CN211504314U - 气波液位计 - Google Patents

Abstract

本申请涉及仪器仪表领域，尤其是一种气波液位计，所述气波液位计包括：气波喇叭筒，所述气波喇叭筒的喇叭口具有高弧线缺口；导波杆，所述导波杆的一端与所述气波喇叭筒的喇叭尾端相连接；仪表，所述仪表通过仪表接头与所述导波杆的另一端相连接，以使得仪表中的气波芯体采集所述气波喇叭筒中的液位参考信号；变送电路，所述变送电路设置于所述仪表中，并与所述气波芯体相连接，以将所述气波芯体所采集的液位参考信号转换为液位值。采用本气波液位计能够提高液位测量的准确性。

Description

气波液位计

技术领域

本申请涉及仪电仪表技术领域，特别是涉及一种气波液位计。

背景技术

对于高粘稠介质如钻采的石油原油、糖浆等敞口容器液位的测量，石油及化工行业普遍采用吹气液位计测量、监控。吹气液位计利用静力学原理，通过差压变送器正负压侧的压力不同，形成一定的压差，经过差压转换器，实现对液位的测量。

任一高度的静态液体在重力作用下，都会对底部单位面积产生压力。单位压力p的大小与液体高度h、密度有关ρ：

p＝p0+ρ.g.h (1)

其中，p0指液面气压，g指重力加速度

公式(1)表明静态液体内部的压强p，随着液体高度h呈线性正比变化。

吹气液位计由差压转换器/压力表送器、压力传输导压管(正侧及负侧导压管)、及吹气导管三部分组成，如图1所示，图1为传统技术中的一个实施例中吹气液位计的示意图。通过差压变化，实现对液位的测量与监控。

负压侧毛细导管装在罐口采集液面气压。由于介质内外存在温差、压差及介质内其它因素的原因，粘质液面常有气泡产生。当大量介质气泡聚集到负压侧管内情况下，会造成液面假象，直接影响负压侧压的正常采集。随着管内气泡的变化，测量数值波动很大，忽高忽低，给生产带来危险，影响生产效率。

当外界气温低时，含水汽等液气的气泡会产生冷凝现象，管外壁也会产生冷凝。冷凝液顺管下流，气温过低时会结冰堵塞导气管，致使液位计无法工作。严重时液体有可能进入转换器，将使转换器电路失效，结冰受损，仪器无法使用。

