CN203337218U

CN203337218U - 用于全封闭压力环境的液位测量计

Info

Publication number: CN203337218U
Application number: CN2013203489082U
Authority: CN
Inventors: 张祖力; 王�华; 张立新; 鞠华; 罗松; 陈洁; 冯临江
Original assignee: Chongqing Materials Research Institute Co Ltd
Current assignee: Chongqing Materials Research Institute Co Ltd
Priority date: 2013-06-18
Filing date: 2013-06-18
Publication date: 2013-12-11
Anticipated expiration: 2023-06-18

Abstract

本实用新型公开了一种用于全封闭压力环境的液位测量计，包括外套管、加热丝、热电偶，外套管的前端密封，所述加热丝、热电偶设于外套管的管孔内，加热丝位于外套管的轴心线上，加热丝的两接线端焊接引线，引线延伸出外套管，热电偶的数量为多个，多个热电偶均匀排列在加热丝的四周，多个热电偶的前端与外套管前端端面之间的距离呈等差数列，多个热电偶的后端延伸出外套管，多个热电偶后端的偶丝焊接补偿线，热电偶、加热丝与外套管之间填充绝缘材料，所述外套管的后端用绝缘材料密封。该液位测量计能在高温高压等恶劣环境下准确分辨出液面的具体位置，其抗干扰能力强，而且结构简单，生产成本低，是一种适用范围广泛的液位测量计。

Description

用于全封闭压力环境的液位测量计

技术领域

本实用新型涉及液位测量计领域，特别是涉及一种用于全封闭压力环境的液位测量计。

背景技术

目前，全封闭压力环境的水位测量通常采用磁致伸缩液位测量计进行测量，磁致伸缩液位测量计的传感器工作时，传感器的电路部分将在波导丝上激励出脉冲电流，该电流沿波导丝传播时在波导丝的周围产生脉冲电流磁场。在磁致伸缩液位测量计的传感器测杆外配有一浮子，此浮子可以沿测杆随液位的变化而上下移动。在浮子内部有一组永久磁环。当脉冲电流磁场与浮子产生的磁环磁场相遇时，浮子周围的磁场发生改变从而使得由磁致伸缩材料做成的波导丝在浮子所在的位置产生一个扭转波脉冲，通过测量脉冲电流与扭转波的时间差可以确定浮子所在的位置，即液面的位置。然而，磁致伸缩液位测量计产生的磁场易受其它磁场的干扰，当附近有电厂等强电磁辐射的场所时，磁致伸缩液位测量计的精度大大降低，而且，磁致伸缩液位测量计主要是针对大型石油、化工原料的储存罐设计的液位测量计，其尺寸较大，通常达十数米，甚至数十米，不能在容积较小的容器上使用，此外，磁致伸缩液位测量计的结构复杂，价格昂贵，维修困难，限制了它的使用范围。

发明内容

本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供一种用于全封闭压力环境的液位测量计，该液位测量计能在高温高压等恶劣环境下准确分辨出液面的具体位置，其抗干扰能力强，而且结构简单，生产成本低，是一种适用范围广泛的液位测量计。

本实用新型的目的是这样实现的：

一种用于全封闭压力环境的液位测量计，包括外套管、加热丝、热电偶，所述外套管的前端密封，所述加热丝、热电偶设于外套管的管孔内，加热丝位于外套管的轴心线上，加热丝的两接线端焊接引线，引线延伸出外套管，所述热电偶的数量为多个，多个热电偶均匀排列在加热丝的四周，多个热电偶的前端与外套管前端端面之间的距离呈等差数列，多个热电偶的后端延伸出外套管，多个热电偶后端的偶丝焊接补偿线，所述热电偶、加热丝与外套管之间填充绝缘材料，所述外套管的后端用绝缘材料密封。

