專利名稱：一種測(cè)量容器內(nèi)介質(zhì)分界面的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及工業(yè)測(cè)量控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種測(cè)量容器內(nèi)介質(zhì)分界面的裝置及方法。
背景技術(shù)：
石油、化工、醫(yī)藥等行業(yè)中經(jīng)常使用各種塔、槽、罐、反應(yīng)釜等容器來(lái)儲(chǔ)存生產(chǎn)過(guò)程中使用的反應(yīng)物、采集物和/或生成物，這類介質(zhì)通常沒(méi)有固定的形態(tài)(一般多為氣體或流體等流體)，也經(jīng)常是多種介質(zhì)的混合物，其中，不相溶的流體混合物在容器中通常會(huì)以分層形式存在，要了解混合物組成情況、對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行精確控制，需要測(cè)量分層流體的分界面位置。但由于這些容器通常為封閉容器，其中的化工物料也通常具有毒性、腐蝕性或具有較高的危險(xiǎn)性(如易燃易爆等)，有些對(duì)儲(chǔ)存環(huán)境也有嚴(yán)格的要求，借助常用工具對(duì)分界面進(jìn)行人工測(cè)量顯然是不現(xiàn)實(shí)的。目前，測(cè)量這類容器內(nèi)介質(zhì)的分界面的一般方法是采用磁浮式液位計(jì)，使用密度位于上層流體密度和下層流體密度之間的浮子，使得浮子漂浮在各分界面，通過(guò)測(cè)量各浮子位置得到各分界面位置。這種測(cè)量方法要求分界面上下介質(zhì)的密度差異大、介質(zhì)潔凈，對(duì)浮子材質(zhì)要求也較高(介質(zhì)通常具有較強(qiáng)的腐蝕性)，為便于測(cè)量浮子體積不能太小，因而此法測(cè)量精度低且不便維護(hù)。另外一個(gè)對(duì)分界面的測(cè)量方法是采用雷達(dá)液位計(jì)，通過(guò)識(shí)別各分界面處反射的雷達(dá)波來(lái)測(cè)定各分界面位置。為了能在各分界面產(chǎn)生不同的反射雷達(dá)波，此測(cè)量方法要求分界面上下介質(zhì)的介電常數(shù)差異大，對(duì)于差異較小的介質(zhì)往往測(cè)量效果很不理想?？梢?jiàn)，以上兩種常用的分界面測(cè)量方法都受到了較大的條件限制，只能針對(duì)特定的介質(zhì)進(jìn)行測(cè)量，且較難獲得理想的測(cè)量效果。在面對(duì)密度差異小、介電常數(shù)相差小、腐蝕性強(qiáng)的不同介質(zhì)時(shí)，沒(méi)有理想的測(cè)量其分界面的裝置及方法，在測(cè)量精度要求高、工藝介質(zhì)特性復(fù)雜的分界面測(cè)量時(shí)僅依靠現(xiàn)有技術(shù)很難實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中介質(zhì)分界面測(cè)量困難的問(wèn)題， 提出了一種容器內(nèi)介質(zhì)分界面測(cè)量裝置及方法，用來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)量精度要求高、工藝介質(zhì)特性復(fù)雜的分界面測(cè)量。( 二 )技術(shù)方案為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種測(cè)量容器內(nèi)介質(zhì)分界面的裝置，所述容器1內(nèi)儲(chǔ)存有密度不同的兩層液體介質(zhì)，所述裝置包括雷達(dá)液位計(jì)，安裝在所述容器1上，利用雷達(dá)波對(duì)上層介質(zhì)4的液面2高度H進(jìn)行測(cè)量；
