【技术实现步骤摘要】
一种液位检测装置及方法
[0001]本专利技术属于液位检测
，具体涉及一种液位检测装置及方法。
技术介绍
[0002]液位测量需求遍布工业生产各个领域。根据使用环境的不同，所采用的检测仪器也多种多样。目前已有多种成熟的液位检测方法，如压力法、电学法、超声波法、核辐射法、磁电法、光学法等等。
[0003]现阶段，连续液位的检测还普遍依赖专用仪器，各种原理的传感器对工作空间及环境条件一般存在专属要求。一些特殊的应用场景下，如工作于低温环境的介质系统，对检测设备各方面的性能要求有所加强，采用常规设备势必会增加检测成本；同时因为监测位置的特殊性，如液位监测点位于地下深井底部，采用常规液位检测设备将大大增加安装工艺的复杂性，导致投入成本大幅提高。
[0004]因此，对于特殊环境下的液位检测需要，需要开发相应的液位检测方法及装置，以简化安装工艺，降低检测成本。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的是提供一种液位检测结构及方法，具备加热及测温功能，以精简的结构完成容器中液相介质的液位的连续检测，...
【技术保护点】
【技术特征摘要】 【专利技术属性】
1.一种液位检测装置，用于容器内部液相介质的液位测量，其特征是：包括设置在外壳(11)内的加热元件、测温元件和检测元件，通过所述加热元件对所述外壳(11)周围的气相介质和所述液相介质进行加热，通过所述测温元件对所述气相介质或所述液相介质进行测温，结合所述检测元件的电阻率值和电阻值确定所述容器内的所述液相介质的液位。2.如权利要求1所述的一种液位检测装置，其特征是，该液位检测装置分为第一型和第二型两大类，都具有如下的相同的基本结构：所述外壳(11)为圆筒型结构，具备热传导能力；所述加热元件由第一康铜丝(1)、第一铜丝(2)、第一加热辅助铜丝(1
‑
1)和第二加热辅助铜丝(2
‑
1)构成，所述第一康铜丝(1)的顶端(P1)设置在所述外壳(11)的顶端之内，接近所述外壳(11)顶端，所述第一铜丝(2)的顶端(P2)设置在所述外壳(11)的顶端之外，所述第一加热辅助铜丝(1
‑
1)的顶端设置在所述外壳(11)的顶端之外，所述第二加热辅助铜丝(2
‑
1)的设置在所述外壳(11)的顶端之外，所述第一康铜丝(1)的底端和所述第一铜丝(2)的底端相连并设置在所述外壳(11)的底端之内，接近所述外壳(11)底端；所述第一加热辅助铜丝(1
‑
1)的尾端与所述第一康铜丝(1)的顶端(P1)相连，所述第二加热辅助铜丝(2
‑
1)的尾端与所述第一铜丝(2)的顶端(P2)相连；所述第一加热辅助铜丝(1
‑
1)的顶端和所述第二加热辅助铜丝(2
‑
1)的顶端用于连接电源正负极，形成加热回路；所述第一康铜丝(1)位于所述外壳(11)的轴线位置，在进行液位测量时所述第一康铜丝(1)在竖直方向贯穿所述气相介质和所述液相介质，所述第一康铜丝(1)的具体形式包括直线形或螺旋形；当所述第一康铜丝(1)为直线形时，所述第一康铜丝(1)本身即位于整个液位检测装置的中心，当所述第一康铜丝(1)为螺旋形时，螺旋形结构中心与整个液位检测装置的中心重合，以便所述第一康铜丝(1)各向同性地由液位检测装置中心向外散发热量；所述测温元件包括液相测温点(10)，所述液相测温点(10)为铜丝和康铜丝构成的T型热电偶的测温结点；所述液相测温点(10)位于所述外壳(11)底端附近，用于获得液相介质温度T
L
