通過(guò)檢測(cè)與液體表面接觸的管中的突然壓力變化來(lái)測(cè)量液位
返回列表發(fā)布日期：2019-02-16 10:38:45 |
提出了一種用于液位測(cè)量的動(dòng)態(tài)管壓法。我們內(nèi)部制造的原型液位測(cè)量系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行了小瓶水樣的調(diào)查作為初步研究。配備有步進(jìn)電機(jī)和差壓傳感器的原型儀器用于測(cè)量管從初始零位置到液面的行進(jìn)距離。與傳統(tǒng)的起泡器方法不同，我們的動(dòng)態(tài)管壓法基于管壓力的突然變化來(lái)直接檢測(cè)液體表面。最佳條件是根據(jù)不同尺寸管在不同環(huán)境基礎(chǔ)壓力和各種下降管速度下的行程距離測(cè)量值確定的。此外，我們提出了重量校準(zhǔn)方法。在重量校準(zhǔn)方法中，使用行程距離代替液位，液位可以從行程距離的測(cè)量數(shù)據(jù)中獲得。行程距離與重量校準(zhǔn)曲線顯示出良好的線性關(guān)系（R.2=0.9999），并且在整個(gè)實(shí)驗(yàn)條件范圍內(nèi)行程距離的標(biāo)準(zhǔn)偏差小于0.1mm。在進(jìn)一步的研究中，我們現(xiàn)有的系統(tǒng)還將通過(guò)最大限度地減少與高溫和高腐蝕性熔鹽的接觸時(shí)間來(lái)測(cè)量密度和表面張力。
介紹
液位的測(cè)量是用于核保障以及過(guò)程監(jiān)測(cè)，控制，以及用于安全性和盈利材料存儲(chǔ)非常重要的，在許多普通工業(yè)過(guò)程[1-8]。液位測(cè)量技術(shù)可分為三類：機(jī)械，機(jī)電和電子[1]。浮動(dòng)，浸入探針，目測(cè)計(jì)玻璃和帶系統(tǒng)用于機(jī)械方法，而置換器，磁致伸縮裝置，電阻帶，旋轉(zhuǎn)抑制方法和伺服動(dòng)力液位計(jì)用于機(jī)電方法。電子方法可分為兩個(gè)子類：電子接觸和電子非接觸方法。在電子接觸方法中使用振動(dòng)叉開(kāi)關(guān)，電容或電導(dǎo)率方法，熱擴(kuò)散技術(shù)，超聲波間隙傳感器和導(dǎo)波雷達(dá);而在電子非接觸方法中使用時(shí)域反射計(jì)，非接觸式雷達(dá)和伽馬射線輻射吸收方法。所有這些方法都有其自身的局限性[9]。例如，基于阿基米德原理的機(jī)電置換器很容易受到操作條件的影響，例如溫度，壓力，成分和密度。在非接觸式雷達(dá)技術(shù)中，介質(zhì)和表面條件會(huì)影響測(cè)量，液體中存在的氣泡會(huì)顯著影響結(jié)果。因此，在考慮過(guò)程的特征和每種工藝在每種工藝條件下的適用性之后，應(yīng)特別注意方法的選擇。
有三種類型的公知的基于壓力的液位測(cè)量方法：流體靜壓法，差壓法，起泡[5-8]。在流體靜壓方法和差壓方法中，壓力傳感器與液體直接接觸，而鼓泡器使用浸入液體中的管，因此，管代替?zhèn)鞲衅髋c液體直接接觸。如果液體具有化學(xué)反應(yīng)性或足夠熱以損壞壓力傳感器和管道，則不能使用基于壓力的方法。此外，所有三種常規(guī)基于壓力的方法的主要缺點(diǎn)是依賴于液體介質(zhì)的密度，不均勻性和條件。
在這項(xiàng)研究中，我們提出了一種新的基于壓力的液位測(cè)量技術(shù)，可以在極端條件下使用，即非常熱，腐蝕性和高放射性環(huán)境，通過(guò)最大限度地減少液體對(duì)管道的損害或污染以及工藝條件。此外，該技術(shù)不依賴于大量液體條件，例如液體的溫度，密度，組成和均勻性。我們新的動(dòng)態(tài)管壓方法通過(guò)管內(nèi)突然的內(nèi)部壓力變化直接檢測(cè)液體表面。作為初步研究，我們的原型液位測(cè)量系統(tǒng)在室溫下在空氣條件下使用水進(jìn)行了研究。