玻璃板液位计与液位测量方法与流程

1.本发明属于液位测量技术领域，涉及一种玻璃板液位计与液位测量方法。


背景技术：

2.在石油化工炼厂装置区域的设备上，需要玻璃板液位计来显示液位，透光式玻璃板液位计是应用最为普遍的一种。当被测介质为透明液体、光线透过液柱时，光线被反射、折射或吸收，透过液柱的光线强度比透过液柱上方气体的光线强度弱；依靠透过液柱和气体的光强度差，操作工来分辨液位。当距离稍微远一点，或者阴天、夜间光线比较暗时，光强度差别不大，判断液位比较困难。玻璃板液位计使用时间较长时，玻璃板内壁比较脏，光线透过的强度减弱，分辨液位也不容易。操作工有时甚至还需要在玻璃板液位计面前关闭一下根部阀，使液位明显波动一下才能看清液位。
3.提高玻璃板液位计视觉的敏感性是一种解决方案，常用的方法是使用红绿双色色差来分辨液位；利用全反射原理、液柱与其上方气体介质相对于玻璃的折射率不同，使液柱与气体分别显示出背景中玻璃滤光片的红绿颜色。但是该方法仅适用于强光背景；背景光线比较暗或弱时，红绿颜色在暗色背景下本来就不醒目，再加上滤光片对光线的吸收，光强度减少更多。阴天或晚上的观测效果也不好。
4.也有的玻璃板液位计采用专用外加光源、强制增加背景光强度(尤其是锅炉水位计)，不依赖自然光和工厂照明灯光，这样玻璃板液位计的体积将很大。玻璃板的后部要加防爆灯并安装灯的外壳，造价也比较高。因为要引入220v交流电，需要考虑防爆；还需要拉电缆，施工量大。防爆灯使用寿命也有限，24小时全天一直开灯使故障率高，经常需要维修；防爆外壳也存在着安全隐患。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种玻璃板液位计与液位测量方法，以解决现有的玻璃板液位计分别存在的不容易看清液位、需采用专用外加光源等问题。
6.为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：一种玻璃板液位计，设有前玻璃板、后玻璃板、前压盖、后压盖、前夹紧架、后夹紧架，前压盖上设有导视孔，后压盖上设有观测孔，前玻璃板、后玻璃板、前夹紧架和后夹紧架围出测量腔，前玻璃板与测量腔相邻的表面为前玻璃板射出面，后玻璃板与测量腔相邻的表面为后玻璃板入射面，前夹紧架与测量腔相邻的表面为前夹紧架内表面，后夹紧架与测量腔相邻的表面为后夹紧架内表面，前夹紧架内表面、后夹紧架内表面、导视孔的两个侧面和观测孔的两个侧面相互平行，其特征在于：测量腔在水平剖切面上的形状为梯形，前玻璃板射出面和后玻璃板入射面与水平剖切面的交线为梯形的两个腰，前夹紧架内表面和后夹紧架内表面与水平剖切面的交线为梯形的两个底边，后夹紧架内表面与水平剖切面的交线的长度大于前夹紧架内表面与水平剖切面的交线的长度。
7.使用上述玻璃板液位计进行液位测量的方法的第一个实施方式是：玻璃板液位计
外部的光线经导视孔射到前玻璃板入射面，再进入前玻璃板并通过前玻璃板，之后从前玻璃板射出面射出、进入测量腔，测量腔的下部为液柱、上部为气体，气体为透明气体，液柱中的液体为透明液体，光线进入气体时形成第一路光线，进入液柱时形成第二路光线，第一路光线通过液柱上方的气体，第二路光线通过液柱，之后两路光线分别从后玻璃板入射面进入后玻璃板并通过后玻璃板，再从后玻璃板射出面上的不同位置射出，或者是，第二路光线在与后玻璃板射出面相交的位置发生全反射、不从后玻璃板射出，最后，第一路光线通过观测孔射出，在观测孔的出口处，人眼迎着第一路光线的来光方向可观看到第一路光线形成的竖直光柱以及竖直光柱下方的灰暗背景，看不到第二路光线，竖直光柱的底部或灰暗背景的顶部代表液柱的液位。
