一种液位探测方法、装置、系统及存储介质

技术领域

本发明涉及一种液位探测方法、装置、系统及存储介质。

背景技术

处于高温工况下的压力容器，应用领域多种多样，例如核电领域以及火电领域等，与此同时，高温高压容器在一些应用中其工况范围变化很大，由常温常压到几百摄氏度、十几兆帕。压力容器的水位关系到工作人员、生产设备的安全，一旦液位监测出现误差较大、测量不准确的问题就有可能会导致事故发生，造成不可估量的人身、财产损失，因此高温高压下压力容器液位测量的准确性是一个重中之重的问题。

目前工业液位测量仪表种类繁多，但大多数的工作条件都不满足核级设备的温度和压力要求，无法应用在核反应堆压力容器液位测量中。压力容器差压法液位测量方法因为原理简单广泛应用于压力容器液位测量。但是差压液位测量方法的准确度容易受到介质密度变化的影响，介质密度的准确与否直接决定着液位测量的准确度。

发明内容

为解决现有技术采用差压法测量压力容器的液位容易受到介质密度变化的影响导致影响液位测量的准确度的技术问题，本发明实施例提供一种液位探测方法、装置、系统及存储介质。

本发明实施例通过下述技术方案实现：

第一方面，本发明实施例提供一种液位探测装置，包括：

长条形壳体，长条形壳体的一端开口，长条形壳体的另一端封闭并用于伸入待测液体的液面下；

若干个热电偶，各个热电偶的测温端沿长条形壳体的长度方向布置于长条形壳体内的不同位置以测量长条形壳体不同位置的温度；

长条形加热件，沿长条形壳体的长度方向设于长条形壳体内，长条形加热件向长条形壳体各个长度位置散发的热量用于与待测液体的不同的液位高度形成用以判断液位高度变化的温度场；以及

导热绝缘介质，用于填充于长条形壳体内。

进一步的，所述长条形加热件设于长条形壳体的中心轴线上。

进一步的，所述导热绝缘介质为氧化镁。

进一步的，所述长条形加热件为电加热丝。

进一步的，所述长条形壳体的材质为防腐金属或合金。

第二方面，本发明实施例提供一种液位探测方法，包括：

获取所述液位探测装置的各个热电偶的温度信号生成液位探测装置的各个长度位置的温度场数据；

对所述各个长度位置的温度场数据进行特征提取，生成各个长度位置的温度信号变化量；所述温度信号变化量包括温度幅值大小变化和/或温度变化速率；

将各个长度位置的温度信号变化量输入到机器学习模型中进行模型训练，利用训练后的机器学习模型进行液位高度判断，以实现液位探测。

进一步的，所述液位探测装置安装于压力容器内用于测量压力容器内液体的液面。

第三方面，本发明实施例提供一种液位探测系统，包括：

获取单元，用于获取所述液位探测装置的各个热电偶的温度信号生成液位探测装置的各个长度位置的温度场数据；

特征提取单元，用于对所述各个长度位置的温度场数据进行特征提取，生成各个长度位置的温度信号变化量；所述温度信号变化量包括温度幅值大小变化和/或温度变化速率；以及

液位判断单元，用于将各个长度位置的温度信号变化量输入到机器学习模型中进行模型训练，利用训练后的机器学习模型进行液位高度判断，以实现液位探测。

第四方面，本发明实施例提供一种液位探测系统，包括：

所述液位探测装置，用于安装于压力容器内测量压力容器内的液位；

终端分析装置，用于获取所述液位探测装置的各个热电偶的温度信号生成液位探测装置的各个长度位置的温度场数据；用于对所述各个长度位置的温度场数据进行特征提取，生成各个长度位置的温度信号变化量；所述温度信号变化量包括温度幅值大小变化和/或温度变化速率；将各个长度位置的温度信号变化量输入到机器学习模型中进行模型训练，利用训练后的机器学习模型进行液位高度判断，以实现液位探测。

第五方面，本发明实施例提供一种存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有指令，当所述指令在计算机上运行时，执行所述液位探测方法。

