专利名称：耐高温高压分段电容式物位变送器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于测量高温、高压等容器内物料界面高度的分段电容式物位测量装置，具体说就是一种耐高温高压分段电容式物位变送器，适合于实时测量高温、高压等容器内不同物料的界面。
背景技术：
在工业生产中，经常需要对容器内处于高温、高压状态下的介质界面进行实时、连续地监测，以保证工艺流程的安全、连续，例如炼油厂高压容器内的油水、油气界面，发电厂锅炉内的水汽界面等。由于受高达数百摄氏度的高温及几十兆帕高压等极端条件的限制，现有的一些电容式界面测量装置，例如本专利发明人先前提出的“一种多相物位传感器”，专利号为02110211. 2等，由于没有针对性的耐高温、高压设计，不能用于这些极端的测量环境中；中国专利200710163870. O提出了一种适应锅炉汽包内水汽单一界面连续测量的技术方案，但是，其存在以下缺陷(I)、大尺度的金属测量筒与绝缘护套管在两端密封固定，由于膨胀系数的差异，一方面密封复杂、困难，另一方面，在温度变化时极易造成泄漏或者绝缘护套管的损坏。(2)、不能实现多介质界面的测量，例如，容器内装有水、油和气体的混合物时。另外，所提供的结构只能通过旁通管路测量，引入到测量筒内的介质与容器内的介质特性易出现差异，测量精度和安装方式受到限制。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构简单、可靠，能够实现容器内多种介质的界面同时测量，并且可以满足不同的安装要求的耐高温高压分段电容式物位变送器。本发明解决以上技术问题所采取的技术方案是一种耐高温高压分段电容式物位变送器，包括一电信号处理器及一传感器，其特征是所述的传感器设有一支底端封闭的管状刚性绝缘套筒，在管状刚性绝缘套筒内，紧贴套筒内壁自下而上设有若干节彼此绝缘的管状电极，每节管状电极分别通过连接导线与电信号处理器电连接；在管状刚性绝缘套筒外壁靠近开口端的位置，设有一起固定、连接及隔离密封作用的法兰状或称圆盘状连接体，法兰状连接体与管状刚性绝缘套筒之间设有密封垫。管状刚性绝缘套筒自然划分为位于封闭端可置于高温、高压环境中的测量传感部分和位于开口端一侧的常压信号处理部分。具体工作时，通过法兰状连接体将测量传感部分置于被测容器内靠近容器壁的位置，或者置于设定的辅助电极内，容器壁或者辅助电极均与电信号处理器电连接，法兰状连接体与被测容器或者辅助电极通过螺栓连接或者直接焊接在一起。位于管状刚性绝缘套筒内侧的各节管状电极与相对应的容器壁分别构成相应的段电容式物位传感器。本发明所述管状刚性绝缘套筒外还设有一与管状刚性绝缘套筒平行的辅助电极，所述辅助电极与电信号处理器电连接。所述的辅助电极可以是适应容器内安装的多孔栅格状管筒，也可以是适合容器外测量的底端封闭管筒，在容器外安装测量时，所述传感器的管状刚性绝缘套筒由底端封闭管筒开口处深入底端封闭管筒，通过法兰状连接体与底端封闭管筒密封连接在一起，底端封闭管筒侧壁设有若干个与被测容器联通的连通管。但是，在用于测量多个界面时，不适合采用容器外测量方式。所述的管状刚性绝缘套筒可以由陶瓷材料、玻璃材料或者其它耐高温、高压的绝缘材料加工而成，管状刚性绝缘套筒的内壁和外壁要尽可能地平整、光滑，材料分布、壁厚要均匀；各节管状电极与相对应的容器壁或者辅助电极之间的结构、距离要保持固定，最好是一致，从而保证各段电容式物位传感器之间的可比性，减少测量误差。对于应用于高压差等极端环境，类似本发明专利所描述的，具有密封要求的，带有电引出线结构的仪器或者压力容器，本发明专利还提供了一种具有加强的保护功能的密封壳体。所述的法兰状连接体上部设有一桶状或半球状结构的密封壳体，一般由金属材料制成，以保证必需的密封强度，其下部通过焊接或者法兰连接的方式与法兰状连接体密封连