实用新型内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高液位测量的准确性的气波液位计。

一种气波液位计，所述气波液位计包括：

气波喇叭筒，所述气波喇叭筒的喇叭口具有高弧线缺口；

导波杆，所述导波杆的一端与所述气波喇叭筒的喇叭尾端相连接；

仪表，所述仪表通过仪表接头与所述导波杆的另一端相连接，以使得仪表中的气波芯体采集所述气波喇叭筒中的液位参考信号；

变送电路，所述变送电路设置于所述仪表中，并与所述气波芯体相连接，以将所述气波芯体所采集的液位参考信号转换为液位值。

在其中一个实施例中，所述气波液位计还包括固定架，所述固定架套设于所述导波杆上，且与所述导波杆相垂直设置，所述固定架用于将所述气波液位计固定于被测液体罐体上。

在其中一个实施例中，所述固定架在所述导波杆上的位置可调。

在其中一个实施例中，所述气波液位计还包括导气口，所述导气口开设于所述仪表的表壳上，所述导气口用于将所述导波杆与大气连通。

在其中一个实施例中，所述气波液位计还包括导气管，所述导气管的一端与所述导气口相连接，所述导气管的另一端的管口朝向地面。

在其中一个实施例中，所述导气管是由空心铝管多圈螺旋形缠绕形成。

在其中一个实施例中，所述气波液位计还包括表电接头，所述表电接头设置于所述仪表的表壳上，且与所述变送电路相连接。

在其中一个实施例中，所述气波喇叭筒的筒壁为斜面。

在其中一个实施例中，所述仪表接口为压力探头，所述压力探头用于采集所述气波喇叭筒中的气体压力。

在其中一个实施例中，所述仪表接口为电磁波探头，所述电磁波探头用于发射电磁，并接收经过液面反射后的电磁波。

上述气波液位计，气波喇叭筒的喇叭口具有高弧线缺口，打破了内锥形液柱的受力平衡，粘稠物不易粘连筒壁，可有效防止导波杆孔的堵塞，且上小下大的接口，集聚气压效果良好，省去了吹气液位计的吹气装置，从而避免了气泡的影响，提高了液位测量的准确性。

附图说明

图1为传统技术中的一个实施例中吹气液位计的示意图；

图2为本申请一个实施例中的气波液位计的示意图；

图3为本申请另一个实施例中的气波液位计的示意图；

图4为本申请的一个实施例中的喇叭筒壁处质点受力分析图；

图5为本申请的一个实施例中的变送电路的电路结构图。

其中

100 喇叭筒

200 导波杆

300 仪表接头

400 气波芯体

500 变送电路

600 表壳

700 导气口

800 表电接头

900 固定架

具体实施方式

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

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

具体地，请参见图2和图3所示，图2为本申请一个实施例中的气波液位计的示意图，图3为本申请另一个实施例中的气波液位计的示意图，其中在本实施例中，该气波液位计包括气波喇叭筒100、导波杆200、仪表以及变送电路500，其中气波喇叭筒100的喇叭尾与导波杆200的一端相连接，导波杆200的另一端与仪表相连接，更进一步地，导波杆200与仪表的表壳600相连接。

其中，所述气波喇叭筒100的喇叭口具有高弧线缺口，这样气波液位计充分利用液面敞口的特点，采用高弧线缺口喇叭筒100口端采集液位压力，这样缺口喇叭筒100打破了内锥形液柱的受力平衡，粘稠物不易粘连筒壁，可有效防止导波杆200孔的堵塞，且采用的是上小下大的接口，这样接液面为斜面，集聚气压效果良好，省去了吹气液位计的吹气装置。此外，所述气波喇叭筒100的筒壁为斜面，可以平衡受力。导波杆200可以为不锈钢金属空心导波杆200，其稳定可靠，适应面广。

其中，导波杆200的一端可以与气波喇叭筒100的喇叭尾通过螺栓的方式连接，例如气波喇叭筒100的喇叭尾的外沿设置有螺纹，同样地，导波杆200的相应的端的内沿处设置有对应的螺纹，这样通过螺纹的方式将两者固定连接。可选地该气波喇叭筒100可以伸缩，从而可以根据待测液体的深度来调整气波喇叭筒100的高度。此外，仪表可以设置在表壳600中，从而导波杆200的另一端可以通过与表壳600固定的方式，与设置在表壳600中的仪表进行连接，其中导波杆200与表壳600的连接方式也可以通过螺栓，例如，表壳600的内沿对应的位置设置有螺纹，导波杆200的相应的端的外沿处设置有对应的螺纹，这样通过螺纹的方式将两者固定连接，其中，上述的内沿和外沿可以对应的改变，对此不作具体的限制。

在实际使用的时候，导波杆200以及气波喇叭筒100伸入被测液体中，例如可以伸入被测液体罐底位(绝对零液位，液体由缺口处流进)，或是由用户指定的起始位(相对零液位)。这样导波杆200中的压强会随液面的变化而发生改变，从而仪表的位于导波杆200的另一端处的仪表接头300与导波杆200固定，且通过仪表的气波芯体400采集气波喇叭筒100中的液位参考信号，进而将该液位参考信号发送到位于仪表中的变送电路500中，即可以将所述气波芯体400所采集的液位参考信号转换为液位值，也就是液位的高度值。