所述加热丝呈U形，加热丝的后端为接线端，加热丝的直径为1.1～1.2mm。

所述热电偶均为铠装热电偶，热电偶的直径为0.6～1.0mm。

所述多个热电偶前端与外套管前端端面之间的距离在顺时针方向或逆时针方向呈相差4～5mm的升序排列。

所述多个热电偶后端套有一密封管，热电偶后端4～5mm处及偶丝、补偿线的焊接处都处于密封管内，热电偶后端、偶丝、补偿线的焊接处与密封管之间灌胶密封。

所述多个热电偶的补偿线采用反向串接法。

所述外套管后端的圆周面上配有一连接件，同时还配有一用于与被测容器连接的卡套。

所述连接件上螺纹配合一接线盒，所述多个热电偶的补偿线以及加热丝的引线均与接线盒的接线端子连接。

所述外套管的前端焊接堵头密封。

所述外套管的后端灌胶密封。

由于采用了上述方案，本液位测量计包括外套管、加热丝、热电偶，外套管的前端密封，外套管的该端插入被测容器内，外套管的该端的端面浸没在被测容器内的液体中，加热丝、热电偶设于外套管的管孔内，加热丝位于外套管的轴心线上，向周围均匀发热，加热丝的两接线端焊接引线，引线延伸出外套管，与供电装置连接，热电偶的数量为多个，多个热电偶均匀排列在加热丝的四周，多点测量温度，多个热电偶的前端与外套管前端端面之间的距离呈等差数列，使不同热电偶距离液面的位置不同，热电偶的热接点位于液面下方时，由于散热速度较快，温度较低，热电偶的热接点位于液面上方时，由于散热速度较慢，温度较高，热电偶的热接点产生阶跃变化的感应电动势，判断液面位于哪两个热电偶的热接点之间，进而判断液面的具体位置。多个热电偶的后端延伸出外套管，多个热电偶后端的偶丝焊接补偿线，使热电偶的精度更高，误差更小。所述热电偶、加热丝与外套管之间填充绝缘材料，绝缘材料一方面隔断加热丝和热电偶与外套管，防止发生漏电，保证热电偶热电动势信号的接收，另一方面起导热的作用。所述外套管的后端用绝缘材料密封，防止漏电，以及外套管内的物质泄漏，还可以固定延伸出外套管的热电偶以及加热丝的引线，防止移动、断裂等情况的发生。

加热丝呈U形，加热丝的后端为接线端，U形的加热丝占用的空间最小，缩小本液位测量计的最小允许直径，适应更小的密闭容器。

热电偶均为铠装热电偶，铠装热电偶能弯曲、耐高压、热响应时间快和坚固耐用。热电偶的直径为0.6～1.0mm，缩小本液位测量计的最小允许直径，适应更小的密闭容器。

多个热电偶前端与外套管前端端面之间的距离在顺时针方向或逆时针方向呈相差4～5mm的升序排列，这种排列方式便于安装和测量，相邻热电偶的热接点之间相差4～5mm时，温度差更明显，分辨率更高。

多个热电偶后端套有一密封管，热电偶后端4～5mm处及偶丝、补偿线的焊接处都处于密封管内，并且热电偶后端、偶丝、补偿线的焊接处与密封管之间灌胶密封，防止漏电。

多个热电偶的补偿线采用反向串接法。即将热电偶的同名极相连，组成微差热电偶，通过△E=E(t1，t0)－E(t2,t0)=E(t1，t2)，来反应两个测温点(t2，t1)的温度差，以此来确定液面的具体位置，测量更为快捷。

外套管后端的圆周面上配有一连接件，连接件上螺纹配合一接线盒，同时还配有一用于与被测容器连接的卡套。卡套体上设有用于与被测容器螺纹配合的外螺纹，使本液位测量计与被测容器密封固定，便于安装。

所述多个热电偶的补偿线以及加热丝的引线均与接线盒的接线端子连接。接线盒与电源及测量仪器等连接，连接方便，且更加安全。

外套管的前端焊接堵头密封，与被测液体隔绝，防止被测液体和本液位测量计产生污染。

所述液位测量计由一根加热丝和多个铠装热电偶组成。由于加热丝作为加热元件维持恒定功率，具有良好的稳定性，铠装热电偶具有良好的准确性和可靠性，因此，该液位测量计能够用于全封闭环境进行测温。本发明所述的液位测量计，能够在高温高压下准确判断液面的位置，本液位测量计复现性很好，分辨率高，统一性好，能够满足超负荷试验等要求，干扰能力强，并通过实验证明。并且本液位测量计工艺简单，生产成本低，是一种可以推广的液位测量计。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明。

