一种测量容器内介质分界面的装置及方法

摘要

本发明涉及工业测量控制技术领域，提出了一种容器内介质分界面测量装置及方法，通过雷达液位计和差压变送器的配合使用，可方便地对容器内混合介质的高度、体积和/或重量等情况进行监控，其测量原理简单、计算速度快、易于实现。该装置测量精度高、对工作环境和被测介质没有太高要求、操作安全方便、易于安装和维护，能有效解决现有技术中介质分界面测量困难的问题。

权利要求

1.一种测量容器内介质分界面的装置，所述容器（1）内储存有密度不同的两层液体介质，其特征在于，所述装置包括：雷达液位计，安装在所述容器（1）上，利用雷达波对上层介质（4）的液面（2）高度H进行测量，在所述雷达液位计上衬聚全氟乙丙烯；

差压变送器（10），安装在所述容器（1）上，用于测量容器内液体的上下差压△Pa，在所述差压变送器上采用隔离罐；

计算设备，与所述雷达液位计和所述差压变送器的输出端相连，根据测量的液面（2）高度H和上下差压△Pa，代入分界面上层介质（4）的液体密度ρ1和分界面下层介质（5）的液体密度ρ2计算得出分界面（3）的高度h2；

所述差压变送器（10）采用侧装方式安装，正压取压口（9）设置于容器最低点的同一平面上，负压取压口（8）设置于雷达液位计测量最高点的同一平面上，所述正压与负压的压强差△Pa即为混合液体受重力作用所产生压强。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述雷达液位计采用顶装方式安装，通过发射设备和接收设备在垂直方向上收发雷达波。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述计算设备为DCS或PLC的可编程设备。

4.根据权利要求1-3任一所述的装置，其特征在于，所述分界面（3）的高度h2具体为h2=（△Pa-ρ1gH）/g(ρ2-ρ1)。

5.一种测量容器内介质分界面的方法，所述容器（1）内储存有密度不同的两层液体介质，其特征在于，所述方法包括步骤：使用安装在所述容器（1）上的雷达液位计对上层介质（4）的液面（2）高度H进行测量，在所述雷达液位计上衬聚全氟乙丙烯；

使用安装在所述容器（1）上的差压变送器（10）测量容器内液体的上下差压△Pa，在所述差压变送器上采用隔离罐；

将测量的液面（2）高度H和上下差压△Pa输入到计算设备，代入分界面上层介质（4）的液体密度ρ1和分界面下层介质（5）的液体密度ρ2计算得出分界面（3）的高度h2；

所述上下差压△Pa为通过侧装的差压变送器测量出的正、负压之间的压强差，所述正压与负压的压强差△Pa即为混合液体受重力作用所产生压强。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，通过顶装的雷达液位计测量收发雷达波的时间差计算出所述液面（2）高度H。

7.根据权利要求5或6任一所述的方法，其特征在于，所述分界面（3）的高度h2具体为h2=（△Pa-ρ1g H）/g(ρ2-ρ1)。

说明书

一种测量容器内介质分界面的装置及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及工业测量控制技术领域，特别涉及一种测量容器内介质分界面的装置及方法。

背景技术

[0002] 石油、化工、医药等行业中经常使用各种塔、槽、罐、反应釜等容器来储存生产过程中使用的反应物、采集物和/或生成物，这类介质通常没有固定的形态(一般多为气体或流体等流体)，也经常是多种介质的混合物，其中，不相溶的流体混合物在容器中通常会以分层形式存在，要了解混合物组成情况、对生产过程进行精确控制，需要测量分层流体的分界面位置。但由于这些容器通常为封闭容器，其中的化工物料也通常具有毒性、腐蚀性或具有较高的危险性(如易燃易爆等)，有些对储存环境也有严格的要求，借助常用工具对分界面进行人工测量显然是不现实的。