差壓變送器10，安裝在所述容器1上，用于測(cè)量容器內(nèi)液體的上下差壓ΔΙ^ ；計(jì)算設(shè)備，與所述雷達(dá)液位計(jì)和所述差壓變送器的輸出端相連，根據(jù)測(cè)量的液面2 高度H和上下差壓ΔΙ^，代入分界面上層介質(zhì)4的液體密度P ！和分界面下層介質(zhì)5的液體密度P 2計(jì)算得出分界面3的高度Iv優(yōu)選地，所述雷達(dá)液位計(jì)采用頂裝方式安裝，通過(guò)發(fā)射設(shè)備和接收設(shè)備在垂直方向上收發(fā)雷達(dá)波。優(yōu)選地，所述差壓變送器10采用側(cè)裝方式安裝，正壓取壓口 9設(shè)置于容器最低點(diǎn)的同一平面上，負(fù)壓取壓口 8設(shè)置于雷達(dá)液位計(jì)測(cè)量最高點(diǎn)的同一平面上。優(yōu)選地，當(dāng)被測(cè)介質(zhì)具有較強(qiáng)腐蝕性時(shí)，在所述雷達(dá)液位計(jì)上襯F46、在所述差壓變送器上采用隔離罐。優(yōu)選地，所述計(jì)算設(shè)備為DCS或PLC的可編程設(shè)備。優(yōu)選地，所述分界面3的高度Il2具體為t!2 = (APa-Plg H)/g(P2-Pl)。更進(jìn)一步地，本發(fā)明同時(shí)提供一種測(cè)量容器內(nèi)介質(zhì)分界面的方法，所述容器1內(nèi)儲(chǔ)存有密度不同的兩層液體介質(zhì)，所述方法包括步驟使用安裝在所述容器1上的雷達(dá)液位計(jì)對(duì)上層介質(zhì)4的液面2高度H進(jìn)行測(cè)量；使用安裝在所述容器1上的差壓變送器10測(cè)量容器內(nèi)液體的上下差壓ΔΙ^ ；將測(cè)量的液面2高度H和上下差壓ΔΙ^輸入到計(jì)算設(shè)備，代入分界面上層介質(zhì)4 的液體密度P ！和分界面下層介質(zhì)5的液體密度P 2計(jì)算得出分界面3的高度Iv優(yōu)選地，通過(guò)頂裝的雷達(dá)液位計(jì)測(cè)量收發(fā)雷達(dá)波的時(shí)間差計(jì)算出所述液面2高度 H0優(yōu)選地，所述上下差壓ΔΙ^為通過(guò)側(cè)裝的差壓變送器測(cè)量出的正、負(fù)壓之間的壓強(qiáng)差。優(yōu)選地，所述分界面3的高度Il2具體為Il2 = ( Δ Pa- ρ lg H) /g ( P 2_ P》。(三)有益效果本發(fā)明的方案測(cè)量原理簡(jiǎn)單、計(jì)算速度快、易于實(shí)現(xiàn)且對(duì)高度、體積和/或重量數(shù)據(jù)均可進(jìn)行監(jiān)控，可以根據(jù)工藝要求對(duì)容器內(nèi)的兩種液體介質(zhì)進(jìn)行方便的監(jiān)控。


圖1為本發(fā)明中分界面測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。參見(jiàn)圖1，通常容器1內(nèi)的流體混合物由兩層液體介質(zhì)4、5組成，液面2之上為真空或一層氣體(或混合氣體)，由于氣體密度極小，其產(chǎn)生的影響可忽略不計(jì)，因而對(duì)容器中介質(zhì)分界面的測(cè)量著重于測(cè)量?jī)刹煌后w介質(zhì)的分界面3。本發(fā)明中對(duì)容器1內(nèi)介質(zhì)分界面3進(jìn)行測(cè)量的裝置主要包括雷達(dá)液位計(jì)、差壓變送器10以及計(jì)算設(shè)備(圖中未示出)，其采用間接測(cè)量方式，利用差壓變送器測(cè)量出容器內(nèi)兩層混合液體總的上下差壓ΔΙ^，利用雷達(dá)液位計(jì)測(cè)量出混合液體的液面高度H，將兩測(cè)量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送給計(jì)算設(shè)備，由計(jì)算設(shè)備代入分界面上層介質(zhì)4的液體密度P ！和分界面下層介質(zhì)5的液體密度P 2計(jì)算得出分界面3的高度Iv在圖1中，雷達(dá)液位計(jì)采用頂裝方式進(jìn)行安裝，即通過(guò)安裝在容器1頂部的表頭6 和測(cè)量天線7進(jìn)行測(cè)量，首先向下發(fā)送雷達(dá)波，雷達(dá)波到達(dá)混合液體液面2時(shí)產(chǎn)生反射波， 所述測(cè)量天線再接收所述反射波，表頭通過(guò)收發(fā)時(shí)間差(發(fā)送到收到反射波時(shí)間除以2)與雷達(dá)波傳送速度(一般為光速)乘積計(jì)算液面到測(cè)量天線底端距離，由容器總高度減去此距離即為容器內(nèi)液面2總高度H。