有效回波信号，接以

为测量时长，若仅第二探头12和第三探头13接收到的回波信号中存在有效回波信号，接以

为测量时长。

可选地，变送器20可以为超声波液位变送器，第一探头11、第二探头12以及第三探头13均可以为超声波探头，变送器20用于控制第一探头11、第二探头12以及第三探头13发射和接收超声波信号。需要说明的是，第一探头11、第二探头12以及第三探头13可以具有相同的谐振频率点，且变送器20可以用于控制第一探头11、第二探头12以及第三探头13发射和接收相同频率的超声波信号；第一探头11、第二探头12以及第三探头13的谐振频率点还可以不同，且变送器可以用于控制第一探头11、第二探头12以及第三探头13发射和接收不同频率的超声波信号。

请继续参考图2和图4，在罐体01的高度方向P1上，第一探头11与罐体01的接触面中心点(图2和图4中均未示出)、第二探头12与罐体01的接触面中心点(图2和图4中均未示出)、第三探头13与罐体01的接触面中心点(图2和图4中均未示出)位于同一高度。

如此结构下，第一探头11的信号发射面、第二探头12的信号发射面以及第三探头13的信号发射面与罐体01内液体液面的距离相同，使得第一探头11、第二探头12以及第三探头13从发射信号到接收信号所用时长相差较小，减小了在变送器20将至少两个探头发射测量信号到接收有效回波信号所用时长的均值作为测量时长时的测量误差，提高了变送器的测量准确性。

需要说明的是，罐体01的高度方向P1为垂直于罐体内液体液面所在面的方向，也即该高度方向P1与重力方向平行。

可选地，L5＝L6。也即第三探头13与进液管02距离以及与出液管04的距离相同，如此设置方式下，在进液管02进液且出液管04同时出液时，进液和出液对第三探头13影响较为均衡，第三探头13不易因进液幅度过大或出液幅度过大而导致其接收不到有效回波信号，进一步提高了变送器的测量准确性。

图5为本发明实施例提供的又一种液位测量装置安装在储罐上的示意图，且图5左侧示出了储罐与液位测量装置的主视图，图5右侧示出了储罐与探头的仰视图。

请结合图2、图4和图5，多个探头可以包括：多个第一探头11、多个第二探头12以及多个第三探头13。也即探头总体数量较多，如此结构下，变送器20控制多个探头均发射测量信号后，多个探头中存在能够接收到有效回波信号的探头的几率较大，提高了变送器的测量稳定性。

可选地，多个第一探头11、多个第二探头12以及多个第三探头13均分布在出液管02到出液管04方向上的两侧。如此设置方式下，使得多个探头在进液管02和出液管04周围分布较为均匀，变送器20控制多个探头均发射测量信号后，多个探头中存在能够接收到有效回波信号的探头的几率进一步增大，进一步提高了变送器的测量稳定性。

需要说明的是，图5中仅以多个探头包括两个第一探头11、两个第二探头12以及两个第三探头13为例，可选地，多个探头还可以包括其他数量(如三个)的第一探头11、第二探头12以及第三探头，本发明实施例对此不作限定。

请继续结合图2、图4以及图5，可选地，液位测量装置中的变送器20还可以用于：在多个探头接收到的回波信号中均未存在有效回波信号，控制该多个探头同时同频发射测量信号，并叠加多个探头接收到的回波信号，以得到叠加信号；接着，变送器20可以检测该叠加信号中是否存在有效回波信号，若叠加信号中存在有效回波信号，以多个探头从同时发射测量信号到接收到有效回波信号所用时长为测量时长。

这样一来，通过将多个探头接收到的回波信号叠加起来，使得叠加信号的幅值大于各个探头接收到的回波信号幅值，以提高变送器20从叠加信号中检测到有效回波信号的几率，提高了液位测量装置的测量稳定性。

