一种内置式液位测量装置及其工作方法

1.一种内置式液位测量装置，包括：待测量的储液罐（1）、差压传感装置（4）、通气平衡管（5）、进液口（9），通气平衡管（5）和进液口（9）分别与差压传感装置（4）的低压输入端（41）和高压输入端（42）相连，其特征在于，所述差压传感装置（4）设置在储液罐（1）内的液体（2）的底部，通气平衡管（5）的进气口高于储液罐（1）内的液体（2）的顶面；所述进液口（9）设置在储液罐（1）的底壁，以使待测液体进入差压传感装置（4）的高压输入端（42）；所述差压传感装置（4）通过导线（6）与外接的电源、控制器相连；
所述差压传感装置（4）包括筒状壳体（44）、安装在筒状壳体（44）中部的电路板（46），该电路板（46）的中心设有通孔，该电路板（46）通过导线（6）与外接的电源、控制器相连，该电路板（46）的下方固定设置差压传感器芯片（47），该差压传感器芯片（47）具有相对应的上侧和下侧，其上侧为差压传感装置（4）的低压输入端（41），所述通气平衡管（5）穿过所述电路板（46）的通孔与该低压输入端（41）相连，该电路板（46）与导线（6）、通气平衡管（5）之间采用密封胶（45）进行密封；所述差压传感器芯片（47）的下方设有波纹膜片（49），该波纹膜片（49）焊接在壳体（44）上；所述电路板（46）与波纹膜片（49）之间形成密封腔体，该密封腔体内充满可传导压力的硅油（48），该差压传感器芯片（47）的下侧与硅油（48）相接触；所述波纹膜片（49）的下侧作为该差压传感装置（4）的高压输入端（42），与进液口（9）相连，液体（2）通过波纹膜片（49）、硅油（48）传导到该差压传感器芯片（47）的下侧；
所述通气平衡管、进液口直接处于待测介质内；
所述储液罐（1）内设有用于固定所述差压传感装置（4）的安装座（7），所述安装座（7）通过安装支架（8）设置在储液罐（1）的底壁上方；
所述安装支架（8）与所述液体（2）顶面垂直设置，所述导线（6）、通气平衡管（5）固定在安装支架（8）上；
所述通气平衡管（5）的进气口设有只能通过气体分子而阻止液体分子进入的过滤膜装置；
所述进液管（9）的进气口设有滤网（43）。
2.根据权利要求1所述的内置式液位测量装置，其特征在于，所述差压传感器芯片为机械式压力传感器芯片、弹性膜片式压力传感器芯片、半导体硅压力式传感器芯片、陶瓷电容式压力传感器芯片、膜片电容式压力传感器芯片、陶瓷压电式压力传感器芯片中的至少一种。
3.一种如上述权利要求2所述的内置式液位测量装置的工作方法，其特征在于，包括如下步骤：
A、将导线（6）、通气平衡管（5）的一端采用密封胶（45）与差压传感装置（4）的电路板（46）、低压输入端（41）分别密封相连，导线（6）的另一端与外接的电源、控制器相连；将进液口（9）与差压传感装置（4）的高压输入端（42）相连；
B、将差压传感装置（4）固定在安装座（7）内，并将安装座（7）与安装支架（8）固定相连，所述导线（6）、通气平衡管（5）同样固定在安装支架（8）上；
C、将固定后的安装座（7）置入盛有待检测液体（2）的储液罐（1）内，通气平衡管（5）的另一端作为进气口高于储液罐（1）内的液体（2）的顶面设置；通气平衡管（5）通过进气口将液面上方的气体压力导入该差压传感装置（4）上侧的低压输入端（41），通过进液口（9）将储液罐（1）底部的液体深度压力导入该差压传感装置（4）下侧的高压输入端（42），该差压传感装置（4）的差压传感器芯片（47）感受到高压输入端（42）和低压输入端（41）的压力差后发生形变，其电学特性发生变化，通过电路板（46）对微弱电信号进行放大、温度补偿后转化为可采集应用的电压或电流信号，经导线（6）传输至外接的控制器进行计算，完成液位测量。

