本發(fā)明涉及液位測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種氣動(dòng)式水壓測(cè)量裝置。

背景技術(shù)：

在水利水電行業(yè)中對(duì)渠道、水庫(kù)等水位需要測(cè)量監(jiān)控，或者在石油化工行業(yè)中，對(duì)容器的油位也需要測(cè)量監(jiān)控。常規(guī)測(cè)量水位或者油位通過壓阻式液位傳感器進(jìn)行測(cè)量，例如授權(quán)公告號(hào)為CN2449208Y的中國(guó)專利公開了一種浸入在被測(cè)液體中可輸出一個(gè)與被測(cè)液位成正比的標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)并便于與其它儀表或計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)的壓阻式液位變送器，壓力傳感器3裝在基座2中，導(dǎo)水頭1接在基座2一端，基座2另一端與殼帽5密封連接在一起，放大電路7信號(hào)輸入端與壓力傳感器3的引線腳焊接在一起，其信號(hào)輸出端與電纜線12焊接在一起，并且殼帽5與電纜線12之間密封，放大電路7外還裝有保護(hù)罩6。其中傳感設(shè)備必須直接放置于測(cè)量點(diǎn)位置，如果現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境比較惡劣，壓力傳感設(shè)備極易遭受雷擊損壞，另外水中雜物如淤泥等也會(huì)封堵傳感設(shè)備的感壓部件，造成測(cè)量不準(zhǔn)，且不易維護(hù)更換。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明提供了一種氣動(dòng)式水壓測(cè)量裝置。

本發(fā)明的一種氣動(dòng)式水壓測(cè)量裝置采用以下技術(shù)方案：

一種氣動(dòng)式水壓測(cè)量裝置，包括氣路裝置，氣路裝置上部為兩條氣管，兩條氣管下部分別連接于一三通管道的上方管口處，所述兩條氣管中其中一條氣管上部與壓力氣源連接(稱為“供氣管”)，另一條氣管上部連接有一相對(duì)壓力傳感器(稱為“測(cè)量管”)；所述三通管道的下方管口設(shè)置于液面下方；當(dāng)所述兩條氣管內(nèi)充滿氣體時(shí)，下方管口處被水密封；所述其中供氣管一側(cè)始終由壓力氣源往氣管內(nèi)注入空氣；測(cè)量管連接的相對(duì)壓力傳感器可以實(shí)時(shí)測(cè)到氣體壓強(qiáng)的變化；如果氣路裝置外部水壓高于氣管內(nèi)氣壓時(shí)，注入的空氣會(huì)滯留于氣管內(nèi)，用以保持氣壓的升高；如果氣路裝置外部水壓低于氣管內(nèi)氣壓時(shí)，氣管內(nèi)的多余空氣會(huì)通過低端開口處排出；通過壓力氣源的自動(dòng)控制，氣管內(nèi)的氣壓始終趨向于與密封的水壓保持平衡；將相對(duì)壓力傳感器的測(cè)量值P_測(cè)作為處理單元的輸入變量，根據(jù)自動(dòng)計(jì)算單元得到氣路下端出氣口處實(shí)時(shí)變化的水深值和/或水位值。

進(jìn)一步地，所述兩條氣管上部同時(shí)與一手動(dòng)三位五通閥連接，所述相對(duì)壓力傳感器也連接于該手動(dòng)三位五通閥的排氣口，手動(dòng)三位五通閥的進(jìn)氣口通過管路依次連接有氣體流量控制閥、手動(dòng)二位五通閥、減壓閥、壓力氣源。

進(jìn)一步地，所述壓力氣源為空氣壓縮機(jī)。

本發(fā)明的一種氣動(dòng)式水壓測(cè)量裝置，利用了在平衡狀態(tài)下，容器內(nèi)被密封的氣體壓強(qiáng)始終與對(duì)其進(jìn)行封閉的外部壓強(qiáng)的大小相等，以及氣體壓強(qiáng)的可傳遞性原理，選用市場(chǎng)成熟的部件進(jìn)行組合，使其成為一有效的系統(tǒng)，將被測(cè)點(diǎn)處液體壓強(qiáng)等效成密封容器內(nèi)的氣體壓強(qiáng)。隨著水位的變化(即密封容器的外部作用壓強(qiáng)的變化)密封的氣管內(nèi)氣體壓強(qiáng)隨之變化，從而測(cè)量氣管內(nèi)氣體壓強(qiáng)的大小可以計(jì)算出封閉點(diǎn)處的水深值，進(jìn)而得到水位值。

