[发明专利]电磁刻度液位计

说明书

技术领域

本发明专利公开了一种交易计量级电测液位测量产品的关键技术。基于本专利技术的产品将广泛用于水文观测中的水位测量，大型原油罐和化学试剂罐的液位测量，由于它具备与刻度尺相当的稳定性和测量精度，是一款可替代刻度尺的交易级液位自动化测量产品。 

背景技术

目前液位测量有两种方式，1)人工刻度尺方式测量；2)电测仪器装置自动测量。但是，交易计量级测量时绝大多数采信人工刻度尺测量值，电测装置自动测量仅仅作为监控辅助测量应用。 

人类对江河湖泊及水库堰塘水位观测和记录已经有上千年的历史，一直都是采用标牌刻度尺的方法观测水位。在大型油罐和化学溶剂罐交易计量液位测量中，也仅认可人工刻度尺测量数据。 

当前电测液位设备和仪器大约分为两类，即测压类和测时差(相位差)类型(测量已知均速信号从参考点至液面往返时间差，或者测量已知周期信号从参考点至液面往返相位差)。它们各自的原理、优点和缺点分别如下： 

1)压力类水位测量仪器 

即以流体压强定律为主导思想研发的测量仪器： 

Y(液体对底部压强)=P(液体密度)*h(容器底部至液面的垂直高度) 

这类仪器的原理是采用测量液体压强计算出液位，理论上讲可以测量压强的仪器都可以用来测量液位，如硅晶体液位计、振弦式渗压／液位计、差动电阻式渗压／液位计等等。 

这类仪器安装在容器或者库区、河床底部，用电缆把电信号引出液面，配置专门的读数仪或者自动化数据采集单元采集数据。这类仪器的主要优点是结构简单，成本低。它的主要缺陷有测量精度低(误差最小为10厘米左右)，一般作为辅助监控使用，不满足计量级精度要求；仪器受温度和沉淀物影响比较大，需要经常性校准；测量的结果为相对高度，需要换算得出海拔高程；安装时间窗口小，只能在枯水季节或者排空库容后才能安装。 

2)测时测相类测量仪器 

顾名思义，测量声波、光波信号从参考点至液面反射回到参考点的往返时间差，通过时差和速度计算距离，从而计算液位；或者测量声波、光波信号从参考点至液面反射回到参考点时的相位差，利用波长(相位)与距离的对应关系计算液位。 

这类仪器安装在液面上方，采用栈桥或者悬杆方式安装，这类仪器有超声波液位计、磁致式液位计、激光液位计等等。这类液位计中，优缺点差异较大，下面分别说明。 

超声波液位计的主要优点是测量量程大，安装简单，安装时间不受季节和当前液位状态的限制。缺点是误差非常大，普遍在25厘米以上，偶尔可能产生1～2米的偶发奇异值。并且易受气温和空气湿度影响，不宜用于计量级测量，只能作为辅助监控使用。 

磁致式液位计主要优点是精度高，安装简单。缺点是量程小，杆式磁致液位计量程一般不超过3米，软管磁致液位计量程一般不超过10米，而且要求被测液面保持相对静止，易受机械振动的干扰，显然不适合在自然环境或有机械振动环境中使用。 

脉冲式激光液位计精度低，误差大，优缺点与超声波液位计相似。相位式激光液位计精度相对高于压力类液位测量仪器，量程大，但是大多数情况下要求在液面设置合作目标反射，以消除液体透射、折射率高和反射率低的影响，测量装置复杂。成本高，易受气候条件影响，需要经常校准。这些缺陷制约了激光液位在自然环境和化学液罐中使用。 

江河湖泊的水文观测看似简单，测量精度(10毫米)要求也并不高，但是直到今天，仍然是一个国家技术难题，工程技术界仍然未能找到一种被普遍接受的替代人工观测的自动化测量方案，本专利技术的发明，可能改变这一局面。 

发明内容

(1)电磁刻度液位计特性概述 

为了解决计量级液位自动观测的难题，发明人经过大量的理论研究和实验论证，创新发明了“电磁刻度液位计”。 

电磁刻度液位计从根本上解决了其他电测液位计的测量精度问题，最大绝对误差为1.25毫米，不论量程多大，不存在累计误差，并且终生不需要校准。电 磁刻度液位计除保持过去人工观测刻度尺的全部技术特性之外，还能直接读出液位高程，无需通过液面之上的刻度尺的数量计算液位高程。 

电磁刻度液位计可以在库区或者河床底部建立基座安装，也可以采用栈桥或者悬杆方式安装，安装时期不受液位影响。电磁刻度液位计每段长度为50厘米，配置专用连接接头，最大量程达到100米，彻底解决了磁致式液位计的量程限制。配置不锈钢密封防水套管，可以像普通搪瓷水尺一样分段阶梯式安装，各段之间采用电缆连接。 

(2)电磁刻度液位计的原理和结构