8.使用上述玻璃板液位计进行液位测量的方法的第二个实施方式是：玻璃板液位计外部的光线经导视孔射到前玻璃板入射面，再进入前玻璃板并通过前玻璃板，之后从前玻璃板射出面射出、进入测量腔，测量腔的下部为液柱、上部为气体，气体为透明气体，液柱中的液体为不透明液体，光线进入气体时形成第一路光线，进入液柱时形成第二路光线，第二路光线被液柱中的液体吸收、无法通过液柱，第一路光线通过液柱上方的气体，之后从后玻璃板入射面进入后玻璃板并通过后玻璃板，再从后玻璃板射出面上射出，最后，第一路光线通过观测孔射出，在观测孔的出口处，人眼迎着第一路光线的来光方向可观看到第一路光线形成的竖直光柱以及竖直光柱下方的灰暗背景，竖直光柱的底部或灰暗背景的顶部代表液柱的液位。
9.采用本发明，具有如下的有益效果：1、人眼看到的第一路光线未经过液体吸收或折射，形成的竖直光柱较为明亮，其下方为灰暗背景，区分明显。因此可以容易地测量出测量腔内液柱的液位，从而测量出工艺设备内的液位。2、本发明使用自然光和工厂照明灯光作为玻璃板液位计外部的光线，无需专用外加防爆光源，安全节能。3、本发明的玻璃板液位计结构比较简单、易于制造。需要的效果及功能依靠光路计算实现。4、本发明使用自然光和工厂照明灯光时不加滤光片，对光线不做任何减弱处理，最大限度地保留原始的光强度。5、本发明对外部光线的强度要求不高。强度越高，分辨越清晰。当外部光线强度较低时，因为第一路光线形成的竖直光柱与其下方灰暗背景的光强度差明显，液位同样容易辨识。6、本发明的玻璃板液位计可设计成对称结构，进行双向观测。7、本发明的玻璃板液位计对制造的要求不苛刻。8、根据本发明的测量原理及计算方法，无论液体为单一成分还是混合物、液体折射率能否准确定义、液体是透明的还是不透明的，本发明玻璃板液位计都可以使用，适用面广。
10.本发明可用于石油化工、冶金、电力、食品和医药等多个行业，测量透明或不透明液体的液位。
11.下面结合附图、具体实施方式和实施例对本发明作进一步详细的说明。附图、具体实施方式和实施例并不限制本发明要求保护的范围。
附图说明
12.图1是本发明玻璃板液位计沿竖直方向通过测量腔的局部剖视图。
13.图2是图1中的t—t剖视图。
14.图3是人眼观看到的第一路光线形成的竖直光柱及其下方灰暗背景的局部示意
图。
15.图4是使用本发明玻璃板液位计进行液位测量并进行第一路光线平移计算的光学原理图(图1中的t—t剖视图局部放大)。
16.图1至图4中，相同附图标记表示相同的技术特征。附图标记表示：1—前玻璃板；2—后玻璃板；3—观测孔；4—螺栓螺母；5—测量腔；6—前夹紧架；7—前压盖；8—前夹紧架内表面；9—后夹紧架内表面；10—后压盖；11—后夹紧架；12—导视孔；13—前玻璃板入射面；14—密封垫；15—前玻璃板射出面；16—后玻璃板入射面；17—后玻璃板射出面；18—测量腔5内的液柱；19—第一路光线；20—第二路光线；21—法线；22—第一路光线19形成的竖直光柱；23—第一路光线19形成的竖直光柱22下方的灰暗背景；24—竖直光柱22的底部或灰暗背景23的顶部；25—玻璃板液位计对称面。
17.a—玻璃板液位计外部的光线射到前玻璃板入射面13的入射角；b—外部光线从前玻璃板入射面13射入前玻璃板1的折射角；c—前玻璃板射出面15与后玻璃板入射面16之间的夹角；d—第二路光线20从前玻璃板射出面15进入测量腔5内液柱18的出射角；e—第二路光线20从测量腔5内液柱18射到后玻璃板入射面16的入射角；f—第二路光线20从后玻璃板入射面16射入后玻璃板2的折射角；g—第二路光线20从后玻璃板射出面17射出的出射角h与第一路光线19从后玻璃板射出面17射出的出射角之间的出射角差；h—第二路光线20从后玻璃板射出面17射出的出射角；k—第一路光线19从前玻璃板射出面15射出的出射角；l—前玻璃板入射面13在o点的法线与前玻璃板射出面15的交点；m—po的延长线与前玻璃板射出面15的交点；n—外部光线po进入并通过前玻璃板1后再从前玻璃板射出面15射出的点；o—外部光线po与前玻璃板入射面13的交点；p—任选的一个外部光线计算位置；r—在观测孔3的出口处、第一路光线19形成的竖直光柱22的观测位置；u—导视孔宽度；v—观测孔宽度；w—测量腔5内气体中的第一路光线19相对于外部光线po的平移距离。