；所述液相测温点(10)的连接构成的方式为任何一种能够牢固固定于同一结点的方式，包括电弧焊接、氢弧焊接、气焊、和盐水焊接；在构建所述液相测温点(10)形成T型热电偶的基本结构后，对所取得的所述液相测温点(10)进行校准，以在后续介质温度测量过程中取得准确的液相介质温度T
L
；所述外壳(11)内部填充绝缘导热物质，用于固定所述检测元件和所述加热元件，保持二者相对位置；所述检测元件和所述加热元件外部均采取绝缘措施，以保证绝缘性能。3.如权利要求2所述的一种液位检测装置，其特征是，在所述基本结构的基础上，所述第一型液位检测装置进一步细分为1
‑
1型、1
‑
2型和1
‑
3型；所述第一型液位检测装置的共同结构是：所述测温元件还包括气相测温点(9)，所述气相测温点(9)为铜丝和康铜丝构成的T型热电偶的测温结点；所述气相测温点(9)位于所述外壳(11)内，且处于所述液相介质的所有可能液位之上，用于获得气相介质温度T
G
；所述气相测温点(9)的连接构成的方式为任何一种能够牢固固定于同一结点的方式，包括电弧焊接、氢弧焊接、气焊、和盐水焊接；在构建所述气相测温点(9)形成T型热电偶的基本结构后，对所取得的所述气相测温点(9)进行校准，以在后续介质温度测量过程中取得准确的气相介质温度T
G
；所述检测元件包括第一检测导丝(3)、第二检测导丝(4)、第一检测辅助铜丝(3
‑
1)、第
二检测辅助铜丝(3
‑
2)、第三检测辅助铜丝(4
‑
1)和第四检测辅助铜丝(4
‑
2)，所述第一检测导丝(3)和所述第二检测导丝(4)的长度、直径D和材质完全一致；所述第一检测导丝(3)的顶部(P3)设置在所述外壳(11)的顶端之内，所述第一检测导丝(3)的顶端(P3)与所述外壳(11)顶端的距离大于所述第一康铜丝(1)的顶端(P1)与所述外壳(11)顶端的距离，所述第二检测导丝(4)的顶部(P4)设置在所述外壳(11)的顶端之内，所述第二检测导丝(4)的顶端(P4)与所述外壳(11)顶端的距离大于所述第一康铜丝(1)的顶端(P1)与所述外壳(11)顶端的距离，所述第一检测辅助铜丝(3
‑
1)的顶端设置在所述外壳(11)的顶端之外，所述第一检测辅助铜丝(3
‑
1)的尾端与所述第一检测导丝(3)的顶端(P3)相连，所述第二检测辅助铜丝(3
‑
2)的顶端设置在所述外壳(11)的顶端之外，所述第二检测辅助铜丝(3
‑
2)的尾端与所述第一检测导丝(3)的顶端(P3)相连，所述第三检测辅助铜丝(4
‑
1)的顶端设置在所述外壳(11)的顶端之外，所述第三检测辅助铜丝(4
‑
1)的尾端与所述第二检测导丝(4)的顶端(P4)相连，所述第四检测辅助铜丝(4
‑
2)的顶端设置在所述外壳(11)的顶端之外，所述第四检测辅助铜丝(4
‑
2)的尾端与所述第二检测导丝(4)的顶端(P4)相连，所述第一检测导丝(3)的底端和所述第二检测导丝(4)的底端相连，连接点位于所述外壳(11)底端附近，在进行液位测量时自上而下贯穿待检测所述气相介质和所述液相介质，形成电阻测量回路；所述第一检测辅助铜丝(3
‑
1)和所述第二检测辅助铜丝(3
‑
2)作为一组、所述第三检测辅助铜丝(4
‑
1)和所述第四检测辅助铜丝(4
‑