接在一起；其上部设有若干个电引出工艺孔，在每个电引出工艺孔上设有相应的与各电引出线电连接的电引出端子，各个电引出端子与相应的电引出工艺孔绝缘密封。所述的电引出端子由导电芯和密封绝缘垫组成。所述的密封壳体内充有绝缘介质，可以提前注入适当压力的绝缘介质，已形成大于腔外大气压力PO的腔内压力P2，设所述仪器或者压力容器的工作压力为Pl，这样就使得原来密封结构需要密封的压力差由P1-P0，转变为P1-P2，由于P2>P0，因此，通过这样的措施，减小了第一道密封的压力，在同样的密封条件下，可以适应更大压差的密封或者使得密封更可靠。进一步地，在所述的密封壳体上可以设有一绝缘介质，如空气，注入口，注入口上可以设相应的压力表和阀门，从而更方便地监控密封壳体内注入绝缘介质的压力，优化整体密封的效果。本发明所提出的技术方案带来的有益效果是
第一，将较长尺度的管状刚性绝缘套筒的两端固定、密封，改为一端固定、密封，一端呈自由的状态，减小了密封难度，提高了传感器的可靠性；同时，消除了高温高压条件下，由于温差导致应力变化，引起管状刚性绝缘套筒碎裂的问题。第二，在管状刚性绝缘套筒内，自下而上由若干节相同高度的管状电极构成的复合结构，可以实现高温、高压环境下的多界面，如油水、油气界面的实时测量，满足了石油、化工等领域不同用户的需要，适于耐高温、高压等极端环境测量使用。第三，通过引入密封壳体的设计方案，一方面，为原有的密封结构增加了一道安全防线，显著增加了所述仪器或装置的密封安全性；另一方面，可以通过控制密封壳体内绝缘介质的压力，减少原有的密封结构所承受的压差，提高整体密封的效果。另外，由于可以选测不同的辅助电极，实现容器内或外测量，增加了使用的选择性和方便性，提高了测量精度。
下面结合附图对本发明作进一步的描述。图I是本发明的组成结构示意图。图2是本发明的管状刚性绝缘套筒的示意图。
图3是本发明的管状电极的示意图。图4是本发明的一种辅助电极的示意图。图5是本发明的另一种辅助电极的示意图。图6是本发明的一种带有密封壳体的结构示意图。图7是本发明密封壳体上的电工艺引出孔及其电引出端子的示意图。图中标号是1.电信号处理器，2.传感器，201.管状刚性绝缘套筒，202.管状电极，203.连接导线，204.法兰状连接体，205.密封垫，206.密封壳体，206A.电引出工艺孔，206B.电引出端子，206B1.导电芯，206B2.密封绝缘垫，301.多孔栅格状管筒，302.底端封闭管筒，303.连通管。
具体实施例方式如图I所示，本发明一种耐高温高压分段电容式物位变送器，用于测量具有高温、高压等极端环境的容器内多种物料界面的高度，如容器内的水、油、汽界面等。本实施例包括一电信号处理器I及一传感器2，所述的传感器2包括一支一端封闭的管状刚性绝缘套筒201，如图2所示。在管状刚性绝缘套筒201的内，自下而上紧贴内管壁设有若干节高度确定、端面平整、彼此绝缘的管状电极202，绝缘方式可以通过绝缘垫圈或者空间绝缘；与每节管状电极分别连接的连接导线203，经过相应管状电极的内侧和管状刚性绝缘套筒的开口端与电信号处理器I电连接；如图3所示。