一种内置式液位测量装置及其工作方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及液位测量技术领域，具体是一种内置式液位测量装置及其工作方法。\n背景技术\n[0002] 在液位检测方面都采用的是接触式浮子测试和绝对式电子压力传感器测试。接触式浮子测试精度和可靠性均不高，在精密测试中无法满足需要。\n[0003] 绝对式电子压力传感器测试，如在车辆运输过程中移动到不同的海拔下或是密闭的条件下，无法精确测试液位的高度，大气或气体的压力变化造成液位高度测试的不准确。\n虽然有采用两个绝对压力传感器的使用案例，即使用一个气体压力传感器和一个液位绝对式电子压力传感器测试到的压力进行差值计算的到相对比较准确的液位高度，但还是会因为系统内精度、故障原因造成不准确或是不可靠，系统比较复杂，成本较高，使用寿命低等缺点。根据液体内压力公式：Ph=ρg h+P0，ρ为液体的密度，g为重力加速度，h为液体内到液面测量点的高度， P0为液面的气体压力，Ph为液体内部的压力；一般条件下液体密度和重力加速度为常数，则液体内高度和压力差（Ph- P0）成正比。\n[0004] 一般液面上有一个大气压的压力约为100kPa，而水基或有机液体的密度和重力加速度一定的情况下液体的深度在1米时也就10kPa左右，当精密测量液体深度相对应的压力时必然要除去液面的压力才能和液位高度成正比。\n[0005] 中国专利CN200710199215.0、差压液位计内置式取压方法公布了一种可以克服容器内有蒸汽或介质温度变化对测量产生影响的液位检测方法，它至少包括储液罐、差压式液位计、正相引压管、负相引压管，正相引压管和负相引压管分别与差压式液位计的正相端（高压输入端）和负相端（低压输入端）连接，它的负相引压管垂直段设在容器内，负相引压管内预先注入容器内所装液体。在实际应用中，介质温度是经常会发生很大变化的，影响测量精度；该装置在使用时容器外的一小段水平引压管需要伴热，使用时较为麻烦。\n发明内容\n[0006] 本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单、易于维护、测量精度高的内置式液位测量装置及其工作方法。\n[0007] 为了解决上述问题，本发明提供了一种内置式液位测量装置，所述内置式液位测量装置包括差压传感装置、通气平衡管、进液口，通气平衡管和进液口分别与差压传感装置的低压输入端和高压输入端连接，所述差压传感装置设置在待测量的储液罐内的液体的底部，通气平衡管的进气口高于储液罐内的液体的顶面，用于将待测液体表面的空气传送到差压传感装置的低压输入端；所述进液口设置在储液罐的底壁，以使待测液体进入差压传感装置的高压输入端；所述差压传感装置通过导线与外接的电源、控制器相连，用于对差压传感装置提供电源并完成数据计算；该差压传感装置的高压输入端和低压输入端感受到液体深度压力和液面上导入的气体压力的压力差变形后电学特性发生变化，通过对微弱电信号的放大、温度补偿相关电路转化为可采集应用的电压或电流信号，经导线传输至外接的控制器进行计算，完成液位测量。\n[0008] 所述差压传感装置包括电路板和差压传感器芯片，该电路板的中心设有通孔，该电路板通过导线与外接的电源、控制器相连，该电路板的下方固定设置差压传感器芯片，该差压传感器芯片具有相对应的上侧和下侧，其上侧为差压传感装置的低压输入端，所述通气平衡管穿过所述电路板的通孔与该低压输入端相连，该差压传感器芯片的下侧为高压输入端与进液口相连，以使过滤后的待测液体直接进入差压传感装置的高压输入端。