具有實現液位測量自動補償的三探頭電容式液位計測量筒的製作方法

2023-12-11 01:56:42 1

專利名稱：具有實現液位測量自動補償的三探頭電容式液位計測量筒的製作方法
技術領域：
本發明屬於液位測控技術範圍，特別涉及能實現在線自動補償被測介質介電常數變化、被測介質對探極粘附率的變化及氣或汽態介質介電常數的變化對測量帶來影響的一種具有實現液位測量自動補償的三探頭電容式液位計測量筒。
背景技術：
傳統的電容式液位計均採用單探頭測量方式，它是由一個電容測量探頭，一個變送顯示儀加一個電容測量探極構成電容式液位測量系統。現有電容式液位計測量探極結構類型包括單探杆類(剛性、軟性)，接近平板式，雙探杆類、同軸套筒式。單探杆類、接近平板式等探極，在現場測量時，需要提供另一探極作參考地極(如罐壁)才能構成完整的電容測量探極。雙探杆類探極則自己構成完整的電容測量探極。單探杆類、接近平板式、雙探杆類等電容測量探極都必須安裝在被測容器內，測量系統才能實施測量。同軸套筒式探極是由金屬管構成的參考地極和與之完全絕緣的金屬棒探極同軸相連構成完整的電容測量探極，這種探極測量精度高，它的安裝形式比較靈活，如通過聯通器形式聯接在被測容器外，也可直接安裝在被測容器內。在被測介質介電常數e相對恆定，被測介質對探極粘附率保持一定，測量時電容測量探極內氣(汽)態介質介電常數相對恆定時，同軸套筒的被測電容變化值才僅跟同軸套筒內液位變化值有關，且是正比關係，經過一次兩點現場標定(或摸擬現場測量環境進行的標定)，傳統的單探頭電容式液位計即可正確測量被測介質液位。由下式計算 其中H測測量時的液位值。
C測同軸套筒探極測量時的測量電容值。
C0同軸套筒現場標定狀態下空筒時電容測量值。
C滿同軸套筒現場標定狀態下充滿被測介質時電容測量值。
h現場標定狀態下，同軸套筒電容測量值從C0至C滿變化對應的被測介質液位變化值。
這種測量方法僅適用於被測介質介電常數e相對恆定，被測介質對探極的粘附率相對恆定，測量時電容測量探極內氣(汽)態介質介電常數相對恆定的場合。有些液位測量現場環境變化非常複雜，存在同一被測介質的介電常數及被測介質對探極的粘附率等參數隨溫度、壓力變化而變化，這些變化將導致實測的單位電容變化值對應的液位高度變化值與標定值產生差異，再加上氣(汽)態介質介電常數變化對同軸套筒探極測量空值的影響。這些影響將導致測量誤差，當這種誤差超過測量現場測量最大誤差允許值時，傳統的單探頭電容式液位計因自身沒有補償這種影響的能力，就不能應用在此類測量場合了。

發明內容
本發明的目的是提供能實現在線自動補償被測介質介電常數變化、被測介質對探極粘附率的變化及氣或汽態介質介電常數的變化對測量帶來影響的一種具有實現液位測量自動補償的三探頭電容式液位計測量筒，其特徵在於所述具有實現液位測量自動補償的三探頭電容式液位計測量筒結構是在一同軸套筒式測量探極上高於被測介質液位變化最高點的高位端及低於被測介質液位變化最低點的低位端，以聯通管形式各並接一同軸套筒測量探極，即由1#、2#、3#三個同軸套筒測量探極相連組成的三探頭電容式液位計測量筒，其1#測量筒為主測量筒，其測量探極的製作高度一般以符合現場要求的有效測量量程為準，2#、3#同軸套筒測量探極的製作高度原理上可以是任一值，但在實踐中2#、3#同軸套筒測量探極的製作高度一般是1#同軸套筒測量探極的製作高度的六分之一至三分之一；同時三個同軸套筒測量探極的參考地極金屬管內徑、金屬棒探極外徑、絕緣層厚度、材質等物理指標均一致，用於保證三個同軸套筒測量探極能同時測量同一種介質及保證三個同軸套筒測量探極在相同環