一種加熱式差分熱電阻液位傳感器及其測(cè)量液位的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于傳感器技術(shù)和熱工參數(shù)測(cè)量領(lǐng)域，具體涉及一種加熱式差分熱電阻液位傳感器及其測(cè)量液位的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，工業(yè)界許多儲(chǔ)液罐/容器或儲(chǔ)液池的液位測(cè)量，大多采用差壓式液位計(jì)、浮子液位計(jì)、磁性液位計(jì)，超聲波液位計(jì)、雷達(dá)液位計(jì)等。這些液位計(jì)，有些需要在儲(chǔ)液罐/容器或儲(chǔ)液池上開(kāi)孔，帶來(lái)了泄漏風(fēng)險(xiǎn)；有些受介質(zhì)密度波動(dòng)影響；有些可靠性不高；有些使用壽命較短；有些不適合在高溫、高壓、高放射性等嚴(yán)酷環(huán)境使用。因此，迫切需要一種無(wú)需在儲(chǔ)液罐/容器或儲(chǔ)液池開(kāi)孔、高可靠性、長(zhǎng)使用壽命，并適合在嚴(yán)酷環(huán)境使用的液位測(cè)量?jī)x表。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠、靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)的加熱式差分熱電阻液位傳感器及其測(cè)量液位的方法。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:一種加熱式差分熱電阻液位傳感器，包括作為敏感元件的兩支同結(jié)構(gòu)等質(zhì)量的鎧裝熱電阻，所述鎧裝熱電阻的鎧裝套管內(nèi)設(shè)有熱電阻絲和加熱絲，在所述熱電阻絲、加熱絲、鎧裝套管之間設(shè)有絕緣材料，兩支敏感元件的熱電阻絲與阻值測(cè)量電路連接；其中一支敏感元件的加熱絲通電加熱，另一支敏感元件的加熱絲不通電。
[0005]進(jìn)一步，如上所述的加熱式差分熱電阻液位傳感器，其中，所述的兩支鎧裝熱電阻之間通過(guò)絕熱支架絕熱連接，并相隔一定距離。
[0006]進(jìn)一步，如上所述的加熱式差分熱電阻液位傳感器，其中，所述的熱電阻絲采用鎳絲；所述的鎧裝套管采用316L不銹鋼材質(zhì)；所述的絕緣材料采用MgO ;所述的加熱絲采用Ni80Cr20 材料。
[0007]一種采用上述加熱式差分熱電阻液位傳感器測(cè)量液位的方法，該方法將作為敏感元件的兩支同結(jié)構(gòu)等質(zhì)量的鎧裝熱電阻的相同部分置于被測(cè)液面位置，其中一支敏感元件的加熱絲通電加熱，用其來(lái)作為測(cè)量元件，另一支敏感元件的加熱絲不通電，用其來(lái)作為補(bǔ)償元件；隨著液面的變化，通過(guò)阻值測(cè)量電路測(cè)量?jī)芍舾性袩犭娮杞z的電阻差值，根據(jù)試驗(yàn)得到的液位高度與電阻差值之間的關(guān)系計(jì)算得到液位高度。
[0008]進(jìn)一步，如上所述的加熱式差分熱電阻液位傳感器測(cè)量液位的方法，其中，所述的液位高度與電阻差值之間的關(guān)系為H = Α+Β Λ R或H = Α+Β Λ R+C Λ R2，
[0009]H為液位高度，AR為電阻差值，A、B、C為試驗(yàn)確定的常數(shù)。
[0010]進(jìn)一步，如上所述的加熱式差分熱電阻液位傳感器測(cè)量液位的方法，其中，所述的電阻差值通過(guò)將兩支敏感元件中熱電阻絲進(jìn)行差分連接后測(cè)量得到，或者，獨(dú)立測(cè)量?jī)芍舾性袩犭娮杞z阻值后相減得到。