需要说明的是，变送器20控制多个探头同时同频发射测量信号是指：变送器20在同一时刻控制多个探头发射相同频率的测量信号(如相同频率的超声波信号)。

需要说明的是，图2、图4以及图5中仅以储罐00为球罐为例，可选地，本发明实施例中的储罐还可以为其他形状的储罐(如立罐或香肠罐等)，本发明实施例对此不作限定。另外，图2、图4以及图5中仅以储罐00中，进液管02和出液管04在罐体01的外底面与罐体01连通为例，可选地，储罐00中，进液管02和出液管04还可以在罐体01的其他位置与罐体01连通(如进液管02和出液管04在罐体01的外顶面与罐体01连通)，本发明实施例对此不作限定。并且，图2、图4以及图5中仅以储罐00包括一个人孔法兰03，且人孔法兰03在罐体01的外底面与罐体连通为例，可选地，储罐00还可以包括其他个数(如两个)的人孔法兰03，且人孔法兰03还可以在罐体01的其他位置(如罐体01的外顶面或侧面)与罐体01连通，本发明实施例对此不作限定。另外，需要说明的是，图2、图4以及图5中的液位测量装置均为外测液位装置，第一探头11、第二探头12以及第三探头13均为外测探头。

下面以图4中液位测量装置为例，对变送器20叠加多个探头接收到的回波信号的过程进行说明：

图6为本发明实施例提供的一种叠加信号和探头接收到的回波信号的波形示意图，请结合图4和图6，变送器20控制第一探头11、第二探头12以及第三探头13同时同频发射测量信号后，若第一探头11、第二探头12以及第三探头13接收到的回波信号的相位相同，则变送器20可以将第一探头11接收到的回波信号B1、第二探头接收到的回波信号B2以及第三探头13接收到的回波信号叠加起来，以得到叠加信号B4。

图7为本发明实施例提供的另一种叠加信号和探头接收到回波信号的波形示意图，请结合图4和图7，变送器20控制第一探头11、第二探头12以及第三探头13同时同频发射测量信号后；若第一探头11、第二探头12以及第三探头13在不同时刻接收到回波信号，则变送器20可以将第一探头11接收到的回波信号B1和第二探头12接收到的回波信号B2进行移相，以得到移相后的回波信号B11和移相后的回波信号B21，使得移相后的回波信号B11和移相后的回波信号B21均与回波信号B3同相。之后，再将移相后的回波信号B11、移相后的回波信号B21以及回波信号B3叠加起来，得到叠加信号B5。

需要说明的是，实际应用中，在多个探头接收到回波信号后，变送器可以先对多个探头接收到的回波信号进行放大，之后再将多个探头接收到的回波信号叠加或移相后叠加，以便于从叠加信号中检测有效回波信号。

请参考图4和图5，可选地，在变送器20控制多个探头均发射测量信号，并检测多个探头接收到的回波信号中是否存在有效回波信号后，变送器20还可以用于：若多个探头接收到回波信号中均未存在有效回波信号，先控制第一探头11和第二探头12同时同频发射测量信号，之后控制第三探头13发射测量信号。

需要说明的是，第一探头11发射的测量信号与第三探头13发射的测量信号同频，且第一探头发射的测量信号与第三探头13发射的测量信号的相位差小于或等于

且第三探头13发射的测量信号的波束范围与第一探头11和第二探头12发射的测量信号的波束范围均交叠。

接着，变送器20可以检测第三探头13接收到的回波信号中是否存在有效回波信号，若第三探头13接收到的回波信号中存在有效回波信号，以第三探头13从发射测量信号到接收到有效回波信号所用时长为测量时长。

这样一来，第三探头13在后发射的测量信号会对第一探头11和第二探头12在后发射的测量信号集束，使得第一探头11和第二探头12所发射的测量信号向第三探头13所发射的测量信号的方向集中，以提高在第三探头13到液体液面方向上的信号强度，使得第三探头13接收的回波信号的强度更高，从而有利于变送器20从第三探头13所接收的回波信号中检测到有效回波信号，提高了液位测量装置的测量稳定性。

