气垫在液位测量中的应用

　　1　引　言

　　在煤化工、炼油等行业生产中,测量粘稠和腐蚀性介质时,常因导压管堵塞,投入式变送器内部结露等原因,造成一次仪表难以正常运行。据气体的物理性质:一定质量的气体,在温　　度不变的情况下,它的压强与体积成反比(P1/P2= V2/V1,即P1V1= P2V2)。在这一条件下,把一只空烧杯口向下缓慢放入水中,这时杯中的空气就形成一个气垫,气垫压力的大小随着液位的　　高低而变化。把气垫的压力用细导压管引入传感器中,即可测量液位的高低。

　　2　气垫测量方法及原理

　　气垫测量液位方框图如图1所示

　　图1中,①测量方法简单易行。用仪表气源管(φ6×1)把气垫压力传到U形管,直接读取液位的高低;②将气垫压力传到扩散硅变送器,由数显表显示液位,并实现液位上下限报警。

　　现以EJA变送器测量方式为例,进一步说明气垫测量液位的原理。测量方法见图2。　图2中,①锥形气垫沉桶;②不锈钢软管(一端是M20×1.5内螺纹活接头,另一端是1/2″NPT　　内螺纹活接头)。金属软管两端分别与EJA变送器和沉桶相连接,上紧活接头后,把沉桶缓慢沉到水池底部。沉桶中的空气被压缩成气垫,水池液位的高度经气垫转换成相对应的压力信号,压力信号经变送器转换成4~20 mA电信号送到数显表,显示液位高低实现液位的自控。

　　3　气垫沉桶的制作

　　气垫沉桶一般加工成等边园锥形,见图3。

　　在沉桶底部开φ50的导压孔,此导压孔可根据沉桶实际配重确定孔径。

　　沉桶投入水中产生一定的浮力,若是浮力大于沉桶重量,沉桶就浮于水面,因此沉桶的重量必须大于浮力,沉桶才能沉入水中,在桶内形成人工气垫以进行液位测量。根据实际经验,沉桶的重量为二倍的浮力为宜,这样即节约耐腐蚀材料,又能提高沉桶在液体中的稳定性。

　　现以测量0~10 m的水池液位为例,计算气垫沉桶的测量精度。

　　空气是一种理想气体,一定质量的理想气体状态方程为:

　　P1V1/T1= P2V2/T2

一定质量的气体作等容变化时,温度每升高(或降低)1℃其增加(或减少)的压强等于它在0℃时压强的1/273。在实际测量中,被测介质的温度变化范围不大,可近似为T1≈T2,即P1V1= P2V2。

　　则沉桶内水的高度=121-96.16=25mm沉桶的测量精度=25/(10×1 000)=0.25%当水池液位从0~10 000 mm水柱变化时,而气垫压力变化是从0~9975mm水柱,水池液位变化经气垫转换少了25 mm。在这样间接测量的条件下,把变送器的实际量程改为0~99.75 kPa,而变送器输出为4~20 mA则仍然显示0~10 m的液位,这样就消除了气垫沉桶的测量误差。