一种加热式差分热电阻液位传感器及其测量液位的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于传感器技术和热工参数测量领域，具体涉及一种加热式差分热电阻液位传感器及其测量液位的方法。
【背景技术】
[0002]目前，工业界许多储液罐/容器或储液池的液位测量，大多采用差压式液位计、浮子液位计、磁性液位计，超声波液位计、雷达液位计等。这些液位计，有些需要在储液罐/容器或储液池上开孔，带来了泄漏风险；有些受介质密度波动影响；有些可靠性不高；有些使用寿命较短；有些不适合在高温、高压、高放射性等严酷环境使用。因此，迫切需要一种无需在储液罐/容器或储液池开孔、高可靠性、长使用寿命，并适合在严酷环境使用的液位测量仪表。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种结构简单、性能可靠、灵敏度高、抗干扰能力强的加热式差分热电阻液位传感器及其测量液位的方法。
[0004]本发明的技术方案如下:一种加热式差分热电阻液位传感器，包括作为敏感元件的两支同结构等质量的铠装热电阻，所述铠装热电阻的铠装套管内设有热电阻丝和加热丝，在所述热电阻丝、加热丝、铠装套管之间设有绝缘材料，两支敏感元件的热电阻丝与阻值测量电路连接；其中一支敏感元件的加热丝通电加热，另一支敏感元件的加热丝不通电。
[0005]进一步，如上所述的加热式差分热电阻液位传感器，其中，所述的两支铠装热电阻之间通过绝热支架绝热连接，并相隔一定距离。
[0006]进一步，如上所述的加热式差分热电阻液位传感器，其中，所述的热电阻丝采用镍丝；所述的铠装套管采用316L不锈钢材质；所述的绝缘材料采用MgO ;所述的加热丝采用Ni80Cr20 材料。
[0007]一种采用上述加热式差分热电阻液位传感器测量液位的方法，该方法将作为敏感元件的两支同结构等质量的铠装热电阻的相同部分置于被测液面位置，其中一支敏感元件的加热丝通电加热，用其来作为测量元件，另一支敏感元件的加热丝不通电，用其来作为补偿元件；随着液面的变化，通过阻值测量电路测量两支敏感元件中热电阻丝的电阻差值，根据试验得到的液位高度与电阻差值之间的关系计算得到液位高度。
[0008]进一步，如上所述的加热式差分热电阻液位传感器测量液位的方法，其中，所述的液位高度与电阻差值之间的关系为H = Α+Β Λ R或H = Α+Β Λ R+C Λ R2，
[0009]H为液位高度，AR为电阻差值，A、B、C为试验确定的常数。
[0010]进一步，如上所述的加热式差分热电阻液位传感器测量液位的方法，其中，所述的电阻差值通过将两支敏感元件中热电阻丝进行差分连接后测量得到，或者，独立测量两支敏感元件中热电阻丝阻值后相减得到。
[0011]本发明的有益效果如下:本发明利用气(汽)体与液体(例如水)传热性能方面的明显差异，两支敏感元件中处在液体中的那一段之间的温差很小，即两支敏感元件之间的电阻差值很小，处于气(汽)体之中的这一段的温差大，即电阻差值也大。随着液位增高，两支敏感元件之间的总的电阻差值变小，即液位愈高，两支敏感元件之间总的电阻差值愈小。借助于该规律，导出液位H与热电阻值差值AR之间的关系式，由此便能由AR连续测量液位的高低。本发明结构简单、性能可靠、灵敏度高、抗干扰能力强。
【附图说明】
[0012]图1为加热式差分热电阻液位传感器的结构示意图。
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图和实施例对本发明进行详细的介绍。
[0014]本发明所提供的液位传感器采用两支同结构等质量的铠装热电阻作敏感元件，其中一支敏感元件中的热电阻丝通过加热丝通电加热，用其来感应液位，叫做测量元件。另一支不通电加热，用其来测量环境温度，补偿环境温度的影响，叫做补偿元件。两支敏感元件的热电阻采用差分连接或独立输出后阻值相减形成电阻差值。具体的阻值测量方法为本领域的公知技术，此处不再赘述。该液位传感器利用气(汽)体与液体(例如水)传热性能方面的明显差异，两支敏感元件中处在液体中的那一段之间的温差很小，即两支敏感元件之间的电阻差值很小，处于气(汽)体之中的这一段的温差大，即电阻差值也大。随着液位增高，两支敏感元件之间的总的电阻差值变小，即液位愈高，两支敏感元件之间总的电阻差值愈小。借助于该规律，通过试验导出液位高度H与热电阻值差值ΛR之间的关系式H = A+BAR或H = A+BAR+CAR2，式中常数A、B和C通常由实验确定，采用何种关系式可根据实验得到的液位高度与电阻差值的线性关系确定。由此便能由AR连续测量液位的高低。