[0011]本發(fā)明的有益效果如下:本發(fā)明利用氣(汽)體與液體(例如水)傳熱性能方面的明顯差異，兩支敏感元件中處在液體中的那一段之間的溫差很小，即兩支敏感元件之間的電阻差值很小，處于氣(汽)體之中的這一段的溫差大，即電阻差值也大。隨著液位增高，兩支敏感元件之間的總的電阻差值變小，即液位愈高，兩支敏感元件之間總的電阻差值愈小。借助于該規(guī)律，導(dǎo)出液位H與熱電阻值差值A(chǔ)R之間的關(guān)系式，由此便能由AR連續(xù)測(cè)量液位的高低。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠、靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為加熱式差分熱電阻液位傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的介紹。
[0014]本發(fā)明所提供的液位傳感器采用兩支同結(jié)構(gòu)等質(zhì)量的鎧裝熱電阻作敏感元件，其中一支敏感元件中的熱電阻絲通過(guò)加熱絲通電加熱，用其來(lái)感應(yīng)液位，叫做測(cè)量元件。另一支不通電加熱，用其來(lái)測(cè)量環(huán)境溫度，補(bǔ)償環(huán)境溫度的影響，叫做補(bǔ)償元件。兩支敏感元件的熱電阻采用差分連接或獨(dú)立輸出后阻值相減形成電阻差值。具體的阻值測(cè)量方法為本領(lǐng)域的公知技術(shù)，此處不再贅述。該液位傳感器利用氣(汽)體與液體(例如水)傳熱性能方面的明顯差異，兩支敏感元件中處在液體中的那一段之間的溫差很小，即兩支敏感元件之間的電阻差值很小，處于氣(汽)體之中的這一段的溫差大，即電阻差值也大。隨著液位增高，兩支敏感元件之間的總的電阻差值變小，即液位愈高，兩支敏感元件之間總的電阻差值愈小。借助于該規(guī)律，通過(guò)試驗(yàn)導(dǎo)出液位高度H與熱電阻值差值ΛR之間的關(guān)系式H = A+BAR或H = A+BAR+CAR2，式中常數(shù)A、B和C通常由實(shí)驗(yàn)確定，采用何種關(guān)系式可根據(jù)實(shí)驗(yàn)得到的液位高度與電阻差值的線性關(guān)系確定。由此便能由AR連續(xù)測(cè)量液位的高低。
[0015]如圖1所示，本發(fā)明提供的一種加熱式差分熱電阻液位傳感器，由兩支同結(jié)構(gòu)等質(zhì)量的鎧裝熱電阻1、2作為敏感元件構(gòu)成，所述鎧裝熱電阻的鎧裝套管6內(nèi)設(shè)有熱電阻絲3和加熱絲5，在所述熱電阻絲3、加熱絲5、鎧裝套管6之間設(shè)有絕緣材料4，兩支鎧裝熱電阻1、2之間通過(guò)絕熱支架7相互絕熱連接，并相隔一定距離，保證彼此之間不會(huì)相互影響，兩支熱電阻絲與阻值測(cè)量電路連接。將作為敏感元件的兩支同結(jié)構(gòu)等質(zhì)量的鎧裝熱電阻的相同部分置于被測(cè)液面位置，其中一支敏感元件中的熱電阻絲通過(guò)加熱絲通電加熱，使其高于周邊氣(汽)體介質(zhì)一定的溫度，一般約為30?50°C，用其來(lái)感應(yīng)液位；另一支不通電加熱，用其來(lái)測(cè)量環(huán)境溫度。兩支敏感元件的熱電阻差分連接或獨(dú)立輸出后阻值相減得到電阻差值，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到液位高度與電阻差值的關(guān)系，從而連續(xù)測(cè)量液位高低。
[0016]本發(fā)明的一個(gè)具體例子是，鎧裝套管6的外徑為4.5mm，內(nèi)徑為4.0mm,材料為316L不銹鋼；熱電阻絲3采用純度為99.2%的鎳絲；絕緣材料4采用MgO，純度99.4%;加熱絲5的材料為 Ni80Cr20。傳感器總長(zhǎng)度為 2000mm。H = Α+Β Δ R 中，A = 2.68Χ103, B = -45.69。另外，熱電阻絲3也可以采用鉑或銅等原材料替代。