本发明实施例与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

本发明实施例的一种液位探测方法、装置、系统及存储介质，通过获取液位探测装置的各个热电偶的温度信号生成液位探测装置的各个长度位置的温度场数据；对所述各个长度位置的温度场数据进行特征提取，生成各个长度位置的温度信号变化量；所述温度信号变化量包括温度幅值大小变化和/或温度变化速率；将各个长度位置的温度信号变化量输入到机器学习模型中进行模型训练，利用训练后的机器学习模型进行液位高度判断，以实现液位探测，避免了采用差压法测量液位，从而，避免了现有技术采用差压法测量压力容器的液位容易受到介质密度变化的影响导致影响液位测量的准确度的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为液位探测装置的结构示意图。

图2为液位探测方法的流程示意图。

图3为一种液位探测系统的结构示意图。

图4为另一种液位探测系统的结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-热电偶，2-电加热丝接线端，3-测温端，4-电加热丝，5-导热绝缘介质，6-长条形壳体。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实施例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的结构、电路、材料或方法。

在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。

在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

实施例

为解决现有技术采用差压法测量压力容器的液位容易受到介质密度变化的影响导致影响液位测量的准确度的技术问题，第一方面，本发明实施例提供一种液位探测装置，参考图1所示，包括：

长条形壳体6，长条形壳体的一端开口，长条形壳体的另一端封闭并用于伸入待测液体的液面下；

若干个热电偶1，各个热电偶的测温端3沿长条形壳体的长度方向布置于长条形壳体内的不同位置以测量长条形壳体不同位置的温度；

长条形加热件，沿长条形壳体的长度方向设于长条形壳体内，长条形加热件向长条形壳体各个长度位置散发的热量用于与待测液体的不同的液位高度形成用以判断液位高度变化的温度场；以及

导热绝缘介质5，用于填充于长条形壳体内。

本发明实施例的液位探测装置包括长条形壳体6、若干个热电偶1、长条形加热件和导热绝缘介质5；长条形加热件通过导热绝缘介质将热量传递至长条形壳体以及各个热电偶的测温端；可选地，各个热电偶的测温端在长度方向上以一固定的间隔在长条形壳体的长度方向上布置；或者各个热电偶的测温端以一固定的间隔呈螺旋上升或下降的方式在长条形壳体的长度方向上布置；间隔大小与热电偶的数量呈反比。可选地，长条形壳体采用导热材料制成。

长条形加热件可采用直流电源进行供电，长条形加热件沿着长条形壳体的长度方向放置，以使长条形加热件在同一长度位置的长条形壳体的各个部位接收到的热量一致，每个长度位置的长条形壳体的各个部位的温度与待测液体的不同的液位高度形成用以判断液位高度变化的温度场，可选地，液位探测装置可制成棒状结构，如温度感知棒。以下以温度感知棒进行说明。具体的原理如下：

将温度感知棒安装于压力容器内，用来获取压力容器内的温度场特点，当液位发生变化时，温度感知棒获取的温度场会发生变化，从而温度场特征会发生变化，不同的液位高度对应不同的温度变化特征，从而，可以以此判定液位高度。

从而，本发明实施例的液位探测装置通过长条形壳体6、若干个热电偶1、长条形加热件和导热绝缘介质5，利用温度感知棒在液位发生变化时获取的数据分析不同的液位高度对应不同的温度变化特征，从而得到待测液体的液位高度，从而避免了采用差压法测量液位高度，避免了现有技术采用差压法测量压力容器的液位容易受到介质密度变化的影响导致影响液位测量的准确度的技术问题。

进一步的，所述长条形加热件设于长条形壳体的中心轴线上。进一步的，所述导热绝缘介质为氧化镁。进一步的，所述长条形加热件为电加热丝4。可选地，电加热丝接线端2与直流电源连接。进一步的，所述长条形壳体的材质为防腐金属或合金。可选地，长条形壳体采用不锈钢制成。

从而，本发明实施例的探测装置能够有效探测压力容器内部液位高度，包括低温工况和高温高压工况；本发明实施例的探测装置稳定性强，不受压力容器内部介质密度变化的影响，克服了传统差压液位测量方法测量准确度易受介质密度变化的影响；该探测装置结构简单，安装方便，可广泛应用于化工、核电、石油等行业；可以有效地、稳定地实现高温高压容器液位探测。

