[實用新型]一種自校準的外貼超聲波液位開關測量系統

有效

• 申請號: 201720903458.7
• 申請日: 2017-07-24
• 公開（公告）號: CN207395857U
• 公開（公告）日: 2018-05-22
• 發明（設計）人: 梁軍汀;王恒林;盧杰;張立軍
• 申請（專利權）人: 江蘇迅創科技有限公司;同濟大學
• 主分類號: G01F25/00
• 分類號: G01F25/00;G01F23/296
• 代理公司: 北京挺立專利事務所(普通合伙) 11265
• 代理人: 倪鉅芳

本實用新型公開了一種自校準的外貼超聲波液位開關測量系統，包括外貼超聲波液位開關主機、校準探頭、高位測量探頭和低位測量探頭，所述校準探頭安裝在罐體液位不能到達的空液位置或液位不會放空的有液位置的外部，高位測量探頭安裝在罐體的外部上部的高位報警點，低位測量探頭安裝在罐體的外部下部的低位報警點；校準探頭、高位測量探頭和低位測量探頭均與外貼超聲波液位開關主機相連接。本實用新型可以通過準探頭的信號與高低位測量探頭的信號的比值變化來判斷是否有液，可以有效的去除材質、厚度、溫度、耦合層流失對信號的影響，實現更可靠的測量，無需頻繁標定設定值，安裝調試工作量少，效率高。

技術領域

本實用新型涉及罐體液位測量、報警領域，具體是一種自校準的外貼超聲波液位開關測量系統。

背景技術

目前，在容器外邊安裝的液位開關，有外貼式液位開關、外測式液位開關等。其工作原理是，在容器側壁外側需要檢測液位的監測點處安裝測量頭，測量頭向容器壁內發射超聲波，超聲波進入容器壁內部后會在容器壁的內、外表面之間來回反射多次而形成余振信號。超聲波從容器內壁進入液體的聲壓透射系數：

式中，Z1為容器壁材料的特性阻抗，Z1＝ρ1C1，其中ρ1為容器壁材料的密度，C1為容器壁材料的聲速；Z2為容器內介質的特性阻抗，Z2＝ρ2C2，其中ρ2為容器內介質的密度，C2為容器內介質的聲速。

以容器壁的常用材料鋼板為例，假設溫度為20℃，容器內的液體為水，則根據鋼的特性阻抗Z＝4.80x107kg/(m2s)，水的特性阻抗Z＝1.48x106kg/(m2s)，空氣的特性阻抗 Z＝415kg/(m2s)，可以計算得到，當液位低于換能器安裝位置(即管壁內的介質為空氣)時， D≈0.00％，而當液位超過高于換能器安裝位置(即管壁內的介質為水)時，D≈5.98％。有液和無液的聲壓透射系數相差約為6％，因此，當容器內液面低于監測點時，由于透射系數D＝0，超聲波在容器壁的內、外表面之間來回反射的次數會比較多，能量損失會比較慢，余振信號波的個數會比較多。而當容器內液面高于監測點時，由于存在聲波在液體介質中的聲透射，超聲波在容器壁的內、外表面之間來回反射的次數會比較少，能量損失會比較快，余振信號波的個數會比較少。可以通過容器壁中余振信號強弱來判斷液位。

現有技術中，在容器外安裝液位開關的測量方法是檢測超聲波在容器壁內部的余振信號，對發射超聲波信號一段時間后余振信號的幅值(簡稱信號值V信)與設定的幅值(簡稱設定值V設)進行比較，當信號值V信大于設定值V設時判定為液位低于監測點，而當信號值V信小于設定值V設時判定為液位高于監測點。由于罐體內壁表面變稠的粘附層、液體溫度、罐體外環境溫度等會發生變化，使得安裝后信號值V信變化大，不穩定性，誤動率高，工作穩定性和可靠性差。而且，由于信號的幅值與每一個罐體的罐壁材質、壁厚、液體成分和溫度等有關，不同罐體上的V信差別很大，需要對每個罐體進行現場標定，人工調整設定值V設，安裝調試工作量很大，效率低，使用壽命約為2-6個月，致使實際上不能長期使用。

實用新型內容