[0017]顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若對(duì)本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其同等技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種加熱式差分熱電阻液位傳感器，其特征在于:包括作為敏感元件的兩支同結(jié)構(gòu)等質(zhì)量的鎧裝熱電阻(1、2)，所述鎧裝熱電阻的鎧裝套管(6)內(nèi)設(shè)有熱電阻絲(3)和加熱絲(5)，在所述熱電阻絲(3)、加熱絲(5)、鎧裝套管(6)之間設(shè)有絕緣材料(4)，兩支敏感元件的熱電阻絲與阻值測(cè)量電路連接；其中一支敏感元件的加熱絲通電加熱，另一支敏感元件的加熱絲不通電。
2.如權(quán)利要求1所述的加熱式差分熱電阻液位傳感器，其特征在于:所述的兩支鎧裝熱電阻(1、2)之間通過(guò)絕熱支架(7)絕熱連接，并相隔一定距離。
3.如權(quán)利要求1或2所述的加熱式差分熱電阻液位傳感器，其特征在于:所述的熱電阻絲(3)采用鎳絲；所述的鎧裝套管(6)采用316L不銹鋼材質(zhì)；所述的絕緣材料(4)采用MgO ;所述的加熱絲(5)采用Ni80Cr20材料。
4.一種采用上述加熱式差分熱電阻液位傳感器測(cè)量液位的方法，其特征在于:該方法將作為敏感元件的兩支同結(jié)構(gòu)等質(zhì)量的鎧裝熱電阻的相同部分置于被測(cè)液面位置，其中一支敏感元件的加熱絲通電加熱，用其來(lái)作為測(cè)量元件，另一支敏感元件的加熱絲不通電，用其來(lái)作為補(bǔ)償元件；隨著液面的變化，通過(guò)阻值測(cè)量電路測(cè)量?jī)芍舾性袩犭娮杞z的電阻差值，根據(jù)試驗(yàn)得到的液位高度與電阻差值之間的關(guān)系計(jì)算得到液位高度。
5.如權(quán)利要求4所述的加熱式差分熱電阻液位傳感器測(cè)量液位的方法，其特征在于:所述的液位高度與電阻差值之間的關(guān)系為H = Α+Β Δ R 或 H = Α+Β Δ R+C Δ R2， H為液位高度，Δ R為電阻差值，A、B、C為試驗(yàn)確定的常數(shù)。
6.如權(quán)利要求4或5所述的加熱式差分熱電阻液位傳感器測(cè)量液位的方法，其特征在于:所述的電阻差值通過(guò)將兩支敏感元件中熱電阻絲進(jìn)行差分連接后測(cè)量得到，或者，獨(dú)立測(cè)量?jī)芍舾性袩犭娮杞z阻值后相減得到。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明屬于傳感器技術(shù)和熱工參數(shù)測(cè)量領(lǐng)域，具體涉及一種加熱式差分熱電阻液位傳感器及其測(cè)量液位的方法。該方法將作為敏感元件的兩支同結(jié)構(gòu)等質(zhì)量的鎧裝熱電阻的相同部分置于被測(cè)液面位置，其中一支敏感元件的加熱絲通電加熱，用其來(lái)作為測(cè)量元件，另一支敏感元件的加熱絲不通電，用其來(lái)作為補(bǔ)償元件；隨著液面的變化，通過(guò)阻值測(cè)量電路測(cè)量?jī)芍舾性袩犭娮杞z的電阻差值，根據(jù)試驗(yàn)得到的液位高度與電阻差值之間的關(guān)系計(jì)算得到液位高度。本發(fā)明所提供的液位傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠、靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)。
【IPC分類(lèi)】G01F23-24
【公開(kāi)號(hào)】CN104568054
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410764374
【發(fā)明人】張瑞萍, 査美生, 付霄華, 孫炯, 李昌磊, 李艷霞, 李珊珊, 閆桂銀
【申請(qǐng)人】中國(guó)核電工程有限公司
【公開(kāi)日】2015年4月29日
【申請(qǐng)日】2014年12月11日