\n[0009] 进一步，所述差压传感器芯片的下方设有波纹膜片，该波纹膜片焊接在壳体上；所述电路板与波纹膜片之间形成密封腔体，该密封腔体内充满可传导压力的硅油，该差压传感器芯片的下侧与硅油相接触；所述波纹膜片的下侧作为该差压传感装置的高压输入端，与进液口相连，液体通过波纹膜片、硅油传导到该差压传感器芯片的下侧。\n[0010] 进一步，所述差压传感器芯片为机械式压力传感器芯片、弹性膜片式压力传感器芯片、半导体硅压力式传感器芯片、陶瓷电容式压力传感器芯片、膜片电容式压力传感器芯片、陶瓷压电式压力传感器芯片中的至少一种。\n[0011] 进一步，所述储液罐内设有安装座，用于固定所述差压传感装置。\n[0012] 进一步，所述安装座通过安装支架设置在储液罐的底壁上方，所述安装支架与所述液体顶面垂直设置，所述导线、通气平衡管固定在安装支架上，便于安装。\n[0013] 进一步，所述进液口设有滤网，防止异物堵塞进液口，影响测量结果。\n[0014] 进一步，所述通气平衡管的进气口设有只能通过气体分子而阻止液体分子进入的过滤膜装置，防止通气平衡管内进入液体，影响测量结果。\n[0015] 上述内置式液位测量装置的工作方法，包括如下步骤：\n[0016] A、将导线、通气平衡管的一端采用密封胶与差压传感装置的电路板、低压输入端分别密封相连，导线的另一端与外接的电源、控制器相连；将进液口与差压传感装置的高压输入端相连。\n[0017] B、将差压传感装置固定在安装座内，并将安装座与安装支架固定相连，所述导线、通气平衡管同样固定在安装支架上。\n[0018] C、将固定后的安装座置入盛有待检测液体的储液罐内，通气平衡管的另一端作为进气口高于储液罐内的液体的顶面设置；通气平衡管通过进气口将液面上方的气体压力导入该差压传感装置上侧的低压输入端，通过进液口将储液罐底部的液体深度压力导入该差压传感装置下侧的高压输入端，该差压传感装置的差压传感器芯片感受到高压输入端和低压输入端的压力差后发生形变，其电学特性发生变化，通过电路板对微弱电信号进行放大、温度补偿后转化为可采集应用的电压或电流信号，经导线传输至外接的控制器进行计算，完成液位测量。\n[0019] 发明的技术效果：（1）本发明的内置式液位测量装置，相对于现有技术，差压传感装置设置在储液罐内的液体内部，使差压传感装置处在被测液体内，避免了因温度不同产生误差的缺陷，测量精度大幅提高；（2）通气平衡管的进气口设有只能通过气体分子而阻止液体分子进入的过滤膜装置，更好的保护了通气平衡管内不直接进入液体，或是因为液体蒸发冷却导致通气平衡管内聚集液体，使通气平衡管不会进入液体保障测量精度；（3）通过安装座和安装支架将差压传感装置设置在储液罐内，安装方便，适用范围广。\n附图说明\n[0020] 下面结合说明书附图对本发明作进一步详细说明：\n[0021] 图1是本发明实施例1的内置式液位测量装置的结构示意图；\n[0022] 图2是图1中A区域的局部放大图；\n[0023] 图3是本发明实施例2的差压传感装置的结构示意图。\n[0024] 图中：储液罐1，液体2，液体膨胀空间3，差压传感装置4，低压输入端41，高压输入端42，滤网43，壳体44，密封胶45，电路板46，差压传感器芯片47，硅油48，波纹膜片49，通气平衡管5，导线6，安装座7，安装支架8，进液口9。