[发明专利]一种自校准的外贴超声波液位开关测量系统及其测量方法

说明书

本发明公开了一种自校准的外贴超声波液位开关测量系统，包括外贴超声波液位开关主机、校准探头、高位测量探头和低位测量探头，所述校准探头安装在罐体液位不能到达的空液位置或液位不会放空的有液位置的外部，高位测量探头安装在罐体的外部上部的高位报警点，低位测量探头安装在罐体的外部下部的低位报警点；校准探头、高位测量探头和低位测量探头均与外贴超声波液位开关主机相连接；本发明通过校准探头的信号与高低位测量探头的信号的比值变化来判断是否有液，可以有效的去除材质、厚度、温度、耦合层流失对信号的影响；实现更稳定可靠的测量；不再需要频繁标定设定值，安装调试工作量小，效率高，不需要进行频繁的调试。

技术领域

本发明涉及罐体液位测量、报警领域，具体是一种自校准的外贴超声波液位开关测量系统。

背景技术

目前，在容器外边安装的液位开关，有外贴式液位开关、外测式液位开关等。其工作原理是，在容器侧壁外侧需要检测液位的监测点处安装测量头，测量头向容器壁内发射超声波，超声波进入容器壁内部后会在容器壁的内、外表面之间来回反射多次而形成余振信号。超声波从容器内壁进入液体的声压透射系数：

式中，Z₁为容器壁材料的特性阻抗，Z₁＝ρ₁C₁，其中ρ₁为容器壁材料的密度，C₁为容器壁材料的声速；Z₂为容器内介质的特性阻抗，Z₂＝ρ₂C₂，其中ρ₂为容器内介质的密度，C₂为容器内介质的声速。

以容器壁的常用材料钢板为例，假设温度为20℃，容器内的液体为水，则根据钢的特性阻抗Z＝4.80×10⁷kg/(m²s)，水的特性阻抗Z＝1.48×10⁶kg/(m²s)，空气的特性阻抗Z＝415kg/(m²s)，可以计算得到，当液位低于换能器安装位置(即管壁内的介质为空气)时，D≈0.00％，而当液位超过高于换能器安装位置(即管壁内的介质为水)时，D＝5.98％。有液和无液的声压透射系数相差约为6％，因此，当容器内液面低于监测点时，由于透射系数D＝0，超声波在容器壁的内、外表面之间来回反射的次数会比较多，能量损失会比较慢，余振信号波的个数会比较多。而当容器内液面高于监测点时，由于存在声波在液体介质中的声透射，超声波在容器壁的内、外表面之间来回反射的次数会比较少，能量损失会比较快，余振信号波的个数会比较少。可以通过容器壁中余振信号的强弱来判断液位。

现有技术中，在容器外安装液位开关的测量方法是检测超声波在容器壁内部的余振信号，对发射超声波信号一段时间后余振信号的幅值(简称信号值V信)与设定的幅值(简称设定值V设)进行比较，当信号值V信大于设定值V设时判定为液位低于监测点，而当信号值V信小于设定值V设时判定为液位高于监测点。由于罐体内壁表面变稠的粘附层、液体温度、罐体外环境温度等会发生变化，使得安装后信号值V信变化大，不稳定性，误动率高，工作稳定性和可靠性差。而且，由于信号的幅值与每一个罐体的罐壁材质、壁厚、液体成分和温度等有关，不同罐体上的V信差别很大，需要对每个罐体进行现场标定，人工调整设定值V设，安装调试工作量很大，效率低，使用寿命约为2-6个月，致使实际上不能长期使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通过校准探头信号幅值与高低位测量探头信号幅值的比值变化来判断是否有液的自校准的外贴超声波液位开关测量系统，解决了目前外部安装测量的液位开关误动率高，工作稳定性、可靠性差和在现场使用中需要人工定期标定调校，安装调试工作量很大、效率低的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：