[0003] 目前，测量这类容器内介质的分界面的一般方法是采用磁浮式液位计，使用密度位于上层流体密度和下层流体密度之间的浮子，使得浮子漂浮在各分界面，通过测量各浮子位置得到各分界面位置。这种测量方法要求分界面上下介质的密度差异大、介质洁净，对浮子材质要求也较高(介质通常具有较强的腐蚀性)，为便于测量浮子体积不能太小，因而此法测量精度低且不便维护。

[0004] 另外一个对分界面的测量方法是采用雷达液位计，通过识别各分界面处反射的雷达波来测定各分界面位置。为了能在各分界面产生不同的反射雷达波，此测量方法要求分界面上下介质的介电常数差异大，对于差异较小的介质往往测量效果很不理想。

[0005] 可见，以上两种常用的分界面测量方法都受到了较大的条件限制，只能针对特定的介质进行测量，且较难获得理想的测量效果。在面对密度差异小、介电常数相差小、腐蚀性强的不同介质时，没有理想的测量其分界面的装置及方法，在测量精度要求高、工艺介质特性复杂的分界面测量时仅依靠现有技术很难实现。

发明内容

[0006] (一)要解决的技术问题

[0007] 针对现有技术的缺点，本发明为了解决现有技术中介质分界面测量困难的问题，提出了一种容器内介质分界面测量装置及方法，用来实现测量精度要求高、工艺介质特性复杂的分界面测量。

[0008] (二)技术方案

[0009] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

[0010] 一种测量容器内介质分界面的装置，所述容器1内储存有密度不同的两层液体介质，所述装置包括：

[0011] 雷达液位计，安装在所述容器1上，利用雷达波对上层介质4的液面2高度H进行测量；

[0012] 差压变送器10，安装在所述容器1上，用于测量容器内液体的上下差压ΔPa；

[0013] 计算设备，与所述雷达液位计和所述差压变送器的输出端相连，根据测量的液面2高度H和上下差压ΔPa，代入分界面上层介质4的液体密度ρ1和分界面下层介质5的液体密度ρ2计算得出分界面3的高度h2。

[0014] 优选地，所述雷达液位计采用顶装方式安装，通过发射设备和接收设备在垂直方向上收发雷达波。

[0015] 优选地，所述差压变送器10采用侧装方式安装，正压取压口9设置于容器最低点的同一平面上，负压取压口8设置于雷达液位计测量最高点的同一平面上。

[0016] 优选地，当被测介质具有较强腐蚀性时，在所述雷达液位计上衬F46、在所述差压变送器上采用隔离罐。

[0017] 优选地，所述计算设备为DCS或PLC的可编程设备。

[0018] 优选地，所述分界面3的高度h2具体为h2＝(ΔPa-ρ1g H)/g(ρ2-ρ1)。

[0019] 更进一步地，本发明同时提供一种测量容器内介质分界面的方法，所述容器1内储存有密度不同的两层液体介质，所述方法包括步骤：

[0020] 使用安装在所述容器1上的雷达液位计对上层介质4的液面2高度H进行测量；

[0021] 使用安装在所述容器1上的差压变送器10测量容器内液体的上下差压ΔPa；

[0022] 将测量的液面2高度H和上下差压ΔPa输入到计算设备，代入分界面上层介质4的液体密度ρ1和分界面下层介质5的液体密度ρ2计算得出分界面3的高度h2。

[0023] 优选地，通过顶装的雷达液位计测量收发雷达波的时间差计算出所述液面2高度H。

[0024] 优选地，所述上下差压ΔPa为通过侧装的差压变送器测量出的正、负压之间的压强差。

[0025] 优选地，所述分界面3的高度h2具体为h2＝(ΔPa-ρ1g H)/g(ρ2-ρ1)。

[0026] (三)有益效果

[0027] 本发明的方案测量原理简单、计算速度快、易于实现且对高度、体积和/或重量数据均可进行监控，可以根据工艺要求对容器内的两种液体介质进行方便的监控。

附图说明

[0028] 图1为本发明中分界面测量装置结构示意图。

具体实施方式

[0029] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0030] 参见图1，通常容器1内的流体混合物由两层液体介质4、5组成，液面2之上为真空或一层气体(或混合气体)，由于气体密度极小，其产生的影响可忽略不计，因而对容器中介质分界面的测量着重于测量两不同液体介质的分界面3。

