本发明涉及罐式集装箱技术领域，特别涉及一种非接触式的应用于罐体的液位测量装置。
背景技术：
随着现代工业的发展，罐式集装箱进行物品的装载和运输已是常用的运输方法，为了进一步提升罐式集装箱的智能化水平，对其进行液位及温度的正确监测就非常重要。同时，大部分传统液位计的安装，都需要在集装箱外部开孔，不仅安装条件苛刻高且难度高，而且还会影响罐式集装箱的本质安全性和可靠性。
目前采用非接触式测量液位的方式有脉冲雷达液位计及超声波液位计，但都存在以下严重的技术缺陷：
1、对脉冲雷达液位而言，计盲区大：大部分常见的雷达工作频率范围为2～30ghz之间，由此带来的盲区大概在0.5～1米左右，对于高度几十米的储罐来说，这部分盲区基本上是可以忽略的。但对于部分直径在1.5-2.5米之间的中型密闭容器而言，这样大的盲区会占到量程的25％～40％之间，严重影响到正常使用。同时，由于脉冲雷达液位计是通过一个喇叭形状的天线来发射和接受电磁波信号的，当罐箱内的介质存在挥发，挥发的水蒸气在喇叭口上凝结成水珠时，会导致电磁波无法发射出去和无法接收回来的电磁波信号，从而造成液位计假死现象。
2、对传统的超声波液位计而言，因为被测介质的温度变化，介质密度也会发生相应变化，而众所周知，声波在不同密度的介质中传播的速度是不同的，从而直接影响测量结果，造成巨大误差。
技术实现要素：
本发明的第一个目的在于提供一种非接触式的应用于罐体的液位测量装置，使其不受外界影响，保持高稳定性以及高精度的测量效果，以解决现有技术中传统的脉冲雷达液位计及超声波液位计造成的测量盲区大、测量偏差大等问题。
本发明的第二个目的在于提供一种罐体，其罐体主体外部安装有上述的液位测量装置。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种非接触式的液位测量装置，其应用于测量罐体内的液体液位，包括：安装于罐体外部的控制表头以及与所述控制表头电连接的超声波探头；所述超声波探头包括超声波换能器以及温度传感器；所述控制表头包括控制器和与控制器连接的输入单元，所述控制器连接超声波换能器和温度传感器；所述输入单元用于输入能够确定超声波在罐体液体中的声速所需的参数，该参数与液体类型对应；控制器控制超声波换能器向待测试物发射超声波，并接收被液体反射回的超声波回波，并返回给控制器；控制器确定控制超声波换能器发射超声波的时间和控制器接收到超声波回波的时间的时间差，根据输入单元输入的所述参数和温度传感器感测的温度确定超声波在液体中的声速，根据超声波在液体中的声速和所述时间差确定液位。
根据本发明的一个实施例，所述控制表头内还包括发射单元以及接受单元；所述发射单元分别连接所述超声波换能器与所述控制器，其用于将控制器发出的控制信号传输给超声波换能器转化成超声波；所述接受单元分别连接所述超声波换能器与所述控制器，其用于接收超声波换能器的超声波回波并将其转化成回波信号传输给控制器。
根据本发明的一个实施例，所述发射单元包括依次连接的第一放大电路与升压电路；所述第一放大电路连接所述控制器，所述升压电路连接所述超声波换能器；所述控制信号经过两者的放大与升压传输至所述超声波换能器。
根据本发明的一个实施例，所述接受单元包括依次连接的第二放大电路、滤波电路以及整形电路；所述第二放大电路连接所述超声波换能器，所述整形电路连接于所述控制器；所述回波信号经过三者的放大、整形、滤波传输至所述控制器。
根据本发明的一个实施例，所述控制表头还包括显示单元；所述显示单元连接所述控制器，用于接收并显示出控制器测得的所述液位数据。
根据本发明的一个实施例，所述显示单元在所述控制器的控制下分别显示出所述参数、所述温度以及所述时间差。
根据本发明的一个实施例，所述控制表头还包括连接于所述控制器的数模转换单元；所述数模转换单元可将所述控制器测得的所述液位数据转化成相应的工业化所用的模拟信号。
根据本发明的一个实施例，所述液位测量装置还包括报警单元；所述报警单元连接所述控制器，并在所述控制器的控制下开启或关闭报警状态。
根据本发明的一个实施例，所述超声波探头设于罐体的底壁上；所述超声波换能器的发射方向垂直于液体表面。
本发明的实施例还提供一种罐体，包括罐体主体、容纳于所述罐体主体内的液体以及设于罐体主体外壁上的液位测量装置。
由上述技术方案可知，本发明提供的一种用于测量罐体液位的测量装置至少具有如下优点和积极效果：
1、安装简单方便。采用非接触式的安装方式，不需要对罐体进行任何破坏性操作，只需在罐体外部进行安装，操作极度简便、安全。
2、测量精度高。由于采用了声速测量及参数与温度校准技术，使得测量精度较其他采用固定声速技术的产品有了极大的提高。
3、盲区小。由于超声波在液体中的声速比较快，比在空气中的声速要大很多，所以盲区相应也要小很多。
