专利名称：气泡式比重自动修正液位计的制作方法
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 = HgP+ uR(1)式中，H-导气管末端插入液体的深度；g_常数；P-液体比重；υ-气流速度；R-导气管阻力。式(1)右侧第二项UR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υ R可视为常数C，由此得P = Hg P+C，或H = P/g P -C(2)式( 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gP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=Hg P+C出气口在上方的导气管内的压强为P 上=(H-L) g P +C两根导气管中的压差AP = Pr-Pi=Lgp(3)由此得压力差与液体介质比重之间的关系式ρ = ΔΡ/Lg(4)式(4)表明测量两根导气管内部压力差ΔΡ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/ Δ P)(5)式中H-实际液位值；P-压力传感器的测量值；ΔΡ-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。采用本发明的有益效果之一是基于本发明设计和制作的液位计的测压部件与被测液体介质不直接接触，而是经气体传递作用力，所以可避免因被测液体介质产生沉积、堵塞、锈蚀、结垢等导致现有导压式和投入式液位计常出现的故障，提高了可靠性，延长了使用寿命；有益效果之二是基于本发明设计和制作的液位计可同时测量被测液体介质的比重并实时修正由压力传感器测得的压强值，从而提高了测压式液位计的测量精度；有益效果之三是基于本发明设计制作的液位计结构简单，易于制造，成本低廉，使用维护简便。


下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。图1是利用气泡法测量液体压强的技术原理测量液位的气路和电路原理图，图 1(a)为导气管从容器上方插入，图1(b)为导气管从容器侧部插入。图中，1-气源，2-气流调节阀，3-流量计，4-导气管，5-压力传感器，6_指示仪。图2是利用气泡法测量液体压强的技术原理测量液位和比重并实时修正压强测量值的气路和电路原理图，图2(a)为导气管从容器上方插入，图2(b)为导气管从容器侧部插入。图中，1-气源，2、3_气流调节阀，4、5_流量计，6、7_导气管，8-差压传感器，9-压力传感器，10-除法器，11-液位指示仪，12-比重指示仪。
具体实施例方式在图1中，气源(1)的输出气流通过串联的气流调节阀(2)和流量计(3)后分别与导气管(4)的进气口和压力传感器(5)的测压口接通；所述压力传感器的输出信号接指示仪(6)。操作方法调节阀门( 使流量计(3)的指示保持稳定，具体流速值以导气管的出口接连不断有气泡逸出液面为度；当被测介质为水时，指示仪(6)所示的压力值即代表水位高度H。在图2中，气源(1)的输出气流分成两路一路气流通过串联的气流调节阀(3)和流量计( 后分别与导气管(7)的进气口、差压传感器(8)的高压室和压力传感器(9)的测压口接通；另一路气流通过串联的气流调节阀( 和流量计(4)后分别与导气管(6)的进气口和差压传感器(8)的低压室接通；所述压力传感器和差压传感器的输出信号接除法器(10)的两个输入端，在除法器(10)中将压强信号除以差压信号，指示仪(11)的显示值即为经比重修正后的液位精确值，指示仪(1 的显示值为被测介质的比重。本发明实施例选用的零部件规格及数据如下压力传感器的测量范围O-lOkpa， 精度0. 5%，输出信号4-20mA ；差压传感器的测量范围0-1500pa，精度0. 2%，输出信号 4-20mA;除法器(10)选购市售乘除模块，输入/输出信号4_20mA ；指示仪(11)和(12) 选购市售4-20mA数字仪表；导气管材质为聚四氟乙烯，管内径4mm，导气管(6)和(7)的出气口垂直距离L= 100mm;流量计0)、(5)选购市售带针形阀的浮子式流量计，满刻度为Ο-lL/min ；气流速度从lOOml/min逐渐改变到500ml/min，对测量结果无明显影响，取 200ml/min作为实验数据；气源由市售微型气泵提供，流量范围0-51/min。本发明也可以用来测量熔融态金属或非金属物质的料位和比重。当被测介质不能与空气接触时，气源由氮气或其它惰性气体钢瓶代替。
权利要求
1.一种连续测量容器内液态介质的液位和比重的自动装置，由气源(1)、气流调节阀 (2)和(3)、流量计(4)和(5)、导气管(6)和(7)、差压传感器(8)、压力传感器(9)、除法器 (10)和指示仪(11)、(1 组成，其特征是气源(1)的出口气流分成两路，其中一路气流通过串联的气流调节阀( 和流量计( 后分别与导气管(7)的进气口、差压传感器(8)的高压室和压力传感器(9)的测压口接通；另一路气流通过串联的气流调节阀( 和流量计 (4)后分别与导气管(6)的进气口和差压传感器(8)的低压室接通；压力传感器(9)和差压传感器(8)的输出接除法器(10)的两组输入端子，在除法器(10)中将压力传感器的输出值除以差压传感器的输出值即为经比重修正后的液位精确值，由指示仪(11)显示，被测介质的比重由指示仪(1 显示。
2.根据权利要求1所述装置，其特征是测量导气管(6)和(7)内的压力差即得到被测液体介质的比重。
3.根据权利要求1所述装置，其特征是插入液体的两根导气管(6)和(7)出气端口之间垂直距离L的取值视被测液体介质比重变化范围而定。
4.根据权利要求1所述装置，其特征是除法器(10)和指示仪(11)、(12)可以合并用具有运算功能的智能化仪表代替。
5.根据权利要求1所述装置，其特征是可测量熔融态金属或非金属物质的料位和比重。
6.根据权利要求1所述装置，其特征是被测介质不能与空气接触时，气源(1)可改为纯氮气管路或其它惰性气体钢瓶。
全文摘要
一种连续测量具有腐蚀性、易燃性、高粘度以及液固两相浆液液位和比重的气泡式比重自动修正液位计，利用吹气泡法测量液体内部压强的物理学原理测量敞口容器或常压密闭容器内液体介质的液位和比重，并根据比重实时修正液位测量值，克服了现有测压式液位计的精度受介质比重变化影响的缺点；又因测压部件与被测介质之间由气体传递作用力，可避免测量仪表锈蚀和引压管线堵塞，提高了可靠性；结构简单，易于制造，成本低廉，使用维护简便。
文档编号G01F23/14GK102486391SQ20101057199
公开日2012年6月6日 申请日期2010年12月3日 优先权日2010年12月3日
发明者吕武轩 申请人:吕武轩