一種野外抗雷擊液位監測傳感器及監測方法與流程

本發明一種野外抗雷擊液位監測傳感器及監測方法，屬于液位監測技術領域，具體涉及一種絕緣等級高，與監測敏感元件不能形成擊穿回路，雷擊能量依托周邊導體方便與大地構成能量泄漏通路的靜壓投入式液位監測傳感器，本發明的傳感器廣泛適用于礦山、水利、農業、石油化工、冶金、電力、制藥、供排水、環保等系統和行業的各種介質的液位測量。

背景技術：

野外大量使用的靜壓投入式液位傳感器在各行各業液位檢測應用越來越廣泛，承擔的檢測任務越來越重要，但是由于在野外生產過程中的各種復雜原因，液位傳感器非常容易損壞，尤其是大多數監測液體具有良好的導電性，液面接雷是一常態，尤其在雷雨季節，由于靜壓投入式液位監測傳感器外殼與傳感器感應膜片均為金屬良導體，當液面接雷感應到靜壓投入式液位監測傳感器外殼與傳感器感應膜片是一不可避免的現象，再加上傳感器感應膜片精密性決定了傳感器設計中絕緣間隙和爬電距離較小，所以在雷擊條件下靜壓投入式液位監測傳感器絕緣等級很快下降，傳感器感應膜片受損失效，特殊條件下僅一次雷擊即可損壞，雷擊損壞、劣化傳感器絕緣性能成為靜壓投入式液位傳感器損壞的首要原因引起業內人士的廣泛關注，正如論文“強抗雷擊液位傳感器”所述：隨著工業、民用以及個人用的弱電氣設備的急劇增加,感應雷、雷電波和浪涌侵入造成的危害大大增加,成為"電子化時代的一大公害"，該論文所涉及的技術方案僅解決了信號傳輸及供電側抗雷擊問題，大家知道導線具有絕緣等級很高的非金屬外皮及其它方便措施就能使雷擊影響降低到最小，而直接暴露在雷區的良導體：傳感器外殼及感應彈性膜片，由于敏感性的要求，這一彈性膜片不會很厚，與粘貼在感應背面的可變電容或可變電阻粘結時絕緣間隙和爬電距離也控制在最小，因此雷擊過電壓或過電流擊穿的可能性和威脅概率大，是其工作原理決定的，也是業界技術人員長期跟蹤很難逾越的技術難點，在野外接雷或感應雷擊時成為傳感器最薄弱的環節和最易損壞的位置，是傳感器損壞的最主要原因，雖然本文對提高投入式液位傳感器抗雷擊性做了很多實質性工作，但是對于從感應側防雷這一本質性問題沒有質的改善；正如專利申請號為CN201310163096.9所述,雖然解決了敏感彈性膜片易堵塞、外力易劃傷、掛料失真失效等問題，但是其對防雷問題沒有改善，野外遇到雷擊時雷電產生的大能量依然可以方便地通過傳感器金屬外殼、彈性膜片以及電絕緣性能一般的柔彈性體進入到傳感器中，使得傳感器絕緣性能下降，使得傳感器被雷擊損壞。所以目前的問題，仍然是迫切需要一種適應性強、制作成本低、能在上述惡劣環境下全天候免維護長期穩定工作的抗雷擊液位傳感器，滿足液位的實時監測工作需要。

技術實現要素：

本發明一種野外抗雷擊液位監測傳感器及監測方法的目的在于：為解決上述現有技術中急需解決的問題，從而公開一種絕緣等級高，其介電強度在溫度值為20℃，濕度值為45%RH，升壓速率為不大于2.0 kV／s，絕緣擊穿測試工作電壓為15kV／mm，歷時1分鐘，無擊穿，與監測敏感元件不容易形成擊穿回路，雷擊能量依托周邊導體方便與大地構成能量泄漏通路的靜壓投入式野外抗雷擊液位監測傳感器。本發明的傳感器廣泛適用于礦山、水利、農業、石油化工、冶金、電力、制藥、供排水、環保等系統和行業的各種介質的液位測量。