下面以图4中液位测量装置为例，对变送器20先控制第一探头11和第二探头12同时同频发射测量信号，之后控制第三探头13发射测量信号的过程进行说明：

图8为本发明实施例提供的第一探头、第二探头以及第三探头所发射的测量信号的波形示意图，图9为本发明实施例提供的第一探头、第二探头以及第三探头发射的测量新的波束范围示意图。

请结合图4、图8以及图9，变送器20控制第一探头11和第二探12同时同频发射测量信号后，第一探头11发出的测量信号C1与第二探头12发出的测量信号C2的相位相同；接着，变送器20控制第三探头13发出测量信号C3。由于在后发射的测量信号C3与在先发射的测量信号C1和测量信号C2同频，在后发射的测量信号C3与在先发射的测量信号C1和测量信号C2的相位差小于

且第三探头13发射的测量信号的波束范围F3与第一探头11发射的测量信号的波束范围S1以及第二探头12发射的波束范围S2均交叠；因此，在后发射的测量信号C3会对在先发射的测量信号C1和测量信号C2集束，以生成与测量信号C3的传播方向一致的叠加信号C4。

需要说明的是，图9中仅以测量信号C3的波束范围S3与测量信号C1的波束范围S1以及第测量信号C2的波束范围S2均交叠为例。可选地，变送器在以本发明实施例中其他方式获取测量时长(如变送器控制多个探头同时发射测量信号，之后根据多个探头的接收回波情况获取测量时长)时，第三探头发射的测量信号的波束范围与第一探头和第二探头发射的测量信号的波束范围均不交叠，本发明实施例对此不作限定。

另外，图9中仅以各个探头发射的测量信号均为球面波信号为例。可选地，本发明实施例中各个探头发射的测量信号还可以为其他类型信号(如柱面波或平面波)，本发明实施例对此不限定。

综上所述，在本发明实施例提供的液位测量装置中，在进液管进液时，由于第二探头相较于第一探头与进液管距离较远，因此第二探头相较第一探头受进液影响较小，在第二探头能够接收到有效回波信号时，变送器能够以第二探头从发射测量信号到接收到有效回波信号所用时长为测量时长，以便于变送器计算液位值；在出液管出液时，由于第一探头相较于第二探头与出液管距离较远，因此第一探头相较于第二探头受出液影响较小，在第一探头能够接收到有效回波信号时，变送器能够以第一探头从发射测量信号到接收到有效回波信号所用时长为测量时长，以便于变送器计算液位值。使得液位测量装置受进液或出液影响较小，提高了液位测量装置的测量稳定性。

图10为本发明实施例提供的一种液位测量方法流程图，该液位测量方法可以用于上述任一液位测量装置的变送器中，该液位测量方法可以包括：

步骤1001、控制多个探头均发射测量信号。

步骤1002、检测多个探头接收到的回波信号中是否存在有效回波信号。

在多个探头接收到的回波信号中存在有效回波信号时，执行步骤1003；在多个探头接收到的回波信号中不存在有效回波信号时，执行步骤1001。

步骤1003、若多个探头中有至少两个探头接收到的回波信号中存在有效回波信号时，以至少两个探头从发射测量信号到接收到有效回波信号所用时长的均值为测量时长；若多个探头中仅有一个探头接收到的回波信号中存在有效回波信号时，以一个探头从发射测量信号到接收到有效回波信号所用时长为测量时长。

步骤1004、根据测量时长和测量信号在液体中的传输速度计算液体的液位值。

综上所述，在使用本发明实施例提供的液位测量方法中，能够以受进液影响较小的第二探头从发射测量信号到接收有效回波信号所用时长为测量时长，以及能够以受出液影响较小的第一探头从发射测量信号到接收到有效回波信号所用时长为测量时长，以便于在进液或出液时根据测量时长和测量信号在液体中传输速度计算液位值，使得液位测量过程中受进液或出液影响较小，提高了液位测量过程的稳定性。