附图说明

图1为用于全封闭压力环境液位测量计的结构示意图；

图2为图1中P处的局部放大图；

图3为用于全封闭压力环境液位测量计的横截面示意图。

附图中，1为外套管，2为加热丝，3为热电偶，4为引线，5为补偿线，6为密封管，7为连接件，8为接线盒，81为接线端子。

具体实施方式

参见图1～图3，为用于全封闭压力环境的液位测量计的一种实施例，本液位测量计包括外套管1、加热丝2、热电偶3，所述外套管的材料采用316L不锈钢，所述外套管1的前端密封，进一步地，所述外套管的前端焊接316L不锈钢材料的堵头密封。除了有效地适应了全密封环境耐高温性能和耐腐蚀性能，还为该液位测量计的制作提供了极大的方便，最重要的是保证了液位测量的准确性和可靠性。所述加热丝2、热电偶3设于外套管1的管孔内，加热丝2位于外套管1的轴心线上，所述的加热丝采用熔点为1400℃，密度为8.4克/立方毫米，延伸率≥20，电阻率1.09±0.05μΩ.m，导热系数为60.3kj/m.h℃，线胀系数为18的金属材料，为了电阻可靠、稳定，本实施例中，选用Ni20Cr80作为加热丝。加热丝2的直径为1.1～1.2mm。所述加热丝2呈U形，加热丝的前端为折转处，折转处到外套管前端的堵头之间填充有电熔级氧化镁，其纯度≥99.5%，折转处到外套管前端的堵头之间填充的电熔级氧化镁通过弧焊氩焊接的堵头密封，本实施例中，折转处到外套管前端的堵头内端面之间的距离为5mm。加热丝2的后端为接线端，加热丝2的两接线端焊接引线4，引线4延伸出外套管1，本实施例中，所述加热丝在距离外套管后端50mm处与引线焊接在一起，引线的材料采用熔点为1435～1446℃，比重为8.80～8.95，导热系数为0.56～0.65（100℃）卡/厘米.秒.℃,电阻系数为9.2μΩ.cm～9.7μΩ.cm(20℃)的金属材料，本实施例中，选择电阻率低的镍引线作为加热元件的引出线。

所述热电偶3均为铠装热电偶3，热电偶3的直径为0.6～1.0mm。所述热电偶3的数量为多个，多个热电偶3均匀排列在加热丝2的四周，本实施例中，选用10支热电偶进行测温,以便准确的判断液面位置。多个热电偶3的前端与外套管1前端端面之间的距离呈等差数列，进一步地，所述多个热电偶3前端与外套管1前端端面之间的距离在顺时针方向或逆时针方向呈相差4～5mm的升序排列，即在升序方向，相邻热电偶之间相差4～5mm，本实施例中，相邻热电偶之间相差5mm。多个热电偶距离外套管前端端面之间的距离大于或等于加热丝距离外套管前端端面之间的距离，以使各热电偶前端的热接点与加热丝之间的间距相等。本实施例中，距离外套管前端端面最近的热电偶的热接点与加热丝前端的折转处齐平。所述铠装热电偶的负极热电偶丝采用电阻温度系数为0.8×10^-3/℃～1.25×10^-3/℃，电阻率为0.21μΩ.m～0.33μΩ.m的NiSi3、Alumel或Nisil偶丝；正极热电偶丝采用电阻温度系数为0.9×10^-3/℃～1.16×10^-3/℃，电阻率为0.63μΩ.m～0.82μΩ.m的NiCr10、Chromel或Nicrosil偶丝。多个热电偶3的后端延伸出外套管1，热电偶该端剥出偶丝，多个热电偶3后端的偶丝焊接补偿线5，进一步地，所述多个热电偶3后端套有一密封管6，热电偶后端4～5mm处及偶丝、补偿线5的焊接处都处于密封管内，热电偶后端、偶丝、补偿线的焊接处与密封管之间灌胶密封。所述多个热电偶3的补偿线5采用反向串接法，即将热电偶的同名极相连，组成微差热电偶，通过△E=E(t1，t0)－E(t2,t0)=E(t1，t2)，来反应两个测温点(t2，t1)的温度差，以此来确定液面的具体位置。