境下測量同一單位高度被測介質液位變化時引起的測量電容變化值完全一致；其2#測量筒在實測中將永遠被置於空筒即高位端狀態，用於對1#、3#測量筒空筒電容標定值進行修正，它主要消除氣或汽態介質介電常數的變化及被測介質對探極的粘附率的變化對測量帶來影響；其3#測量筒在實測中將永遠被置於被測介質滿筒即低位端狀態，用於對1#測量筒的滿筒電容標定值進行修正，它主要消除被測介質的介電常數變化對測量的影響；三探頭電容式液位測量筒如果輔以三個電測指標一致且精度很好的電容測量探頭和相關的變送顯示儀，就構成了一套具有液位測量自動補償功能的三探頭電容式液位計；用三探頭電容式液位測量筒測量的任一種液體介質的液位高度可用兩種計算公式進行計算，其結果是相同的；其第一種計算方式以H1做為定長計算，即1#測量筒從空筒至滿筒時實測電容變化修正後值對應的液位變化值，永遠以H1標定值計祘 其第二種計算方式以H3做為定長計算，即3#測量筒從空筒至滿筒時實測電容變化修正後值對應的液位變化值，永遠以H3標定值計祘 在進行實地測量前，我們用任一種液體介質(如水)，在相對穩定的環境下，對三個測量筒的空筒、滿筒時電容測量值及三個測量筒滿電容變化對應的被測介質最大液位變化高度分別進行一次兩點標定，即可得到在標定狀態下的參數C10探頭1測量的1#測量筒空筒時標定電容測量值；C11探頭1測量的1#測量筒滿筒時標定電容測量值；H11#測量筒電容測量值從C10至C11變化對應的被測介質液位變化高度；C20探頭2測量的2#測量筒空筒時標定電容測量值；C21探頭2測量的2#測量筒滿筒時標定電容標定測量值；H22#測量筒電容測量值從C20至C21變化對應的被測介質液位變化高度；C30探頭3測量的3#測量筒空筒時標定電容測量值；C31探頭3測量的3#測量筒滿筒時標定電容測量值；H33#測量筒電容測量值從C30至C31變化對應的被測介質液位變化高度；
D為滿量程設定值，一般以測量現場最大液位變化值為準。
下面我們對任一種液體介質進行實地測量，分別得到了1#、2#、3#筒電容測量值。
CX1實地測量時1#筒電容測量值；CX2實地測量時2#筒電容測量值；CX3實地測量時3#筒電容測量值；在得到以上各項參數後即可進行H測值的計算。
在第一種計算方式和第二種計算方式中，1).補償氣(汽)態介質介電常數變化及被測介質對探極粘附率的變化對測量影響的計算主要用2#測量筒相關參數對1#、3#測量筒空筒標定值進行修正，其(CX2-C20)為氣(汽)態介質介電常數變化及被測介質對探極粘附率的變化引起的2#筒空筒電容變化值，因為氣(汽)態介質介電常數變化及被測介質對探極粘附率的變化引起的電容值變化與測量高度值變化呈正比，所以，3#測量筒空筒標定值修正後值為C30+(CX2-C20)H3H2]]>其中C30為3#測量筒空筒標定電容測量值；(CX2-C20)H3H2]]>為3#測量筒空筒標定電容測量值的修正值；1#測量筒空筒標定值修正後值為C10+(CX2-C20)H1H2]]>其中C10為1#測量筒空筒標定電容測量值；(CX2-C20)H1H2]]>為1#測量筒空筒標定電容測量值的修正值；2)補償被測介質介電常數變化對測量影響的計算主要用3#測量筒相關參數對1#測量筒滿筒標定值進行修正。其(CX3-C31)為被測介質介電常數變化引起的3#測量筒滿筒電容變化值，因為被測介質介電常數變化引起的電容值變化與測量高度值變化呈正比，所以1#測量筒滿筒標定值修正後值為C11+(CX3-C31)H1H3]]>其中C11為1#測量筒滿筒標定電容測量值；(CX3-C31)H1H3]]>為1#測量筒滿筒標定電容測量值的修正值；以上無論用哪一種計算方式都可得到正確的測量結果。