[0031] 本发明中对容器1内介质分界面3进行测量的装置主要包括雷达液位计、差压变送器10以及计算设备(图中未示出)，其采用间接测量方式，利用差压变送器测量出容器内两层混合液体总的上下差压ΔPa，利用雷达液位计测量出混合液体的液面高度H，将两测量数据实时传送给计算设备，由计算设备代入分界面上层介质4的液体密度ρ1和分界面下层介质5的液体密度ρ2计算得出分界面3的高度h2。

[0032] 在图1中，雷达液位计采用顶装方式进行安装，即通过安装在容器1顶部的表头6和测量天线7进行测量，首先向下发送雷达波，雷达波到达混合液体液面2时产生反射波，所述测量天线再接收所述反射波，表头通过收发时间差(发送到收到反射波时间除以2)与雷达波传送速度(一般为光速)乘积计算液面到测量天线底端距离，由容器总高度减去此距离即为容器内液面2总高度H。

[0033] 差压变送器10采用侧装方式进行安装，即通过安装在容器侧面的取压口获得压强数据，其中，正压(高压)取压口9设置于容器最低点的同一平面上，测量容器内混合液体产生的正压压强；负压(低压)取压口8设置于雷达液位计测量最高点(即雷达液位计测量天线7最下端)的同一平面上，测量容器内负压压强(即混合液体液面处所受压强)；所述正压与负压的压强差ΔPa即为混合液体受重力作用所产生压强。

[0034] 将上述两测量值H和ΔPa传送给计算设备，所述计算设备通常为可编程设备，如分布式控制系统DCS(Distributed Control System)或可编程逻辑控制器PLC(Programmable Logic Controller)等；又因为：

[0035] ΔPa＝ρ1gh1+ρ2gh2 ①

[0036] H＝h1+h2 ②

[0037] 由①②得：

[0038] ΔPa＝ρ1g(H-h2)+ρ2gh2＝ρ1g H+gh2(ρ2-ρ1) ③

[0039] 由③可得公式：

[0040] h2＝(ΔPa-ρ1g H)/g(ρ2-ρ1)

[0041] 以上公式中：

[0042] ΔPa表示设备内液体上下差压；

[0043] H表示设备内液体的高度；

[0044] ρ1表示分界面上介质密度；

[0045] ρ2表示分界面下介质密度；

[0046] h1表示分界面上介质离界面高度；

[0047] h2表示分界面高度；

[0048] g为当地重力加速度常数。

[0049] 计算设备根据收到的测量值H和ΔPa代入上下介质密度ρ1及ρ2计算，得出分界面高度h2，由此可以实时地计算得出容器内两种液体介质各自的高度、体积和/或重量。

[0050] 由于本发明中的测量原理简单、计算速度快、易于实现且对高度、体积和/或重量数据均可进行监控，可以根据工艺要求对容器内的两种液体介质进行方便的监控。同时本发明中的测量精度主要由雷达液位计和差压变送器精度决定，这两种装置通常测量精度高、对工作环境和被测介质没有太高要求、操作安全方便、易于安装和维护，能有效解决现有技术中介质分界面测量困难的问题。

[0051] 此外，当被测介质具有较强腐蚀性时，可以在雷达液位计上衬F46(聚全氟乙丙烯)、在差压变送器上采用隔离罐，就能够有效地解决该装置的抗腐蚀问题。如果容器内的液体总高度H为固定值(即容器始终为满状态)，甚至可以省去雷达液位计，只采用差压变送器即可实现上述测量和计算。此外，在测量精度要求不高的情况下，也可用其他物位计取代雷达液位计以节约成本。

[0052] 以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。