利用氣路的布置，使靈敏的電子測(cè)量元件——壓力傳感器可以布置到相對(duì)環(huán)境安全的室內(nèi)。對(duì)于傳感部件，運(yùn)行環(huán)境的安全，可有效延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，并且使設(shè)備更換維護(hù)較為方便。

附圖說明

此處所說明的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1是本發(fā)明的水深計(jì)算原理圖。

圖2是本發(fā)明的沖刷氣管模式示意圖；

圖3是本發(fā)明的緩沖模式示意圖；

圖4是本發(fā)明的吹干測(cè)量管模式示意圖；

圖5是本發(fā)明的正常測(cè)量模式示意圖；

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；谒枋龅谋景l(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在無(wú)需創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明的一種氣動(dòng)式水壓測(cè)量裝置，如圖1所示，包括氣路裝置，氣路裝置上部為兩條氣管，兩條氣管下部分別連接于一三通管道的上方管口處，所述兩條氣管中其中供氣管上部與壓力氣源連接，另一條測(cè)量管上部連接有一相對(duì)壓力傳感器。所述三通管道的下方管口設(shè)置于液面下方。當(dāng)所述兩條氣管內(nèi)充滿氣體時(shí)，下方管口處被水密封。所述其中供氣管一側(cè)始終由壓力氣源往氣管內(nèi)注入空氣；測(cè)量管連接的相對(duì)壓力傳感器可以實(shí)時(shí)測(cè)到氣體壓強(qiáng)的變化。如果氣路裝置外部水壓高于氣管內(nèi)氣壓時(shí)，注入的空氣會(huì)滯留于氣管內(nèi)，用以保持氣壓的升高；如果氣路裝置外部水壓低于氣管內(nèi)氣壓時(shí)，氣管內(nèi)的多余空氣會(huì)通過低端開口處排出。通過壓力氣源的自動(dòng)控制，氣管內(nèi)的氣壓始終趨向于與密封的水壓保持平衡。

如圖1所示，為本發(fā)明的水深計(jì)算原理圖，其中：

P₀:大氣壓強(qiáng)；

P_水:三通出氣口處水重力產(chǎn)生的壓強(qiáng)；

P_氣:三通出氣口處空氣重力產(chǎn)生的壓強(qiáng)；

P_測(cè):壓力傳感器測(cè)量壓強(qiáng)(相對(duì)于大氣壓的壓強(qiáng))；

H:壓力傳感器處與出氣口處高程差；

h:水面與出氣口處高程差。

當(dāng)氣管內(nèi)氣壓與水壓達(dá)到平衡狀態(tài)下，三通出氣口處氣體壓強(qiáng)為：P_測(cè)+P₀+P_氣，水壓強(qiáng)為：P_水+P₀

由于處于平衡狀態(tài)，因此：P_測(cè)+P₀+P_氣＝P_水+P₀

即：P_測(cè)+P_氣＝P_水

即：ρ_水·g·h＝P_測(cè)+ρ_氣·g·H

即：

如果忽略氣溫變化的微弱影響，根據(jù)當(dāng)?shù)爻Ｄ昶骄鶜鉁睾秃０胃叱?，?jì)算重力加速度g、ρ_水、P₀均作為常數(shù)，H為傳感器與水下測(cè)點(diǎn)(即三通管口處)的高度差，根據(jù)實(shí)際的氣路的安裝布置得到常數(shù)H；由氣體的密度公式得到(其中ρ₀＝1.293kg/m₃，當(dāng)溫度為0℃，壓力為1.013MPa狀態(tài)下干空氣的密度)。

將相對(duì)壓力傳感器的測(cè)量值P_測(cè)通過模擬量或數(shù)字量信號(hào)作為處理單元的輸入變量，根據(jù)以上公式對(duì)處理單元編制程序，可以得到氣路下端出氣口處實(shí)時(shí)變化的水深值，如果加上水下測(cè)點(diǎn)(即三通管口處)的海拔高程，也可以得到水位值。