具体实施方式
18.参见图1和图2，本发明的玻璃板液位计设有前玻璃板1、后玻璃板2、前压盖7、后压盖10和本体，本体设有前夹紧架6和后夹紧架11。前玻璃板1、后玻璃板2、前压盖7、后压盖10、前夹紧架6和后夹紧架11均竖直设置。前压盖7和后压盖10用螺栓螺母4连接。前玻璃板1的一个竖直侧边密封部夹紧于前压盖7与前夹紧架6之间，前玻璃板1的另一个竖直侧边密封部夹紧于前压盖7与后夹紧架11之间；后玻璃板2的一个竖直侧边密封部夹紧于后压盖10与前夹紧架6之间，后玻璃板2的另一个竖直侧边密封部夹紧于后压盖10与后夹紧架11之间；在各夹紧处均设有密封垫14。
19.前压盖7上设有导视孔12，后压盖10上设有观测孔3。导视孔12与前玻璃板入射面13相对，观测孔3与后玻璃板射出面17相对。导视孔12和观测孔3均为竖直的长条形孔，设置多个。各导视孔12在竖直方向上对齐排成一列，各观测孔3在竖直方向上对齐排成一列。每个导视孔12和观测孔3均带有两个侧面、一个顶面和一个底面；侧面竖直设置，顶面和底面水平设置。导视孔12的两个侧面相互平行，观测孔3的两个侧面相互平行。
20.前玻璃板1、后玻璃板2、前夹紧架6和后夹紧架11围出测量腔5。前玻璃板1与测量腔5相邻的表面为前玻璃板射出面15，后玻璃板2与测量腔5相邻的表面为后玻璃板入射面16，前夹紧架6与测量腔5相邻的表面为前夹紧架内表面8，后夹紧架11与测量腔5相邻的表
面为后夹紧架内表面9。前玻璃板入射面13与前玻璃板射出面15相互平行，后玻璃板入射面16与后玻璃板射出面17相互平行。前夹紧架内表面8、后夹紧架内表面9、导视孔12的两个侧面和观测孔3的两个侧面相互平行。
21.测量腔5内处于密封状态，顶部和底部通过管道与需要测量液位的工艺设备连通(图略)。工艺设备内的液体通过管道进入测量腔5的底部并上升，直至测量腔5内的液位高度与工艺设备内的液位高度相同。
22.本发明，测量腔5在水平剖切面上的形状为梯形。前玻璃板射出面15和后玻璃板入射面16与水平剖切面的交线为梯形的两个腰，前夹紧架内表面8和后夹紧架内表面9与水平剖切面的交线为梯形的两个底边(密封垫14与测量腔5相邻的表面，其与水平剖切面的交线分别计入梯形的两个底边)。后夹紧架内表面9与水平剖切面的交线的长度大于前夹紧架内表面8与水平剖切面的交线的长度。
23.本发明的一种优选方案是，测量腔5在水平剖切面上的形状为等腰梯形，通过两个底边中点的竖直平面为玻璃板液位计对称面25。玻璃板液位计为对称结构，前玻璃板1与后玻璃板2之间、前压盖7与后压盖10之间、导视孔12与观测孔3之间，形状与尺寸相同，分别相对于玻璃板液位计对称面25对称。导视孔12的两个侧面和观测孔3的两个侧面均垂直于玻璃板液位计对称面25，如图1、图2和图4所示。导视孔12与观测孔3可以互换使用，即导视孔12用作观测孔3，观测孔3用作导视孔12；这样，在一个位置观测不方便时，可在另一个位置观测。
24.前玻璃板射出面15与后玻璃板入射面16之间的夹角c一般为30
°
～90
°
。符号
“°”
表示度。导视孔12的宽度u一般为20～30毫米，观测孔3的宽度v一般为20～30毫米，u、v一般取相同的值。后夹紧架内表面9与水平剖切面的交线的长度一般为30～100毫米。
25.前玻璃板1和后玻璃板2的材质一般均为石英玻璃；前玻璃板1的厚度和后玻璃板2的厚度一般均为15～30毫米，主要根据测量腔5内液柱18和气体的压力确定。前玻璃板1的厚度在前玻璃板入射面13与前玻璃板射出面15之间测量，后玻璃板2的厚度在后玻璃板入射面16与后玻璃板射出面17之间测量。