差壓變送器10采用側(cè)裝方式進(jìn)行安裝，即通過(guò)安裝在容器側(cè)面的取壓口獲得壓強(qiáng)數(shù)據(jù)，其中，正壓(高壓)取壓口 9設(shè)置于容器最低點(diǎn)的同一平面上，測(cè)量容器內(nèi)混合液體產(chǎn)生的正壓壓強(qiáng)；負(fù)壓(低壓)取壓口 8設(shè)置于雷達(dá)液位計(jì)測(cè)量最高點(diǎn)(即雷達(dá)液位計(jì)測(cè)量天線7最下端)的同一平面上，測(cè)量容器內(nèi)負(fù)壓壓強(qiáng)(即混合液體液面處所受壓強(qiáng))； 所述正壓與負(fù)壓的壓強(qiáng)差ΔΙ^即為混合液體受重力作用所產(chǎn)生壓強(qiáng)。將上述兩測(cè)量值H和ΔΙ^傳送給計(jì)算設(shè)備，所述計(jì)算設(shè)備通常為可編程設(shè)備，如分布式控制系統(tǒng)DCS(Distributed Control System)或可編程邏輯控制器 PLC (Programmable Logic Controller)等；又因?yàn)棣?Pa = P ^h1+ ρ 2gh2①H = h!+h2②由①②得Δ Pa = P ^ (H_h2) + P 2gh2 =P^ H+gh2 (P2-P1) ③由③可得公式h2 = ( Δ Pa- P lg H) /g ( P 2- P )以上公式中Δ Pa表示設(shè)備內(nèi)液體上下差壓；H表示設(shè)備內(nèi)液體的高度；P ！表示分界面上介質(zhì)密度；P 2表示分界面下介質(zhì)密度；Ill表示分界面上介質(zhì)離界面高度；h2表示分界面高度；g為當(dāng)?shù)刂亓铀俣瘸?shù)。計(jì)算設(shè)備根據(jù)收到的測(cè)量值H和ΔΙ^代入上下介質(zhì)密度。及P2計(jì)算，得出分界面高度h2，由此可以實(shí)時(shí)地計(jì)算得出容器內(nèi)兩種液體介質(zhì)各自的高度、體積和/或重量。由于本發(fā)明中的測(cè)量原理簡(jiǎn)單、計(jì)算速度快、易于實(shí)現(xiàn)且對(duì)高度、體積和/或重量數(shù)據(jù)均可進(jìn)行監(jiān)控，可以根據(jù)工藝要求對(duì)容器內(nèi)的兩種液體介質(zhì)進(jìn)行方便的監(jiān)控。同時(shí)本發(fā)明中的測(cè)量精度主要由雷達(dá)液位計(jì)和差壓變送器精度決定，這兩種裝置通常測(cè)量精度高、對(duì)工作環(huán)境和被測(cè)介質(zhì)沒(méi)有太高要求、操作安全方便、易于安裝和維護(hù)，能有效解決現(xiàn)有技術(shù)中介質(zhì)分界面測(cè)量困難的問(wèn)題。此外，當(dāng)被測(cè)介質(zhì)具有較強(qiáng)腐蝕性時(shí)，可以在雷達(dá)液位計(jì)上襯F46(聚全氟乙丙烯)、在差壓變送器上采用隔離罐，就能夠有效地解決該裝置的抗腐蝕問(wèn)題。如果容器內(nèi)的液體總高度H為固定值(即容器始終為滿狀態(tài))，甚至可以省去雷達(dá)液位計(jì)，只采用差壓變送器即可實(shí)現(xiàn)上述測(cè)量和計(jì)算。此外，在測(cè)量精度要求不高的情況下，也可用其他物位計(jì)取代雷達(dá)液位計(jì)以節(jié)約成本。 以上實(shí)施方式僅用于說(shuō)明本發(fā)明，而并非對(duì)本發(fā)明的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術(shù)方案也屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明的專利保護(hù)范圍應(yīng)由權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種測(cè)量容器內(nèi)介質(zhì)分界面的裝置，所述容器(1)內(nèi)儲(chǔ)存有密度不同的兩層液體介質(zhì)，其特征在于，所述裝置包括雷達(dá)液位計(jì)，安裝在所述容器(1)上，利用雷達(dá)波對(duì)上層介質(zhì)(4)的液面( 高度H進(jìn)行測(cè)量；差壓變送器(10)，安裝在所述容器(1)上，用于測(cè)量容器內(nèi)液體的上下差壓計(jì)算設(shè)備，與所述雷達(dá)液位計(jì)和所述差壓變送器的輸出端相連，根據(jù)測(cè)量的液面(2) 高度H和上下差壓ΔΙ^，代入分界面上層介質(zhì)的液體密度P1和分界面下層介質(zhì)(5) 的液體密度P 2計(jì)算得出分界面(3)的高度ti2。