在不久的將來(lái)，實(shí)驗(yàn)動(dòng)態(tài)管壓力測(cè)量系統(tǒng)，如圖1所示，由線性步進(jìn)電機(jī)，連接到空氣壓縮機(jī)的不銹鋼管和壓力傳感器組成。所有實(shí)驗(yàn)均在室溫下進(jìn)行。將普通自來(lái)水放入圓柱形小瓶中，直徑為26.3mm，長(zhǎng)度為92.2mm。通過(guò)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)（EMS24-C1036，E-Motor，RepublicofKorea）將管子帶到在室溫下操作的小瓶中的水的表面，以進(jìn)行精確的定位控制。步進(jìn)電機(jī)由可編程邏輯控制器（XGBCnetI/F，LSIndustrialSystemsCo.，RepublicofKorea）控制。分辨率為1.8°/脈沖的步進(jìn)電機(jī)以0.125-5.0mm/s的速度向下驅(qū)動(dòng)不銹鋼管。步進(jìn)電機(jī)角度增量為1.8°/脈沖，每個(gè)脈沖的縱向分辨率為2.5μm。一旦接觸到水面，管就會(huì)移回原來(lái)的位置。通過(guò)管的空氣流量和壓力由針閥控制。使用差壓開(kāi)關(guān)和變送器（PTA202D-D2-D300P，CSCCo.，RepublicofKorea）監(jiān)測(cè)管內(nèi)的壓力。在第一步中，在零位置（z=0）監(jiān)測(cè)環(huán)境空氣氣氛中的管壓。如果z=0時(shí)的環(huán)境壓力穩(wěn)定且壓力變化小于5Pa持續(xù)10秒，則將最后一個(gè)壓力值設(shè)定為環(huán)境基礎(chǔ)壓力（P大韓民國(guó)）。在第一步中，在零位置（z=0）監(jiān)測(cè)環(huán)境空氣氣氛中的管壓。如果z=0時(shí)的環(huán)境壓力穩(wěn)定且壓力變化小于5Pa持續(xù)10秒，則將最后一個(gè)壓力值設(shè)定為環(huán)境基礎(chǔ)壓力（P大韓民國(guó)）。在第一步中，在零位置（z=0）監(jiān)測(cè)環(huán)境空氣氣氛中的管壓。如果z=0時(shí)的環(huán)境壓力穩(wěn)定且壓力變化小于5Pa持續(xù)10秒，則將最后一個(gè)壓力值設(shè)定為環(huán)境基礎(chǔ)壓力（P一個(gè)），和管然后開(kāi)始向下移動(dòng)，直到所測(cè)得的管壓力（P之間的壓力差噸）和環(huán)境基礎(chǔ)壓力（P一）超過(guò)ΔP的預(yù)設(shè)值大號(hào)，這表明該管接觸液體表面。如圖2所示，使用方程式中的簡(jiǎn)單關(guān)系。（1），液位（H）由z=0和容器底部（L2）之間的長(zhǎng)度，z=0和管尖（L1）之間的長(zhǎng)度以及距離的行程距離確定管尖到液面（D）[2]。
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圖。1。
原型液位測(cè)量系統(tǒng)，配有連接到由PLC（可編程邏輯控制器）控制的步進(jìn)電機(jī)的針。
圖2。
基于該方法的液位測(cè)量，測(cè)量所述距離（d）的原則行進(jìn)，直到測(cè)量管壓力（P之間的壓力差噸）和環(huán)境基礎(chǔ)壓力（P一）超過(guò)ΔP的預(yù)設(shè)值大號(hào)時(shí)的前端管接觸液體表面。
其中L2和L1可以使用標(biāo)尺直接預(yù)先確定。但是，很難準(zhǔn)確地測(cè)量這兩個(gè)值，特別是在許多現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程中。
使用四個(gè)不同直徑（d）和長(zhǎng)度（l）的管（參見(jiàn)圖3）來(lái)檢查管尺寸對(duì)測(cè)量精度的影響。研究了環(huán)境基礎(chǔ)壓力和管子下降速度對(duì)測(cè)量精度的影響。為了準(zhǔn)確地提高水樣的液位，采用重量法。在重量校準(zhǔn)方法中，使用具有0.001g可讀性的數(shù)字天平稱量各種量的水，并將其加入到小瓶中。重量校準(zhǔn)方法可以提供用于確定容器中的液體量而無(wú)需測(cè)量難以測(cè)量的L1和L2的方法。