26.前夹紧架6、后夹紧架11，前压盖7、后压盖10的材质可为碳钢或不锈钢等，根据测量腔5内液柱18和气体的腐蚀性确定。密封垫14的材质为弹性耐腐蚀密封材料。
27.参见图4和图3以及图1和图2，使用本发明玻璃板液位计进行液位测量的方法的第一个实施方式是：玻璃板液位计外部的光线(简称为外部光线)经导视孔12射到前玻璃板入射面13，再进入前玻璃板1并通过前玻璃板1，之后从前玻璃板射出面15射出、进入测量腔5。测量腔5的下部为液柱18、上部为气体。气体为透明气体，液柱18中的液体为透明液体。光线进入液柱18上方的气体时形成第一路光线19(如图4中的粗实线所示)，进入液柱18时形成第二路光线20(如图4中的双点划线所示)。第一路光线19为主光线，通过液柱18上方的气体；第二路光线20通过液柱18，第一路光线19位于第二路光线20的上方。之后两路光线分别从后玻璃板入射面16进入后玻璃板2并通过后玻璃板2，再从后玻璃板射出面17上的不同位置射出。或者是，第二路光线20在与后玻璃板射出面17相交的位置发生全反射、不从后玻璃板2射出。最后，第一路光线19通过观测孔3射出，在观测孔3的出口处(图4中的位置r)，人眼迎着第一路光线19的来光方向可观看到第一路光线19形成的竖直光柱22以及竖直光柱22下方的灰暗背景23，看不到第二路光线20。根据竖直光柱22或灰暗背景23测量出测量腔5内
液柱18的液位。竖直光柱22的底部或灰暗背景23的顶部24代表液柱18的液位，竖直光柱22的底部或灰暗背景23的顶部24也是竖直光柱22与灰暗背景23的分界线。
28.玻璃板液位计外部的光线为自然光(一般为白天的太阳光)和工厂照明灯光(夜间照明灯光)。液柱18中的透明液体可以是无色的(例如水、甲醇或乙醇等)，也可以是有色的(例如汽油等)。液柱18上方的气体为空气和/或液柱18中的液体挥发出的气体。
29.本发明，为便于说明光学原理以及计算，第一路光线19是指在通过测量腔5内气体的水平剖切面上的光线(或是指在与该水平剖切面平行的水平投影面上的光线)。实际上，位于不同高度的第一路光线19形成垂直于水平面的光面。第二路光线20是指在通过测量腔5内液柱18的水平剖切面上的光线(或是指在与该水平剖切面平行的水平投影面上的光线)。实际上，位于不同高度的第二路光线20形成垂直于水平面的光面。位于不同高度的实施例所述的外部光线po，也形成垂直于水平面的光面。在本发明图4中，不同高度上的第一路光线19和第二路光线20，各字母及其连接，还有各种的角、距离、其它光线，均叠加投影于一个水平投影面上。对于图4和图2中的字母，其含义参见附图说明部分的说明；需要补充说明的是，在不同高度上使用的相同字母都显示在图4或图2上，而实际上相同的字母是位于不同的高度上。以上情况，可根据本发明的说明和本领域常识进行判断。另外，为了表达清楚，附图未按精确比例绘制。
30.参见图4，光线在通过前玻璃板入射面13、前玻璃板射出面15、后玻璃板入射面16和后玻璃板射出面17时均发生折射现象。表示入射角、出射角等各种角的字母的含义，参见附图说明部分的说明。对于各种入射角、出射角等，本发明均简称为角。光线通过前玻璃板入射面13、前玻璃板射出面15、后玻璃板入射面16和后玻璃板射出面17上各点处的法线21，在图4中用虚线表示。
