一種自熱式差分熱電阻液位傳感器及其測量液位的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于傳感器技術和熱工參數測量領域，具體涉及一種自熱式差分熱電阻液位傳感器及其測量液位的方法。
【背景技術】
[0002]目前，工業界許多儲液罐/容器或儲液池的液位測量，大多采用差壓式液位計、浮子液位計、磁性液位計，超聲波液位計、雷達液位計等。這些液位計，有些需要在儲液罐/容器或儲液池上開孔，帶來了泄漏風險；有些受介質密度波動影響；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、高放射性等嚴酷環境使用。因此，迫切需要一種無需在儲液罐/容器或儲液池開孔、高可靠性、長使用壽命，并適合在嚴酷環境使用的液位測量儀表。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在于提供一種結構簡單、性能可靠、靈敏度高、抗干擾能力強的自熱式差分熱電阻液位傳感器及其測量液位的方法。
[0004]本發明的技術方案如下:一種自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構等質量的鎧裝熱電阻，所述鎧裝熱電阻的鎧裝套管與熱電阻絲之間設有絕緣材料，兩支敏感元件的熱電阻絲與阻值測量電路連接；其中一支敏感元件的熱電阻絲通電加熱，另一支敏感元件的熱電阻絲不通電。
[0005]進一步，如上所述的自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絕熱支架絕熱連接，并相隔一定距離。
[0006]進一步，如上所述的自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；所述的絕緣材料采用MgO。
[0007]一種采用上述自熱式差分熱電阻液位傳感器測量液位的方法，該方法將作為敏感元件的兩支同結構等質量的鎧裝熱電阻的相同部分置于被測液面位置，其中一支敏感元件的熱電阻絲通電加熱，用其來作為測量元件，另一支敏感元件的熱電阻絲不通電，用其來作為補償元件；隨著液面的變化，通過阻值測量電路測量兩支敏感元件中熱電阻絲的電阻差值，根據試驗得到的液位高度與電阻差值之間的關系計算得到液位高度。
[0008]進一步，如上所述的自熱式差分熱電阻液位傳感器測量液位的方法，其中，所述的液位高度與電阻差值之間的關系為H = Α+Β Δ R或H = Α+Β Δ R+C Δ R2，
[0009]H為液位高度，AR為電阻差值，A、B、C為試驗確定的常數。
[0010]進一步，如上所述的自熱式差分熱電阻液位傳感器測量液位的方法，其中，所述的電阻差值通過將兩支敏感元件中熱電阻絲進行差分連接后測量得到，或者，獨立測量兩支敏感元件中熱電阻絲阻值后相減得到。
[0011]本發明的有益效果如下:本發明利用氣(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。借助于該規律，導出液位H與熱電阻值差值AR之間的關系式，由此便能由AR連續測量液位的高低。本發明結構簡單、性能可靠、靈敏度高、抗干擾能力強。
【附圖說明】
[0012]圖1為自熱式差分熱電阻液位傳感器的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0013]下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細的介紹。
[0014]本發明所提供的液位傳感器采用兩支同結構等質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自身通電加熱，用其來感應液位，叫做測量元件。另一支不通電加熱，用其來測量環境溫度，補償環境溫度的影響，叫做補償元件。兩支敏感元件的熱電阻采用差分連接或獨立輸出后阻值相減形成電阻差值。具體的阻值測量方法為本領域的公知技術，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。借助于該規律，通過試驗導出液位高度H與熱電阻值差值ΛR之間的關系式H = A+BAR或H = A+BAR+CAR2，式中常數A、B和C通常由實驗確定，采用何種關系式可根據實驗得到的液位高度與電阻差值的線性關系確定。由此便能由AR連續測量液位的尚低。