2)作为一组，分别自其顶端采用四线制接至电阻测量仪表测量所述检测元件的所述电阻值；所述检测元件的布置方式分为两种，任选其一：第一种布置方式，所述第一检测导丝(3)和所述第二检测导丝(4)除相互连接的底端部分外，其余部分为平行的直线形，第二种布置方式，所述第一检测导丝(3)和所述第二检测导丝(4)重叠构成等螺距的共螺旋形；两种方式中，所述第一检测导丝(3)和所述第二检测导丝(4)的每一个点距离所述第一康铜丝(1)的最短距离都保持一致；所述第一检测导丝(3)和所述第二检测导丝(4)采用的材料包括Cu和Pt；所述气相测温点(9)、所述第一检测导丝(3)和所述第二检测导丝(4)与所述第一康铜丝(1)的距离一致；所述检测元件的所述电阻值包括所述第一检测导丝(3)和所述第二检测导丝(4)的总电阻R；所述检测元件的所述电阻率值包括第一电阻率值ρ
G
和第二电阻率值ρ
L
；所述第一电阻率值ρ
G
是指所述检测元件在所述气相介质中的电阻率值，所述第二电阻率值ρ
L
是指所述检测元件在所述液相介质中的电阻率值。4.如权利要求3所述的一种液位检测装置，其特征是，在所述第一型液位检测装置的共同结构的基础上，所述1
‑
1型液位检测装置还包括如下特点：所述测温元件包括第二康铜丝(5)、第二铜丝(6)、第三康铜丝(7)和第三铜丝(8)；所述第二康铜丝(5)的顶端和所述第二铜丝(6)的顶端设置在所述外壳(11)的顶端之外，所述第二铜丝(6)位于所述外壳(11)的顶部附近，所述第二铜丝(6)的底端设置在所述第一康铜丝(1)上并构成所述气相测温点(9)；所述第二康铜丝(5)的底端与所述第一康铜
丝(1)的顶端(P1)相连；所述第二康铜丝(5)、所述第二铜丝(6)通过所述第一康铜丝(1)和所述气相测温点(9)共同构成一个测温回路；所述第三康铜丝(7)的顶端和所述第三铜丝(8)的顶端设置在所述外壳(11)的顶端之外，所述第三康铜丝(7)的底端与所述第一康铜丝(1)的顶端(P1)相连，所述第三铜丝(8)的底端与所述第一铜丝(2)的顶端(P2)相连，所述第一康铜丝(1)的底端和所述第一铜丝(2)的底端连接构成所述液相测温点(10)；所述第三康铜丝(7)和所述第三铜丝(8)通过所述第一康铜丝(1)、所述第一铜丝(2)和所述液相测温点(10)共同构成一个测温回路；所述第二康铜丝(5)、所述第二铜丝(6)、所述第三康铜丝(7)和所述第三铜丝(8)的顶端连接至测温仪表，用于检测所述气相介质温度T
G
和所述液相介质温度T
L
。5.如权利要求3所述的一种液位检测装置，其特征是，在所述第一型液位检测装置的共同结构的基础上，所述1
‑
2型液位检测装置还包括如下特点：所述测温元件包括第二康铜丝(5)、第二铜丝(6)、第三康铜丝(7)和第三铜丝(8)；所述第二康铜丝(5)的顶端和所述第二铜丝(6)的顶端设置在所述外壳(11)的顶端之外，所述第二铜丝(6)位于所述外壳(11)的顶部附近，所述第二铜丝(6)的底端设置在所述第二康铜丝(5)上并构成所述气相测温点(9)，所述气相测温点位(9)位于所述外壳(11)顶部以下，所述气相测温点位(9)与所述外壳(11)顶端的距离大于所述第一康铜丝(1)的顶端(P1)与所述外壳(11)顶端的距离；所述第二康铜丝(5)、所述第二铜丝(6)和所述气相测温点(9)共同构成一个测温回路；所述第三康铜丝(7)的顶端和所述第三铜丝(8)的顶端设置在所述外壳(11)的顶端之外，所述第三康铜丝(7)的底端设置在所述第二康铜丝(5)上，所述第三康铜丝(7)的底端与所述第二康铜丝(5)的连接位置(P5)位于所述外壳(11)的顶端之内或者位于所述外壳(11)的顶端之外；所述第二康铜丝(5)的底端和所述第三铜丝(8)的底端相连构成所述液相测温点(10)；所述第三康铜丝(7)、所述第三铜丝(8)通过所述第二康铜丝(5)和所述液相测温点(10)共同构成一个测温回路；所述第二康铜丝(5)、所述第二铜丝(6)、所述第三康铜丝(7)和所述第三铜丝(8)的顶端连接至测温仪表，用于检测所述气相介质温度T
