一种野外抗雷击液位监测传感器及监测方法与流程

本发明一种野外抗雷击液位监测传感器及监测方法，属于液位监测技术领域，具体涉及一种绝缘等级高，与监测敏感元件不能形成击穿回路，雷击能量依托周边导体方便与大地构成能量泄漏通路的静压投入式液位监测传感器，本发明的传感器广泛适用于矿山、水利、农业、石油化工、冶金、电力、制药、供排水、环保等系统和行业的各种介质的液位测量。

背景技术：

野外大量使用的静压投入式液位传感器在各行各业液位检测应用越来越广泛，承担的检测任务越来越重要，但是由于在野外生产过程中的各种复杂原因，液位传感器非常容易损坏，尤其是大多数监测液体具有良好的导电性，液面接雷是一常态，尤其在雷雨季节，由于静压投入式液位监测传感器外壳与传感器感应膜片均为金属良导体，当液面接雷感应到静压投入式液位监测传感器外壳与传感器感应膜片是一不可避免的现象，再加上传感器感应膜片精密性决定了传感器设计中绝缘间隙和爬电距离较小，所以在雷击条件下静压投入式液位监测传感器绝缘等级很快下降，传感器感应膜片受损失效，特殊条件下仅一次雷击即可损坏，雷击损坏、劣化传感器绝缘性能成为静压投入式液位传感器损坏的首要原因引起业内人士的广泛关注，正如论文“强抗雷击液位传感器”所述：随着工业、民用以及个人用的弱电气设备的急剧增加,感应雷、雷电波和浪涌侵入造成的危害大大增加,成为"电子化时代的一大公害"，该论文所涉及的技术方案仅解决了信号传输及供电侧抗雷击问题，大家知道导线具有绝缘等级很高的非金属外皮及其它方便措施就能使雷击影响降低到最小，而直接暴露在雷区的良导体：传感器外壳及感应弹性膜片，由于敏感性的要求，这一弹性膜片不会很厚，与粘贴在感应背面的可变电容或可变电阻粘结时绝缘间隙和爬电距离也控制在最小，因此雷击过电压或过电流击穿的可能性和威胁概率大，是其工作原理决定的，也是业界技术人员长期跟踪很难逾越的技术难点，在野外接雷或感应雷击时成为传感器最薄弱的环节和最易损坏的位置，是传感器损坏的最主要原因，虽然本文对提高投入式液位传感器抗雷击性做了很多实质性工作，但是对于从感应侧防雷这一本质性问题没有质的改善；正如专利申请号为CN201310163096.9所述,虽然解决了敏感弹性膜片易堵塞、外力易划伤、挂料失真失效等问题，但是其对防雷问题没有改善，野外遇到雷击时雷电产生的大能量依然可以方便地通过传感器金属外壳、弹性膜片以及电绝缘性能一般的柔弹性体进入到传感器中，使得传感器绝缘性能下降，使得传感器被雷击损坏。所以目前的问题，仍然是迫切需要一种适应性强、制作成本低、能在上述恶劣环境下全天候免维护长期稳定工作的抗雷击液位传感器，满足液位的实时监测工作需要。

技术实现要素：

本发明一种野外抗雷击液位监测传感器及监测方法的目的在于：为解决上述现有技术中急需解决的问题，从而公开一种绝缘等级高，其介电强度在温度值为20℃，湿度值为45%RH，升压速率为不大于2.0 kV／s，绝缘击穿测试工作电压为15kV／mm，历时1分钟，无击穿，与监测敏感元件不容易形成击穿回路，雷击能量依托周边导体方便与大地构成能量泄漏通路的静压投入式野外抗雷击液位监测传感器。本发明的传感器广泛适用于矿山、水利、农业、石油化工、冶金、电力、制药、供排水、环保等系统和行业的各种介质的液位测量。

