差压原理液位精确测量的应用

　　液体的液位测量在工业生产中非常普遍,应用领域也比较广,例如自来水水位的测量和控制,油田、炼油厂的油罐和储油槽的油位的测量等。液位测量的方法很多,其中差压法应用比较广泛。然而在某些生产过程中被测介质的密度随着工况或环境的变化而改变。这种情况下,采用普通差压法测量液位,精度无法保证。此外,测量电路的电源电压波动也将对液位测量结果产生影响。针对上述问题,本文提出双差压法和参比法的改进方案,以克服液体密度变化和电源电压波动对液位测量结果的影响,提高液位测量的精度。

　　1　双差压法液位测量原理

　　差压法测量液位的原理是基于如下公式:

　　式中:Δp为差压值, m;H为液位高度, m;ρ为液体密度, kg/m3;g为重力加速度, m/s2。

　　由式(1)可见,只有在液体密度ρ恒定不变的条件下,差压Δp才与液位高度H呈线性正比关系,才可以通过测量差压Δp间接地获取液位H值。但是液体密度ρ是液体组份和温度的多元函数。当液体组份和温度变化导致密度ρ改变时,即使液位高度H没有变化,也将使差压信号Δp改变,此时若还按原来的液体密度ρ从差压信号Δp计算出液位H,显然将导致测量误差,严重时会造成操作人员的错误判断。

　　为此,本文提出采用两个差压传感器,如图1所示。其中差压传感器1用于测量未知液位高度H产生的差压,即密闭容器底部和液面上方的压力差。(若测量敞口容器内的液位,则差压传感器1的低压室应与大气相通,即大气p2=p大气)。

　　差压传感器2用于测量已知液位高度h产生的差压,即容器底部和液面下方取压点的压力差

　　由上两式可得

　　式中: H为容器内被测液面高度; h为液面下方两固定取压点间的垂直距离。

　　由上式可见,双差压法可消除液位密度ρ变化对液位测量的影响。但是双差压法需要实现两个差压的除法运算与已知液位高度h的乘法运算。

　　2　压阻式差压传感器工作原理

　　本设计采用硅压阻式差压传感器,它由外壳、硅膜片和引线组成。

　　在硅膜片上,用半导体工艺中的扩散掺杂法做四个相等的电阻,经蒸镀铝电极及连线,接成惠斯登电桥,再用压焊法与外引线相连。膜片的一侧是和被测系统相连接的高压腔,另一侧是低压腔。当膜片两边存在压力差而发生形变时,膜片各点产生应力,从而使扩散电阻的阻值发生变化,电桥失去平衡,输出相应的电压,其输出电压UO与硅膜片两侧所受的压力差值Δp的关系式为^[1]