4、温度湿度适应性好，抗酸碱、耐腐蚀性好。由于测量装置安装在罐体外部，因此罐箱里面的温度，湿度等基本不对产品构成负面影响。
附图说明
图1为本发明实施例中设于罐体上的液位测量装置的结构示意图。
图2为本发明实施例中液位测量装置的框图。
图3为本发明实施例中发射单元与接受单元的电路图。
附图标记说明如下：1000-罐体；200-罐体主体；100-液位测量装置；1-控制表头；11-控制器；12-输入单元；13-发射单元；131-第一放大电路；132-升压电路；14-接受单元；141-第二放大电路；142-滤波电路；143-整形电路；15-显示单元；16-报警单元；17-数模转换单元；2-超声波探头；21-超声波换能器；22-温度传感器。
具体实施方式
体现本发明特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。
本发明提供了一种罐体以及应用于测量罐体内液体的液位测量装置。在本实施例中，该罐体一般为用于储存液体的罐式集装箱；当然，该罐体也可不限于其他储存容器。
为了解决目前安装困难与测量误差大的技术问题，本液位测量装置在安装方式上采用了非接触式的设计，简化、高效、安全，避免了传统安装方式的对于罐体的破坏性操作。进一步地，该测量装置采用了声速相关参数与温度的校准技术，排除掉很多干扰因素，误差较小，保证了测量精度。
以下结合本说明书的附图，对本实施例的该液位测量装置安装于罐体外部、及如何实现测量的技术方案予以进一步的详尽阐述。
请参照图1，罐体1000包括罐体主体200、容纳于罐体主体200内部的待检测的液体。该液位测量装置100以外部安装的方式装设在罐体主体200上。其包括了分别安装于罐体主体200外壁上的控制表头1以及超声波探头2。
在本实施例中，控制表头1安装于罐体主体200侧壁上，以方便工作人员的查看与检修。而超声波探头2的安装位置是位于罐体主体200正下方的底壁上，这有利于超声波探头2发出的超声波的发射方向垂直于液体表面，从而达到准确的测量效果。
液位测量装置100的测量流程大致为：首先，控制表头1发出控制信号，用于控制超声波探头2发射超声波，并得到超声波的发射与反射回来的传输时间t。
最终经过将超声波的声速v与传输时间t代入公式
请参照图2，超声波探头2内设有超声波换能器21以及温度传感器22。
其中，超声波换能器21连接于控制器11，接受控制信号将其转化成超声波并发射出超声波。温度传感器22连接控制器11，并将获取到的液体温度信号传输给控制器11。温度传感器22的精度极高，其可以实时地感知并获取罐体底部的壁温，而这个壁温和罐体内部液体的温度是比较一致的，因此测得液体温度的准确度也是较高的。
请再次参照图2，控制表头1包括控制器11、以及与控制器11连接的输入单元12、发射单元13、接受单元14、显示单元15、报警单元16以及数模转换单元17。
由于超声波在不同温度与介质下的传播速度是不一样的，从而直接影响到测量精度。为了获取更精确的超声波声速v，其输入单元12用于输入能够确定超声波在液体中的实际声速所需的参数。
该参数特指与罐体液体类型相对应的介质参数。控制器11的内部存储数据模块存储有大量的关于介质在不同温度下和声速的对应关系表格。该表格是通过大量的经验数据和实验数据获取的，并且是经过验证的，具有可信度。如此，在控制器11已经获取到液体温度以及介质参数的前提下，便能够得到准确的超声波声速v。
接下来请具体参照图3所示的发射单元13与接受单元14。两者均分别连接于控制器11与超声波换能器21。
具体地，发射单元13包括依次连接的第一放大电路131与升压电路132。第一放大电路131连接控制器11，升压电路132连接超声波换能器21。其作用在于，将控制信号经过第一放大电路131、升压电路132的放大与升压顺利传输至超声波换能器21。接受单元14包括依次连接的第二放大电路141、滤波电路142以及整形电路143。第二放大电路141连接超声波换能器21，整形电路143连接于控制器11。回波信号经过上述放大、滤波、整形电路143的放大、整形、滤波传输至控制器11。
其控制原理如下：控制器11发出控制信号，控制信号经过发射单元13的升压后传输给超声波换能器21转化成超声波。此时，超声波的发射时间为t1。超声波在遇到液体的表面被反射回来，被反射回来的超声波被超声波换能器21接受并转换成超声波回波。此时，接受到超声波回波的时间为t2。该超声波回波经过接受单元14，并被放大、整形、滤波处理后，其回波信号传输给控制器11。在这个信号传输过程中，控制器11会得到传输时间t，即时间差t＝t2-t1。
最终控制器11经过公式
值得说明的是，超声波的发射时间t1即控制器11发出控制信号的时间，被反射回来的超声波回波被超声波换能器21接受的时间t2即控制器11接受到回波信号的时间。中间的超声波换能器21进行声波信号与电信号之间的转换时间，以及信号的放大、整形等时间极短，可以忽略。