[0015]如圖1所示，本發明提供的一種自熱式差分熱電阻液位傳感器，由兩支同結構等質量的鎧裝熱電阻1、2作為敏感元件構成，鎧裝熱電阻的鎧裝套管5與熱電阻絲3之間設有絕緣材料4，兩支鎧裝熱電阻1、2之間通過絕熱支架6相互絕熱連接，并相隔一定距離，保證彼此之間不會互相影響，兩支熱電阻絲與阻值測量電路連接。將作為敏感元件的兩支同結構等質量的鎧裝熱電阻的相同部分置于被測液面位置，其中一支敏感元件中的熱電阻絲自身通電加熱，使其高于周邊氣(汽)體介質一定的溫度，一般約為10?30°C，用其來感應液位；另一支不通電加熱，用其來測量環境溫度。兩支敏感元件的熱電阻差分連接或獨立輸出后阻值相減得到電阻差值，并通過實驗得到液位高度與電阻差值的關系，從而連續測量液位高低。
[0016]本發明的一個具體例子是，鎧裝套管5的外徑為4.5mm，內徑為4.0mm,材料為316L不銹鋼；熱電阻絲3采用鎳絲，鎳純度為99.2%;絕緣材料4采用MgO，純度99.4%，傳感器總長度為1000mm。原理性試驗證明，效果良好。另外，熱電阻絲3也可以采用鉑或銅等原材料替代。
[0017]顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和范圍。這樣，倘若對本發明的這些修改和變型屬于本發明權利要求及其同等技術的范圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。
【主權項】
1.一種自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構等質量的鎧裝熱電阻(1、2)，所述鎧裝熱電阻的鎧裝套管(5)與熱電阻絲(3)之間設有絕緣材料(4)，兩支敏感元件的熱電阻絲(3)與阻值測量電路連接；其中一支敏感元件的熱電阻絲通電加熱，另一支敏感元件的熱電阻絲不通電。
2.如權利要求1所述的自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)之間通過絕熱支架(6)絕熱連接，并相隔一定距離。
3.如權利要求1或2所述的自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(5)采用316L不銹鋼材質；所述的絕緣材料(4)采用MgO0
4.一種采用權利要求1所述的自熱式差分熱電阻液位傳感器測量液位的方法，其特征在于:該方法將作為敏感元件的兩支同結構等質量的鎧裝熱電阻的相同部分置于被測液面位置，其中一支敏感元件的熱電阻絲通電加熱，用其來作為測量元件，另一支敏感元件的熱電阻絲不通電，用其來作為補償元件；隨著液面的變化，通過阻值測量電路測量兩支敏感元件中熱電阻絲的電阻差值，根據試驗得到的液位高度與電阻差值之間的關系計算得到液位高度。
5.如權利要求4所述的自熱式差分熱電阻液位傳感器測量液位的方法，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為試驗確定的常數。
6.如權利要求4或5所述的自熱式差分熱電阻液位傳感器測量液位的方法，其特征在于:所述的電阻差值通過將兩支敏感元件中熱電阻絲進行差分連接后測量得到，或者，獨立測量兩支敏感元件中熱電阻絲阻值后相減得到。
【專利摘要】本發明屬于傳感器技術和熱工參數測量領域，具體涉及一種自熱式差分熱電阻液位傳感器及其測量液位的方法。該方法將作為敏感元件的兩支同結構等質量的鎧裝熱電阻的相同部分置于被測液面位置，其中一支敏感元件的熱電阻絲通電加熱，用其來作為測量元件，另一支敏感元件的熱電阻絲不通電，用其來作為補償元件；隨著液面的變化，通過阻值測量電路測量兩支敏感元件中熱電阻絲的電阻差值，根據試驗得到的液位高度與電阻差值之間的關系計算得到液位高度。本發明所提供的液位傳感器結構簡單、性能可靠、靈敏度高、抗干擾能力強。
【IPC分類】G01F23-24, G01F23-22
【公開號】CN104568053
【申請號】CN201410764422
【發明人】趙博, 査美生, 孫炯, 張瑞萍, 李昌磊, 李艷霞, 李珊珊, 閆桂銀
【申請人】中國核電工程有限公司
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2014年12月11日