本發明一種抗雷擊液位監測傳感器，其特征在于是一種絕緣等級高，與監測敏感元件不能形成擊穿回路，雷擊能量依托周邊導體方便與大地構成能量泄漏通路的靜壓投入式液位監測傳感器，該傳感器在不改變現有靜壓投入式液位監測傳感器工作精度前提下，將直接暴露在雷區的傳感器外殼及感應膜片用一不導電絕緣性能好的彈性體包覆成一絕緣體，該彈性體材料是指純凈度高不能混入雜質的硅膠、聚丁乙烯或聚氨酯絕緣性能良好的材料，該彈性體內部裝有傳導液，檢測液體液位產生的靜壓力通過彈性體等價傳遞到傳導液，再由傳導液等價傳遞到感應膜片，這樣既實現了液位檢測，又通過彈性體將在野外接雷或感應雷擊時成為傳感器最薄弱和最易損壞的傳感器外殼及感應膜片絕緣等級加強與被測液位導體及水池絕緣，野外水池接雷時，抗雷擊液位監測傳感器由于其絕緣性強就可以避雷了，雷擊產生的能量就可以沿著傳感器旁邊的良導體構成的能量釋放回路，予以釋放，這樣就避免了在雷擊環境下傳感器的損壞，并能在惡劣的雷擊環境下正常工作，該傳感器由安裝監測液位坑1、抗雷擊電絕緣柔性彈性體2、惰性非導電傳導液3、開口圓環座4、彈性膜片5、硅杯6、第一擴散電阻7、第二擴散電阻8、金屬外殼9、氣孔導管10、信號電源線11、安裝保護殼12和傳感器固定鎖緊裝置13組成，其彈性膜片5通過焊接安裝于開口圓環座4內部、彈性膜片5采用微型感應敏感膜片，其尺寸為毫米量級，其有效感應面積50-100平方毫米，其邊緣安裝于硅杯6底端并與硅杯6內邊緣用粘結膠粘結為一體，為避免微型感應敏感膜片堵塞掛料，化學腐蝕和外力鋒利雜質的劃傷及抗雷擊電絕緣柔性彈性體2內裝有惰性非導電傳導液3固定于金屬外殼9外環上部位置上使得金屬外殼9全部被電絕緣柔性彈性體2覆蓋，抗雷擊電絕緣柔性彈性體2端口上部內側與氣孔導管10和信號電源線11外皮通過硅膠絕緣密閉連接，然后在抗雷擊電絕緣柔性彈性體2端口上部外側用高壓防水自粘帶纏包，在其高壓防水自粘帶纏包外部再繞幾層PVC膠粘帶作保護層，這樣惰性非導電傳導液3被抗雷擊電絕緣柔性彈性體2密封于開口圓環座4內外并與彈性膜片5接觸；第一擴散電阻7、第二擴散電阻8和硅杯6均安裝于金屬外殼9中密閉，并通過氣孔導管10和信號電源線11 與液面外大氣相通，為進一步增強抗雷擊電絕緣柔性彈性體2的絕緣性能，在裝入安裝保護殼12前在抗雷擊電絕緣柔性彈性體2外部均勻噴涂厚度為微米級的電氣絕緣漆，然后裝入安裝保護殼12并將傳感器固定鎖緊裝置13鎖緊到位，傳感器固定鎖緊裝置13是指PG9或PG11系列防水接頭，保證傳感器氣孔導管10和信號電源線11構成的通訊通氣電纜與傳感器安裝保護殼12連接和定位。

上述一種抗雷擊液位監測傳感器的監測方法，其特征在于是將上述抗雷擊液位監測傳感器安裝于監測液位坑1并保證基坑端面和傳感器固定鎖緊裝置13上部頂端在同一個平面上，抗雷擊電絕緣柔性彈性體2將待測液體液位產生的壓力等價傳遞到惰性非導電傳導液3，惰性非導電傳導液3再將此壓力等價傳遞到彈性膜片5，對微型感應敏感膜片的影響僅為形成抗雷擊電絕緣柔性彈性體2內液位高度與敏感彈性膜片5接觸壓力而導致的死區，而對于量程精度沒有改變，有效量程=原微型感應敏感膜片標定量程-傳感器固定鎖緊裝置13上部頂端在同一個平面上液位高度等價的量程；在所測液位的容器地平面以下開挖一個傳感器安裝小洞即安裝監測液位坑1，傳感器固定鎖緊裝置13上部頂端與安裝監測液位坑1在同一個平面上，安裝監測液位坑1充滿液位使得彈性膜片5的傳導液產生的壓力值和予以放置該裝置小坑中液位產生的壓力值一致，這樣就保證了（如附圖1所示）高于點劃線平面上的液位變化和作用與感應膜片上的靜壓力成比例，即可準確方便的測量出液位高度。

本發明一種抗雷擊液位監測傳感器及監測方法，其優點在于：

本發明的傳感器在野外雷擊環境下，在感應測通過抗雷擊電絕緣柔性彈性體使得液位傳感器實現加強絕緣，具備抗雷擊性，能長期穩定的免維護實現液位的實時監測工作。是一種制作成本低廉的高性能傳感器，本發明的傳感器廣泛適用于礦山、水利、農業、石油化工、冶金、電力、制藥、供排水、環保等系統和行業的各種介質的液位測量。

附圖說明：

圖1：一種礦用抗惡劣環境液位監測傳感器原理圖

圖中標號分別為：傳感器安裝監測液位坑1、抗雷擊電絕緣柔性彈性體2、惰性非導電傳導液3、開口圓環座4、彈性膜片5、硅杯6、第一擴散電阻7、第二擴散電阻8、傳感器密閉金屬外殼9、氣孔導管10、信號電源線11 、安裝保護殼12、傳感器固定鎖緊裝置13。