\n具体实施方式\n[0025] 实施例1\n[0026] 如图1至图2所示，本实施例的内置式液位测量装置，包括储液罐1和差压传感装置\n4，储液罐1内装有一定量已知密度的待监测液体2（可以是汽油、柴油、水、酒精等），且储液罐1内预留有一定的液体膨胀空间3，差压传感装置4包括电路板46，该电路板46的中心设有通孔，该电路板46通过导线6与外接的电源、控制器相连，该电路板46的下方固定设置差压传感器芯片47（可选用机械式压力传感器芯片、弹性膜片式压力传感器芯片、半导体硅压力式传感器芯片、陶瓷电容式压力传感器芯片、膜片电容式压力传感器芯片、陶瓷压电式压力传感器芯片等作为差压传感器芯片），该差压传感器芯片47具有相对应的上侧和下侧，其上侧作为差压传感装置的低压输入端41，通气平衡管5穿过电路板46的通孔与该低压输入端\n41相连，该差压传感器芯片47的下侧为高压输入端42与进液管相连，作为该差压传感装置4的进液口9。\n[0027] 差压传感装置4通过安装座7固定设置在储液罐1内的液体2的底部，差压传感装置\n4的低压输入端41与通气平衡管5相连，该通气平衡管5的进气口高于储液罐1内的液体2的顶面，用于传递待测液体表面的空气压力；该进气口设有过滤膜装置，该过滤膜装置只能通过气体分子而阻止液体分子进入，防止通气平衡管内进入液体。\n[0028] 进液口9设有滤网43，防止异物堵塞进液口9；导线6由电源线、地线和信号线组成，差压传感装置4通过导线6与外接的电源、控制器相连；安装座7通过竖直设置的安装支架8进行固定，导线6、通气平衡管5固定在安装支架8上。\n[0029] 实施例2\n[0030] 在上述实施例的基础上，本实施例与实施例1的区别在于，差压传感装置4包括还包括筒状壳体44，电路板46焊接安装在筒状壳体44的中部，该电路板46与导线6、通气平衡管5之间采用密封胶45进行密封；差压传感器芯片47的下方设有波纹膜片49，该波纹膜片49焊接在壳体44上；电路板46与波纹膜片49之间形成密封腔体，该密封腔体内充满可传导压力的硅油48；该差压传感器芯片47的下侧与硅油48相接触；波纹膜片49的下侧作为该差压传感装置的高压输入端，与进液口9相连；液体通过进液口9传输至波纹膜片49下侧的高压输入端42，通过波纹膜片49、硅油48传导到该差压传感器芯片47的下侧。\n[0031] 上述内置式液位测量装置的工作方法，包括如下步骤：\n[0032] A、将导线6、通气平衡管5的一端采用密封胶45与差压传感装置4的电路板46、低压输入端41分别密封相连，导线6的另一端与外接的电源、控制器相连；使进液口9与差压传感装置4的高压输入端42相连。\n[0033] B、将差压传感装置4固定在安装座7内，并将安装座7与安装支架8固定相连，导线\n6、通气平衡管5同样固定在安装支架8上。\n[0034] C、将固定后的安装座7置入盛有待检测液体的储液罐1内，通气平衡管5的另一端作为进气口高于储液罐1内的液体2的顶面设置；通气平衡管5通过进气口将液面上方的气体压力导入该差压传感装置4上侧的低压输入端41，通过进液口9将储液罐1底部的液体深度压力导入该差压传感装置4下侧的高压输入端42，该差压传感装置4的差压传感器芯片47感受到高压输入端42和低压输入端41的压力差后发生形变，其电学特性发生变化，通过电路板46对微弱电信号进行放大、温度补偿后转化为可采集应用的电压或电流信号，经导线6传输至外接的控制器进行计算，完成液位测量。\n[0035] 本发明的内置式液位测量装置，差压传感装置设置在储液罐内的液体内部，是差压传感装置处在被测液体内，避免了因温度不同产生误差的缺陷，测量精度大幅提高；可以广泛的应用在车辆的油箱、发动机水箱液位、运油车等液位测量中，或是加热、非加热的开放或密闭罐体中，可以实现对液位高度的实时监控。\n[0036] 显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。