基于一种力传感检测浮子的多功能液位测量仪及相关测量方法技术

由一种力传感检测浮子和投测装置构成一种多功能液位测量仪及相关测量方法，这种力传感检测浮子可以检测被测液体对其施加的浮力值，通过投测装置将力传感检测浮子投放入被测液体，通过液体不同位置的浮力特征，获取被测液体的液面位置、液下位置和液底位置，并获取其投送距离值；依据这些特征相对应的投送距离值和对应的浮力值，经过计算得到被测液体的液体深度值、液位值和液体密度值。液位值和液体密度值。液位值和液体密度值。

【技术实现步骤摘要】
基于一种力传感检测浮子的多功能液位测量仪及相关测量方法


[0001]基于一种力传感检测浮子的多功能液位测量仪及相关测量方法适用于液体液位检测领域。

技术介绍

[0002]液位检测目前分为接触式和非接触的式两大类型。相较于接触式检测方式，非接触式液位检测具有不接触液体的优势，但是由于间隔空间的存在，导致其测量中受其它环境因素干扰的情况十分严重，导致检测数据可靠性降低,并且其检测误差值随着安装位置和检测量程增大而变大；同时非接触式液位检测只能检测液体表面的状态，无法对液体内部的特性进行检测，这是制约非接触式液位检测的一个重要问题了。
[0003]而接触式液位检测可靠性极高，并且检测误差可以保持恒定，这是接触式检测的固有优点。而接触式检测由于接触液体对设备防护要求更高，由于量程的增大设备体积和尺寸也要相应的增大，同时成本也相应增加，这是制约接触式检测的一个问题。
[0004]接触式检测常规有电阻法、浮子法和静压式测量这三种常用的基础技术，其中电阻法和浮子法又有开关式测量和连续值测量两个应用，连续值测量具有更大的应用范围，电阻法、浮子法和静压式测量都可以做到连续值测量。
[0005]静压式则以投入式液位计为主。通过检测液体底部压力，结合大气压力和液体密度计算出液位高度；其优点是检测不受液位高度限制，但高度越高误差越大，且受温度和大气压强的影响和液体密度的制约，需要频繁的重复校准。
[0006]本专利技术所涉及和借鉴的检测技术，重点介绍如下：电阻法常见的是电触点阵列的电子水尺，其特点是采用记点的方式进行长度计算，累积误差极小只存在点间隔误差，误差范围是一个固定范围；因此不会因量程增加而导致绝对误差增大；并且检测可靠，故障率低。缺点是两个测点的间隔距离为最小检测单位，由此造成误差无法消除，目前此技术误差范围基本上在5mm以上；因此无法满足小量程、高精度的检测要求；同时电触点容易污染造成误测，所以对水质要求较高。
[0007]浮子法有钢带浮子液位计，浮标液位计和重锤式液位计等，间接或直接通过检测钢带或吊索的长度来获取液位值，其检测精度极高，可靠性好。缺点是都是利用力学平衡原理，温度、液体密度等环境参数的变化对检测影响极大；且都是通过钢带或吊索充当传递力的杠杆，因此液体和环境因素造成的钢带或吊索的受力变化影响极大；尤其流动的液体会造成的钢带或吊索受力会造成无法正常检测的结果，因此不能正常的应用到自然环境下的水体液位检测。
[0008]另外钢带浮子液位计和重锤液位计电子计量时，是通过检测轮来检测钢带的释放长度来得到液位；由于检测轮与钢带采用摩擦传动，其必然会存在不确定的误差，对钢带的表面洁净度要求严格，且在长期持续测量时，机械磨损会造成极大误差；造成使用保养成本很高，环境适应性很差。
[0009]此外还有一种没有广泛应用的技术，来自于专利号CN93104170.8的“浮力式液位测量方法及其传感装置”，其和静压法一样采用了压力传感器来作为检测传感器，不同的是其使用悬挂连接在力敏头上的液位检测杆悬吊在被测液体容器中，通过来力敏头检测液位检测杆所受的液位浮力，进而根据浮力公式计算出液体高度。
[0010]此结构检测精度极高，但由于采用了固定的液位检测杆来感受全量程的液体浮力，则要求液位检测杆长度应该等于或大于检测量程。这会导致大量程时液位检测杆十分巨大，这时对力敏头的量程和精度要求极高，或者随着量程的增大检测精度会急剧下降。同时当液体流动时，流动的液体会冲击液位检测杆，这就导致了检测精度下降。并且随着量程增大液位检测杆也相应的增大，则这种影响将会导致无法测量。因此这严重制约了这项技术的应用。
[0011]同时当前液位检测设备大多数是单一功能，而在实际环境中，河道渠系的含沙量和沉积层对水位的计量精度影响极大，针对性的测量手段也十分有限。行业内将这种沉积称之为泥位。目前最常见的是采用水中含沙量来间接的估算沉积量，并计算出泥位。这种方法十分粗糙，是一种估算法。所以急需一种同时具有水位和泥位测量的多功能综合性仪器。
[0012]由上述技术和现状可以看到，浮力检测方式是最直接的液体特性的体现，不会有环境温度、大气压等参数的叠加影响，同时也没有钢带、测量轮等间接测量结构的测量误差限制；具有结构简单测量精度高的特点；如果解决了设备结构本身和大量程的问题，其应该是一个极具前景的技术产品。