在上述液位探测装置的基础上，第二方面，本发明实施例提供一种液位探测方法，参考图2所示，包括：

S1.获取所述液位探测装置的各个热电偶的温度信号生成液位探测装置的各个长度位置的温度场数据；

S2.对所述各个长度位置的温度场数据进行特征提取，生成各个长度位置的温度信号变化量；所述温度信号变化量包括温度幅值大小变化和/或温度变化速率；

S3.将各个长度位置的温度信号变化量输入到机器学习模型中进行模型训练，利用训练后的机器学习模型进行液位高度判断，以实现液位探测。

从而，本发明实施例通过获取液位探测装置的各个热电偶的温度信号生成液位探测装置的各个长度位置的温度场数据；对所述各个长度位置的温度场数据进行特征提取，生成各个长度位置的温度信号变化量；所述温度信号变化量包括温度幅值大小变化和/或温度变化速率；将各个长度位置的温度信号变化量输入到机器学习模型中进行模型训练，利用训练后的机器学习模型进行液位高度判断，以实现液位探测，避免了采用差压法测量液位，从而，避免了现有技术采用差压法测量压力容器的液位容易受到介质密度变化的影响导致影响液位测量的准确度的技术问题。

进一步的，所述液位探测装置安装于压力容器内用于测量压力容器内液体的液面。

第三方面，本发明实施例提供一种液位探测系统，参考图3所示，包括：

获取单元，用于获取所述液位探测装置的各个热电偶的温度信号生成液位探测装置的各个长度位置的温度场数据；

特征提取单元，用于对所述各个长度位置的温度场数据进行特征提取，生成各个长度位置的温度信号变化量；所述温度信号变化量包括温度幅值大小变化和/或温度变化速率；以及

液位判断单元，用于将各个长度位置的温度信号变化量输入到机器学习模型中进行模型训练，利用训练后的机器学习模型进行液位高度判断，以实现液位探测。

第四方面，本发明实施例提供一种液位探测系统，参考图4所示，包括：

液位探测装置，用于安装于压力容器内测量压力容器内的液位；

终端分析装置，用于获取所述液位探测装置的各个热电偶的温度信号生成液位探测装置的各个长度位置的温度场数据；用于对所述各个长度位置的温度场数据进行特征提取，生成各个长度位置的温度信号变化量；所述温度信号变化量包括温度幅值大小变化和/或温度变化速率；将各个长度位置的温度信号变化量输入到机器学习模型中进行模型训练，利用训练后的机器学习模型进行液位高度判断，以实现液位探测。

参考图4所示，液位探测装置为温度感知棒为例，液位探测系统的工作原理为：

将温度感知棒安装于压力容器内，用来获取压力容器内的温度场特点，当液位发生变化时，温度感知棒获取的温度场会发生变化，从而温度场特征会发生变化，不同的液位高度对应不同的温度变化特征，以此判定液位高度。

信号采集板卡测量温度感知棒热电偶温度值，从而得到温度感知棒温度分布值，进而利用特征提取算法进行特征分析与提取，获得温度场变化特征，从而判定液位高度。

大致过程为：温度感知棒获取液位变化时其自身的温度分布值；终端分析装置通过温度采集板卡采集得到温度感知棒温度分布值，进而基于特征提取算法对温度感知棒温度信号进行特征提取；由于不同液位高度对应不同的温度特征分布，最后基于温度感知棒温度信号变化特征对压力容器的液位判断。

具体地，将温度感知棒安装于压力容器内，并利用直流稳压电源给温度感知棒电加热丝供电，直流稳压电源输出端连接到电加热丝接线端子；温度感知棒热电偶1～n的接线端子连接到终端分析装置的温度采集板卡上。

主要分析研究信号特征分析区的温度变化特征。当液位发生变化时，液面会处在温度感知棒的不同位置，会造成信号特征分析区不同的温度特征。

终端分析装置利用热电偶温度采集模块采集温度感知棒热电偶信号(热电偶1～n)，以此获得温度感知棒温度分布(信号特征分析区温度分布)，进而基于特征提取算法对温度感知棒温度分布进行特征提取，依靠提取的特征不同进行压力容器液位判断(不同的液位高低对应不同的温度特征)。

第五方面，本发明实施例提供一种存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有指令，当所述指令在计算机上运行时，执行所述液位探测方法。

综上，本发明实施例的方法、系统和装置能够实现连续的进行液位测量，不会受到压力容器内部介质密度或者工况变化的影响，克服了传统高温高压容器液位测量方法容易受到介质密度或者工况变化影响的缺陷。本发明实施例的方法可应用于压力容器高温高压工况下，还可以应用于低温低压工况，同时可以广泛应用于核动力行业、核电行业、石油化工等行业。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。