具體實施方式

實施方式1

該傳感器在不改變現有靜壓投入式液位監測傳感器工作精度前提下，將直接暴露在雷區的傳感器外殼及感應膜片用一不導電絕緣性能好的彈性體包覆成一絕緣體，該彈性體材料是指純凈度高不能混入雜質的硅膠、聚丁乙烯或聚氨酯絕緣性能良好的材料，該彈性體內部裝有傳導液，檢測液體液位產生的靜壓力通過彈性體等價傳遞到傳導液，再由傳導液等價傳遞到感應膜片，這樣既實現了液位檢測，又通過彈性體將在野外接雷或感應雷擊時成為傳感器最薄弱和最易損壞的傳感器外殼及感應膜片絕緣等級加強與被測液位導體及水池絕緣，野外水池接雷時，抗雷擊液位監測傳感器由于其絕緣性強就可以避雷了，傳導液的惰性及非導電性能進一步增強了傳感器外殼及感應膜片的絕緣性，雷擊產生的能量就可以沿著傳感器旁邊的良導體構成的能量釋放回路，予以釋放，這樣就避免了在雷擊環境下傳感器的損壞，并能在惡劣的雷擊環境下正常工作，該傳感器由安裝監測液位坑1、抗雷擊電絕緣柔性彈性體2、惰性非導電傳導液3、開口圓環座4、彈性膜片5、硅杯6、第一擴散電阻7、第二擴散電阻8、金屬外殼9、氣孔導管10、信號電源線11、安裝保護殼12和傳感器固定鎖緊裝置13組成，其彈性膜片5通過焊接安裝于開口圓環座4內部、彈性膜片5采用微型感應敏感膜片，其尺寸為毫米量級，其有效感應面積為100平方毫米，其邊緣安裝于硅杯6底端并與硅杯6內邊緣用粘結膠粘結為一體，為避免微型感應敏感膜片堵塞掛料，化學腐蝕和外力鋒利雜質的劃傷及抗雷擊電絕緣柔性彈性體2內裝有惰性非導電傳導液3固定于金屬外殼9外環上部位置上使得金屬外殼9全部被電絕緣柔性彈性體2覆蓋，抗雷擊電絕緣柔性彈性體2端口上部內側與氣孔導管10和信號電源線11外皮通過硅膠絕緣密閉連接，然后在抗雷擊電絕緣柔性彈性體2端口上部外側用高壓防水自粘帶纏包，在其高壓防水自粘帶纏包外部再繞幾層PVC膠粘帶作保護層，這樣惰性非導電傳導液3被抗雷擊電絕緣柔性彈性體2密封于開口圓環座4內外并與彈性膜片5接觸；第一擴散電阻7、第二擴散電阻8和硅杯6均安裝于金屬外殼9中密閉，并通過氣孔導管10和信號電源線11 與液面外大氣相通，為進一步增強抗雷擊電絕緣柔性彈性體2的絕緣性能，在裝入安裝保護殼12前在抗雷擊電絕緣柔性彈性體2外部均勻噴涂厚度為微米級的電氣絕緣漆，然后裝入安裝保護殼12并將傳感器固定鎖緊裝置13鎖緊到位,傳感器固定鎖緊裝置13采用PG9防水接頭，。

將上述抗雷擊液位監測傳感器安裝于監測液位坑1并保證基坑端面和傳感器固定鎖緊裝置13上部頂端在同一個平面上，抗雷擊電絕緣柔性彈性體2將待測液體液位產生的壓力等價傳遞到惰性非導電傳導液3，惰性非導電傳導液3再將此壓力等價傳遞到彈性膜片5，對微型感應敏感膜片的影響僅為形成抗雷擊電絕緣柔性彈性體2內液位高度與敏感彈性膜片5接觸壓力而導致的死區，而對于量程精度沒有改變，有效量程=原微型感應敏感膜片標定量程-傳感器固定鎖緊裝置13上部頂端在同一個平面上液位高度等價的量程；在所測液位的容器地平面以下開挖一個死區高度的小洞使得柔性彈性膜片5的傳導液產生的壓力值和予以放置該裝置小坑中液位產生的壓力值一致，這樣就保證了（如附圖1所示）高于點劃線平面上的液位變化和作用與感應膜片上的靜壓力成比例，即可準確方便的測量出液位高度。

實施方式2

傳感器固定鎖緊裝置13采用PG11系列防水接頭，彈性膜片5采用微型感應敏感膜片，其尺寸為毫米量級，其有效感應面積為50平方毫米，其它同實施方式1。

實施方式3

彈性膜片5采用微型感應敏感膜片，其尺寸為毫米量級，其有效感應面積小于80平方毫米，其它同實施方式1。