31.由于第一路光线19和第二路光线20分别形成垂直于水平面的光面，因此附图说明部分所述的出射角差g实际上也是从后玻璃板射出面17射出的第一路光线19形成的光面与第二路光线20形成的光面之间的夹角。第二路光线20从后玻璃板射出面17射出后，一般是投射到观测孔3的一个侧面上，不从观测孔3射出。当第二路光线20在与后玻璃板射出面17相交的位置发生全反射时，不从后玻璃板射出面17和观测孔3射出。当有少量的第二路光线20从观测孔3射出时，因为角g的存在以及第一路光线19位于第二路光线20的上方，在位置r迎着第一路光线19的来光方向观看时也只能看到第一路光线19形成的竖直光柱22，看不到第二路光线20，第一路光线19形成的竖直光柱22下方的观测孔3的背景目视是灰暗的。明亮的第一路光线19形成的竖直光柱22与灰暗背景23对比明显，容易观测，参见图3。
32.角c可以调整。当测量腔5在水平剖切面上的形状为等腰梯形、玻璃板液位计为对称结构、角k与角c为“角k＝角a＝90
°‑
(180
°‑
角c)/2＝角c/2”的固定关系时，第一路光线19通过测量腔5内气体的部分与后夹紧架内表面9平行。此时，射到并通过前玻璃板1的外部光线的光路与通过后玻璃板2并从后玻璃板射出面17射出的第一路光线19的光路相对于玻璃板液位计对称面25对称，第一路光线19通过液柱18上方气体、位于玻璃板液位计对称面25两侧的两部分相对于玻璃板液位计对称面25对称，第一路光线19从后玻璃板射出面17射出的出射角的数值与角a相同。根据光路可逆原理，导视孔12与观测孔3可以互换使用。在上述的条件下可计算出角c与出射角差g之间的对应关系，见表1。表1中数据的其它计算条件是：测量腔5下部的液柱18为水柱，液柱18上方的测量腔5内充满空气，前玻璃板1和后玻璃板2
的材质均为石英玻璃、厚度圴为30毫米。表1中的数据，可参照本发明实施例所述的方法计算。
33.由表1可见，角c越大，角g就越大。当角c减小时，角g减小。当角c为0
°
时，将出现现有的普通透光式玻璃板液位计的视觉效果，是本发明不需要的。
34.可以根据测量腔5内液柱18上方气体的折射率、液柱18中液体的折射率、前玻璃板1和后玻璃板2中玻璃材质的折射率、空气的折射率以及选定的角c，计算出射角差g，以达到分辨液位的最佳效果。在计算表1数据的条件下，角c最好是选择77
°
～90
°
，此时角h的理论计算值大于90
°
，第二路光线20在与后玻璃板射出面17相交的位置发生全反射，竖直光柱22下方的灰暗背景23光强度最低，竖直光柱22与灰暗背景23的光强度差最大，容易分辨液位，是本发明的优化方案。
35.玻璃板液位计为对称结构时，一般情况下，导视孔12的一个侧面和观测孔3的一个侧面与前夹紧架内表面8共平面，导视孔12的另一个侧面和观测孔3的另一个侧面与后夹紧架内表面9共平面。外部光线通过导视孔12、前玻璃板1、进入测量腔5内的气体形成第一路光线19时，测量腔5内气体中的第一路光线19会向后夹紧架内表面9的方向发生平移，平移距离为w。导视孔12中与导视孔12的侧面平行且靠近后夹紧架内表面9的部分光线通过前玻璃板1、进入测量腔5内的气体时能射到后夹紧架内表面9上，发生反射，产生的杂光从观测孔3射出，影响观测效果。
36.为解决上述问题，本发明的一种优化方案是将后夹紧架内表面9打磨粗糙形成漫反射层，或在后夹紧架内表面9上涂吸光的黑色涂料形成吸光层(图略)。但是，当人眼在观测孔3的出口处迎着第一路光线19的来光方向观看时，将观看到第一路光线19形成的竖直光柱22在靠近后夹紧架内表面9的一侧存在局部竖直的灰暗背景，灰暗背景在水平方向上的宽度等于w。虽然不影响液位测量，但影响人眼观看的舒适感。
37.为解决上述问题，本发明进一步的优化方案是，导视孔12的一个侧面和观测孔3的一个侧面仍与前夹紧架内表面8共平面，将与后夹紧架内表面9共平面的导视孔12的另一个侧面和观测孔3的另一个侧面向前夹紧架内表面8的方向平移(参见图2和图4)，平移距离为测量腔5内气体中的第一路光线19相对于外部光线的平移距离w。导视孔12的宽度u和观测孔3的宽度v仍然均为20～30毫米，但测量腔5在水平剖切面上的等腰梯形的高度成为u w或v w。w值与角c及前玻璃板1的厚度呈函数关系，可参考实施例的方法计算。经过上述优化，在观测孔3的出口处观看到的竖直光柱22的宽度等于v，视觉感觉舒适。