具体地，当被测液体的罐体中充入液体的时候，气波喇叭筒100的端口位于液体中，这样就会承受液压，液压的大小随液位的高度值发生变化，导波杆200这样即可以将液位压力传输到仪表中，仪表的气波芯体400会感受到压力变化，并传输压力至变送电路500，从而变送电路500将压力信号转换为液位值。

具体地，结合图4，详细说明本实施例中的气波液位计的工作原理，图4为本申请的一个实施例中的喇叭筒100壁处质点受力分析图。其中喇叭筒100壁为斜面，喇叭筒100内的液体承受重力G、由液面压力产生的向上的挤压压力(F粘)、斜面的反作用力(N压)、斜面的摩擦力(f摩)以及液体的浮力(F浮)，其中反作用力可以有效减少向上的压力使得竖直方向的力平衡。此外导波杆200的孔口小，使得管内压力和液位压力相平衡，高弧线缺口形成斜面长短的差异，打破了喇叭口内锥状液柱受力平衡，粘稠物易脱落。

从力学分析可见，N压有向下得分力，使得粘稠物易脱落，有防堵效果。

仪表测位原理：任一高度的静态液体在重力作用下，都会对底部单位面积产生压力。单位压力p的大小与液体高度h、密度ρ有关：

p＝p0+ρ.g.h (2)

如计量液位高度h0为起始位即零位，则有：

p＝p0+ρ.g.h+ρ.g.h0 (3)

可整理为：

p＝p0+ρ.g.(h+h0) (4)

其中p0指液面大气压，g指重力加速度

式(4)表明静态液体内部的压强p，随着液体高度h呈线性正比变化。

该气波液位计产品，广泛应用于泥浆熔浆、沉降罐、原油箱、果酱、蜂蜜、原油等粘稠介质的液位测量控制。

在实际使用过程中，以上述气波液位计为例进行说明，在气波液位计安装完成后，静置半小时，在外接24VDC直流电源，便可测量。气波喇叭筒100深入到介质里，介质储存器内液体产生的压力通过气波喇叭筒100、导波杆200向导波杆200低压位传递压力(p0+ρ.g.h)。

导波杆另一端的气波芯体400，例如压力感应芯体被感应，当压力变化时，气波芯体400感应。气波芯体400的硅油感应膜随感应到的压力发生变化，单晶硅产生应变，使直接扩散在上面的应变电阻产生与被测压力成比例的变化，再由桥式电路获得相应的电压输出信号。

单晶硅膜片为弹性元件，在单晶硅膜片上利用集成电路的工艺，向单晶硅的特定方向扩散一组等值电阻，并将电阻结成桥路，单晶硅片置于芯体腔内，即气波芯体。

电阻产生相应的电压输出信号，通过压力变送电路500的智慧处理、操控器的设置，将液位变送为485信号模式输出，输出标准的电流信号4.0～20mA。LCD可直接显示数值，亦可以远传连接电脑或控制箱。4.0mA表示0液位，20mA表示满量程液位。

也就是说，介质液位变动随着带来采集压力变化，根据压力变量与电流、电压信号的连续函数关系，将压力变量转换为可传送的标准电输出信号。本仪器在工作过程中通过介质压力变动令气波芯体的敏感元件发生变形，进而引起电阻变化，根据给定的函数关系，经微处理电路变送后，得到输出信号，完成对容器介质液位值的测量。

其中，参见图5，该变送电路可以包括敏感元件(其中，Pt是指PressureTransmiting，气波压力发送记录装置，Pk是指Pressure knocking气波压力击打发生装置)、振荡和调解电路、A/D信号转换电路、微处理器(例如，微处理器STM32F103ZGT6，STM32F系列属于中低端的32位ARM微控制器，该系列芯片是意法半导体(ST)公司出品，其内核是Cortex-M3。其可以将传感器线性化、量程范围、传递函数、工程单位、阻尼、通信和诊断)，微处理器进行信号转换、数字通信将最后的液位参考信号转换为液位值。

