在現代工業自動化生產過程中通過物位的測量可以確定容器設備中原料成品和半成品的體積和質量,以保證連續生產過程中各環節所需的物料或進行經濟核算。或通過物位的測量監視和控制容器內的介質物位,是它保持在工藝要求的高度上,保證產品的質量、產量和生產安全。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、誤差產生的原因和處理方法做簡單討論。并給出了在實際應中采用誤差處理前、后測量數據的誤差變化。

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

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。這種方法稱為“零點遷移”。 

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

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

在同一地區的同一高度,任何物體的重力加速度都是相同的。重力加速度的數值隨海拔高度增大而減小。當物體距地面高度遠遠小于地球半徑時,g變化不大。而離地面高度較大時,重力加速度g數值顯著減小,此時不能認為g為常數。 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到***大。

我們通常所說的液體密度指的是液體在標況 (即溫度為0℃、壓強為1標準大氣壓) 下的密度。實際應用當中,液體很少是在標況下,液體的密度受壓力和溫度的影響也不是一個標況下的常數。根據物體熱脹冷收的效應,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。

嚴格說來,質點受到萬有引力是質點的重力和質點隨地球繞自轉軸作勻速圓周運動產生向心力的矢量和。那么,重力就是質點受到萬有引力和質點隨地球繞自轉軸作勻速圓周運動產生向心力的矢量差。

假設地球質量是M,質點質量是m,質點所在緯度是θ, 海拔高度h,此處的地球半徑是R,地球自轉的角速度是ω, 萬有引力常數是G,質點和地球自轉軸之間的距離是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,在低壓范圍內受壓力影響較小,在高壓和超高壓范圍內受壓力影響較大。

以測量石油液體為例,參考石油密度與溫度、壓力的對應關系找出液體的實際密度。在一定環境下,容器內液體的溫度基本穩定且均一,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,某長輸管道投產采用水聯運,蓄水罐為剛完工未投產的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,為了確保投產流量控制方案規定的范圍內,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水的壓力變化,并遠傳至站控SCADA系統,完成液位的轉換,及時計算液位高度變化及外輸排量,在投產期間發揮了巨大作用。

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%。遠傳信號采用4-20m A。 上位機采用BB公司生產的模擬量PLC,并通過以太網上傳至計算機。

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據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。軟件能進行歷史數據查詢、 水密度修正、刷新頻率設置、以及海拔及經緯度對重力加速度的修正。

界面如下:

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

為了獲得準確的數據,在投產開始時進行手工檢水尺與液位計必讀,并及時找出誤差產生的原因,調整修正參數。如下表:

經過比對發現,存在一個恒定的差值0.318m,經過現場檢查,發現取壓孔距離罐底高度約為0.3米,經過現場測量為0.314米。隨后對數據進行+0.314m修正。經過再次比對,結果與檢尺非常接近,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整對準確測量的重要性。