在管状刚性绝缘套筒外壁靠近开口端的位置，设有一起固定、连接及隔离密封作用的法兰状连接体204，法兰状连接体与管状刚性绝缘套筒之间设有至少一道密封垫205，如聚四氟乙烯、石墨垫等。这样将管状刚性绝缘套筒自然划分为位于封闭端一侧的置于高温、高压环境中的测量传感部分和位于开口端一侧的常压信号处理部分。由于实现了简单的单端密封固定，消除了双端密封固定引起的应力聚集，减小了密封难度，提高了传感器的可靠性；同时，消除了高温高压条件下，由于温差导致应力变化，弓I起管状刚性绝缘套筒碎裂的问题。本发明所述管状刚性绝缘套筒外还设有一与管状刚性绝缘套筒平行的辅助电极，如图4、图5所示。图4的辅助电极是适应容器内安装的多孔栅格状管筒301。图5的辅助电极是适合容器外测量的底端封闭管筒302，底端封闭管筒302侧壁设有若干个与被测容器联通的连通管303。所述的传感器2与辅助电极分别通过法兰状连接体204连接固定，所述辅助电极与电信号处理器电连接。具体工作时，通过法兰状连接体204将测量传感器部分置于被测容器内靠近容器壁的位置；或者置于辅助电极多孔栅格状管筒301内，如图4所示。与所述的辅助电极多孔栅格状管筒301 —起置于被测容器内；容器壁或者辅助电极均与电信号处理器电连接，法兰状连接体与被测容器或者辅助电极通过螺栓连接或者直接焊接在一起。位于管状刚性绝缘套筒201内侧的各节管状电极202与相对应的容器壁或者辅助电极分别构成相应的分段电容式物位传感器，位于管状电极202与相对应的容器壁或者辅助电极之间的被测介质，如水、油或者汽体即为分段电容式物位传感器的电解质。管状电极202的数量可以根据界面测量的量程大小和被测界面的数量进行选择，如3节、5节、10节等，理论上，界面测量的量程越大，被测界面的数量越多，需要设置的管状电极202的数量越多。每节管状电极202可以是不同的高度，但优选的方案是采用相同的高度，从而尽可能地减少数据计算的复杂性。所述的管状刚性绝缘套筒201可以由陶瓷材料、玻璃材料或者其它耐高温、高压的绝缘材料加工而成,管状刚性绝缘套筒201的内壁、外壁要尽可能地平整、光滑，材料分布、壁厚要均匀；各节管状电极202与相对应的容器壁或者辅助电极之间的结构、距离要保持固定，最好是一致，从而保证各段电容式物位传感器之间的可比性，减少测量误差。淹没各节分段电容式物位传感器的介质性质及其高度与该分段电容式物位传感器输出的电信号直接相关，电信号处理器I通过分析、比较各节分段电容式物位传感器输出电信号的性质、大�。涂梢缘贸龈鞲鼋缑妫缬退缑�、油气界面的位置高度。由于测量传感器置于被测容器内与各种被测介质直接接触，因此，不单可以方便地实现多界面的物位测量，而且可以保证测量的快速、准确、可靠。
如图5所示，所述的辅助电极是适合容器外测量的底端封闭管筒302。所述传感器的管状刚性绝缘套筒201由底端封闭管筒开口处深入底端封闭管筒302，通过焊接或法兰方式，将法兰状连接体204与底端封闭管筒302密封连接在一起，底端封闭管筒302侧壁设有至少两个与被测容器联通的连通管303。辅助电极底端封闭管筒302通过若干支连通管303与被测容器连接在一起，被测容器内的介质通过连通管303引入辅助电极底端封闭管筒302内，各节管状电极202与相对应的辅助电极底端封闭管筒302之间的结构、距离要保持固定，最好是一致，从而保证各段电容式物位传感器之间的可比性，减少测量误差，所述的传感器2与辅助电极底端封闭管筒302通过法兰状连接体204用焊接或法兰的方式连接固定密封。