38.当液柱18中的液体为不透明液体时，使用本发明玻璃板液位计进行液位测量的方法的第二个实施方式是：玻璃板液位计外部的光线经导视孔12射到前玻璃板入射面13，再进入前玻璃板1并通过前玻璃板1，之后从前玻璃板射出面15射出、进入测量腔5。测量腔5的下部为液柱18、上部为气体。气体为透明气体，液柱18中的液体为不透明且不挂壁的液体(例如含固体杂质的污水)。光线进入气体时形成第一路光线19，进入液柱18时形成第二路光线20，第一路光线19位于第二路光线20的上方。第二路光线20被液柱18中的液体吸收、无法通过液柱18。第一路光线19通过液柱18上方的气体，之后从后玻璃板入射面16进入后玻璃板2并通过后玻璃板2，再从后玻璃板射出面17上射出。最后，第一路光线19通过观测孔3射出。在观测孔3的出口处，人眼迎着第一路光线19的来光方向可观看到第一路光线19形成的竖直光柱22以及竖直光柱22下方的灰暗背景23，竖直光柱22的底部或灰暗背景23的顶部
24代表液柱18的液位。之所以会形成灰暗背景23，是由于外部光线无法通过液柱18。上述液位测量方法的详细说明和附图省略，可参考附图1～4。关于玻璃板液位计的对称结构、各部件的结构参数及材质、后夹紧架内表面9带有漫反射层或吸光层、与后夹紧架内表面9共平面导视孔12的侧面和观测孔3的侧面向前夹紧架内表面8的方向平移等方面的内容，与液柱18中的液体为透明液体的情况相同，说明从略。
39.本发明需保证外部光线通过导视孔12、前玻璃板1、测量腔5内的气体、后玻璃板2和观测孔3，能形成竖直光柱22并在竖直光柱22下方形成灰暗背景23，从而测量出测量腔5内液柱18的液位。液柱18中的液体为透明或不透明的液体时，无论外部光线能否和如何通过液柱18，都不影响液位测量；本发明不是依靠外部光线通过液柱18而进行液位测量的。
40.实施例
41.使用本发明对称结构的玻璃板液位计进行液位测量，参见图1～图4。玻璃板液位计外部的光线为自然光；参见图4，在通过测量腔5内气体的水平剖切面上，一条外部光线po通过导视孔12，外部光线po与导视孔12的两个侧面平行。测量腔5下部的液柱18为水柱，水的折射率为1.333；液柱18上方的测量腔5内充满空气，空气的折射率为1.00029。本发明提到的折射率均为相对于真空的折射率。前玻璃板1和后玻璃板2的材质均为石英玻璃，折射率均为1.55，厚度均为30毫米。测量腔5在水平剖切面上的形状为等腰梯形。前玻璃板射出面15与后玻璃板入射面16之间的夹角c、前玻璃板射出面15与后夹紧架内表面9之间的夹角、后玻璃板入射面16与后夹紧架内表面9之间的夹角均为60
°
。
42.角k为30
°
，∠k＝∠a＝∠c/2，第一路光线19通过测量腔5内液柱18上方气体的部分与后夹紧架内表面9平行。sina/sinb＝1.55/1.00029，求得∠b＝18.8
°
。第一路光线19从后玻璃板射出面17射出的出射角的数值与角a相同，且与后夹紧架内表面9平行。
43.第二路光线20从前玻璃板射出面15进入测量腔5内液柱18的出射角为角d，sind/sinb＝1.55/1.333。求得∠d＝22.0
°
。
44.∠e＝90
°‑
{180
°‑
∠c-[(180
°‑
∠c)/2 ∠k-∠d]}＝
[0045]
∠c/2 ∠k-∠d＝∠c/2 ∠a-∠d＝38.0
°
。
[0046]
sine/sinf＝1.55/1.333，求得∠f＝32.0
°
。
[0047]
sinh/sinf＝1.55/1.00029，求得∠h＝55.1
°
。
[0048]