本發明的有益效果是，無論被測介質介電常數、被測介質對探極粘附率，及氣(汽)態介質介電常數等參數怎麼變化，按上述運算邏輯三探頭電容式液位計都可自動補償被測介質介電常數、被測介質對探極粘附率，及氣(汽)態介質介電常數等變化對測量的影響，正確測量出被測介質液位值；三探頭電容式液位計測量筒的結構設計使電容式液位測量實現在線自動補償被測介質介電常數、被測介質對探極粘附率，及氣(汽)態介質介電常數變化對測量的影響，這將大大擴展電容式液位測控技術應用領域。


圖1為三探頭電容式液位計測量筒的結構設計示意圖。
具體實施例方式本發明為能實現在線自動補償被測介質介電常數變化、被測介質對探極粘附率的變化及氣或汽態介質介電常數的變化對測量帶來影響的一種具有實現液位測量自動補償的三探頭電容式液位計測量筒。是在高於被測介質液位變化最高點處的高位端7及低於被測介質液位變化最低點處的低位端8(如圖1所示)局在1#同軸套筒測量探極的參考地極金屬管1高位端及低位端以聯通管形式各並接2#同軸套筒測量探極的參考地極金屬管2和3#同軸套筒測量探極的參考地極金屬管3，組成三探頭電容式液位計測量筒。所述1#同軸套筒測量探極的參考地極金屬管1的中心插入測量探極4，2#同軸套筒測量探極的參考地極金屬管2的中心插入測量探極5和3#同軸套筒測量探極的參考地極金屬管3的中心插入測量探極6。其1#同軸套筒測量探極的參考地極金屬管1、測量探極4的製作高度一般以符合現場要求(＞或＝)的有效測量量程為準，2#同軸套筒測量探極的參考地極金屬管2、測量探極5和3#同軸套筒測量探極的參考地極金屬管3、測量探極6的製作高度原理上可以是任一值，但在實踐中2#、3#同軸套筒測量探極的製作高度一般是1#同軸套筒測量探極的製作高度的六分之一至三分之一；同時三個同軸套筒測量探極的參考地極的金屬管內徑、金屬棒探極外徑、絕緣層厚度、材質等物理指標均一致。這樣就保證了三個同軸套筒測量探極能同時測量同一種介質，也保證了三個同軸套筒測量探極在相同環境下測量同一單位高度被測介質液位變化時引起的測量電容變化值完全一致。其1#測量筒為主測量筒；其2#測量筒在實測中將永遠被置於空筒即高位端7以上狀態，用於對1#、3#測量筒空筒電容標定值進行修正，它主要消除氣或汽態介質介電常數的變化及被測介質對探極的粘附率的變化對測量帶來影響；其3#測量筒在實測中將永遠被置於被測介質滿筒即低位端8以下狀態，用於對1#測量筒的滿筒電容標定值進行修正，它主要消除被測介質的介電常數變化對測量的影響；三探頭電容式液位測量筒如果輔以三個電測指標一致且精度很好的電容測量探頭1#測量探頭、2#測量探頭、3#測量探頭、和相關的變送顯示儀，就構成了一套具有液位測量自動補償功能的三探頭電容式液位計；用三探頭電容式液位計測量筒測量任一種液體介質的液位高度可用兩種計算公式進行計算，其結果是相同的；其第一種計算方式以H1做為定長計算，即1#測量筒從空筒至滿筒時實測電容變化修正後值對應的液位變化值，永遠以H1標定值計祘 其第二種計算方式以H3做為定長計算，即3#測量筒從空筒至滿筒時實測電容變化修正後值對應的液位變化值，永遠以H3標定值計祘 