本發(fā)明涉及液位測量技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種氣動式水壓測量裝置。

背景技術(shù)：

在水利水電行業(yè)中對渠道、水庫等水位需要測量監(jiān)控，或者在石油化工行業(yè)中，對容器的油位也需要測量監(jiān)控。常規(guī)測量水位或者油位通過壓阻式液位傳感器進行測量，例如授權(quán)公告號為CN2449208Y的中國專利公開了一種浸入在被測液體中可輸出一個與被測液位成正比的標(biāo)準(zhǔn)電信號并便于與其它儀表或計算機聯(lián)網(wǎng)的壓阻式液位變送器，壓力傳感器3裝在基座2中，導(dǎo)水頭1接在基座2一端，基座2另一端與殼帽5密封連接在一起，放大電路7信號輸入端與壓力傳感器3的引線腳焊接在一起，其信號輸出端與電纜線12焊接在一起，并且殼帽5與電纜線12之間密封，放大電路7外還裝有保護罩6。其中傳感設(shè)備必須直接放置于測量點位置，如果現(xiàn)場環(huán)境比較惡劣，壓力傳感設(shè)備極易遭受雷擊損壞，另外水中雜物如淤泥等也會封堵傳感設(shè)備的感壓部件，造成測量不準(zhǔn)，且不易維護更換。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明提供了一種氣動式水壓測量裝置。

本發(fā)明的一種氣動式水壓測量裝置采用以下技術(shù)方案：

一種氣動式水壓測量裝置，包括氣路裝置，氣路裝置上部為兩條氣管，兩條氣管下部分別連接于一三通管道的上方管口處，所述兩條氣管中其中一條氣管上部與壓力氣源連接(稱為“供氣管”)，另一條氣管上部連接有一相對壓力傳感器(稱為“測量管”)；所述三通管道的下方管口設(shè)置于液面下方；當(dāng)所述兩條氣管內(nèi)充滿氣體時，下方管口處被水密封；所述其中供氣管一側(cè)始終由壓力氣源往氣管內(nèi)注入空氣；測量管連接的相對壓力傳感器可以實時測到氣體壓強的變化；如果氣路裝置外部水壓高于氣管內(nèi)氣壓時，注入的空氣會滯留于氣管內(nèi)，用以保持氣壓的升高；如果氣路裝置外部水壓低于氣管內(nèi)氣壓時，氣管內(nèi)的多余空氣會通過低端開口處排出；通過壓力氣源的自動控制，氣管內(nèi)的氣壓始終趨向于與密封的水壓保持平衡；將相對壓力傳感器的測量值P_測作為處理單元的輸入變量，根據(jù)自動計算單元得到氣路下端出氣口處實時變化的水深值和/或水位值。

進一步地，所述兩條氣管上部同時與一手動三位五通閥連接，所述相對壓力傳感器也連接于該手動三位五通閥的排氣口，手動三位五通閥的進氣口通過管路依次連接有氣體流量控制閥、手動二位五通閥、減壓閥、壓力氣源。

進一步地，所述壓力氣源為空氣壓縮機。

本發(fā)明的一種氣動式水壓測量裝置，利用了在平衡狀態(tài)下，容器內(nèi)被密封的氣體壓強始終與對其進行封閉的外部壓強的大小相等，以及氣體壓強的可傳遞性原理，選用市場成熟的部件進行組合，使其成為一有效的系統(tǒng)，將被測點處液體壓強等效成密封容器內(nèi)的氣體壓強。隨著水位的變化(即密封容器的外部作用壓強的變化)密封的氣管內(nèi)氣體壓強隨之變化，從而測量氣管內(nèi)氣體壓強的大小可以計算出封閉點處的水深值，進而得到水位值。

利用氣路的布置，使靈敏的電子測量元件——壓力傳感器可以布置到相對環(huán)境安全的室內(nèi)。對于傳感部件，運行環(huán)境的安全，可有效延長設(shè)備的使用壽命，并且使設(shè)備更換維護較為方便。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1是本發(fā)明的水深計算原理圖。

圖2是本發(fā)明的沖刷氣管模式示意圖；

圖3是本發(fā)明的緩沖模式示意圖；

圖4是本發(fā)明的吹干測量管模式示意圖；

圖5是本發(fā)明的正常測量模式示意圖；

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例的附圖，對本發(fā)明實施例的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例?；谒枋龅谋景l(fā)明的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在無需創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

本發(fā)明的一種氣動式水壓測量裝置，如圖1所示，包括氣路裝置，氣路裝置上部為兩條氣管，兩條氣管下部分別連接于一三通管道的上方管口處，所述兩條氣管中其中供氣管上部與壓力氣源連接，另一條測量管上部連接有一相對壓力傳感器。所述三通管道的下方管口設(shè)置于液面下方。當(dāng)所述兩條氣管內(nèi)充滿氣體時，下方管口處被水密封。所述其中供氣管一側(cè)始終由壓力氣源往氣管內(nèi)注入空氣；測量管連接的相對壓力傳感器可以實時測到氣體壓強的變化。如果氣路裝置外部水壓高于氣管內(nèi)氣壓時，注入的空氣會滯留于氣管內(nèi)，用以保持氣壓的升高；如果氣路裝置外部水壓低于氣管內(nèi)氣壓時，氣管內(nèi)的多余空氣會通過低端開口處排出。通過壓力氣源的自動控制，氣管內(nèi)的氣壓始終趨向于與密封的水壓保持平衡。

