一種大量程高精度的液位測量裝置的製作方法

2023-05-13 13:55:01 1

本實用新型涉及液位測量儀器，尤其涉及到光纖傳感技術結合超壓結構自保護設計的一種大量程高精度液位測量裝置。

背景技術：

光纖傳感技術是在20世紀70年代伴隨光纖通信技術的發展而迅速發展起來的，它是一種以光波為載體，光纖為媒質，感知和傳輸外界被測量信號的一種新型傳感技術。這些光纖傳感器根據作用範圍又可以分為三類：點式傳感器（如光纖微彎傳感器、光纖Fabry-Perot傳感器、光纖Bragg光柵傳感器等），積分傳感器（如光纖Michelson幹涉儀和光纖Mach-Zehnder幹涉儀），分布式傳感器（如利用布裡淵散射效應製成的應力、溫度分布式傳感器）。光纖式傳感器具有其它傳統電傳感器無可比擬的優點，主要是：抗電磁幹擾、耐腐蝕、測量範圍寬、便於復用成網、小型化和維護成本低等。

目前，光纖式傳感器已經廣泛應用於儲油罐、管道、堤壩的壓力、液位、溫度的測量中，通常採用傳統的電測量方法，這種方式主要原理是壓力檢測裝置的壓力敏感元件會隨著被測壓力變化而產生相應的變形，壓力敏感元件變形後會引起相關量的變化（電阻、電容等），這個變化再有信號變換和放大電路轉換成電信號輸出，通過檢測相關電信號就能得到相應的壓力值，再通過傳感器中增加熱敏電阻溫度計，就能計算得到其溫度值。

在易燃易爆的儲油罐檢測方面，傳統的電子測量方法可能產生放電現象，從而引發爆炸，存在安全隱患，從而不能滿足石化領域的檢測需求，對於其他如堤壩和管道的測量，由於現場工況複雜且惡劣，傳統的電子測量設備很容易受到外界環境的影響，直接影響其測量精度。同時，傳統電子測量設備採用電纜來傳遞電和輸出信號，所需的電纜數目較大，且無法將其植埋入建築結構內部，所以在實現長期實時監測方面具有很大的局限性。同時，對於傳統的液位測量裝置，其測量誤差會隨著量程的增大而累加，對於精確測量存在很大的限制。

技術實現要素：

本實用新型的目的在於克服上述現有技術的不足，提供一種大量程高精度的液位測量裝置。本實用新型的液位測量裝置要求能夠測量液位的高度和液體的溫度，並且要求測量量程大、精度高、成本低並且實現超壓自保護功能。

為了達到上述發明目的，本實用新型的技術方案如下：

一種大量程高精度的液位測量裝置, 液位測量裝置包括有多個級聯連接的測量單元，所有所述的測量單元串聯於一根傳輸光纖中，兩個相鄰的所述測量單元通過柔性不可伸機構連接，所述測量單元包括有基體、壓力敏感彈性元件和光纖型彈力敏感元件，所述光纖型彈力敏感元件串聯於所述傳輸光纖中，所述光纖型彈力敏感元件固定於所述基體與所述壓力敏感彈性元件之間，所述測量單元設有超壓自保護機構，所述壓力敏感彈性元件與超壓自保護機構相連。

在本實用新型的一種大量程高精度的液位測量裝置中，所述基體包括有底座和上殼，所述上殼安裝於所述底座上，所述底座的中心位置設有進壓口，所述基體底部進壓口的位置設有所述過濾網，所述上殼的頂部中心位置安裝有光纖引出結構。

在本實用新型的一種大量程高精度的液位測量裝置中，所述超壓自保護機構包括有細徑管、粗徑管和密封塞，所述細徑管固定於粗徑管上，所述細徑管上端與所述壓力敏感彈性元件相連，所述粗徑管的下端固定於底座上進壓口的位置，所述密封塞位於所述粗徑管內並通過細繩懸掛於所述壓力敏感彈性元件上。

在本實用新型的一種大量程高精度的液位測量裝置中，所述光纖型彈力敏感元件通過導向杆固定於所述壓力敏感彈性元件上。

在本實用新型的一種大量程高精度的液位測量裝置中，所述光纖型彈力敏感元件的兩端固定於等強度彈性梁上，所述等強度彈性梁一端固定在壓力敏感彈性元件上，另一端通過固定架固定於所述基體上。

