專利名稱：一種基于線陣溫度傳感器的物位檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬熱工及化工過程檢測儀表技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及和針對極端溫度和特殊氣壓條件下的物位測量方法。
背景技術(shù)：
物位測量一般是指，測量容器(水箱、油箱、儲罐)中的液體或物體界面的高度。測量物體界面的高度，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程及科學(xué)研究中非常重要。物位測量技術(shù)屬于熱工和化工檢測儀表技術(shù)領(lǐng)域。檢測容器中的物位有多種方法，按照測量原理有電容式物位計(jì)、靜壓式物位計(jì)、射頻式物位計(jì)、磁至伸縮式物位計(jì)、3D物位掃描儀、浮子式物位計(jì)、超聲波物位計(jì)、雷達(dá)(微波)物位計(jì)、射頻導(dǎo)納物位計(jì)等。不同的應(yīng)用條件，對傳感器的要求也不同。例如，對火力發(fā)電廠汽包的液位測量時，需要及時反映負(fù)荷變化對液位的影響來采取必要的補(bǔ)償措施，因此對傳感器的響應(yīng)速度要求較高；而對于大型儲罐中的液位，則由于其變化緩慢而對其響應(yīng)速度要求很低。在一些極端條件下，例如在南北兩極的極低溫和低氣壓環(huán)境下，對傳感器的耐低溫性能和低氣壓環(huán)境要求很高，很多傳統(tǒng)的方法都因傳感器的耐低溫性能較差、同時在低氣壓環(huán)境下的準(zhǔn)確度較差而不能適用。曾經(jīng)多次發(fā)生過液位傳感器在低溫條件下失效，在低氣壓環(huán)境下無法測出物位數(shù)據(jù)的事件。目前還缺乏在極端溫度條件下測量物位的成熟方法。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明提供了一種適用于極端溫度環(huán)境、環(huán)境氣壓不確定條件下測量氣-液或氣-固相分界面的基于線陣溫度傳感器的物位檢測方法。技術(shù)方案本發(fā)明的基于線陣溫度傳感器的物位檢測方法，包括以下步驟I)將溫度傳感器線陣插入容器內(nèi)，使溫度傳感器線陣上至少一個溫度傳感器處于氣體中，其余的溫度傳感器處于被測介質(zhì)中；2)采用與溫度傳感器線陣連接的數(shù)據(jù)采集處理終端，采集以Λ τ為測試周期的時間序列It1, t2, .. ti; ... , tn_1; tn}的、溫度傳感器線陣的溫度序列W1Ui), (I2Ui),...,Cljai)，. . .，Cllri (ti)，C^tiM，其中，i為時間序列號，η為時間間隔數(shù)，h為溫度傳感器線陣上的溫度傳感器數(shù)量，j為溫度傳感器線陣上從上至下的溫度傳感器序列編號；
η3)計(jì)算各溫度傳感器所測溫度的平均值I = ξ柳和方差
^η
\ Χ ；)- ^
jy (f) _ ^"_得到方差序列(D1, D2, ...，Dj，…，Dh—1，Dj ；
Jn4)計(jì)算方差序列{D1; D2, . . .，Dj，. . .，Dh_1； DJ中所有相鄰方差的變化AD =IDj-Dp11，找出其中的最大值，根據(jù)方差變化最大值對應(yīng)的兩相鄰方差，確定兩個相鄰的溫度傳感器，兩個相鄰的溫度傳感器之間的中點(diǎn)即為物位所在位置。根據(jù)傳熱學(xué)理論，在圖 I所示的封閉、非絕熱無內(nèi)熱源的容器內(nèi)，物料的溫度變化僅受外界的溫度變化而變化。如果在容器內(nèi)的物料具有氣-液或氣-固相分界面時，由于氣體(例如空氣或被測介質(zhì)蒸氣)的容積熱容量和熱導(dǎo)率遠(yuǎn)小于液體(例如航空煤油)或固體(例如煤粉)的熱容量及熱導(dǎo)率，因此由于環(huán)境溫度誘導(dǎo)所產(chǎn)生的溫度變化規(guī)律會有顯著不同的滯后和衰減差異，見圖2。如果將線陣溫度傳感器置于容器中具有氣-液或氣-固相分界面的物料內(nèi)，測得線陣上各點(diǎn)的溫度時間序列，再根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)理論，計(jì)算出其方差。由于在分界面上方氣體側(cè)的傳感器測得的溫度變化的方差與被測液體或被測固體粉末側(cè)得的方差數(shù)值顯著不同，因此可以從方差隨深度的變化曲線分辨出物料的分界面，見圖3。本發(fā)明可以在上位智能控制器(數(shù)據(jù)采集處理終端)上的數(shù)碼顯示器直接顯示物位，也可以并通過通信接口與其它設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。