專利名稱：氣泡式比重自動修正液位計的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種連續(xù)測量容器內(nèi)具有腐蝕性、高粘度、高濃污穢液體介質(zhì)以及液-固兩相漿液的液位和比重的自動裝置。
背景技術：
利用測量液體內(nèi)部壓強原理測量液位的現(xiàn)有測壓式液位計類型中，一類是‘導壓式’液位計，即將被測液體介質(zhì)從容器中經(jīng)導壓管引出至測量壓力或差壓的儀表中，儀表的測壓部件感知引出點的壓強，該壓強值對應該點距離液體自由表面的深度，即液位值；另一類是‘投入式’液位計，即將具有防水結(jié)構(gòu)的壓力傳感器投入到被測液體介質(zhì)的容器底部感知該點的液體壓強，該壓強值對應感知點距離液體自由表面的深度，即液位值。所述兩類現(xiàn)有技術具有以下缺陷其一，測壓部件均與被測液體介質(zhì)直接接觸，特別是在測量具有腐蝕性、高粘度、高濃污穢液體介質(zhì)以及液-固兩相漿液的液位時，因沉積、堵塞、銹蝕、結(jié)垢等現(xiàn)象而導致測量儀表的故障率高；用于測量易燃性液體介質(zhì)的液位時還必須考慮防爆結(jié)構(gòu)或本質(zhì)安全設計。其二，液位測量精度受被測液體介質(zhì)比重變化的影響，由壓力傳感器測量的液體內(nèi)部壓強值必須經(jīng)過比重修正才能得到實際的液位值，現(xiàn)有測壓式液位計都不具備這一功能，以至于生產(chǎn)廠家為保障測量精度而不得不限定被測液體介質(zhì)的比重變化不可超出一定范圍。然而在工程實際中，所述特殊液體介質(zhì)的比重大多為未知且常處于變化中，利用現(xiàn)有測壓式液位計具有不同程度的誤差，誤差大小取決于被測介質(zhì)比重變化范圍。 為彌補現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供一種利用氣泡法測量液體內(nèi)部壓強的技術原理同時測量上述液體介質(zhì)的液位和比重，并根據(jù)比重測量值實時修正液位測量值從而得到精確液位值的自動裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明基于氣泡法測量液體內(nèi)部壓強的物理學原理將恒定流速的氣流通入一段插進容器內(nèi)液體介質(zhì)的導氣管，在氣流足以克服液體介質(zhì)阻力時將有氣泡從導氣管末端連續(xù)逸出液體表面，此時導氣管內(nèi)的壓強P與導氣管末端位于液體自由面以下的深度H有如下關系P = HgP+ uR(1)式中，H-導氣管末端插入液體的深度；g_常數(shù)；P-液體比重；υ-氣流速度；R-導氣管阻力。式(1)右側(cè)第二項UR為氣流在導氣管內(nèi)的壓力損失，當導氣管長度一定、氣流速度低且恒定時，壓力損失υ R可視為常數(shù)C，由此得P = Hg P+C，或H = P/g P -C(2)式( 表明當被測液體介質(zhì)的比重為定常值時，導氣管內(nèi)壓強P即對應于氣管末端距離液體自由表面的深度，亦即對應液位高度H。若被測液體介質(zhì)為水，即比重為1，經(jīng)單位換算并將常數(shù)項gP和C作為儀器常數(shù)扣除后，可直接用導氣管中的壓強P表示水面高度H。當水中含有其它物質(zhì)或測量其它液體介質(zhì)時，如仍用壓強值直接表示液位高度則必然出現(xiàn)誤差，誤差大小與液體介質(zhì)的比重有關。為準確測量液位值，必須同時測定被測液體介質(zhì)的比重，并用比重值對由壓力傳感器測出的壓強值進行修正，才可得到準確的液位值。