圖3。
各種尺寸的管用于測(cè)量液位。（a）d=0.98mm，l=69.5mm，（b）d=0.85mm，l=97.6mm，（c）d=0.34mm，l=97.9mm，（d）d=0.26mm，l=99.6毫米，其中d是管的內(nèi)徑，l是管長(zhǎng)。
結(jié)果和討論
本研究的目的是使用內(nèi)部制造的原型儀器確定熔鹽液位測(cè)量的最佳條件。首先，如圖3所示，使用四個(gè)不同尺寸的管來(lái)檢查環(huán)境基礎(chǔ)壓力在某些任意固定實(shí)驗(yàn)條件下的影響，即，使用20g水以0.250mm/s的下降速度。管尖端與水的表面距離調(diào)整為約。對(duì)于使用實(shí)驗(yàn)室千斤頂?shù)乃兴膫€(gè)管，70mm，因?yàn)榻^對(duì)液位值在本實(shí)驗(yàn)中并不重要，并且行程距離的相對(duì)值提供了足夠的信息來(lái)檢查管尺寸和環(huán)境基礎(chǔ)壓力的影響。如表1所示可以開(kāi)始測(cè)量的最小環(huán)境基礎(chǔ)壓力隨著管尺寸的減小而增加，因?yàn)楣軌毫?yīng)該足夠高以從浸沒(méi)在液體中的管產(chǎn)生氣泡。根據(jù)以下公式中的Young-Laplace方程，較小的管需要較高的基礎(chǔ)壓力。（2）。
表格1。
使用小瓶中的20g水和不同尺寸的管在不同環(huán)境基礎(chǔ)壓力（Pa）下以0.250mm/s的下降速度進(jìn)行10次重復(fù)液位測(cè)量的結(jié)果
從z=0到液面的距離
其中R是管的半徑，γ是水的表面張力，ΔP是管壓力和流體靜壓之間的壓力差。管壓代表空氣流速。壓力越高，流速越高。在0.26毫米管的情況下，初始環(huán)境管壓力（Pa）應(yīng)高于1,200帕以開(kāi)始實(shí)驗(yàn)，而150帕足以測(cè)量0.98毫米管的液位。如果Pa從150Pa增加到1,000Pa，則由于來(lái)自管的強(qiáng)氣流，從z=0行進(jìn)到液面的距離（D）顯著增加。作為Pa由于強(qiáng)氣流產(chǎn)生大氣泡，10次重復(fù)測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)偏差也從0.03mm惡化到0.24mm。所有其他三個(gè)管都表現(xiàn)出更好的準(zhǔn)確度和精度，盡管隨著管直徑的減小，最小Pa增加。在相同的Pa范圍內(nèi)，當(dāng)使用0.85mm的管時(shí)，D不依賴于Pa，其標(biāo)準(zhǔn)偏差也在0.03mm之內(nèi)。同樣，0.34毫米和0.26毫米的管在Pa時(shí)顯示出良好的精度和精度一個(gè)較大的管可以避免灰塵或任何其他污染物堵塞，并且可以通過(guò)簡(jiǎn)單的針閥精確控制基礎(chǔ)壓力，而在非常小的管中控制基礎(chǔ)壓力則要困難得多。在我們目前的測(cè)量系統(tǒng)中，選擇0.98毫米管和250帕作為基礎(chǔ)壓力作為進(jìn)一步研究的最佳條件。在第二個(gè)實(shí)驗(yàn)中，使用0.98mm的管和250Pa作為基礎(chǔ)壓力來(lái)研究管的下降速度對(duì)液位測(cè)量的影響。表2表明管的高速運(yùn)動(dòng)增加了D值。在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中，測(cè)量時(shí)間是有效監(jiān)控過(guò)程的關(guān)鍵。如果移動(dòng)管的速度從0.125mm/s增加到2.5mm/s，則D增加約1mm。選擇0.25mm/s的管速作為液位測(cè)量的合理速度，因?yàn)榭梢砸詠喓撩椎木群途葴y(cè)量液位，這是我們?cè)诟邷剡^(guò)程應(yīng)用中的主要問(wèn)題之一。
表2。