在本實用新型的一種大量程高精度的液位測量裝置中，所述測量單元中還設有光纖型溫度敏感元件，所述光纖型溫度敏感元件與所述光纖型彈力敏感元件均串聯於所述傳輸光纖中。

在本實用新型的一種大量程高精度的液位測量裝置中，所述柔性不可伸機構與所述測量單元通過固定卡連接。

在本實用新型的一種大量程高精度的液位測量裝置中，所述壓力敏感彈性元件為膜片或為膜盒或為彈簧管。

在本實用新型的一種大量程高精度的液位測量裝置中，所述上殼和所述底座連接位置安裝有密封圈。

在本實用新型的一種大量程高精度的液位測量裝置中，所述的柔性不可伸機構為一根稱重繩。

基於上述技術方案本實用新型與現有技術相比有如下優點：

1.本實用新型的大量程高精度的液位測量裝置採用光纖型彈力敏感元件作為傳感器，其能有效防止電磁幹擾，並且容易形成高性能、低成本的傳感陣列，在工程應用中具有巨大市場潛力。

2.在本實用新型的大量程高精度的液位測量裝置中安裝有超壓自保護機構，其可有效的防止各個測量單元間數據的幹擾，從而提高液位測量裝置的測量精度。

附圖說明

圖1是本實用新型一種大量程高精度的液位測量裝置的整體結構示意圖。

圖2是本實用新型一種大量程高精度的液位測量裝置中測量單元的結構示意圖。

圖3是本實用新型採用等強度量方案的測量單元結構示意圖。

具體實施方式

下面我們結合附圖和具體的實施事例來對本實用新型的結構原理和具體應用做進一步的說明，但不能以此來限制本實用新型的保護範圍。

請看圖1，圖1是本實用新型一種大量程高精度的液位測量裝置的整體結構示意圖。從圖中可以看出，本實用新型的液位測量裝置包括有多個上下連接的測量單元1，所有測量單元1級聯相連，並且兩個相鄰的測量單元1之間通過柔性不可伸機構2相連接，當測量液位時，將該液位測量裝置放入液體中，可將位於最下端的測量單元1置於液體的最底端。

在本實用新型的液位測量裝置中，所述的柔性不可伸機構是指該部件本身無法自己伸長，但在安裝使用的時候可以隨意彎折繞曲，增加操作的便利性，一旦連接完成後長度無法再度伸長，通常使用的柔性不可伸機構是一根稱重繩。我們可以通過改變兩個相鄰的測量單元1之間連接的柔性不可伸機構2的長度調整測量精度。當需要精密測量液體的液位時，採用相鄰測量單元1之間柔性不可伸機構2相對較短的液位測量裝置。柔性不可伸機構2所連接的測量裝置的數量可以根據所測量液位的高度而確定，本實用新型的液位測量裝置的液位測量高度可以達到20米。

在本實用新型中，所有的測量單元通過一根傳輸光纖串聯連接，傳輸光纖用於將各個測量單元的測量信息輸出到光纖解調儀上。

請看圖2，圖2是本實用新型一種大量程高精度的液位測量裝置中測量單元1的結構示意圖。測量單元1的結構組成包括有基體、壓力敏感彈性元件7、傳輸光纖和光纖型彈力敏感元件12，光纖型彈力敏感元件12連接在傳輸光線中，傳輸光纖與光纖解調儀相連接，傳輸光纖一部分位於測量單元1內，一部分位於測量單元1外，光纖型彈力敏感元件12串聯在位於測量單元1內部的傳輸光纖中。光纖型彈力敏感元件12固定在基體和壓力敏感彈性元件7之間，測量單元1內部還設有超壓自保護機構8，超壓自保護機構8與壓力敏感彈性元件7內部連通。當測量液體時，測量單元1處於不同液位高度時敏感彈性元件產生不同程度的形變，並帶動光纖型彈力敏感元件12的產生形變，形變量通過傳輸光纖輸出至光纖解調儀中得出傳輸光纖中的波長變化，進而得出液位-波長曲線實現液位的測量。其中壓力敏感彈性元件7可以為膜片、膜盒或彈簧管，由進壓口進入測量單元1的液體產生壓力導致膜片、膜盒或彈簧管產生變形。一般表現為膜片凸起、膜盒膨脹和彈簧管扭轉變形。

基體的結構組成包括有上殼9和底座5。上殼9安裝在底座5上形成一個容置空間，在上殼9與底座5連接位置安裝有密封圈6，密封圈6的設置用於防止待測液體進入基體內。上殼9的頂部中心位置安裝有光纖引出結構11，光纖引出結構11與上殼設有密封圈或通過密封膠粘連，傳輸光纖緊密環套在光纖引出結構11中；底座5的中心位置設有進壓口，待測液體從進壓口位置進入測量單元1內，底座5的底部進壓口的位置安裝有過濾網4。過濾網4可以有效的防止待測液體中的雜質堵塞進壓口或者進入測量單元1內部導致壓力敏感彈性元件7的彈性改變，根據待測液體的實際情況調整更換不同型號網眼的過濾網4，保證測量單元1的正常測量。