图11为本发明实施例提供的另一种液位测量方法流程图，该液位测量方法可以用于上述任一液位测量装置中的变送器中，该液位测量方法可以包括：

步骤1101、控制多个探头均发射测量信号。

步骤1102、检测多个探头接收到的回波信号中是否存在有效回波信号。

在多个探头接收到的回波信号中存在有效回波信号时，执行步骤1103；在多个探头接收到的回波信号中不存在有效回波信号时，执行步骤1105。

步骤1103、若多个探头中有至少两个探头接收到的回波信号中存在有效回波信号时，以至少两个探头从发射测量信号到接收到有效回波信号所用时长的均值为测量时长；若多个探头中仅有一个探头接收到的回波信号中存在有效回波信号时，以一个探头从发射测量信号到接收到有效回波信号所用时长为测量时长。

步骤1104、根据测量时长和测量信号在液体中的传输速度计算液体的液位值。

步骤1105、控制多个探头同时同频发射测量信号。

步骤1106、叠加多个探头接收到的回波信号，以得到叠加信号。

步骤1107、检测叠加信号中是否存在有效回波信号。

在叠加信号中存在有效回波信号时，执行步骤1108；在叠加信号中为存在有效回波信号时，执行步骤1101。

步骤1108、以多个探头从同时发射测量信号到接收到有效回波信号所用时长为测量时长。

步骤1109、根据测量时长和测量信号在液体中的传输速度计算液体的液位值。

这样一来，通过将多个探头接收到的回波信号叠加起来，使得叠加信号的幅值大于各个探头接收到的回波信号幅值，以提高从叠加信号中检测到有效回波信号的几率，提高了液位测量过程的稳定性。

图12为本发明实施例提供的又一种液位测量方法流程图，该液位测量方法可以用于图4或图5中液位测量装置中的变送器，该液位测量方法可以包括：

步骤1201、控制多个探头均发射测量信号。

步骤1202、检测多个探头接收到的回波信号中是否存在有效回波信号。

在多个探头接收到的回波信号中存在有效回波信号时，执行步骤1203；在多个探头接收到的回波信号中均未存在有效回波信号时，执行步骤1205。

步骤1203、若多个探头中有至少两个探头接收到的回波信号中存在有效回波信号时，以至少两个探头从发射测量信号到接收到有效回波信号所用时长的均值为测量时长；若多个探头中仅有一个探头接收到的回波信号中存在有效回波信号时，以一个探头从发射测量信号到接收到有效回波信号所用时长为测量时长。

步骤1204、根据测量时长和测量信号在液体中的传输速度计算液体的液位值。

步骤1205、先控制第一探头和第二探头同时同频发射测量信号，之后控制第三探头发射测量信号。

需要说明的是，在步骤1205中，第一探头发射的测量信号与第三探头发射的测量信号同频，且第一探头发射的测量信号与第三探头发射的测量信号的相位差小于或等于

第三探头发射的测量信号的波束范围与第一探头和第二探头发射的测量信号的波束范围均交叠。

步骤1206、检测第三探头接收到的回波信号中是否存在有效回波信号。

在第三探头接收到的回波信号中存在有效回波信号时，执行步骤1207；在第三探头接收到的回波信号中未存在有效回波信号时，执行步骤1201。

步骤1207、以第三探头从发射测量信号到接收到有效回波信号所用时长为测量时长。

步骤1208、根据测量时长和测量信号在液体中的传输速度计算液体的液位值。

这样一来，第三探头在后发射的测量信号会对第一探头和第二探头在后发射的测量信号集束，使得第一探头和第二探所发射的测量信号向第三探头所发射的测量信号的方向集中，以提高在第三探头到液体液面方向上的信号强度，使得第三探头接收的回波信号的强度更高，从而有利于从第三探头所接收的回波信号中检测到有效回波信号，提高了液位测量过程稳定性。