技术实现思路

[0013]此次创新申请目的在于创新基于一种力传感检测浮子的多功能液位测量仪及相关测量方法，专利技术人发现当物体在接触到液体液表临界面和底部临界面时，所受到的液体浮力力会出现十分明显的变化，而在液面之下时受到的浮力会十分稳定；我们将液体液表临界面、液面之下和底部临界面这三个位置定义为液面位置、液下位置和液底位置；其中液面位置和液底位置的距离是获取液体液位的关键，液下位置是测量液体密度的关键位置；所以获取这三个位置的距离值是达到多功能液位测量的目的关键；本次申请创造了一种多功能液位测量仪，其采用了近场检测结合可控投测的复合检测方式，具体是：可控投测设备负责对检测传感设备进行可控投放，并量测检测传感设备的投放距离；检测传感设备则采用的浸入式近场检测，负责液体浮力的检测；可控投测设备将检测传感设备投放到被测液体内，检测传感设备检测受到的被测液体的浮力，通过检测的浮力值变化分别定位到液面位置、液下位置和液底位置的位置点；而检测传感设备检测到相关位置点的同时，可控投测设备获取此时检测传感设备投放距离，以达到所述三个位置的距离值的目的。
[0014]基于上述方式的多功能液位测量仪基本结构由力传感检测浮子和投测装置组成，其中力传感检测浮子可以完全浸入被测液体内部，同时力传感检测浮子可以检测被测液体对其施加的浮力值; 投测装置可以将力传感检测浮子投放至被测液体的相应位置；并同步计量力传感检测浮子的投送距离。
[0015]基本工作原理：投测装置将力传感检测浮子投放入被测液体，依据液面位置、液下位置和液底位置的浮力特性，力传感检测浮子通过获得的浮力值识别其所处被测液体的相
应位置；同时，投测装置获取力传感检测浮子所处相应位置时的投送距离，即可得到液面位置、液下位置和液底位置的距离值；根据这些距离值和对应的浮力值，经过计算得到被测液体的液体深度值、液位值和液体密度值；具体测量和计算过程如下：首先力传感检测浮子置于被测液体上方规定位置，使其相对于液体底部距离为基准高度Ld；然后，投测装置将力传感检测浮子向被测液体投送，并同步计量力传感检测浮子的投送距离;在投测装置的投送下力传感检测浮子持续的向被测液体方向移动，当力传感检测浮子检测到其所受到的浮力值从零开始增加时，则可以判断力传感检测浮子处于被测液体的液面位置；投测装置此时将计量的力传感检测浮子的投送距离值记为L0;力传感检测浮子持续的向被测液体内移动，当检测的浮力大于零且在一定范围内保持恒定时，则可以判断力传感检测浮子处于被测液体液面之下，且全部浸入了被测液体，此时所处的位置标记为液下位置；此时检测到的浮力值标记为Fmax；力传感检测浮子持续的向被测液本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种力传感检测浮子，其特征在于：力传感检测浮子包括浮体、配重体和力传感器；所述力传感器安装在浮体和配重体之间；可以检测到浮体与配重体之间的相互作用力；所述配重体的质量所产生的重力应该大于或等于所测液体作用在浮体上的最大浮力，所述力传感检测浮子整体平均密度大于其所测液体密度；所述的力传感检测浮子可以浸入被测液体内部，并检测被测液体相应位置对力传感检测浮子施加的浮力值。2.如权利要求1所述的一种力传感检测浮子，其特征在于：所述的浮体为空腔结构；力传感器和配重体置于浮体的空腔之内，配重体通过浮体空腔开口与外部相连接。