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述雷達(dá)液位計(jì)采用頂裝方式安裝，通過(guò)發(fā)射設(shè)備和接收設(shè)備在垂直方向上收發(fā)雷達(dá)波。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述差壓變送器(10)采用側(cè)裝方式安裝， 正壓取壓口(9)設(shè)置于容器最低點(diǎn)的同一平面上，負(fù)壓取壓口(8)設(shè)置于雷達(dá)液位計(jì)測(cè)量最高點(diǎn)的同一平面上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，當(dāng)被測(cè)介質(zhì)具有較強(qiáng)腐蝕性時(shí)，在所述雷達(dá)液位計(jì)上襯F46、在所述差壓變送器上采用隔離罐。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述計(jì)算設(shè)備為DCS或PLC的可編程設(shè)備。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一所述的裝置，其特征在于，所述分界面(3)的高度Ii2具體為 h2 = ( Δ Pa- P ig H) /g ( P 2- P》。
7.一種測(cè)量容器內(nèi)介質(zhì)分界面的方法，所述容器(1)內(nèi)儲(chǔ)存有密度不同的兩層液體介質(zhì)，其特征在于，所述方法包括步驟使用安裝在所述容器(1)上的雷達(dá)液位計(jì)對(duì)上層介質(zhì)的液面( 高度H進(jìn)行測(cè)量；使用安裝在所述容器⑴上的差壓變送器(10)測(cè)量容器內(nèi)液體的上下差壓將測(cè)量的液面O)高度H和上下差壓Δ1 輸入到計(jì)算設(shè)備，代入分界面上層介質(zhì)(4) 的液體密度P1和分界面下層介質(zhì)(5)的液體密度P 2計(jì)算得出分界面(3)的高度ti2。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，通過(guò)頂裝的雷達(dá)液位計(jì)測(cè)量收發(fā)雷達(dá)波的時(shí)間差計(jì)算出所述液面O)高度H。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述上下差壓AI3a為通過(guò)側(cè)裝的差壓變送器測(cè)量出的正、負(fù)壓之間的壓強(qiáng)差。
10.根據(jù)權(quán)利要求6-8任一所述的方法，其特征在于，所述分界面(3)的高度Ii2具體為 h2 = ( Δ Pa- P ig H) /g ( P 2- P》。
全文摘要
本發(fā)明涉及工業(yè)測(cè)量控制技術(shù)領(lǐng)域，提出了一種容器內(nèi)介質(zhì)分界面測(cè)量裝置及方法，通過(guò)雷達(dá)液位計(jì)和差壓變送器的配合使用，可方便地對(duì)容器內(nèi)混合介質(zhì)的高度、體積和/或重量等情況進(jìn)行監(jiān)控，其測(cè)量原理簡(jiǎn)單、計(jì)算速度快、易于實(shí)現(xiàn)。該裝置測(cè)量精度高、對(duì)工作環(huán)境和被測(cè)介質(zhì)沒(méi)有太高要求、操作安全方便、易于安裝和維護(hù)，能有效解決現(xiàn)有技術(shù)中介質(zhì)分界面測(cè)量困難的問(wèn)題。
文檔編號(hào)G01F23/14GK102252731SQ20111011818
公開(kāi)日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2011年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月9日
發(fā)明者何水橋, 劉進(jìn), 吳劍波, 周朝剛, 張勁松, 徐勇 申請(qǐng)人:中昊晨光化工研究院