[發明專利]一種基于壓力傳感器的變壓器油箱液位高精度測量裝置及方法

在審

• 申請號: 201911109025.4
• 申請日: 2019-11-13
• 公開（公告）號: CN110779597A
• 公開（公告）日: 2020-02-11
• 發明（設計）人: 張鑫;李玉明;王勝利;王鋒;周靜龍;劉波;焦小強;權博;鮑勇;王宗琳;姚永亮;郭凱
• 申請（專利權）人: 國網甘肅省電力公司檢修公司
• 主分類號: G01F23/14
• 分類號: G01F23/14;G01F23/00
• 代理公司: 62201 蘭州智和專利代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 趙立權

1.一種基于壓力傳感器的變壓器油箱液位高精度測量裝置，其特征在于，包括設置于變壓器油箱底部的壓力傳感器和設置于變壓器油箱內的液體密度傳感器，還包括主控制器、顯示器和電源，所述壓力傳感器、液體密度傳感器、顯示器和電源均與主控制器相連接。

2.根據權利要求1所述的一種基于壓力傳感器的變壓器油箱液位高精度測量裝置，其特征在于，所述壓力傳感器為壓阻式壓力傳感器。

3.根據權利要求2所述的一種基于壓力傳感器的變壓器油箱液位高精度測量裝置，其特征在于，還包括設置于變壓器油箱內的溫度傳感器，所述溫度傳感器與主控制器相連接。

4.根據權利要求1所述的一種基于壓力傳感器的變壓器油箱液位高精度測量裝置，其特征在于，所述液體密度傳感器為音叉式液體密度傳感器。

5.一種基于壓力傳感器的變壓器油箱高精度液位測量方法，其特征在于，采用權利要求3所述的液位測量裝置，包括如下步驟：

(1)壓力信號獲取

由壓力傳感器測量獲得油箱最底部的壓力信號；

(2)油液密度值獲取

由液體密度傳感器測量獲得變壓器油箱中油液的密度；

(3)溫度信號獲取

由溫度傳感器測量獲得變壓器油箱的油液溫度；

(4)壓力信號的溫度補償

首先進行現場多組數據的測量，得到基于某個溫度值的r個壓力測量值，記壓力傳感器獲得的壓力值為U_P，溫度傳感器獲得的溫度值為U_t，則有：

P(x)＝a₀U_P0(x)+a₁U_P1(x)+……+a_kU_Pk(x)+……+a_nU_Pn(x)

a_k＝a_k0U_t0(x)+a_k1U_t1(x)+……+a_kmU_tm(x)(k＝0,1,2,3…,n<r)(1)

式中：

P(x)表示溫度補償后的壓力值；U_Pk(x)為k次多項式，表示測得的第k個壓力值；U_t0(x)為i次多項式，表示獲得的溫度值；a_ki表示補償系數；

m、n是擬和多項式次數，m一般取10；

首先對式(1)進行擬合，得到：

根據多元函數求極致的必要條件：

假設U_P0(x)、U_P1(x)、……U_Pn(x)是關于點集{X_Z},z＝0,1,2,……,r的正交函數族，則有如下方程：

根據以上幾組方程可以得出如下的結論：

上式中，k＝0,1,2,……,n<r

U_P0(x)、U_P1(x)、……U_Pn(x)是作為P(X_Z)的正交多項序列，利用格拉姆-施密特方法構造出正交多項式，基本步驟如下：

U_P0(x)＝1

U_P1(x)＝X-a₁

U_P(k+1)(x)＝(X-a_k+1)U_Pk(x)-P_kU_P(k-1)(x)，k＝1,2,……,n-1 (6)

根據U_P具有正交性，得到如下方程組：

最后擬和得到如下方程：

P(x)＝a₀^*U_p0(x)+a₁^*U_p1(x)+……+a_k^*U_Pk(x)+……+a_n^*U_Pn(x) (8)

以上完成了對(P,U_P)擬和，然后對(a_k^*,U_t)這組數據進行擬和，也就是基于正交函數的最小二乘法擬和，經過擬和獲得如下公式:

a_k^*＝a_k0^*U_t0(x)+a_k1^*U_t1(x)+……+a_km^*U_tm(x) (9)

在式(9)中：

s＝1,2，……m<l

U_t0(x)＝1

U_t1(x)＝x-y₁

U_t(s+1)(x)＝(x-γ_s+1)U_ts(x)-λ_sU_t(s+1)(x) S＝1,2,……,m-1 (11)

完成上述步驟以后，現場測得壓力信號U_P和溫度信號U_t，標定6*6組數據，也就是上述算法過程中都取r＝n＝6，l＝m＝6，則有：

(5)油箱液位的計算

根據步驟(2)得到的油液密度和步驟(4)計算得到的壓力值，由液體壓強公式P＝ρgh可得：

式中，h-液位高度，P-計算得到的油箱底部液體壓強，ρ-油液密度，g-重力常數且g＝9.8N/kg。