在上述任一液位测量方法中，获取到测量时长后，可以用该测量时长乘以测量信号在液体内的传播速度，以得到测量信号从探头到液面和回波信号从液面到接收探头所走的总路程，接着将总路程的一半确定为罐体中液体的液位值。

综上所述，在使用本发明实施例提供的液位测量方法中，能够以受进液影响较小的第二探头从发射测量信号到接收有效回波信号所用时长为测量时长，以及能够以受出液影响较小的第一探头从发射测量信号到接收到有效回波信号所用时长为测量时长，以便于在进液或出液时根据测量时长和测量信号在液体中传输速度计算液位值，使得液位测量过程中受进液或出液影响较小，提高了液位测量过程的稳定性。

需要说明的是，本发明实施例提供的装置实施例能够与相应的方法实施例相互参考，本发明实施例对此不做限定。本发明实施例提供的方法实施例步骤的先后顺序能够进行适当调整，步骤也能够根据情况进行相应增减，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化的方法，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此不再赘述。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未发明的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (5)

1.一种液位测量装置，其特征在于，所述液位测量装置包括：变送器和多个探头，所述液位测量装置用于测量储罐所存储液体的液位，所述储罐包括：罐体、进液管以及出液管，所述进液管和所述出液管均与所述罐体连通，所述多个探头均用于安装在所述罐体的外底面，所述多个探头包括第一探头和第二探头；

在平行于水平面的投影面上，所述第一探头与所述进液管的距离为L1，与所述出液管的距离为L2，所述第二探头与所述出液管的距离为L3，与所述进液管的距离为L4，其中，L1＜L2，L1＜L4，L3＜L4，L3＜L2，所述罐体的高度方向垂直于所述水平面；

所述变送器用于：

控制所述多个探头均发射测量信号，并检测所述多个探头接收到的回波信号中是否存在有效回波信号；

若所述多个探头中有至少两个探头接收到的回波信号中存在有效回波信号，以所述至少两个探头从发射测量信号到接收到有效回波信号所用时长的均值为测量时长；若所述多个探头中仅有一个探头接收到的回波信号中存在有效回波信号，以所述一个探头从发射测量信号到接收到有效回波信号所用时长为测量时长；

根据测量时长和测量信号在所述液体中的传输速度计算所述液体的液位值；

所述多个探头还包括：第三探头，在所述平行于水平面的投影面上，所述第三探头与所述进液管的距离为L5，与所述出液管的距离为L6，其中，L1＜L5，L3＜L6；

第一探头、第二探头以及第三探头具有相同的谐振频率点时，变送器可以用于控制第一探头、第二探头以及第三探头发射和接收相同频率的超声波信号；第一探头、第二探头以及第三探头的谐振频率点具有不同频率时，变送器可以用于控制第一探头、第二探头以及第三探头发射和接收不同频率的超声波信号；

在所述罐体的高度方向上，所述第一探头与所述罐体的接触面中心点、所述第二探头与所述罐体的接触面中心点、所述第三探头与所述罐体的接触面中心点位于同一高度；

L5＝L6；

所述多个探头包括：多个所述第一探头、多个所述第二探头以及多个所述第三探头。

2.根据权利要求1所述的液位测量装置，其特征在于，所述变送器还用于：

若所述多个探头接收到的回波信号中均未存在有效回波信号，则控制所述多个探头同时同频发射测量信号，并叠加所述多个探头接收到的回波信号，以得到叠加信号；

检测所述叠加信号中是否存在有效回波信号，若所述叠加信号中存在有效回波信号，以所述多个探头从同时发射测量信号到接收到有效回波信号所用时长为测量时长。

3.根据权利要求1所述的液位测量装置，其特征在于，所述变送器还用于：

若所述多个探头接收到的回波信号中均未存在有效回波信号，先控制所述第一探头和所述第二探头同时同频发射测量信号，之后控制所述第三探头发射测量信号，所述第一探头发射的测量信号与所述第三探头发射的测量信号同频，且所述第一探头发射的测量信号与所述第三探头发射的测量信号的相位差小于或等于