本发明一种抗雷击液位监测传感器，其特征在于是一种绝缘等级高，与监测敏感元件不能形成击穿回路，雷击能量依托周边导体方便与大地构成能量泄漏通路的静压投入式液位监测传感器，该传感器在不改变现有静压投入式液位监测传感器工作精度前提下，将直接暴露在雷区的传感器外壳及感应膜片用一不导电绝缘性能好的弹性体包覆成一绝缘体，该弹性体材料是指纯净度高不能混入杂质的硅胶、聚丁乙烯或聚氨酯绝缘性能良好的材料，该弹性体内部装有传导液，检测液体液位产生的静压力通过弹性体等价传递到传导液，再由传导液等价传递到感应膜片，这样既实现了液位检测，又通过弹性体将在野外接雷或感应雷击时成为传感器最薄弱和最易损坏的传感器外壳及感应膜片绝缘等级加强与被测液位导体及水池绝缘，野外水池接雷时，抗雷击液位监测传感器由于其绝缘性强就可以避雷了，雷击产生的能量就可以沿着传感器旁边的良导体构成的能量释放回路，予以释放，这样就避免了在雷击环境下传感器的损坏，并能在恶劣的雷击环境下正常工作，该传感器由安装监测液位坑1、抗雷击电绝缘柔性弹性体2、惰性非导电传导液3、开口圆环座4、弹性膜片5、硅杯6、第一扩散电阻7、第二扩散电阻8、金属外壳9、气孔导管10、信号电源线11、安装保护壳12和传感器固定锁紧装置13组成，其弹性膜片5通过焊接安装于开口圆环座4内部、弹性膜片5采用微型感应敏感膜片，其尺寸为毫米量级，其有效感应面积50-100平方毫米，其边缘安装于硅杯6底端并与硅杯6内边缘用粘结胶粘结为一体，为避免微型感应敏感膜片堵塞挂料，化学腐蚀和外力锋利杂质的划伤及抗雷击电绝缘柔性弹性体2内装有惰性非导电传导液3固定于金属外壳9外环上部位置上使得金属外壳9全部被电绝缘柔性弹性体2覆盖，抗雷击电绝缘柔性弹性体2端口上部内侧与气孔导管10和信号电源线11外皮通过硅胶绝缘密闭连接，然后在抗雷击电绝缘柔性弹性体2端口上部外侧用高压防水自粘带缠包，在其高压防水自粘带缠包外部再绕几层PVC胶粘带作保护层，这样惰性非导电传导液3被抗雷击电绝缘柔性弹性体2密封于开口圆环座4内外并与弹性膜片5接触；第一扩散电阻7、第二扩散电阻8和硅杯6均安装于金属外壳9中密闭，并通过气孔导管10和信号电源线11 与液面外大气相通，为进一步增强抗雷击电绝缘柔性弹性体2的绝缘性能，在装入安装保护壳12前在抗雷击电绝缘柔性弹性体2外部均匀喷涂厚度为微米级的电气绝缘漆，然后装入安装保护壳12并将传感器固定锁紧装置13锁紧到位，传感器固定锁紧装置13是指PG9或PG11系列防水接头，保证传感器气孔导管10和信号电源线11构成的通讯通气电缆与传感器安装保护壳12连接和定位。

上述一种抗雷击液位监测传感器的监测方法，其特征在于是将上述抗雷击液位监测传感器安装于监测液位坑1并保证基坑端面和传感器固定锁紧装置13上部顶端在同一个平面上，抗雷击电绝缘柔性弹性体2将待测液体液位产生的压力等价传递到惰性非导电传导液3，惰性非导电传导液3再将此压力等价传递到弹性膜片5，对微型感应敏感膜片的影响仅为形成抗雷击电绝缘柔性弹性体2内液位高度与敏感弹性膜片5接触压力而导致的死区，而对于量程精度没有改变，有效量程=原微型感应敏感膜片标定量程-传感器固定锁紧装置13上部顶端在同一个平面上液位高度等价的量程；在所测液位的容器地平面以下开挖一个传感器安装小洞即安装监测液位坑1，传感器固定锁紧装置13上部顶端与安装监测液位坑1在同一个平面上，安装监测液位坑1充满液位使得弹性膜片5的传导液产生的压力值和予以放置该装置小坑中液位产生的压力值一致，这样就保证了（如附图1所示）高于点划线平面上的液位变化和作用与感应膜片上的静压力成比例，即可准确方便的测量出液位高度。

本发明一种抗雷击液位监测传感器及监测方法，其优点在于：

本发明的传感器在野外雷击环境下，在感应测通过抗雷击电绝缘柔性弹性体使得液位传感器实现加强绝缘，具备抗雷击性，能长期稳定的免维护实现液位的实时监测工作。是一种制作成本低廉的高性能传感器，本发明的传感器广泛适用于矿山、水利、农业、石油化工、冶金、电力、制药、供排水、环保等系统和行业的各种介质的液位测量。

附图说明：

图1：一种矿用抗恶劣环境液位监测传感器原理图

图中标号分别为：传感器安装监测液位坑1、抗雷击电绝缘柔性弹性体2、惰性非导电传导液3、开口圆环座4、弹性膜片5、硅杯6、第一扩散电阻7、第二扩散电阻8、传感器密闭金属外壳9、气孔导管10、信号电源线11 、安装保护壳12、传感器固定锁紧装置13。