在進行實地測量前，我們用任一種液體介質(如水)，在相對穩定的環境下，對具有實現液位測量自動補償功能的三探頭電容式液位計測量筒的三個測量筒的空筒、滿筒時電容測量值及三個測量筒滿電容變化對應的被測介質最大液位變化高度分別進行一次兩點標定，即可得到在標定狀態下的參數C10探頭1測量的1#測量筒空筒時標定電容測量值；C11探頭1測量的1#測量筒滿筒時標定電容測量值；H11#測量筒電容測量值從C10至C11變化對應的被測介質液位變化高度；C20探頭2測量的2#測量筒空筒時標定電容測量值；C21探頭2測量的2#測量筒滿筒時標定電容標定測量值；H22#測量筒電容測量值從C20至C21變化對應的被測介質液位變化高度；C30探頭3測量的3#測量筒空筒時標定電容測量值；C31探頭3測量的3#測量筒滿筒時標定電容測量值；H33#測量筒電容測量值從C30至C31變化對應的被測介質液位變化高度；D為滿量程設定值，一般以測量現場最大液位變化值為準。下面我們對任一種液體介質進行實地測量，可分別得到1#、2#、3#筒電容測量值。
CX1實地測量時1#筒電容測量值；CX2實地測量時2#筒電容測量值；CX3實地測量時3#筒電容測量值；在第一種計算方式和第二種計算方式中，1).補償氣(汽)態介質介電常數變化及被測介質對探極粘附率的變化對測量影響的計算主要用2#測量筒相關參數對1#、3#測量筒空筒標定值進行修正，其(CX2-C20)為氣(汽)態介質介電常數變化及被測介質對探極粘附率的變化引起的2#筒空筒電容變化值，因為氣(汽)態介質介電常數變化及被測介質對探極粘附率的變化引起的電容值變化與測量高度值變化呈正比，所以，3#測量筒空筒標定值修正後值為C30+(CX2-C20)H3H2]]>其中C30為3#測量筒空筒標定電容測量值；(CX2-C20)H3H2]]>為3#測量筒空筒標定電容測量值的修正值；1#測量筒空筒標定值修正後值為C10+(CX2-C20)H1H2]]>其中C10為1#測量筒空筒標定電容測量值；(CX2-C20)H1H2]]>為1#測量筒空筒標定電容測量值的修正值；2)補償被測介質介電常數變化對測量影響的計算主要用3#測量筒相關參數對1#測量筒滿筒標定值進行修正。其(CX3-C31)為被測介質介電常數變化引起的3#測量筒滿筒電容變化值，因為被測介質介電常數引起的電容值變化與測量高度值變化呈正比，所以1#測量筒滿筒標定值修正後值為C11+(CX3-C31)H1H3]]>其中C11為1#測量筒滿筒標定電容測量值；(CX3-C31)H1H3]]>為1#測量筒滿筒標定電容測量值的修正值；以上無論用哪一種計算方式都可得到正確的測量結果。舉例說明定標C10160F C2040PF C3065PF D4.5米C11400PF C2180PF C31125PFH16米 H21米 H31.5米實地測量 CX1400PFCX245PFCX3162.5PF說明氣(汽)態介質介電常數及被測介質對探極粘附率的變化對2#筒空筒電容測量影響的變化值為5PF；被測介質介電常數變化對3#筒滿筒電容測量影響的變化值為37.5PF。
以H1做為定長計算即1#測量筒實測時從空筒至滿筒電容變化修正後值對應的液位變化值永遠以H1標定值計祘；第一種計算方式計算如下 以H3做為定長計算即3#測量筒實測時從空筒至滿筒電容變化修正後值對液位變化值永遠以H3標定值計祘；第二種計算式計算如下 以上計算結果表明，無論用哪一種計算方式都能得到正確的測量結果。
權利要求
