[发明专利]测定介质容器中的液位的方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于测定介质容器中的液位的方法、液位测量装置的相应的用途以及具有相应的液位测量装置的设备。

背景技术

尽管以下对本发明的描述主要涉及液化装置的分离器中液氮或液氖的液位测量，但是需要强调的是所推荐的措施并非仅限于此，而是可以应用于一系列其中应当测定接近或高于其临界点的介质的液位的装置中。

众所周知，物质的临界点P_c是指液相和气相的密度相适应从而在这两个聚集态之间无法确定差异的热力学状态。在相图中该点表示蒸汽压力曲线的上端。测量接近或高于临界点的低温液体的液位特别困难，因为无法充分地在物理上区分聚集态。

图1所示为一种通常用于在使用冲洗气鼓泡的条件下利用流体静力学测量法测定介质液位的系统。

利用所图示的测量装置100可以测定第一介质1的液位1′，该第一介质在图1中仅示意性显示的介质容器10中被第二介质2覆盖。为此设置第一(+)测量管路110和第二(-)测量管路120，确定它们之间的压力差。由于介质容器10中的物理条件，无法将用于测量压力的压力变送器直接布置在第一介质1中。因此给第一测量管路110配备有用于使冲洗气在此情况下例如是氦气进行鼓泡的装置130。以此方式可以在第一(+)测量管路110中形成气垫，并且在通入介质容器10中或者存在于此的第一介质1中略微鼓泡的情况下由相应的压力得出液位1′。对于与非临界范围相关联的第二(-)测量管路120，通常不需要进行鼓泡。

在测量管路110和120中，在各个测量装置(未示出)上游设置有相应的阀111和121。用于氦气鼓泡的装置130共包括一系列其他的机械组件131至136，其中有一系列的阀门。由于其数量导致错误安装的危险或者在运行中错误操作的危险。所图示的液位测定系统无法在压力波动的情况下进行适配，这是因为没有显示，在主要的物理条件下不存在相界面，或者由于氦流量过高而显示错误。因此在系统压力改变时，需要进行各自的手动适配，这增大了所述的错误操作的危险。

氦气鼓泡的另一个缺点在于，若通入低温液体中进行鼓泡的氦气的品质不够高，或者空气通过泄漏点进入相应的氦管路中，这尤其是可以在低温范围内引起冻结及完全堵塞相应的测量管路110。在此情况下，需要充分加热相应的测量装置，这将导致可用性减小。总之对于此类测量系统而言，需要建立完整的氦气系统，并且对密封性和所用氦气的纯度提出高的要求。

因此，传统的液位测量法被证明是复杂、成本高并且容易发生故障的。

因此，需要改进液位测量法，尤其是用于低温技术应用。

发明内容

在此背景下，本发明建议用于测定介质容器中的液位的方法、液位测量装置的相应用途以及具有相应的液位测量装置的设备。

优选的实施方案是各个从属权利要求的主题以及以下说明。

本发明的优点

根据本发明的方法包括测定第一介质的液位，所述第一介质在介质容器中被第二介质覆盖，其中所述第一介质接近或高于其临界点并且具有第一介电常数，所述第二介质以亚临界状态存在于气相中并且具有第二介电常数，其中利用电容测量装置测定第一介质的液位。

电容测量原理的应用本身是已知的。本申请的申请人现在令人惊奇地发现，也特别优选将相应的电容测量原理用于测定接近或高于其临界点的介质的液位。众所周知，在相应的电容液位测量法的范畴内使用长形的测量电极，将该电极浸入待测介质中，并且根据介质的液位被介质覆盖。在此，液位测量的原理是基于通过测量电极、对应电极以及部分地通过该介质形成的电容器在液位改变时所发生的电容变化。在此，对应电极是通过介质容器壁或者分别提供的参比电极形成的。

众所周知，临界点P_c的特征在于三个状态变量，即临界温度T_c、临界压力p_c和临界密度ρ_c或临界摩尔体积V_m，c。

在此若在本申请的范畴内提及“接近其临界点”的介质，则应理解为该介质的温度T是临界温度的至少80％，尤其是至少90％，和/或压力p是临界压力的至少80％，尤其是至少90％。密度ρ或临界摩尔体积V_m可以是相应的临界值的至少80％，尤其是至少90％。