这样，就实现了容器内介质界面的容器外测量，但是，在用于测量多个界面时，不适合采用容器外测量方式。对于应用于高压差等极端环境，类似本发明专利或者中国专利200710163870.0所描述的，具有密封要求的，带有电引出线结构的仪器或者压力容器，本发明专利还提供了一种具有加强的保护功能的密封壳体。如图6所示，其在所述的法兰状连接体上部设有一密封壳体206，密封壳体206下部通过焊接或者法兰连接的方式与法兰状连接体204密封连接在一起；其上部设有若干个电引出工艺孔206A，在每个电引出工艺孔上设有相应的与各电引出线电连接的电引出端子206B，各个电引出端子与相应的电引出工艺孔绝缘密封。该密封壳体206为桶状或半球状结构，一般由金属材料制成，以保证必要的密封强度，装配时，该密封壳体将在所述的仪器或者压力容器上已经完成密封的部分，一般是金属结构与绝缘材料之间的密封线，简称第一道密封，完全包裹；所述密封壳体的开口部分与仪器上起固定、连接作用的连接件或者压力容器本身紧密配合，并通过焊接或者法兰的方式密封、连接在一起；在所述的密封壳体上，设有若干个电引出工艺孔，其数量与需要引出的电引出线的数量相当；在每个电引出工艺孔上设有相应的与各电引出线电连接的密封电引出端子，在密封壳体为金属质地的条件下，电引出端子通常包括起电引出作用的导电芯206B1和起绝缘、密封作用的密封绝缘垫206B2，这是本专业的一般工程师所共知的。这样，在密封壳体内外保持密封状态的情况下，保持了各电引出线之间的电绝缘状态以及所述仪器或压力容器的正常工作，但为第一道密封的部位增加了一道安全防线。在所述的密封壳体内可以提前注入适当压力的绝缘介质，如空气，形成大于腔外大气压力PO的腔内压力P2，设所述仪器或者压力容器的工作压力为P1，这样就使得第一道密封结构需要密封的压力差由P1-P0，转变为P1-P2，由于P2>P0，因此，通过这样的措施，减小了第一道密封的压力，在同样的密封条件下，可以适应更大压差的密封或者使得密封更可靠。进一步地，在所述的密封壳体上可以设有一绝缘介质注入口，注入口上可以设相应的压力表和阀门，从而更方便地监控密封壳体内注入绝缘介质的压力，优化整体密封的效果。下面结合实施例，说明密封壳体装置的设置方式及其效果，如图6所示，在法兰状连接体位于管状刚性绝缘套筒开口端一侧的部分，设有桶状或槽状的密封壳体206，该密封壳体一般由金属材料制成，以保证必要的强度。所述的密封壳体将管状刚性绝缘套筒与法兰状连接体的密封性包裹，并通过焊接、法兰等方式与法兰状连接体密封连接在一起；在所述的密封壳体上设有与管状电极引出线数量相符合的电工艺引出孔206A，在每个工艺引出孔上设有相应的具有绝缘密封作用的电引出端子206B，简称电引出端子，在密封壳体为金属材质的情况下，在电引出端子的导电芯206B1与工艺引出孔之间设有起绝缘、密封作用 的密封绝缘垫206B2，从而保证各电极引线之间的电绝缘状态，这样，在不影响本装置正常工作的前提下，为本装置的安全、可靠又增加了一道屏障，在管状刚性绝缘套筒因故出现破裂或泄漏时，本装置的安全状态不受影响。同时，通过向密封壳体206内部注入特定压力的绝缘介质，如空气，可以减小了第一道密封的压力，在同样的密封条件下，可以适应更大压差的密封或者使得密封更可靠。进一步讲，在造价和体积可以接受的条件下，如此原理和结构的密封腔可以增加多道，形成三次、四次，甚至更多次的绝缘密封，可以进一步增加本装置的可靠性。