如圖1所示，為本發(fā)明的水深計算原理圖，其中：

P₀:大氣壓強；

P_水:三通出氣口處水重力產(chǎn)生的壓強；

P_氣:三通出氣口處空氣重力產(chǎn)生的壓強；

P_測:壓力傳感器測量壓強(相對于大氣壓的壓強)；

H:壓力傳感器處與出氣口處高程差；

h:水面與出氣口處高程差。

當(dāng)氣管內(nèi)氣壓與水壓達到平衡狀態(tài)下，三通出氣口處氣體壓強為：P_測+P₀+P_氣，水壓強為：P_水+P₀

由于處于平衡狀態(tài)，因此：P_測+P₀+P_氣＝P_水+P₀

即：P_測+P_氣＝P_水

即：ρ_水·g·h＝P_測+ρ_氣·g·H

即：

如果忽略氣溫變化的微弱影響，根據(jù)當(dāng)?shù)爻Ｄ昶骄鶜鉁睾秃０胃叱?，計算重力加速度g、ρ_水、P₀均作為常數(shù)，H為傳感器與水下測點(即三通管口處)的高度差，根據(jù)實際的氣路的安裝布置得到常數(shù)H；由氣體的密度公式得到(其中ρ₀＝1.293kg/m₃，當(dāng)溫度為0℃，壓力為1.013MPa狀態(tài)下干空氣的密度)。

將相對壓力傳感器的測量值P_測通過模擬量或數(shù)字量信號作為處理單元的輸入變量，根據(jù)以上公式對處理單元編制程序，可以得到氣路下端出氣口處實時變化的水深值，如果加上水下測點(即三通管口處)的海拔高程，也可以得到水位值。

進一步地，如圖2-5所示，在一種優(yōu)選實施方式中，所述兩條氣管上部同時與一手動三位五通閥連接，所述相對壓力傳感器連接于手動三位五通閥的排氣口，手動三位五通閥的進氣口通過管路依次連接有氣體流量控制閥、手動二位五通閥、減壓閥、壓力氣源，優(yōu)選地，所述壓力氣源為空氣壓縮機，優(yōu)選為小型活塞型空壓機，具有自動啟停功能，可長期在線運行可靠。優(yōu)選品牌：ALTLAS COPCO(阿特拉斯科普柯)。

由于空氣壓縮機氣瓶的壓力往往較高，且不穩(wěn)定，因此，增加一個減壓閥，對空壓機的出口氣體減壓，壓強一般調(diào)整為最大的被測點壓強加2bar。減壓閥優(yōu)選品牌：布魯特。

所述氣體流量控制閥可以實現(xiàn)向氣路內(nèi)源源不斷的補充空氣。流量控制閥可以調(diào)節(jié)流量大小，根據(jù)水位變化的快慢及氣路中氣體容積的大小調(diào)節(jié)一個冗余的流量。既要保證由于水壓的升高能夠及時補足氣管中空氣的壓力，又要保證氣體不至于過多的浪費。流量控制閥優(yōu)選北京頗特儀器有限公司制造的流量控制閥。

進一步地，為實現(xiàn)氣動式系統(tǒng)的沖洗模式、緩沖模式、吹干模式及工作模式的運行，使氣路能靈活方便的切換，特選擇一個兩位五通手動閥和一個三位五通手動閥。首選品牌：德國Festo或臺灣亞德客(AirTAC)。

如圖2所示，沖洗模式

二位五通閥的位置調(diào)至右位置；三位五通閥的位置調(diào)至中位置；

當(dāng)需要沖洗氣管管路，或者初次使用需要將氣管內(nèi)液體排出時，氣體直接排入供氣管和測量管，根據(jù)需要該步驟一般運行20—30秒鐘。

如圖3所示，緩沖模式

二位五通閥的位置調(diào)至左位置；三位五通閥的位置調(diào)至中位置；

當(dāng)沖洗氣管管路完畢，氣管內(nèi)用小氣量緩沖，氣體經(jīng)過流量控制閥直接排入供氣管和測量管，該步驟一般需要運行30秒鐘。

如圖4所示，吹干模式

二位五通閥的位置調(diào)至左位置；三位五通閥的位置調(diào)至右位置；

氣體經(jīng)過流量控制閥進入工作模式下的“測量管”，從工作模式下的“供氣管”將壓力反饋給壓力變送器，該方式目的為吹干回氣管路，運行2天。

如圖5所示，工作模式中：二位五通閥的位置調(diào)至左位置，三位五通閥的位置調(diào)至左位置?？諌簷C氣瓶中的氣體輸出后通過減壓閥得到一個恒定氣壓，氣體經(jīng)二位五通閥輸入流量閥，恒定的氣流經(jīng)由三位五通閥后輸入供氣管，根據(jù)氣管內(nèi)氣壓與水壓的高低差異，補充的氣體由三通下端開口排出或滯留在氣管內(nèi)升高氣管內(nèi)壓力，使其達到壓力的平衡。測量管將壓力反饋給壓力變送器，該變送器實時測量測量管的壓強。

應(yīng)該理解，盡管參考其示例性的實施方案，已經(jīng)對本發(fā)明進行具體地顯示和描述，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，在不背離由權(quán)利要求書所定義的本發(fā)明的精神和范圍的條件下，可以在其中進行各種形式和細節(jié)的變化，可以進行各種實施方案的任意組合。