G
和所述液相介质温度T
L
。6.如权利要求3所述的一种液位检测装置，其特征是，在所述第一型液位检测装置的共同结构的基础上，所述1
‑
3型液位检测装置还包括如下特点：所述测温元件包括第二康铜丝(5)、第二铜丝(6)、第三康铜丝(7)和第三铜丝(8)；所述第二康铜丝(5)的顶端和所述第二铜丝(6)的顶端设置在所述外壳(11)的顶端之外，所述第二康铜丝(5)和所述第二铜丝(6)位于所述外壳(11)的顶部附近，所述第二康铜丝(5)的底端和所述第二铜丝(6)的底端相连构成所述气相测温点(9)，所述气相测温点位(9)位于所述外壳(11)顶部以下，所述气相测温点位(9)与所述外壳(11)顶端的距离大于所述第一康铜丝(1)的顶端(P1)与所述外壳(11)顶端的距离；所述第二康铜丝(5)、所述第二铜丝(6)和所述气相测温点(9)共同构成一个测温回路；所述第三康铜丝(7)的顶端和所述第三铜丝(8)的顶端设置在所述外壳(11)的顶端之外，所述第三康铜丝(7)的底端和所述第三铜丝(8)的底端相连构成所述液相测温点(10)；所述第三康铜丝(7)、所述第三铜丝(8)和所述液相测温点(10)共同构成一个测温回路；所述第二康铜丝(5)、所述第二铜丝(6)、所述第三康铜丝(7)和所述第三铜丝(8)的顶
端连接至测温仪表，用于检测所述气相介质温度T
G
和所述液相介质温度T
L
。7.如权利要求2所述的一种液位检测装置，其特征是，在所述基本结构的基础上，所述第二型液位检测装置进一步细分为2
‑
1型和2
‑
2型，所述第二型液位检测装置的共同结构是：所述检测元件包括第一检测导丝(3)、第二检测导丝(4)、第三检测导丝(12)、第一检测辅助铜丝(3
‑
1)、第二检测辅助铜丝(3
‑
2)、第三检测辅助铜丝(4
‑
1)、第四检测辅助铜丝(4
‑
2)、第五检测辅助铜丝(12
‑
1)和第六检测辅助铜丝(12
‑
2)；所述检测元件的所述电阻率值包括第一电阻率值ρ
G
和第二电阻率值ρ
L
；所述第一电阻率值ρ
G
是指所述检测元件在所述气相介质中的电阻率值，所述第二电阻率值ρ
L
是指所述检测元件在所述液相介质中的电阻率值；所述第一检测导丝(3)、第二检测导丝(4)的直径D和材质完全一致；所述第一检测辅助铜丝(3
‑
1)、所述第二检测辅助铜丝(3
‑
2)、所述第三检测辅助铜丝(4
‑
1)和所述第四检测辅助铜丝(4
‑
2)的直径D、长度和材质完全一致；所述第一检测导丝(3)和所述第二检测导丝(4)的长度存在差异ΔL，以产生电阻差异ΔR，通过所述ΔR确定所述第一电阻率值ρ
G
；所述检测元件的布置方式分为两种，任选其一：第一种布置方式，所述第三检测导丝(12)为一根弯折的直线铜丝，直线部分与所述第一康铜丝(1)平行，弯折部分位于所述外壳(11)的底端附近，所述第三检测导丝的顶端(P12
‑
1)设置在所述外壳(11)的顶端之内，所述第三检测导丝(12)的顶端(P12
‑
1)与所述外壳(11)顶端的距离大于所述第一康铜丝(1)的顶端(P1)与所述外壳(11)顶端的距离，所述第三检测导丝(12)的尾端(P12
‑
2)位于所述外壳(11)内部且在进行液位测量时处于所述液相介质的所有可能液位之上；所述第五检测辅助铜丝(12
‑
1)的尾端和所述第六检测辅助铜丝(12