∠g＝∠h-∠a＝25.1
°
。
[0049]
如上计算并结合图4可知，同一竖直方向上的外部自然光线进入导视孔12并通过前玻璃板1、测量腔5内的液柱18和气体、后玻璃板2后，从后玻璃板射出面17射出的第一路光线19形成的光面与第二路光线20形成的光面之间的夹角g(亦即出射角差g)较大，第二路光线20相对于第一路光线19发生了极大的偏折。在位置r能够清楚地观看到第一路光线19形成的竖直光柱22，无法观看到第二路光线20，竖直光柱22的下方为灰暗背景23。
[0050]
按上述液位测量的条件进行第一路光线19的平移计算。外部光线po射到前玻璃板入射面13，再进入前玻璃板1并通过前玻璃板1，之后从前玻璃板射出面15射出，进入测量腔5内的气体时形成第一路光线19。由于测量腔5内的气体也为空气，所以测量腔5内气体中的第一路光线19相对于外部光线po发生了向后夹紧架内表面9方向的平移，平移距离为w。
[0051]
外部光线po与前玻璃板入射面13相交于点o，前玻璃板入射面13在o点的法线与前玻璃板射出面15相交于点l，外部光线po进入并通过前玻璃板1后再从前玻璃板射出面15射
出的点为n，po的延长线与前玻璃板射出面15相交于点m。
[0052]
三角形mno的面积＝1/2
×
mn
×
lo＝1/2
×
mo
×
w，lo为已知的前玻璃板1的厚度。
[0053]
w＝mn
×
lo/mo
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(公式1)
[0054]
mo＝lo/cosa
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(公式2)
[0055]
将公式2代入公式1，得到：
[0056]
w＝mn
×
cosa
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(公式3)
[0057]
sina＝ml/mo＝(mn nl)/mo
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(公式4)
[0058]
tanb＝nl/lo
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(公式5)
[0059]
由公式2、公式3、公式4和公式5得到：
[0060]
w＝lo
×
(sina-tanb
×
cosa)。式中，角a、角b由上述液位测量中的方法求得。第一路光线19的平移距离w与角c和前玻璃板1的厚度lo有关，关系如表2所示。
[0061]
根据第一路光线19的平移距离w，将与后夹紧架内表面9共平面的导视孔12的侧面和观测孔3的侧面向前夹紧架内表面8的方向平移，平移距离为w，如图4和图2所示。
[0062]
实施例中，本发明给定了一些数据，根据给定数据以及本发明实施例公式使用excel软件进行其它数据的计算。除了实施例中本发明列出的数据外(包括表1和表2中的数据)，其它在excel软件中计算的中间数据均在小数点后保留了8位小数。
[0063]
在玻璃板液位计外部和测量腔5内的气体均为工业上常见气体(例如空气、氢气、氩气、甲烷、二氧化碳、一氧化氮、氮气等)的情况下，这些气体的折射率差别很小、基本上可以忽略不计。在这种情况下，测量腔5内气体中的第一路光线19基本上与外部光线po平行，并且它们均垂直于玻璃板液位计对称面25。
[0064]
表1
[0065][0066]
表2
[0067]
角c，单位：
°
(度)w，单位：毫米0010.00.9320.01.8830.02.8640.03.8850.04.97
60.06.1470.07.4276.28.2680.08.8190.010.33