3.一种力传感检测浮子的测量方法，其特征在于：力传感检测浮子包括浮体、配重体和力传感器；所述力传感器安装在浮体和配重体之间；可以检测到浮体与配重体之间的相互作用力；所述配重体的质量所产生的重力应该大于或等于所测液体作用在浮体上的最大浮力，所述力传感检测浮子整体平均密度大于其所测液体密度；所述的力传感检测浮子可以完全浸入被测液体内部，力传感检测浮子通过检测其在被测液体不同位置所受浮力值获取其所处位置的位置识别特征，测量时，力传感检测浮子位于被测液体上方，并向被测液体移动；当检测到浮力值大于零时，可以判断力传感检测浮子处于被测液体的液面位置；力传感检测浮子向下移动，当检测的浮力大于零且在一定范围内保持恒定时，则判断力传感检测浮子的位置处于被测液体液面之下，且全部浸入了被测液体；此时检测到的浮力为Fmax；力传感检测浮子向下移动，当检测的浮力超出恒定范围且减小时，则判断力传感检测浮子处于被测液体的底部位置；依据液体密度的推导式：ρ=Fmax/（g*V）计算得到液体密度；式中：ρ是液体密度，Fmax是检测到的浮力，V是力传感检测浮子的体积。4.多功能液位测量仪，其特征在于：包括力传感检测浮子和投测装置；力传感检测浮子包括浮体、配重体和力传感器；所述力传感器安装在浮体和配重体之间；可以检测到浮体与配重体之间的相互作用力；所述配重体的质量所产生的重力应该大于或等于所测液体作用在浮体上的最大浮力，所述力传感检测浮子整体平均密度大于其所测液体密度；所述的力传感检测浮子可以浸入被测液体内部，并检测被测液体相应位置对力传感检测浮子施加的浮力值；所述的投测装置由卷扬机、吊索、索长检测模块组成；所述的卷扬机内包括一个以上的绞盘，一条以上的吊索；吊索一端为固定端，固定在卷扬机的绞盘上，另一端为自由端连接力传感检测浮子；吊索盘绕在绞盘上，卷扬机通过绞盘的转动收放吊索来控制力传感检测浮子运动；所述的索长检测模块安装于吊索自由端与绞盘之间，索长检测模块可以检测吊索的收放长度。5.如权利要求4所述的多功能液位测量仪，其特征在于：所述的吊索内部为金属材质的基带，基带为长条状，基带表面覆盖有高分子材料；所述基带上按设定间隔顺向分布着两个以上的开孔；所述的开孔设定间隔距离小于力传感检测浮子的浮体长度；所述的索长检测模块内具有一个以上的金属传感器，且紧靠吊索安装。6.多功能液位测量仪的测量方法，其特征在于：所述的多功能液位测量仪包括力传感检测浮子和投测装置；所述的力传感检测浮子可以检测被测液体对其施加的浮力值；投测装置可以将力传感检测浮子投放至相应位置，并计量力传感检测浮子的投送距离；测量时，投测装置将力传感检测浮子投放入被测液体，力传感检测浮子通过所受浮力值识别其所处位置点；此时，投测装置可以同步获取力传感检测浮子的投送距离值；根据上述投送距离值和浮力值的获取方式，分别测量和计算可以得到被测液体的液体液位值、深度值和密度值。
7.如权利要求6所述的多功能液位测量仪的测量方法，其特征在于：所述的力传感检测浮子包括浮体、配重体和力传感器...

【专利技术属性】
技术研发人员：王大海，王浩宇，
申请(专利权)人：王大海，
类型：发明
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