液體介質(zhì)比重的測量方法是將恒定流速的氣分流分別通入插進容器內(nèi)液體介質(zhì)的兩根導氣管，且插入深度不等，兩根導氣管出氣口之間的垂直距離為已知數(shù)L，其具體值根據(jù)被測液體介質(zhì)比重的變化范圍選定；向兩根導氣管通入流速相等的氣流，則出氣口在下方的導氣管內(nèi)的壓強為P 下=Hg P+C出氣口在上方的導氣管內(nèi)的壓強為P 上=(H-L) g P +C兩根導氣管中的壓差AP = Pr-Pi=Lgp(3)由此得壓力差與液體介質(zhì)比重之間的關系式ρ = ΔΡ/Lg(4)式(4)表明測量兩根導氣管內(nèi)部壓力差ΔΡ即代表被測介質(zhì)的比重ρ，式中Lg為已知數(shù)，作為儀表常數(shù)處理。將(4)式代入(2)式，略去常數(shù)項C，則具有比重修正的測壓式液位計的數(shù)學關系式如下H = L (P/ Δ P)(5)式中H-實際液位值；P-壓力傳感器的測量值；ΔΡ-差壓傳感器的測量值；L-兩根導氣管出氣口之間的垂直距離，具體數(shù)值視被測液體比重范圍而定。式(5)即為本發(fā)明設計測壓式液位計的數(shù)學依據(jù)。采用本發(fā)明的有益效果之一是基于本發(fā)明設計和制作的液位計的測壓部件與被測液體介質(zhì)不直接接觸，而是經(jīng)氣體傳遞作用力，所以可避免因被測液體介質(zhì)產(chǎn)生沉積、堵塞、銹蝕、結(jié)垢等導致現(xiàn)有導壓式和投入式液位計常出現(xiàn)的故障，提高了可靠性，延長了使用壽命；有益效果之二是基于本發(fā)明設計和制作的液位計可同時測量被測液體介質(zhì)的比重并實時修正由壓力傳感器測得的壓強值，從而提高了測壓式液位計的測量精度；有益效果之三是基于本發(fā)明設計制作的液位計結(jié)構(gòu)簡單，易于制造，成本低廉，使用維護簡便。


下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。圖1是利用氣泡法測量液體壓強的技術原理測量液位的氣路和電路原理圖，圖 1(a)為導氣管從容器上方插入，圖1(b)為導氣管從容器側(cè)部插入。圖中，1-氣源，2-氣流調(diào)節(jié)閥，3-流量計，4-導氣管，5-壓力傳感器，6_指示儀。圖2是利用氣泡法測量液體壓強的技術原理測量液位和比重并實時修正壓強測量值的氣路和電路原理圖，圖2(a)為導氣管從容器上方插入，圖2(b)為導氣管從容器側(cè)部插入。圖中，1-氣源，2、3_氣流調(diào)節(jié)閥，4、5_流量計，6、7_導氣管，8-差壓傳感器，9-壓力傳感器，10-除法器，11-液位指示儀，12-比重指示儀。
具體實施例方式在圖1中，氣源(1)的輸出氣流通過串聯(lián)的氣流調(diào)節(jié)閥(2)和流量計(3)后分別與導氣管(4)的進氣口和壓力傳感器(5)的測壓口接通；所述壓力傳感器的輸出信號接指示儀(6)。操作方法調(diào)節(jié)閥門( 使流量計(3)的指示保持穩(wěn)定，具體流速值以導氣管的出口接連不斷有氣泡逸出液面為度；當被測介質(zhì)為水時，指示儀(6)所示的壓力值即代表水位高度H。在圖2中，氣源(1)的輸出氣流分成兩路一路氣流通過串聯(lián)的氣流調(diào)節(jié)閥(3)和流量計( 后分別與導氣管(7)的進氣口、差壓傳感器(8)的高壓室和壓力傳感器(9)的測壓口接通；另一路氣流通過串聯(lián)的氣流調(diào)節(jié)閥( 和流量計(4)后分別與導氣管(6)的進氣口和差壓傳感器(8)的低壓室接通；所述壓力傳感器和差壓傳感器的輸出信號接除法器(10)的兩個輸入端，在除法器(10)中將壓強信號除以差壓信號，指示儀(11)的顯示值即為經(jīng)比重修正后的液位精確值，指示儀(1 的顯示值為被測介質(zhì)的比重。本發(fā)明實施例選用的零部件規(guī)格及數(shù)據(jù)如下壓力傳感器的測量范圍O-lOkpa， 精度0. 5%，輸出信號4-20mA ；差壓傳感器的測量范圍0-1500pa，精度0. 