[其他]一种船用便携式液位测量装置

说明书

本发明属于液位测量技术领域，是一种简便可携的应用电子技术对船舶的水位、油位进行测量、报警和数字显示的装置。

从现有技术中得知，船用便携式液位测量工具习惯上普遍采用钢皮量油卷尺和量水绳尺。由于这两种测量工具在结构原理上的特点，使得测量结果精度低、速度慢、读数不方便易误读，不能对液位进行连续测量，也不能实行预置测量报警。至于采用气压式、压力式、浮筒式等各种原理的液位测量装置由于结构原理和精度上的原因而很难达到可携式精确测量的目的。因船舶液位测量技术问题而引起的搁浅、倾斜、货损货差等已经直接影响了船舶的安全航行、船舶管理和运输质量，特别是给快速装卸、水尺调整、最佳经济航行等带来很大困难。

本发明的目的是提供一种便携可靠的液位测量装置，用以对船舶的油位、水位进行快速便携、准确、连续的测量或报警。

本发明是由极棒、电缆、控制器三部分组成，其基本原理如下所述：

由一根中心安装芯棒的空心铝管和接线盒组成的极棒，当该极棒插入被测容器中，铝管管壁与金属芯棒之间会形成极棒电容C_i，

C_i＝k·ε₀〔ε₁（H₀－H）＋ε₂·H〕…… 式（1）

式（1）中：k——结构系数。

ε₀——真空中的介电常数。

ε₂——被测液体的介电常数。

ε₁——空气中的介电常数。

H₀——极棒总高度。

H——极棒内液体高度。

由式（1）可知，电容量C_i与被测容器中的液位高度H成线性关系。

根据CMOS典型转移特性曲线的两个最显著特点即（1）转移特性曲线在整个温度范围内（－55℃～＋125℃）几乎没有变化。（2）阀值电压约为电源电压的45％，且有跟随特性。在极棒的接线盒内设计了C／T转换电路，将极棒电容C_i及设定的基准电容C₀分别线性转换成时间信号T_i与T_c。

设充电电容C的端电压

V_C＝E（1－e）……式（2）

式（2）中：E——电源电压。

R——充电电阻，

C——充电电容（C_i或C_o）。

T——充电时间（T_i或T_o）。

将式（2）简化后得T≈0.7RC……式（3）

当C＝C_o时，T＝T_o；当C＝C_i时，T＝T_i。

由式（3）可知充电时间T与电容C成线性关系，C／T转换电路的输出端经电缆连接至控制器内T／V转换电路的模拟开关。T／V转换电路包括一组性能优良的线性恒流源电路，其输出电流I对充电电容C₃充电。C₃端的充电幅值可用下式表示：

V＝ (I ·T)/(C₃) …… 式（4）

式（4）中：I——恒流源输出电流。

T——充电时间（T_i或T_o）。

C₃——充电电容。

设I、C₃为常量，则当T＝T_o时，V＝V_o

T＝T_i时，V＝V_i

由式（4）可知：充电时间T与充电幅值V成线性关系。T／V转换电路的输出获得一组V_i、V_o的模拟电压。

本装置采用双端输出，在T／V转换电路的基准输出回路里串联了调零电位器W₁，电位器中心点输出为U_O¹，双端输出电压用下式表示：

U＝U_i－U_O¹…… 式（5）

双端输出U一方面供3 1/2 位数字电压表，另一方面供报警电路作为输入讯号。电压表的读数即为实际测得的液位高度H。