[发明专利]气泡式比重自动修正液位计

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种连续测量容器内具有腐蚀性、高粘度、高浓污秽液体介质以及液-固两相浆液的液位和比重的自动装置。

背景技术

利用测量液体内部压强原理测量液位的现有测压式液位计类型中，一类是‘导压式’液位计，即：将被测液体介质从容器中经导压管引出至测量压力或差压的仪表中，仪表的测压部件感知引出点的压强，该压强值对应该点距离液体自由表面的深度，即液位值；另一类是‘投入式’液位计，即：将具有防水结构的压力传感器投入到被测液体介质的容器底部感知该点的液体压强，该压强值对应感知点距离液体自由表面的深度，即液位值。所述两类现有技术具有以下缺陷：其一，测压部件均与被测液体介质直接接触，特别是在测量具有腐蚀性、高粘度、高浓污秽液体介质以及液-固两相浆液的液位时，因沉积、堵塞、锈蚀、结垢等现象而导致测量仪表的故障率高；用于测量易燃性液体介质的液位时还必须考虑防爆结构或本质安全设计。其二，液位测量精度受被测液体介质比重变化的影响，由压力传感器测量的液体内部压强值必须经过比重修正才能得到实际的液位值，现有测压式液位计都不具备这一功能，以至于生产厂家为保障测量精度而不得不限定被测液体介质的比重变化不可超出一定范围。然而在工程实际中，所述特殊液体介质的比重大多为未知且常处于变化中，利用现有测压式液位计具有不同程度的误差，误差大小取决于被测介质比重变化范围。为弥补现有技术的不足，本发明提供一种利用气泡法测量液体内部压强的技术原理同时测量上述液体介质的液位和比重，并根据比重测量值实时修正液位测量值从而得到精确液位值的自动装置。

发明内容

本发明基于气泡法测量液体内部压强的物理学原理：将恒定流速的气流通入一段插进容器内液体介质的导气管，在气流足以克服液体介质阻力时将有气泡从导气管末端连续逸出液体表面，此时导气管内的压强P与导气管末端位于液体自由面以下的深度H有如下关系：

P＝Hgρ+υR                      (1)

式中，H-导气管末端插入液体的深度；g-常数；ρ-液体比重；υ-气流速度；R-导气管阻力。式(1)右侧第二项υR为气流在导气管内的压力损失，当导气管长度一定、气流速度低且恒定时，压力损失υR可视为常数C，由此得：

P＝Hgρ+C，或

H＝P/gρ-C                 (2)

式(2)表明：当被测液体介质的比重为定常值时，导气管内压强P即对应于气管末端距离液体自由表面的深度，亦即对应液位高度H。若被测液体介质为水，即比重为1，经单位换算并将常数项gρ和C作为仪器常数扣除后，可直接用导气管中的压强P表示水面高度H。当水中含有其它物质或测量其它液体介质时，如仍用压强值直接表示液位高度则必然出现误差，误差大小与液体介质的比重有关。为准确测量液位值，必须同时测定被测液体介质的比重，并用比重值对由压力传感器测出的压强值进行修正，才可得到准确的液位值。

液体介质比重的测量方法是：将恒定流速的气分流分别通入插进容器内液体介质的两根导气管，且插入深度不等，两根导气管出气口之间的垂直距离为已知数L，其具体值根据被测液体介质比重的变化范围选定；向两根导气管通入流速相等的气流，则出气口在下方的导气管内的压强为：

P_下＝Hgρ+C

出气口在上方的导气管内的压强为：

P_上＝(H-L)gρ+C

两根导气管中的压差：

ΔP＝P_下-P_上＝Lgρ           (3)

由此得压力差与液体介质比重之间的关系式：

ρ＝ΔP/Lg                   (4)

式(4)表明测量两根导气管内部压力差ΔP即代表被测介质的比重ρ，式中Lg为已知数，作为仪表常数处理。

将(4)式代入(2)式，略去常数项C，则具有比重修正的测压式液位计的数学关系式如下：

H＝L(P/ΔP)                  (5)

式中H-实际液位值；P-压力传感器的测量值；ΔP-差压传感器的测量值；L-两根导气管出气口之间的垂直距离，具体数值视被测液体比重范围而定。

式(5)即为本发明设计测压式液位计的数学依据。