2%，輸出信號 4-20mA;除法器(10)選購市售乘除模塊，輸入/輸出信號4_20mA ；指示儀(11)和(12) 選購市售4-20mA數(shù)字儀表；導氣管材質(zhì)為聚四氟乙烯，管內(nèi)徑4mm，導氣管(6)和(7)的出氣口垂直距離L= 100mm;流量計0)、(5)選購市售帶針形閥的浮子式流量計，滿刻度為Ο-lL/min ；氣流速度從lOOml/min逐漸改變到500ml/min，對測量結(jié)果無明顯影響，取 200ml/min作為實驗數(shù)據(jù)；氣源由市售微型氣泵提供，流量范圍0-51/min。本發(fā)明也可以用來測量熔融態(tài)金屬或非金屬物質(zhì)的料位和比重。當被測介質(zhì)不能與空氣接觸時，氣源由氮氣或其它惰性氣體鋼瓶代替。
權(quán)利要求
1.一種連續(xù)測量容器內(nèi)液態(tài)介質(zhì)的液位和比重的自動裝置，由氣源(1)、氣流調(diào)節(jié)閥 (2)和(3)、流量計(4)和(5)、導氣管(6)和(7)、差壓傳感器(8)、壓力傳感器(9)、除法器 (10)和指示儀(11)、(1 組成，其特征是氣源(1)的出口氣流分成兩路，其中一路氣流通過串聯(lián)的氣流調(diào)節(jié)閥( 和流量計( 后分別與導氣管(7)的進氣口、差壓傳感器(8)的高壓室和壓力傳感器(9)的測壓口接通；另一路氣流通過串聯(lián)的氣流調(diào)節(jié)閥( 和流量計 (4)后分別與導氣管(6)的進氣口和差壓傳感器(8)的低壓室接通；壓力傳感器(9)和差壓傳感器(8)的輸出接除法器(10)的兩組輸入端子，在除法器(10)中將壓力傳感器的輸出值除以差壓傳感器的輸出值即為經(jīng)比重修正后的液位精確值，由指示儀(11)顯示，被測介質(zhì)的比重由指示儀(1 顯示。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述裝置，其特征是測量導氣管(6)和(7)內(nèi)的壓力差即得到被測液體介質(zhì)的比重。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述裝置，其特征是插入液體的兩根導氣管(6)和(7)出氣端口之間垂直距離L的取值視被測液體介質(zhì)比重變化范圍而定。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述裝置，其特征是除法器(10)和指示儀(11)、(12)可以合并用具有運算功能的智能化儀表代替。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述裝置，其特征是可測量熔融態(tài)金屬或非金屬物質(zhì)的料位和比重。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述裝置，其特征是被測介質(zhì)不能與空氣接觸時，氣源(1)可改為純氮氣管路或其它惰性氣體鋼瓶。
全文摘要
一種連續(xù)測量具有腐蝕性、易燃性、高粘度以及液固兩相漿液液位和比重的氣泡式比重自動修正液位計，利用吹氣泡法測量液體內(nèi)部壓強的物理學原理測量敞口容器或常壓密閉容器內(nèi)液體介質(zhì)的液位和比重，并根據(jù)比重實時修正液位測量值，克服了現(xiàn)有測壓式液位計的精度受介質(zhì)比重變化影響的缺點；又因測壓部件與被測介質(zhì)之間由氣體傳遞作用力，可避免測量儀表銹蝕和引壓管線堵塞，提高了可靠性；結(jié)構(gòu)簡單，易于制造，成本低廉，使用維護簡便。
文檔編號G01F23/14GK102486391SQ20101057199
公開日2012年6月6日 申請日期2010年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月3日
發(fā)明者呂武軒 申請人:呂武軒