具体实施方式

实施方式1

该传感器在不改变现有静压投入式液位监测传感器工作精度前提下，将直接暴露在雷区的传感器外壳及感应膜片用一不导电绝缘性能好的弹性体包覆成一绝缘体，该弹性体材料是指纯净度高不能混入杂质的硅胶、聚丁乙烯或聚氨酯绝缘性能良好的材料，该弹性体内部装有传导液，检测液体液位产生的静压力通过弹性体等价传递到传导液，再由传导液等价传递到感应膜片，这样既实现了液位检测，又通过弹性体将在野外接雷或感应雷击时成为传感器最薄弱和最易损坏的传感器外壳及感应膜片绝缘等级加强与被测液位导体及水池绝缘，野外水池接雷时，抗雷击液位监测传感器由于其绝缘性强就可以避雷了，传导液的惰性及非导电性能进一步增强了传感器外壳及感应膜片的绝缘性，雷击产生的能量就可以沿着传感器旁边的良导体构成的能量释放回路，予以释放，这样就避免了在雷击环境下传感器的损坏，并能在恶劣的雷击环境下正常工作，该传感器由安装监测液位坑1、抗雷击电绝缘柔性弹性体2、惰性非导电传导液3、开口圆环座4、弹性膜片5、硅杯6、第一扩散电阻7、第二扩散电阻8、金属外壳9、气孔导管10、信号电源线11、安装保护壳12和传感器固定锁紧装置13组成，其弹性膜片5通过焊接安装于开口圆环座4内部、弹性膜片5采用微型感应敏感膜片，其尺寸为毫米量级，其有效感应面积为100平方毫米，其边缘安装于硅杯6底端并与硅杯6内边缘用粘结胶粘结为一体，为避免微型感应敏感膜片堵塞挂料，化学腐蚀和外力锋利杂质的划伤及抗雷击电绝缘柔性弹性体2内装有惰性非导电传导液3固定于金属外壳9外环上部位置上使得金属外壳9全部被电绝缘柔性弹性体2覆盖，抗雷击电绝缘柔性弹性体2端口上部内侧与气孔导管10和信号电源线11外皮通过硅胶绝缘密闭连接，然后在抗雷击电绝缘柔性弹性体2端口上部外侧用高压防水自粘带缠包，在其高压防水自粘带缠包外部再绕几层PVC胶粘带作保护层，这样惰性非导电传导液3被抗雷击电绝缘柔性弹性体2密封于开口圆环座4内外并与弹性膜片5接触；第一扩散电阻7、第二扩散电阻8和硅杯6均安装于金属外壳9中密闭，并通过气孔导管10和信号电源线11 与液面外大气相通，为进一步增强抗雷击电绝缘柔性弹性体2的绝缘性能，在装入安装保护壳12前在抗雷击电绝缘柔性弹性体2外部均匀喷涂厚度为微米级的电气绝缘漆，然后装入安装保护壳12并将传感器固定锁紧装置13锁紧到位,传感器固定锁紧装置13采用PG9防水接头，。

将上述抗雷击液位监测传感器安装于监测液位坑1并保证基坑端面和传感器固定锁紧装置13上部顶端在同一个平面上，抗雷击电绝缘柔性弹性体2将待测液体液位产生的压力等价传递到惰性非导电传导液3，惰性非导电传导液3再将此压力等价传递到弹性膜片5，对微型感应敏感膜片的影响仅为形成抗雷击电绝缘柔性弹性体2内液位高度与敏感弹性膜片5接触压力而导致的死区，而对于量程精度没有改变，有效量程=原微型感应敏感膜片标定量程-传感器固定锁紧装置13上部顶端在同一个平面上液位高度等价的量程；在所测液位的容器地平面以下开挖一个死区高度的小洞使得柔性弹性膜片5的传导液产生的压力值和予以放置该装置小坑中液位产生的压力值一致，这样就保证了（如附图1所示）高于点划线平面上的液位变化和作用与感应膜片上的静压力成比例，即可准确方便的测量出液位高度。

实施方式2

传感器固定锁紧装置13采用PG11系列防水接头，弹性膜片5采用微型感应敏感膜片，其尺寸为毫米量级，其有效感应面积为50平方毫米，其它同实施方式1。

实施方式3

弹性膜片5采用微型感应敏感膜片，其尺寸为毫米量级，其有效感应面积小于80平方毫米，其它同实施方式1。