所述热电偶3、加热丝2与外套管1之间填充绝缘材料，本实施例中，所述绝缘材料为电熔级氧化镁，其纯度≥99.5%，杂质Fe，Ca和Mn的含量分别为：Fe≤0.007%，Ca≤0.12%,Mn≤0.003%。绝缘材料使各热电偶与外套管之间有效绝缘隔开，保证热电偶热电动势信号的接收。所述外套管1的后端用绝缘材料密封，进一步地，所述外套管1的后端灌胶密封，本实施例中，灌胶密封采用E-7胶。所述外套管1后端的圆周面上固定有一用于与被测容器连接的连接件7，本实施例中，所述连接件呈环状，连接件的中心孔为阶梯孔，连接件套接在外套管上，连接件中心孔小径端的端面与外套管后端的端面接触，外套管连接件通过灌胶密封固定。所述外套管后端的圆周面上配有一连接件，同时还配有一用于与被测容器连接的卡套。卡套体上设有用于与被测容器螺纹配合的外螺纹，使本液位测量计与被测容器固定连接。具体测试时，首先确定测试位置，再旋紧卡套，让液位测量计通过卡套与被测容器固定密封连接。所述连接件7上螺纹配合一接线盒8，所述接线盒上设有内螺纹，连接件上设有用于与接线盒配合的外螺纹。所述多个热电偶3的补偿线5以及加热丝2的引线4均与接线盒8的接线端子81连接。所述10支铠装热电偶引线端在密封管处按顺时针依次错位排列，以利于接线。所述液位测量计接线端被置于接线盒内，而且接线盒内分布有11对端子，其中10对端子用于接入铠装热电偶的补偿线，1对端子用于接加热丝的引线。

将用于全封闭压力环境的液位测量计通过卡套固定在被测容器的正上，外套管的前端插入被测容器内的液体中，工作时，加热丝被供给一个直流恒流或恒压电源，本实施例中，用YJ26M三路直流稳压器给液位测量计内的加热元件供以5.62V的电压。待其工作电压或电流稳定后，记录下铠装热电偶的电势值。10支铠装热电偶从接线端引出，接入转换开关，然后用HP34401A数字电压表测出其电势值。观察10支铠装热电偶电势的变化情况，液面位于电势值产生阶跃变化的两个热电偶的热接点之间，进而判断出被测容器内液面的具体位置。

重复性试验：

当工作电压稳定后，以10#铠装热点偶为参考点，在第1支铠装热电偶位置确定后,每隔3分钟把液位测量计缓慢向沸水中插入5mm，观察10支铠装热电偶电势值的变化情况。#表示沸水中，其结果见表1。

表1

从表1中可以看出该液位测量计响应时间快（3min.），热电偶的热接点从气相插入液体中或从液体中拔到气相中时电势值变化大，分辨率高，复现性好，而且10支铠装热电偶都能准确的分辨出空气界面和液体界面。

性能实验：

为了进一步测试液位测量计的性能，用YJ26M三路直流稳压器电源给一支电阻为12.7Ω的液位测量计通以直流恒压电源，待电势稳定后，测出10支铠装热电偶的电势值，接着以10#铠装热电偶为参考点，把该液位测量计缓慢放在沸水中，让沸水慢慢浸没热电偶热接点，用HP34401A数字电压表测出液位测量计内铠装热电偶电势值的变化。改变电压大小，重复上面试验过程，其试验结果见表2。

表2

从表2中可以看出：随着电压的增加，该液位测量计的功率不断增加，其加热元件加热的温度越高，并且随着温度的升高，其在沸水中温差也越来越大，我们就更容易分辨气液界面。试验结果表明本液位测量计液面分辨率较高，而且可靠性也很高。

统一性测试：

取2支液位测量计进行检测，2支液位测量计的编号为J-1#和J-2#，具体检测结果见表3，从加热元件测试结果看，其电阻偏差为0.02，液位测量计一致性很好。把铠装热电偶从端子上去下来，考察不通过反向串接法，液位测量计的一致性及液气界面的分辨率。