1.一種具有實現液位測量自動補償的三探頭電容式液位計測量筒，其特徵在於是在一同軸套筒式測量探極上高於被測介質液位變化最高點處的高位端及低於被測介質液位變化最低點處的低位端，以聯通管形式各並接一同軸套筒測量探極即由1#、2#、3#三個同軸套筒測量探極相連組成的三探頭電容式液位計測量筒；其1#測量筒為主測量筒；其測量探極的製作高度一般以符合現場要求的有效測量量程為準，2#、3#同軸套筒測量探極的製作高度原理上可以是任一值，但在實踐中2#、3#同軸套筒測量探極的製作高度一般是1#同軸套筒測量探極的製作高度的六分之一至三分之一；同時三個同軸套筒測量探極的參考地極金屬管內徑、金屬棒探極外徑、絕緣層厚度、材質等物理指標均一致，用於保證三個同軸套筒探極能同時測量同一種介質，及保證三個同軸套筒測量探極在相同環境下測量同一單位高度被測介質液位變化引起的測量電容變化值完全一致；其2#測量筒在實測中將永遠被置於空筒即高位端狀態，用於對1#、3#測量筒空筒電容標定值進行修正，它主要消除氣或汽態介質介電常數的變化及被測介質對探極的粘附率的變化對測量帶來影響；其3#測量筒在實測中將永遠被置於被測介質滿筒即低位端狀態，用於對1#測量筒的滿筒電容標定值進行修正，它主要消除被測介質的介電常數變化對測量的影響。
2.一種權利要求1所述具有實現液位測量自動補償的三探頭電容式液位計測量筒自動補償相關計算方法，其特徵在於所述自動補償相關計算方法是先用任一種液體介質如水，在相對穩定的環境下對三探頭電容式液位計測量筒的三個測量筒的空筒、滿筒時電容測量值及三個測量筒滿電容變化各自對應的被測介質液位變化的高度分別進行一次兩點標定，得到一組相關參數；在對任一種液體介質進行實地測量時，用三探頭電容式液位計測量筒的三個測量筒電容測量結果對相關標定測量值進行修正計算，即可得到準確的測量結果；其計算方法為如下兩種其第一種計算方式以H1做為定長計算，即1#測量筒從空筒至滿筒時實測電容變化修正後值對應的液位變化值，永遠以H1標定值計祘 其第二種計算方式以H3做為定長計算，即3#測量筒從空筒至滿筒時實測電容變化修正後值對應的液位變化值，永遠以H3標定值計祘 其中C10探頭1測量的1#測量筒空筒時標定電容測量值；C11探頭1測量的1#測量筒滿筒時標定電容測量值；H11#測量筒電容測量值從C10至C11變化對應的被測介質液位變化高度；C20探頭2測量的2#測量筒空筒時標定電容測量值；C21探頭2測量的2#測量筒滿筒時標定電容標定測量值；H22#測量筒電容測量值從C20至C21變化對應的被測介質液位變化高度；C30探頭3測量的3#測量筒空筒時標定電容測量值；C31探頭3測量的3#測量筒滿筒時標定電容測量值；H33#測量筒電容測量值從C30至C31變化對應的被測介質液位變化高度；CX1實地測量時1#筒電容測量值；CX2實地測量時2#筒電容測量值；CX3實地測量時3#筒電容測量。
全文摘要
本發明公開了屬於液位測控技術範圍的一種具有實現液位測量自動補償的三探頭電容式液位計測量筒。是在一同軸套筒式測量探極的高位端(高於被測介質液位變化最高點處)及低位端(低於被測介質液位變化最低點處)以聯通管形式各並接一同軸套筒測量探極即由1#、2#、3#三個同軸套筒測量探極相連組成的三探頭電容式液位計測量筒。它為電容式液位計實現在線自動補償被測介質介電常數變化、被測介質對探極粘附率變化、及氣(汽)態介質介電常數變化對測量帶來的影響提供理論基礎。在進行實地測量前，我們用任一種液體介質(如水)，在相對穩定的環境下，對三個測量筒的空筒、滿筒時電容測量值及三個測量筒滿電容變化對應的被測介質最大液位變化高度分別進行一次兩點標定後，用本發明三探頭電容式液位計測量筒對液體介質進行實地測量並探索出一套實現電容式液位測量自動補償相關計算方法，有效地克服了傳統的單探頭電容式液位計測量方式的局限性，大大拓寬了電容式液位測量技術使用範圍。
文檔編號G01F23/22GK1441232SQ03109369
公開日2003年9月10日 申請日期2003年4月8日 優先權日2003年4月8日
發明者羅明 申請人:羅明