在現(xiàn)代工業(yè)自動化生產(chǎn)過程中通過物位的測量可以確定容器設(shè)備中原料成品和半成品的體積和質(zhì)量,以保證連續(xù)生產(chǎn)過程中各環(huán)節(jié)所需的物料或進(jìn)行經(jīng)濟(jì)核算?；蛲ㄟ^物位的測量監(jiān)視和控制容器內(nèi)的介質(zhì)物位,是它保持在工藝要求的高度上,保證產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)量和生產(chǎn)安全。物位的測量方法也有很多,如玻璃罐液位計、浮力式物位計、差壓式液位計、電容式物位計、雷達(dá)式物位計、超聲波物位計等等,不同的物位計測量原理不同,適用范圍和測量精度也不相同。 下面我們就差壓式的工作原理、誤差產(chǎn)生的原因和處理方法做簡單討論。并給出了在實際應(yīng)中采用誤差處理前、后測量數(shù)據(jù)的誤差變化。

根據(jù)流體靜力學(xué)原理,一定高度的液體自身的重力作用于底面積上,所產(chǎn)生的壓力和液體的高度有關(guān),壓差式液位計是通過測量液位高度產(chǎn)生的壓力來實現(xiàn)壓力的測量。

PA為A點的表壓力;

輸出上、下限的與液位的零點、量程相對應(yīng)。這種方法稱為“零點遷移”。 

當(dāng)H=0時, ΔP =0,差壓變送器未受任何附加靜壓。差壓變送器無需遷移。

當(dāng)H=0時, ΔP >0,差壓變送器受附加正差壓作用,需進(jìn)行正遷移,遷移量:。

當(dāng)H=0時, ΔP >0,差壓變送器受附加正差壓作用,需進(jìn)行正遷移,遷移量:

在同一地區(qū)的同一高度,任何物體的重力加速度都是相同的。重力加速度的數(shù)值隨海拔高度增大而減小。當(dāng)物體距地面高度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于地球半徑時,g變化不大。而離地面高度較大時,重力加速度g數(shù)值顯著減小,此時不能認(rèn)為g為常數(shù)。 距離地面同一高度的重力加速度,也會隨著緯度的升高而變大。由于重力是萬有引力的一個分力,萬有引力的另一個分力提供了物體繞地軸作圓周運動所需要的向心力。物體所處的地理位置緯度越高,圓周運動軌道半徑越小,需要的向心力也越小,重力將隨之增大,重力加速度也變大。地理南北兩極處的圓周運動軌道半徑為0,需要的向心力也為0,重力等于萬有引力,此時的重力加速度也達(dá)到***大。

我們通常所說的液體密度指的是液體在標(biāo)況 (即溫度為0℃、壓強為1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓) 下的密度。實際應(yīng)用當(dāng)中,液體很少是在標(biāo)況下,液體的密度受壓力和溫度的影響也不是一個標(biāo)況下的常數(shù)。根據(jù)物體熱脹冷收的效應(yīng),溫度升高,體積增加,密度減小。另外,在溫度一定的情況下,壓力增加,體積減小,密度增加。所以液體的密度會受到壓力和溫度兩個因素的影響。

嚴(yán)格說來,質(zhì)點受到萬有引力是質(zhì)點的重力和質(zhì)點隨地球繞自轉(zhuǎn)軸作勻速圓周運動產(chǎn)生向心力的矢量和。那么,重力就是質(zhì)點受到萬有引力和質(zhì)點隨地球繞自轉(zhuǎn)軸作勻速圓周運動產(chǎn)生向心力的矢量差。

假設(shè)地球質(zhì)量是M,質(zhì)點質(zhì)量是m,質(zhì)點所在緯度是θ, 海拔高度h,此處的地球半徑是R,地球自轉(zhuǎn)的角速度是ω, 萬有引力常數(shù)是G,質(zhì)點和地球自轉(zhuǎn)軸之間的距離是r,那么顯然有r=(R+h)cosθ。此時,萬有引力F引=GMm/(R+h)2,向心力F向=mrω2=mω2(R+h)cosθ

上式是理論上的公式,實際應(yīng)用可用下式

不同高度的重力加速度 (m/s2)

液體的密度在相同的溫度、壓力下是一個固定常熟,但是隨溫度和壓力的變化密度也會變化。液體密度受溫度的影響較大,在低壓范圍內(nèi)受壓力影響較小,在高壓和超高壓范圍內(nèi)受壓力影響較大。

以測量石油液體為例,參考石油密度與溫度、壓力的對應(yīng)關(guān)系找出液體的實際密度。在一定環(huán)境下,容器內(nèi)液體的溫度基本穩(wěn)定且均一,直接采用溫度傳感器測出溫度即可。但是液體不同高處的壓力不同,容器內(nèi)各處液體的壓力和液體高度基本成正比,所以計算時整個容器內(nèi)液體的壓力取1/2高H處的壓力為平均壓力可以減小壓力誤差影響。

2013年10月,某長輸管道投產(chǎn)采用水聯(lián)運,蓄水罐為剛完工未投產(chǎn)的10萬m³外浮頂立式金屬罐,未加裝液位計。同時首站出站流量計均未投用,為了確保投產(chǎn)流量控制方案規(guī)定的范圍內(nèi),必須通過立式金屬罐的液位來判斷外輸排量。為此,首站采用在罐底安裝差壓變送器檢測罐內(nèi)水的壓力變化,并遠(yuǎn)傳至站控SCADA系統(tǒng),完成液位的轉(zhuǎn)換,及時計算液位高度變化及外輸排量,在投產(chǎn)期間發(fā)揮了巨大作用。

在罐底部有一個打壓測試的接口,連接上0-200k Pa的羅斯蒙特差壓變送器,精度為0.075%。遠(yuǎn)傳信號采用4-20m A。 上位機采用BB公司生產(chǎn)的模擬量PLC,并通過以太網(wǎng)上傳至計算機。

通過VB編寫程序,讀取PLC壓力值。通過公式計算液位高度然后通過罐表數(shù)據(jù)庫查找罐容表自動計算罐容量,再通過罐容量變化及時間計算外輸排量。軟件能進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)查詢、 水密度修正、刷新頻率設(shè)置、以及海拔及經(jīng)緯度對重力加速度的修正。

界面如下:

本地海拔高度為1520米,經(jīng)過GPS定位,確定經(jīng)度和緯度。水溫為15℃,經(jīng)過查表密度水的密度為999.1kg/m³。

為了獲得準(zhǔn)確的數(shù)據(jù),在投產(chǎn)開始時進(jìn)行手工檢水尺與液位計必讀,并及時找出誤差產(chǎn)生的原因,調(diào)整修正參數(shù)。如下表:

經(jīng)過比對發(fā)現(xiàn),存在一個恒定的差值0.318m,經(jīng)過現(xiàn)場檢查,發(fā)現(xiàn)取壓孔距離罐底高度約為0.3米,經(jīng)過現(xiàn)場測量為0.314米。隨后對數(shù)據(jù)進(jìn)行+0.314m修正。經(jīng)過再次比對,結(jié)果與檢尺非常接近,修正效果良好。如下表:

通過實驗可以看出,在使用壓差液位計測量液位時,尤其是測量大容量液體的液位時,考慮測量誤差及誤差調(diào)整對準(zhǔn)確測量的重要性。