上述气波液位计，气波喇叭筒100的喇叭口具有高弧线缺口，打破了内锥形液柱的受力平衡，粘稠物不易粘连筒壁，可有效防止导波杆200孔的堵塞，且上小下大的接口，集聚气压效果良好，省去了吹气液位计的吹气装置，从而避免了气泡的影响，提高了液位测量的准确性。

在其中一个实施例中，所述气波液位计还包括固定架900，所述固定架900套设于所述导波杆200上，且与所述导波杆200相垂直设置，所述固定架900用于将所述气波液位计固定于被测液体罐体上。

在其中一个实施例中，所述固定架900在所述导波杆200上的位置可调。具体地，气波液位计的导波杆200和喇叭筒100需要伸入待测液体中，这样需要将气波液位计固定在盛放待测液体的罐子的灌口处，例如缺口喇叭筒100置入罐底或用户要求的起始高度液位，通过空心导杆直接传压，气波芯体400得到液位的绝对压力，省去采集负压侧压力环节。且液位面常有气泡冒出，而液体罐底部的气泡小而少，可忽略气泡影响，有效地回避液面气泡影响。

当缺口喇叭筒100置入罐底或用户要求的起始高度液位后，则可以通过固定架900将气波液位计固定在盛放待测液体的罐子的灌口处，例如通过卡扣卡在盛放待测液体的罐子的灌口处，从而使得气波液位计不易被移动。这样固定架900可以是连接罐体法兰或支架。例如固定架900的两端可以套设有固定卡扣或者是连接法兰，这样当固定架900放置在灌口的时候，卡扣或者连接法兰则可以固定在灌口处。

且可选地，该固定架900在所述导波杆200上的位置可调，这样可以根据需要，例如盛放被测液体的罐子的高度调整固定的位置。此外，该导波杆200还可以设置成可伸缩的，这样可以根据盛放被测液体的罐子的高度调整导波杆200的高度，以便于扩展气波液位计的测量范围。

上述实施例中，通过设置固定架900来将气波液位计固定在盛放待测液体的罐子的灌口处，从而确定了绝对零液位或者是相对零液位，为后续测量的准确性奠定基础。

在其中一个实施例中，所述气波液位计还包括导气口700，所述导气口700开设于所述仪表的表壳600上，所述导气口700用于将所述导波杆200与大气连通，这样可以保证仪表采集到大气气压，从而确定液位的准确的高度，这样保证气压的准确性，因为若是固定大气气压，则由于大气气压的变化，会导致液位测量出现错误。

在其中一个实施例中，所述气波液位计还包括导气管，所述导气管的一端与所述导气口700相连接，所述导气管的另一端的管口朝向地面，这样可以避免雨水等的进入，从而避免液体流入产生液压，从而导致液压测量错误。

在其中一个实施例中，所述导气管是由空心铝管多圈螺旋形缠绕形成。

在上述实施例中，仪表表壳600内钻导气孔与导波杆200的气腔相通；外接导气口700与表壳600螺纹连接，使气腔与大气相连通，抵消了大气压强p0。所以感应芯体测压是h高度液位产生的单位压力，即压差值，这样就省去了采集负压侧的压力环节。

外接导气管由空心铝管多圈螺旋形缠绕形成，安装时导气管的孔口向下，可有效避免雨水进入；导气管与表壳600连接，远离液体，暴露于外界大气环境，起通气作用，产生冷凝现象可能性小，较长的螺旋其低点可积存液体，防止液体进入仪表的内腔；上端螺纹安装的导气管清理维修方便。

在其中一个实施例中，所述气波液位计还包括表电接头800，所述表电接头800设置于所述仪表的表壳600上，且与所述变送电路500相连接。具体地，该表电接头800用于给变送电路500进行供电，从而保证仪表的正常运行。