進(jìn)一步地，如圖2-5所示，在一種優(yōu)選實(shí)施方式中，所述兩條氣管上部同時(shí)與一手動(dòng)三位五通閥連接，所述相對(duì)壓力傳感器連接于手動(dòng)三位五通閥的排氣口，手動(dòng)三位五通閥的進(jìn)氣口通過管路依次連接有氣體流量控制閥、手動(dòng)二位五通閥、減壓閥、壓力氣源，優(yōu)選地，所述壓力氣源為空氣壓縮機(jī)，優(yōu)選為小型活塞型空壓機(jī)，具有自動(dòng)啟停功能，可長(zhǎng)期在線運(yùn)行可靠。優(yōu)選品牌：ALTLAS COPCO(阿特拉斯科普柯)。

由于空氣壓縮機(jī)氣瓶的壓力往往較高，且不穩(wěn)定，因此，增加一個(gè)減壓閥，對(duì)空壓機(jī)的出口氣體減壓，壓強(qiáng)一般調(diào)整為最大的被測(cè)點(diǎn)壓強(qiáng)加2bar。減壓閥優(yōu)選品牌：布魯特。

所述氣體流量控制閥可以實(shí)現(xiàn)向氣路內(nèi)源源不斷的補(bǔ)充空氣。流量控制閥可以調(diào)節(jié)流量大小，根據(jù)水位變化的快慢及氣路中氣體容積的大小調(diào)節(jié)一個(gè)冗余的流量。既要保證由于水壓的升高能夠及時(shí)補(bǔ)足氣管中空氣的壓力，又要保證氣體不至于過多的浪費(fèi)。流量控制閥優(yōu)選北京頗特儀器有限公司制造的流量控制閥。

進(jìn)一步地，為實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)式系統(tǒng)的沖洗模式、緩沖模式、吹干模式及工作模式的運(yùn)行，使氣路能靈活方便的切換，特選擇一個(gè)兩位五通手動(dòng)閥和一個(gè)三位五通手動(dòng)閥。首選品牌：德國(guó)Festo或臺(tái)灣亞德客(AirTAC)。

如圖2所示，沖洗模式

二位五通閥的位置調(diào)至右位置；三位五通閥的位置調(diào)至中位置；

當(dāng)需要沖洗氣管管路，或者初次使用需要將氣管內(nèi)液體排出時(shí)，氣體直接排入供氣管和測(cè)量管，根據(jù)需要該步驟一般運(yùn)行20—30秒鐘。

如圖3所示，緩沖模式

二位五通閥的位置調(diào)至左位置；三位五通閥的位置調(diào)至中位置；

當(dāng)沖洗氣管管路完畢，氣管內(nèi)用小氣量緩沖，氣體經(jīng)過流量控制閥直接排入供氣管和測(cè)量管，該步驟一般需要運(yùn)行30秒鐘。

如圖4所示，吹干模式

二位五通閥的位置調(diào)至左位置；三位五通閥的位置調(diào)至右位置；

氣體經(jīng)過流量控制閥進(jìn)入工作模式下的“測(cè)量管”，從工作模式下的“供氣管”將壓力反饋給壓力變送器，該方式目的為吹干回氣管路，運(yùn)行2天。

如圖5所示，工作模式中：二位五通閥的位置調(diào)至左位置，三位五通閥的位置調(diào)至左位置?？諌簷C(jī)氣瓶中的氣體輸出后通過減壓閥得到一個(gè)恒定氣壓，氣體經(jīng)二位五通閥輸入流量閥，恒定的氣流經(jīng)由三位五通閥后輸入供氣管，根據(jù)氣管內(nèi)氣壓與水壓的高低差異，補(bǔ)充的氣體由三通下端開口排出或滯留在氣管內(nèi)升高氣管內(nèi)壓力，使其達(dá)到壓力的平衡。測(cè)量管將壓力反饋給壓力變送器，該變送器實(shí)時(shí)測(cè)量測(cè)量管的壓強(qiáng)。

應(yīng)該理解，盡管參考其示例性的實(shí)施方案，已經(jīng)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體地顯示和描述，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，在不背離由權(quán)利要求書所定義的本發(fā)明的精神和范圍的條件下，可以在其中進(jìn)行各種形式和細(xì)節(jié)的變化，可以進(jìn)行各種實(shí)施方案的任意組合。