一种倾斜式浮子液位计

技术领域

本发明属于测量技术领域，主要用于液位测量，尤其适用于水位的跟踪测量，例如水库、河道、输水渠、湖泊等大型水体的水位测量，可以准确、快速地进行水位测量。安装方便，适应性好，价格便宜。也可以应用于有类似液位测量要求的场合，例如反应罐、油罐、水箱等。

背景技术

在人们的生产活动及日常生活中，尤其是在工程技术领域，需要测知液位，以确定使用的边界条件，进行下一步的设计和施工，尤其是水位。液位测量方法和设备很多，液位测量是一个看似简单、但实际非常复杂的问题。常用的方法包括人工标尺法、超声波法、气泡法、雷达法、电子水尺法、压力法、浮子法、光学法、磁致伸缩法等诸多方法。以适用于不同的使用工况，但大部分都存在着安装困难、准确性差、可靠性差、容易发生故障等不同的问题。在水库、湖泊等大型水体的水位测量中，目前常用的方法是人工标尺法、超声波法、压力法及浮子法等几种方法。其中，超声波法（雷达法）常用于测量水库水位，投入式压力计法常用于坝体渗压井水位。

近年来有些测量方法如激光法、浮子法、气泡法得到了较广泛的应用，但是这些方法也存在着一些问题。以浮子式水位计为例，近年来得到了较广泛的应用，一般现存的浮子式水位计需要垂直安装，存在着安装困难、后期维护维修困难、在波浪作用下机械结构及电子元器件不间断持续工作造成故障率过高，电池充放电次数过多导致供电不足等问题。为了解决这些问题，需要发明一种安装简单、工程量小、维护方便、用电量小的浮子式水位计，该水位计可以倾斜安装，例如沿着大坝坝坡或水体的岸坡进行安装，并使用弹簧机械作为动力，以减少用电量，可长期、稳定、可靠地工作。

发明内容

本发明之目的是提供一种倾斜式浮子液位计，实现该发明的技术方案如下: 一种倾斜式浮子液位计，包括仪器支撑墩、可逆编码器、保护管道、浮子及倾角传感器，其特征在于：在坝坡或岸坡上设置仪器支撑墩及多个管道支撑墩，支撑墩的顶面连线与水平面所形成的夹角和坝坡或岸坡的倾角相一致，每个支撑墩上预埋固定托架，保护管道固定在固定托架上，保护管道是多根管道通过连接法兰连接在一起的，仪器支撑墩上固定有仪器箱，可逆编码器安装在仪器箱的箱体上，仪器箱内安装有线缆辊中心轴，线缆辊中心轴上安装有蜗卷弹簧和线缆辊，缆绳缠绕在线缆辊上，绕过可逆编码器上的走线轮穿装在保护管道内，缆绳的末端连接浮子，保护管道用来保护线缆和浮子，在保护管道上安装有倾角传感器，保护管道末端口封堵，保护管道的末端管壁上设有透水孔连通水体，使保护管道内的水位随着库水位的升降而同步变化，保护管道末端透水孔部分处缠有过滤网。

在管道上安装有倾角传感器，测得管道中心线和水平面的夹角为α；管道末端口封堵，在管壁上钻孔，连通水体，使管道内的水位随着库水位的升降而同步变化，浮子由于浮力和重力作用也随之同步升降；浮子连接缆绳，缆绳在管道内连接到设备箱体内，绕过编码器上的走线轮后缠绕在恒力自收放缆辊上，在蜗卷弹簧的作用下被拉紧拉直。走线轮的线速度和缆绳行进速度同步，这样可逆编码器可以根据角速度计算出缆绳上升或或下降的距离。恒力自收放缆辊内部设有蜗卷弹簧产生拉力，使得缆绳产生一定的拉力N而被拉直，该拉力N和浮子的重力G、浮力F、缆绳和管壁产生的摩擦力S平衡时浮子静止，其关系如下：

N>(G-F)sin(α)+S 上升.............①

N=(G-F)sin(α) 静止.............②

N<(G-F)sin(α)-S 下降.............③

选择合适的蜗卷弹簧、浮子的容重及缆绳，使之产生的拉力N和浮子的重力G、浮力F、摩擦力S满足上述条件，即可实现浮子在稳定水位的实时静止状态，可逆编码器即可通过旋转的角度计算出缆绳上升或者下降的距离L，水位上升或者下降值H为：

H=L×sin(α)............. ④

该值和初始安装高程相比较即可得到得到水位。

可逆编码器和倾角传感器通过信号线缆或者无线方式将测得的信号上传至中心控制器，通过程序计算出实时水位值。

本发明的水位计可以倾斜安装，不需要工程量很大的竖井或塔架，结构简单、可靠，耗电量小，安装维护方便，可以应用在水库坝坡、河道、湖泊岸坡等位置，也可以安装在有类似要求的场合。

附图说明：

图1 是本发明的安装结构示意图；

图2 是本发明中管道支撑墩及固定托架的结构示意图；

图3 是本发明中编码器结构及安装放大示意图；

图4是本发明中线缆辊的结构大示意图。

图中：1、仪器支撑墩，2、仪器箱，3、可逆编码器，4、蜗卷弹簧，5、线缆辊中心轴，6、线缆辊，7、连接法兰，8、保护管道，9、倾角传感器，10、缆绳，11、浮子，12、固定托架，13、透水孔，14、过滤网，15、管道支撑墩，16走线轮，17、岸坡。

具体实施方式：

参照附图，一种倾斜式浮子液位计，包括仪器支撑墩1、可逆编码器3、保护管道8、浮子11及倾角传感器9，其特征在于：在坝坡或岸坡上设置仪器支撑墩1及多个管道支撑墩15，支撑墩的顶面连线与水平面所形成的夹角和坝坡或岸坡的倾角相一致，每个支撑墩15上预埋固定托架12，保护管道8固定在固定托架12上，保护管道8是多个管道通过连接法兰7连接在一起的，仪器支撑墩1上固定有仪器箱2，可逆编码器3安装在仪器箱2的箱体上，仪器箱2内安装有线缆辊中心轴5，线缆辊中心轴5上安装有蜗卷弹簧4和线缆辊6，缆绳10缠绕在线缆辊6上，绕过可逆编码器3上的走线轮16穿装在保护管道8内，缆绳10的末端连接浮子11，保护管道8用来保护线缆10和浮子11， 在保护管道8上安装有倾角传感器9，保护管道8末端口封堵，保护管道8的末端管壁上设有透水孔13连通水体，使保护管道8内的水位随着库水位的升降而同步变化，保护管道8末端透水孔13部分处缠有过滤网14。

工作时，浮子11随着水位的升降而在保护管道8内同步移动，连接在浮子11上的线缆在蜗卷弹簧4产生的拉力作用下拉紧缆绳10，有如下情况：

(1) 当满足①式时，浮子11上升，浮力逐渐减小，最终满足②式形成平衡；

(2) 当满足③式时，浮子11下降，浮力逐渐增大，最终满足②式形成平衡；

缆绳10绕过可逆编码器3上的走线轮16，缆绳10绕走线轮16同步移动，记录缆绳10的位移，利用④式即可计算出水位的变化，和初始安装高程比较，即可得到水位。