光纖型彈力敏感元件12用於待測液體液位，採用光纖作為測量液壓傳感裝置可以防止電磁幹擾，並且光纖型彈力敏感元件12耐腐蝕、測量範圍寬、便於復用成網、便於小型化和維護成本低等。光纖型彈力敏感元件12通過導向杆3固定在壓力敏感彈性元件7上，導向杆3固定在壓力敏感彈性元件7的上方。導向杆3用於將壓力敏感彈性元件7的形變傳遞到光纖型彈力敏感元件12上。導向杆3可以設在壓力敏感彈性元件7形變明顯的位置，提高光纖型彈力敏感元件12測量的靈敏度。

當光纖型彈力敏感元件12，形變量較大時，測得的數值會產生誤差。所以壓力敏感彈性元件7通過一個超壓自保護機構8與進壓口相連通。超壓自保護機構8結構中包括有細徑管、粗徑管和密封塞，細徑管固定在粗徑管上且固定位置密封，細徑管上端與壓力敏感彈性元件7相連，所述粗徑管的下端固定於底座5上進壓口的位置，密封塞通過細繩懸掛於壓力敏感彈性元件7上，密封塞位於粗徑管內。當壓力敏感彈性元件7的變形量較大時，壓力敏感彈性元件7通過細繩牽引密封塞向上運動並堵塞位於細徑管的管口，壓力敏感彈性元件7不進一步發生形變，進而使光纖型彈力敏感元件12處於一個穩定狀態，達到超壓自保護功能。超壓自保護機構8的設置使液位測量裝置中的每個測量單元1之間互不幹擾。超壓自保護機構8還能夠保護壓力敏感彈性元件7，防止由於壓強過大導致壓力敏感彈性元件7受損。當液位達到一定的高度時，液位測量裝置中某些處於下方的測量單元1中的超壓自保護機構8自動關閉，處於上方的測量單元1仍繼續進行液位測量。

待測液體通過進壓口進入超壓自保護機構8和壓力敏感彈性元件7所形成的空間內，壓力敏感彈性元件7由於液體的壓力產生形變，壓力敏感彈性元件7的形變傳遞到導向杆3上，使導向杆3移動或扭動，進而由固定在導向杆3上的光纖型彈力敏感元件12感知並將測得的信號傳出，利用壓力敏感彈性元件7產生的形變來驅動光纖型彈力敏感元件12，光纖型彈力敏感元件12的中心波長發生漂移，並將波長變化通過傳輸光纖傳到光纖解調儀上，得出液位-波長曲線，達到液位測量的目的。當測量單元1所處液位變深，壓力敏感彈性元件7所受壓強越大，壓力敏感彈性元件7的形變量變大，同時帶動超壓自保護機構8中的密封塞向細徑管管口移動；當壓強達到一定程度時，密封塞堵塞細徑管管口，進而實現超壓自保護。

作為一種改進，傳輸光纖上還連接有光纖型溫度敏感元件10，光纖型彈力敏感元件12用於測量待測液體溫度。光纖型溫度敏感元件10與光纖型彈力敏感元件12串聯在傳輸光纖上。光纖型溫度敏感元件10測量機體內部溫度，並將信號通過傳輸光纖傳到光纖解調儀測上量其波長，即可獲得溫度-波長的變化曲線。光纖型溫度敏感元件10的設置可以實時監測液體的溫度，且光纖型彈力敏感元件12形變量排除由於溫度導致的形變能夠使測量更加精確。

作為一種改進，光纖型彈力敏感元件12通過等強度彈性梁14和固定架13固定於基體和壓力敏感彈性元件7之間。圖3是本實用新型採用等強度彈性梁14方案的測量單元1結構示意圖。如圖3所示固定架13安裝固定在基體的底座5上，等強度彈性梁14通過導向杆3固定在壓力敏感彈性元件7上，光纖型彈力敏感元件12的兩端固定在等強度彈性梁14上。待測液體通過進壓口進入超壓自保護機構8和壓力敏感彈性元件7所形成的空間內，壓力敏感彈性元件7由於液體的壓力產生形變，壓力敏感彈性元件7帶動導向杆3運動，等強度彈性梁14發生形變，進而使固定在等強度彈性梁14上的光纖型彈力敏感元件12發生形變，光纖型彈力敏感元件12的中心波長發生漂移，並將波長變化通過傳輸光纖傳到光纖解調儀上，得出液位-波長曲線達到液位測量的目的。

本實用新型的一種大量程高精度的液位測量裝置， 利用級聯連接的測量單元測量液位的高度，並且運用了獨有的超壓自保護機構，使得每個測量單元之間互不幹擾，結構新穎、測量精度高、量程大，最大可達到25米，並且傳感元件採用光纖型，使液位測量裝置具有長期穩定性好、安全高，抗電磁幹擾、無電測量、可長期在線監測等優點。