在其中一个实施例中，所述仪表接口为压力探头，所述压力探头用于采集所述气波喇叭筒100中的气体压力。

在其中一个实施例中，所述仪表接口为电磁波探头，所述电磁波探头用于发射电磁，并接收经过液面反射后的电磁波。

请结合图2和图3所示，其中图2是采用的静液压强原理测量液位，图3是采用的电磁波原理测量液位。

图2中的气波液位计充分利用液面敞口的特点，采用高弧线缺口喇叭筒100口端采集液位压力。传压导气管的带喇叭头端深入被测液体罐底位(绝对零液位，液体由缺口处流进)，或起始位(用户指定，相对零液位)，法兰连接罐体或支架垂直固定。当罐体充液时，气波喇叭筒100端口位于介质中，承受液压，液压大小随液位高低变化，导波杆200将液位压力传输到罐口仪表，仪表芯体感压传压，仪表电路板将压力信号转换、传输。

图3中的气波液位计气波芯体400发射电磁波，然后液面反射波，进而气波芯体400接收回波，变送电路500则处理转换输出液位信号。喇叭筒100则充当天线作用，大端面要保证伸进容器内至少10mm,以避免接管端面的强反射。

正弦型气波信号沿着导杆进行传输，遇到喇叭口附近的液面时进行回传。数字信号电路识别发出的信号，根据脉冲时间行程，结合声波所在的介质密度等环境因素，计算出液位高度信息。如需高精度液位测量，可选配空气锤、调频震荡马达、智能电磁阀、真空夹层导波管等方案。

该方案的原理是：任一高度的静态液体面，会发射电磁波，脉冲波从发出到返回时间T，从液面到发射面的距离D：

D＝C.T/2 (5)

其中C为电磁波传播速度，等于光速，为常数

h＝罐高H-D(6)

式(5)、(6)表明静态液面高度h，随着反射时长T的增大呈线性反比变化。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种气波液位计，其特征在于，所述气波液位计包括：

气波喇叭筒，所述气波喇叭筒的喇叭口具有高弧线缺口；

导波杆，所述导波杆的一端与所述气波喇叭筒的喇叭尾端相连接；

仪表，所述仪表通过仪表接头与所述导波杆的另一端相连接，以使得仪表中的气波芯体采集所述气波喇叭筒中的液位参考信号；

变送电路，所述变送电路设置于所述仪表中，并与所述气波芯体相连接，以将所述气波芯体所采集的液位参考信号转换为液位值。

2.根据权利要求1所述的气波液位计，其特征在于，所述气波液位计还包括固定架，所述固定架套设于所述导波杆上，且与所述导波杆相垂直设置，所述固定架用于将所述气波液位计固定于被测液体罐体上。

3.根据权利要求2所述的气波液位计，其特征在于，所述固定架在所述导波杆上的位置可调。

4.根据权利要求1所述的气波液位计，其特征在于，所述气波液位计还包括导气口，所述导气口开设于所述仪表的表壳上，所述导气口用于将所述导波杆与大气连通。

5.根据权利要求4所述的气波液位计，其特征在于，所述气波液位计还包括导气管，所述导气管的一端与所述导气口相连接，所述导气管的另一端的管口朝向地面。

6.根据权利要求5所述的气波液位计，其特征在于，所述导气管是由空心铝管多圈螺旋形缠绕形成。

7.根据权利要求4所述的气波液位计，其特征在于，所述气波液位计还包括表电接头，所述表电接头设置于所述仪表的表壳上，且与所述变送电路相连接。

8.根据权利要求1至7任意一项所述的气波液位计，其特征在于，所述气波喇叭筒的筒壁为斜面。

9.根据权利要求1至7任意一项所述的气波液位计，其特征在于，所述仪表接头为压力探头，所述压力探头用于采集所述气波喇叭筒中的气体压力。

10.根据权利要求1至7任意一项所述的气波液位计，其特征在于，所述仪表接头为电磁波探头，所述电磁波探头用于发射电磁，并接收经过液面反射后的电磁波。

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