表3

从表3的数据表明，液位测量计的一致性及液气界面分辨率都很高，能够复现并能够用于气液界面分辨液面的位置。

用YJ26M三路直流稳压器给2支液位测量计供以5.62V的电压，当工作电压稳定后，先后三次把液位测量计放在沸水及室温下反复试验，每支铠装热电偶单独测试，其电势值在一个瞬间阶跃下降后，紧接着呈连续下降趋势，直至达到稳定状态。用HP34401A数字电压表测出其电势值，其试验结果见表4。

表4

从表4中可以看出实施例2所得2支液位测量计一致性好，而且响应时间快，电势值的阶跃变化大，能很好的分辨出液气界面。

为了进一步测试液位测量计的性能，用YJ26M三路直流稳压器电源给2支液位测量计通以直流恒压电源，待电势稳定后，测出其电势值，接着把该液位测量计放在沸水中，用HP34401A数字电压表测出其电势值的变化。改变电压的大小，重复上面试验过程，其试验结果见表5。

表5

从表5中可以看出：随着电压的增加，液位测量计的功率也不断增加，其加热的温度也越高。并且随温度的升高，其在沸水中温差也越来越大。从试验结果还可以看出2支液位测量计一致性很好，而且都能够很明显的分辨出液面。

当液位测量计的负载电压大于12V时，给上述的2支液位测量计加热2小时，然后用DT9505多功能万用表每隔1分钟测试一组铠装热电偶的电势值，在测试完成后，断电用万用表测试加热丝的通断情况，看加热元件及铠装热电偶是否因为超负荷而断路。其试验结果见表6。

表6

从表6中可以看到出：该液位测量计在730℃左右工作2小时仍然完好无损，所以该液位测量计包括10支铠装热电偶完全可以满足0℃～350℃的测温要求。

本实用新型不仅仅局限于上述实施例，在不背离本实用新型技术方案原则精神的情况下进行些许改动的技术方案，应落入本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种用于全封闭压力环境的液位测量计，其特征在于：包括外套管、加热丝、热电偶，所述外套管的前端密封，所述加热丝、热电偶设于外套管的管孔内，加热丝位于外套管的轴心线上，加热丝的两接线端焊接引线，引线延伸出外套管，所述热电偶的数量为多个，多个热电偶均匀排列在加热丝的四周，多个热电偶的前端与外套管前端端面之间的距离呈等差数列，多个热电偶的后端延伸出外套管，多个热电偶后端的偶丝焊接补偿线，所述热电偶、加热丝与外套管之间填充绝缘材料，所述外套管的后端用绝缘材料密封。

2.根据权利要求1所述的用于全封闭压力环境的液位测量计，其特征在于：所述加热丝呈U形，加热丝的后端为接线端，加热丝的直径为1.1～1.2mm。

3.根据权利要求1所述的用于全封闭压力环境的液位测量计，其特征在于：所述热电偶均为铠装热电偶，热电偶的直径为0.6～1.0mm。

4.根据权利要求1或3所述的用于全封闭压力环境的液位测量计，其特征在于：所述多个热电偶前端与外套管前端端面之间的距离在顺时针方向或逆时针方向呈相差4～5mm的升序排列。

5.根据权利要求1或3所述的用于全封闭压力环境的液位测量计，其特征在于：所述多个热电偶后端套有一密封管，热电偶后端4～5mm处及偶丝、补偿线的焊接处都处于密封管内，热电偶后端、偶丝、补偿线的焊接处与密封管之间灌胶密封。

6.根据权利要求1或3所述的用于全封闭压力环境的液位测量计，其特征在于：所述多个热电偶的补偿线采用反向串接法。

7.根据权利要求1所述的用于全封闭压力环境的液位测量计，其特征在于：所述外套管后端的圆周面上配有一连接件，同时还配有一用于与被测容器连接的卡套。

8.根据权利要求7所述的用于全封闭压力环境的液位测量计，其特征在于：所述连接件上螺纹配合一接线盒，所述多个热电偶的补偿线以及加热丝的引线均与接线盒的接线端子连接。

9.根据权利要求1所述的用于全封闭压力环境的液位测量计，其特征在于：所述外套管的前端焊接堵头密封。

10.根据权利要求1所述的用于全封闭压力环境的液位测量计，其特征在于：所述外套管的后端灌胶密封。