有益效果本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)本方法僅與環(huán)境溫度的變化及容器內(nèi)被測物料的熱物性有關(guān)，與線陣溫度傳感器的熱慣性有關(guān)，與其它條件無關(guān)，其分辨率取決于溫度傳感器線陣上兩個傳感器的間距，其采樣周期大于等于誘導(dǎo)溫度變化的周期，因此特別適用于極端溫度環(huán)境(如低溫、介質(zhì)溫度變化范圍大)、環(huán)境氣壓不確定條件，以及導(dǎo)電性、液固相不確定的介質(zhì)在變化緩慢條件下(例如大型儲油箱的油位)的物位檢測。在實(shí)際使用本方法和裝置測量物位時，只需給出傳感器安裝位置與容器底部的相對位置關(guān)系即可使用，對于不同的介質(zhì)無需事先標(biāo)定。本項(xiàng)發(fā)明提出的物位檢測方法理論可靠、算法簡單；鎧裝傳感器結(jié)構(gòu)簡單，制造成本較低，采用的通用溫度傳感器、微處理器(MCU)等，均屬于市場上常見的器件，極易獲得。根據(jù)本項(xiàng)發(fā)明提出的方法所制造的檢測裝置，具有數(shù)據(jù)量小、占用資源少、算法簡單等優(yōu)點(diǎn)，可作為現(xiàn)有料位/液位檢測一次儀表的補(bǔ)充。根據(jù)本項(xiàng)發(fā)明提出的方法所制造的測試裝置，可以在擴(kuò)充了總線通信功能后實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程分布式系統(tǒng)，用于同時檢測多個物位；在擴(kuò)充了網(wǎng)絡(luò)通訊功能后還可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化分布式檢測和監(jiān)測。


圖I為溫度傳感器線陣在容器及物料的安裝示意圖；圖2為環(huán)境溫度變化及誘導(dǎo)產(chǎn)生的氣體和被測介質(zhì)的溫度變化示意圖，其中圖2a為環(huán)境溫度變化，圖2b為界面之上溫度變化，圖2c為界面之下溫度變化，圖中橫坐標(biāo)為時間序列，縱坐標(biāo)為溫度值；圖3為方差隨深度變化曲線示意圖；圖4為數(shù)字溫度傳感器線陣電路原理圖；圖5為上位智能控制器(數(shù)據(jù)采集處理終端)原理圖；圖6為鉬傳感器線陣電路原理圖。圖中有溫度傳感器線陣I、溫度傳感器11、容器2、氣體3、物位4、數(shù)據(jù)采集處理終端5、被測介質(zhì)6。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。本發(fā)明的基于線陣溫度傳感器的物位檢測方法，包括以下步驟I)將溫度傳感器線陣I插入容器2內(nèi)，使溫度傳感器線陣I上的至少一個溫度傳感器11處于氣體3中，其余的溫度傳感器11處于被測介質(zhì)6中；2)采用與溫度傳感器線陣I連接的數(shù)據(jù)采集處理終端5，采集以Λ τ為測試周期的時間序列It1, t2，..ti; ...，V1, tn}的、溫度傳感器線陣I的溫度序列W1Ui),(I2Ui)，. . .，(Ijai)，. . .，Uti)，C^tiM，其中，i為時間序列號，η為時間間隔數(shù)，h為溫度傳感器線陣I上的溫度傳感器數(shù)量，j為溫度傳感器線陣I上從上至下的溫度傳感器序列編號;3)計(jì)算各溫度傳感器11所測溫度的平均值
權(quán)利要求
1.一種基于線陣溫度傳感器的物位檢測方法，其特征在于，該方法包括以下步驟 1)將溫度傳感器線陣(I)插入容器(2)內(nèi)，使溫度傳感器線陣(I)上至少一個溫度傳感器(11)處于氣體(3 )中，其余的溫度傳感器(11)處于被測介質(zhì)(6 )中； 2)采用與所述溫度傳感器線陣(I)連接的數(shù)據(jù)采集處理終端(5)，采集以Λτ為測試周期的時間序列It1, t2，..ti; ...，V1, tj的、溫度傳感器線陣(I)的溫度序列W1Ui),(I2Ui)，. . .，dja,)，. . .，Uti)，C^tiM，其中，i為時間序列號，η為時間間隔數(shù)，h為溫度傳感器線陣(I)上的溫度傳感器數(shù)量，j為溫度傳感器線陣(I)上從上至下的溫度傳感器序列編號； 3)計(jì)算各溫度傳感器(11)所測溫度的平均值
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于線陣溫度傳感器的物位檢測方法，在容器外部周期性溫度變化誘導(dǎo)下，通過線陣溫度傳感器測得的容器內(nèi)氣體溫度和被測介質(zhì)溫度，計(jì)算出線陣上各點(diǎn)溫度變化的方差，找出相鄰兩點(diǎn)之間方差差值最大值所對應(yīng)的兩個點(diǎn)，即可判定物位處于該兩點(diǎn)之間。適用于極端溫度環(huán)境、環(huán)境氣壓不確定條件下測量氣-液或氣-固相分界面，成本低，可靠性高，結(jié)構(gòu)簡單。
文檔編號G01F23/22GK102928043SQ20121042297
公開日2013年2月13日 申請日期2012年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月30日
發(fā)明者邱實(shí), 張輝, 陳從顏 申請人:東南大學(xué)