‑
2)的尾端与所述第三检测导丝(12)的顶端(P12
‑
1)相连；所述第一检测导丝(3)的顶端(P3)和所述第二检测导丝(4)的顶端(P4)设置在所述外壳(11)的顶端之内，接近所述外壳(11)的顶端；所述第一检测导丝(3)的底端和所述第二检测导丝(4)的底端连接到所述第三检测导丝(12)的尾端(P12
‑
2)，进行液位测量时所述第一检测导丝(3)和所述第二检测导丝(4)处于所述气相介质中；所述第一检测导丝(3)全部采用弯折方式布线，所述第二检测导丝(4)的中部采用弯折方式布线，其余部分采用直线形布线方式；所述第三检测导丝(12)的直线部分至所述第一康铜丝(1)的距离为r，同时，所述第一检测导丝(3)和所述第二检测导丝(4)设置在以所述第一康铜丝(1)为轴线的半径为r的圆柱面内，所述第一检测导丝(3)和所述第二检测导丝(4)的每一个点距离所述第一康铜丝(1)的最短距离都为r；第二种布置方式，所述第三检测导丝(12)为一根与所述第一康铜丝(1)平行的直铜丝，所述第三检测导丝的顶端(P12
‑
1)设置在所述外壳(11)的顶端之内，所述第三检测导丝(12)的顶端(P12
‑
1)与所述外壳(11)顶端的距离大于所述第一康铜丝(1)的顶端(P1)与所述外壳(11)顶端的距离，所述第三检测导丝(12)的尾端(P12
‑
2)位于所述外壳(11)底端附近；所述第一检测导丝(3)的尾端和所述第二检测导丝(4)的尾端与所述第三检测导丝(12)的尾端(P12
‑
2)相连；所述第一检测导丝(3)和所述第二检测导丝(4)的主体部分为两者重叠构成的螺旋形，作为液位测量段用于测量所述液相介质的液位；所述第一检测导丝(3)上部为单独构成的螺旋形，所述第二检测导丝(4)上部为直线形；所述第一检测导丝(3)的底端和所述第二检测导丝(4)的底端连接到所述第三检测导丝(12)尾端(P12
‑
2)；进行液位测
量时，所述第一检测导丝(3)和所述第二检测导丝(4)位于上部的非重叠部分处于所述气相介质中，所述液位测量段的一部分位于所述液相介质的液位中，且液相介质的液面不能超过所述液位测量段的全部高度；所述第一检测导丝(3)和所述第二检测导丝(4)用于构成所述液位测量段部分的长度相同，所述第一检测导丝(3)和所述第二检测导丝(4)位于上部的非重叠部分存在长度差异ΔL，以产生电阻差异ΔR，通过所述ΔR确定所述第一电阻率值ρ
G
；所述液位测量段采用共螺旋且等螺距方式布线；所述第三检测导丝(12)至所述第一康铜丝(1)的距离为r，同时，所述第一检测导丝(3)和所述第二检测导丝(4)设置在以所述第一康铜丝(1)为轴线的半径为r的圆柱面内，所述第一检测导丝(3)和所述第二检测导丝(4)的每一个点距离所述第一康铜丝(1)的最短距离都为r；所述第一检测导丝(3)、所述第二检测导丝(4)和所述第三检测导丝(12)采用的材料包括Cu和Pt；所述检测元件分为第一检测回路和第二检测回路，所述第一检测回路的总长度为L
L
，由所述第一检测导丝(3)、所述第一检测辅助铜丝(3
‑
1)、所述第二检测辅助铜丝(3
‑
2)、所述第三检测导丝(12)、所述第五检测辅助铜丝(12
技术研发人员：胡石林，刘丽飞，吕卫星，张平柱，
申请(专利权)人：中国原子能科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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