[0015]如图1所示，本发明提供的一种加热式差分热电阻液位传感器，由两支同结构等质量的铠装热电阻1、2作为敏感元件构成，所述铠装热电阻的铠装套管6内设有热电阻丝3和加热丝5，在所述热电阻丝3、加热丝5、铠装套管6之间设有绝缘材料4，两支铠装热电阻1、2之间通过绝热支架7相互绝热连接，并相隔一定距离，保证彼此之间不会相互影响，两支热电阻丝与阻值测量电路连接。将作为敏感元件的两支同结构等质量的铠装热电阻的相同部分置于被测液面位置，其中一支敏感元件中的热电阻丝通过加热丝通电加热，使其高于周边气(汽)体介质一定的温度，一般约为30?50°C，用其来感应液位；另一支不通电加热，用其来测量环境温度。两支敏感元件的热电阻差分连接或独立输出后阻值相减得到电阻差值，并通过实验得到液位高度与电阻差值的关系，从而连续测量液位高低。
[0016]本发明的一个具体例子是，铠装套管6的外径为4.5mm，内径为4.0mm,材料为316L不锈钢；热电阻丝3采用纯度为99.2%的镍丝；绝缘材料4采用MgO，纯度99.4%;加热丝5的材料为 Ni80Cr20。传感器总长度为 2000mm。H = Α+Β Δ R 中，A = 2.68Χ103, B = -45.69。另外，热电阻丝3也可以采用铂或铜等原材料替代。
[0017]显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
【主权项】
1.一种加热式差分热电阻液位传感器，其特征在于:包括作为敏感元件的两支同结构等质量的铠装热电阻(1、2)，所述铠装热电阻的铠装套管(6)内设有热电阻丝(3)和加热丝(5)，在所述热电阻丝(3)、加热丝(5)、铠装套管(6)之间设有绝缘材料(4)，两支敏感元件的热电阻丝与阻值测量电路连接；其中一支敏感元件的加热丝通电加热，另一支敏感元件的加热丝不通电。
2.如权利要求1所述的加热式差分热电阻液位传感器，其特征在于:所述的两支铠装热电阻(1、2)之间通过绝热支架(7)绝热连接，并相隔一定距离。
3.如权利要求1或2所述的加热式差分热电阻液位传感器，其特征在于:所述的热电阻丝(3)采用镍丝；所述的铠装套管(6)采用316L不锈钢材质；所述的绝缘材料(4)采用MgO ;所述的加热丝(5)采用Ni80Cr20材料。
4.一种采用上述加热式差分热电阻液位传感器测量液位的方法，其特征在于:该方法将作为敏感元件的两支同结构等质量的铠装热电阻的相同部分置于被测液面位置，其中一支敏感元件的加热丝通电加热，用其来作为测量元件，另一支敏感元件的加热丝不通电，用其来作为补偿元件；随着液面的变化，通过阻值测量电路测量两支敏感元件中热电阻丝的电阻差值，根据试验得到的液位高度与电阻差值之间的关系计算得到液位高度。
5.如权利要求4所述的加热式差分热电阻液位传感器测量液位的方法，其特征在于:所述的液位高度与电阻差值之间的关系为H = Α+Β Δ R 或 H = Α+Β Δ R+C Δ R2， H为液位高度，Δ R为电阻差值，A、B、C为试验确定的常数。
6.如权利要求4或5所述的加热式差分热电阻液位传感器测量液位的方法，其特征在于:所述的电阻差值通过将两支敏感元件中热电阻丝进行差分连接后测量得到，或者，独立测量两支敏感元件中热电阻丝阻值后相减得到。
【专利摘要】本发明属于传感器技术和热工参数测量领域，具体涉及一种加热式差分热电阻液位传感器及其测量液位的方法。该方法将作为敏感元件的两支同结构等质量的铠装热电阻的相同部分置于被测液面位置，其中一支敏感元件的加热丝通电加热，用其来作为测量元件，另一支敏感元件的加热丝不通电，用其来作为补偿元件；随着液面的变化，通过阻值测量电路测量两支敏感元件中热电阻丝的电阻差值，根据试验得到的液位高度与电阻差值之间的关系计算得到液位高度。本发明所提供的液位传感器结构简单、性能可靠、灵敏度高、抗干扰能力强。
【IPC分类】G01F23-24
【公开号】CN104568054
【申请号】CN201410764374
【发明人】张瑞萍, 査美生, 付霄华, 孙炯, 李昌磊, 李艳霞, 李珊珊, 闫桂银
【申请人】中国核电工程有限公司
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年12月11日