所述第三探头发射的测量信号的波束范围与所述第一探头和所述第二探头发射的测量信号的波束范围均交叠；

检测所述第三探头接收到的回波信号中是否存在有效回波信号，若所述第三探头接收到的回波信号中存在有效回波信号，以所述第三探头从发射测量信号到接收到有效回波信号所用时长为测量时长。

4.一种液位测量方法，其特征在于，用于权利要求1至3任一所述的液位测量装置中的变送器，所述液位测量装置包括：变送器和多个探头，所述液位测量装置用于测量储罐所存储液体的液位，所述储罐包括：罐体、进液管以及出液管，所述进液管和所述出液管均与所述罐体连通，所述多个探头均用于安装在所述罐体的外底面，所述多个探头包括第一探头和第二探头；

在平行于水平面的投影面上，所述第一探头与所述进液管的距离为L1，与所述出液管的距离为L2，所述第二探头与所述出液管的距离为L3，与所述进液管的距离为L4，其中，L1＜L2，L1＜L4，L3＜L4，L3＜L2，所述罐体的高度方向垂直于所述水平面；所述方法包括：

控制所述多个探头均发射测量信号，并检测所述多个探头接收到的回波信号中是否存在有效回波信号；

若所述多个探头中有至少两个探头接收到的回波信号中存在有效回波信号，以所述至少两个探头从发射测量信号到接收到有效回波信号所用时长的均值为测量时长；若所述多个探头中仅有一个探头接收到的回波信号中存在有效回波信号，以所述一个探头从发射测量信号到接收到有效回波信号所用时长为测量时长；根据测量时长和测量信号在所述液体中的传输速度计算所述液体的液位值；

若所述多个探头接收到的回波信号中均未存在有效回波信号，则控制所述多个探头同时同频发射测量信号，并叠加所述多个探头接收到的回波信号，以得到叠加信号；检测所述叠加信号中是否存在有效回波信号，若所述叠加信号中存在有效回波信号，以所述多个探头从同时发射测量信号到接收到有效回波信号所用时长为测量时长；

所述多个探头还包括第三探头，在所述平行于水平面的投影面上，所述第三探头与所述进液管的距离为L5，与所述出液管的距离为L6，其中，L1＜L5，L3＜L6，所述方法还包括：若所述多个探头接收到的回波信号中均未存在有效回波信号，先控制所述第一探头和所述第二探头同时同频发射测量信号，之后控制所述第三探头发射测量信号，所述第一探头发射的测量信号与所述第三探头发射的测量信号同频，且所述第一探头发射的测量信号与所述第三探头发射的测量信号的相位差小于或等于

所述第三探头发射的测量信号的波束范围与所述第一探头和所述第二探头发射的测量信号的波束范围均交叠；检测所述第三探头接收到的回波信号中是否存在有效回波信号，若所述第三探头接收到的回波信号中存在有效回波信号，以所述第三探头从发射测量信号到接收到有效回波信号所用时长为测量时长。

5.根据权利要求4所述的一种液位测量方法，其特征在于，

变送器能够控制第一探头、第二探头以及第三探头同时同频发射测量信号后，若第一探头、第二探头以及第三探头接收到的回波信号的相位相同，则变送器将第一探头接收到的回波信号、第二探头接收到的回波信号以及第三探头接收到的回波信号叠加起来，以得到叠加信号；

变送器还能够控制第一探头、第二探头以及第三探头同时同频发射测量信号后，若第一探头、第二探头以及第三探头在不同时刻接收到回波信号，则变送器可以将第一探头接收到的回波信号和第二探头接收到的回波信号进行移相，以得到移相后的相应回波信号，使得移相后回波信号均为同相，再将移相后回波信号叠加起来，得到叠加信号；

在多个探头接收到回波信号后，变送器可以先对多个探头接收到的回波信号进行放大，之后再将多个探头接收到的回波信号叠加或移相后叠加，以便于从叠加信号中检测有效回波信号。

Images