在本实施例中，显示单元15用于接收并显示出控制器11测得的液位数据。当然，显示单元15还可以显示出介质参数、温度、传输时间以及其他可以测得的数据，以方便工作人员的查看及操作。
数模转换单元17用于将上述的温度、参数等非电物理量转化成模拟量，该模拟量才能传输到控制器11或者显示单元15。数模转换单元17也可将控制器11测得的液位数据转化成相应的工业化所用的模拟信号，譬如4-20ma标准模拟信号。工业模拟信号与整个测量装置在工作过程中，可模拟输出多种工业控制过程中测控中所需的检测信号。其优点在于保证测量的精度，同时还能维持低能耗。
报警单元16在控制器11的控制下开启或关闭报警状态。具体地，当控制器11检测到液位过高或者过低时，会控制报警单元16开启报警状态以提醒工作人员。当液位正常后，报警单元16受控而关闭报警状态。
下面将对于本实施例的液位测量装置100的具体工作流程进行详细说明。
步骤s01：控制器11发射控制信号，控制信号经过发射单元13的升压后传输给超声波换能器21转化成超声波。超声波的发射时间为t1。
步骤s02：超声波遇到液体表面被反射回来并被超声波换能器21转换成超声波回波。控制器11接受到超声波回波的时间为t2。
步骤s03：输入单元12输入液体介质参数。同时，温度传感感获取液体温度信号。控制器11接收到液体介质参数与液体温度的两个信号，并确定在该介质与温度下的超声波的实际声速v。
步骤s04：控制器11根据公式
当然，s03也可以放在s01与s02之前，即控制器11得到液体介质参数与液体温度的步骤可以在控制器11发射控制信号之前。
虽然已参照几个典型实施方式描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施方式不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。
1.一种非接触式的液位测量装置，其应用于测量罐体内的液体液位，其特征在于，包括：安装于罐体外部的控制表头以及与所述控制表头电连接的超声波探头；
所述超声波探头包括超声波换能器以及温度传感器；
所述控制表头包括控制器和与控制器连接的输入单元，所述控制器连接超声波换能器和温度传感器；
所述输入单元用于输入能够确定超声波在罐体液体中的声速所需的参数，该参数与液体类型对应；控制器控制超声波换能器向待测试物发射超声波，并接收被液体反射回的超声波回波，并返回给控制器；控制器确定控制超声波换能器发射超声波的时间和控制器接收到超声波回波的时间的时间差，根据输入单元输入的所述参数和温度传感器感测的温度确定超声波在液体中的声速，根据超声波在液体中的声速和所述时间差确定液位。
2.根据权利要求1所述的液位测量装置，其特征在于：
所述控制表头内还包括发射单元以及接受单元；
所述发射单元分别连接所述超声波换能器与所述控制器，其用于将控制器发出的控制信号传输给超声波换能器转化成超声波；
所述接受单元分别连接所述超声波换能器与所述控制器，其用于接收超声波换能器的超声波回波并将其转化成回波信号传输给控制器。
3.根据权利要求2所述的液位测量装置，其特征在于：
所述发射单元包括依次连接的第一放大电路与升压电路；所述第一放大电路连接所述控制器，所述升压电路连接所述超声波换能器；所述控制信号经过两者的放大与升压传输至所述超声波换能器。
4.根据权利要求2所述的液位测量装置，其特征在于：
所述接受单元包括依次连接的第二放大电路、滤波电路以及整形电路；所述第二放大电路连接所述超声波换能器，所述整形电路连接于所述控制器；所述回波信号经过三者的放大、整形、滤波传输至所述控制器。
5.根据权利要求1所述的液位测量装置，其特征在于：
所述控制表头还包括显示单元；所述显示单元连接所述控制器，用于接收并显示出控制器测得的所述液位数据。
6.根据权利要求5所述的液位测量装置，其特征在于：
所述显示单元在所述控制器的控制下分别显示出所述参数、所述温度以及所述时间差。
7.根据权利要求1所述的液位测量装置，其特征在于：
所述控制表头还包括连接于所述控制器的数模转换单元；所述数模转换单元可将所述控制器测得的所述液位数据转化成相应的工业化所用的模拟信号。
8.根据权利要求1所述的液位测量装置，其特征在于：
所述液位测量装置还包括报警单元；所述报警单元连接所述控制器，并在所述控制器的控制下开启或关闭报警状态。
9.根据权利要求1所述的液位测量装置，其特征在于：
所述超声波探头设于罐体的底壁上；所述超声波换能器的发射方向垂直于液体表面。
10.一种罐体，其特征在于：
所述罐体包括罐体主体、容纳于所述罐体主体内的液体以及设于罐体主体外壁上的如权利要求1-9所述的液位测量装置。
技术总结