以上对本发明的详细说明并非穷尽性的，本发明不应被限制为以上所公开的精确形式。本领域的技术人员可以理解，在本发明的范围内，可以进行各种等同的修改和替换，这样的修改和替换应视为被该发明所涵盖。上述各个实施例的元素可任意组合在一起，以便提供进一步的实施技术方案。此外，不应将所附权利要求中使用的术语阐释或将本发明限制到本说明中公开的特定实施例，除非以上详细说明清楚地限定了此术语。因此，本发明的实际范围应该涵盖所述实施例及根据权利要求实施的所有等同形式。
权利要求
1.一种耐高温高压分段电容式物位变送器，包括一电信号处理器及一传感器，其特征是所述的传感器设有一支底端封闭的管状刚性绝缘套筒，在管状刚性绝缘套筒内，紧贴套筒内壁自下而上设有若干节彼此绝缘的管状电极，每节管状电极分别通过连接导线与电信号处理器电连接；在管状刚性绝缘套筒外壁靠近开口端的位置，设有一起固定、连接及隔离密封作用的法兰状连接体，法兰状连接体与管状刚性绝缘套筒之间设有密封垫。
2.根据权利要求I所述的耐高温高压分段电容式物位变送器，其特征是所述的管状刚性绝缘套筒由陶瓷材料构成。
3.根据权利要求I所述的耐高温高压分段电容式物位变送器，其特征是所述的管状刚性绝缘套筒由玻璃材料构成。
4.根据权利要求I所述的耐高温高压分段电容式物位变送器，其特征是所述管状刚性绝缘套筒外还设有一与管状刚性绝缘套筒平行的辅助电极，所述辅助电极与电信号处理器电连接。
5.根据权利要求4所述的耐高温高压分段电容式物位变送器，其特征是所述辅助电极为多孔栅格状管筒。
6.根据权利要求4所述的耐高温高压分段电容式物位变送器，其特征是所述辅助电极为底端封闭管筒，底端封闭管筒侧壁设有若干个与被测容器联通的连通管。
7.根据权利要求I所述的耐高温高压分段电容式物位变送器，其特征是所述的若干节管状电极的高度相同。
8.根据权利要求I所述的耐高温高压分段电容式物位变送器，其特征是所述的法兰状连接体上部设有一桶状或半球状结构的密封壳体，其下部通过焊接或者法兰连接的方式与法兰状连接体密封连接在一起；其上部设有若干个电引出工艺孔，在每个电引出工艺孔上设有相应的与各电引出线电连接的电引出端子，各个电引出端子与相应的电引出工艺孔绝缘密封。
9.根据权利要求8所述的耐高温高压分段电容式物位变送器，其特征是所述的电引出端子由导电芯和密封绝缘垫组成。
10.根据权利要求8所述的耐高温高压分段电容式物位变送器，其特征是所述的密封壳体内充有绝缘介质。
全文摘要
本发明涉及一种耐高温高压分段电容式物位变送器，包括一电信号处理器及一传感器，所述的传感器设有一支底端封闭的管状刚性绝缘套筒，在管状刚性绝缘套筒内，紧贴套筒内壁自下而上设有若干节彼此绝缘的管状电极，每节管状电极分别通过连接导线与电信号处理器电连接；在管状刚性绝缘套筒外壁靠近开口端的位置，设有一法兰状连接体，法兰状连接体与管状刚性绝缘套筒之间设有密封垫。其结构简单、可靠，能够实现容器内多种介质的界面同时测量，并且可以满足不同的安装要求，是一种理想的耐高温高压分段电容式物位变送器。
文档编号G01F23/26GK102818605SQ20121030202
公开日2012年12月12日 申请日期2012年8月23日 优先权日2012年2月25日
发明者程国永, 王其明, 刘晓军 申请人:威�：：涂萍加邢拊鹑喂�
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