使用0.98毫米管在基礎(chǔ)壓力Pa=250Pa下使用20g水測(cè)量管的下降速度對(duì)液位測(cè)量的影響
從z=0到液面的距離
通常，需要關(guān)于液位的信息來(lái)確定容器中的液體量或監(jiān)測(cè)處理容器中液體體積的任何變化。為此目的，沒(méi)有必要測(cè)量絕對(duì)液位。事實(shí)上，我們現(xiàn)有的系統(tǒng)不適合直接測(cè)量液位，如圖1所示。然而，為了監(jiān)測(cè)目的，尖端-表面距離（D）的測(cè)量足以檢測(cè)過(guò)程故障。液位（H）可以通過(guò)L1，L2和D的直接測(cè)量來(lái)計(jì)算。但是，直接測(cè)量L1和L2是測(cè)量誤差的主要來(lái)源之一。相反，我們提出了一種重量校準(zhǔn)方法，用于準(zhǔn)確測(cè)定液體重量。圖4示出了使用0.98毫米管以0.25mm/s的速度管和250Pa的基礎(chǔ)壓力與15的水的重量相對(duì)于距離（d）曲線-對(duì)應(yīng)于液面45g水CA。2.8-通過(guò)假設(shè)小瓶是完美的圓柱體從小瓶直徑計(jì)算的8.3厘米。校準(zhǔn)曲線顯示水重和距離（D）之間的非常好的線性關(guān)系，測(cè)定系數(shù)（R2）為0.9999。對(duì)于圖4中的所有樣品，10次重復(fù)測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)偏差小于0.07mm。與傳統(tǒng)的液位計(jì)相比，這些值非常令人滿意，傳統(tǒng)的液位計(jì)的精度通常超過(guò)1毫米。為了確定液位（H）而不是直接測(cè)量L1和L2，“無(wú)校準(zhǔn)”技術(shù)的概念在過(guò)程監(jiān)控方面非常有用，因?yàn)長(zhǎng)2和L2的精確測(cè)量L1在現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程中有時(shí)非常困難。通過(guò)采用無(wú)校準(zhǔn)技術(shù)的概念，精確確定距離（D）僅足以監(jiān)測(cè)和控制現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程中的液體量。
圖4。
校準(zhǔn)曲線用于從行程距離（D）確定液體量和小瓶中液體的重量，而不需要直接知道液位。所有誤差條都會(huì)放大100倍，因?yàn)樗鼈兲《鵁o(wú)法在曲線中看到。
結(jié)論
在常規(guī)的基于壓力的方法中，例如流體靜力學(xué)方法，差壓和起泡器方法，測(cè)量誤差的主要來(lái)源是整個(gè)測(cè)量過(guò)程中液體溶液內(nèi)部的溫度，因?yàn)闇囟茸兓瘯?huì)影響液體密度和靜水壓力值。液位不變。液體密度還取決于工藝條件，例如組成變化，相分離，懸浮顆粒的存在和氣泡。然而，我們目前通過(guò)氣/液表面的突然壓力變化檢測(cè)表面的動(dòng)態(tài)管壓方法不依賴于熔體的這種工藝條件。
作為開(kāi)發(fā)適用于高溫?zé)峄瘜W(xué)應(yīng)用的液位測(cè)量系統(tǒng)的初步研究，使用由步進(jìn)電機(jī)控制的簡(jiǎn)單單管來(lái)研究原型測(cè)量系統(tǒng)。為了獲得最佳結(jié)果，仔細(xì)確定了實(shí)驗(yàn)參數(shù)，例如氣體流速，管的下降速度和臨界壓力水平。通常，測(cè)量誤差小于0.1mm。管的直徑越小，獲得更好結(jié)果所需的氣體流速越高。然而，當(dāng)氣體流速太高時(shí)，精度變差。在該研究中檢查的范圍內(nèi)，管的下降速度的影響不顯著。我們還開(kāi)發(fā)了一種方法，用于確定容器中液體的重量，測(cè)量從管尖到液面的行程距離。在大多數(shù)應(yīng)用中，過(guò)程監(jiān)控中的行程距離信息就足夠了。
在進(jìn)一步的研究中，我們的液體測(cè)量系統(tǒng)原型將得到改進(jìn)，用電爐測(cè)量手套箱內(nèi)高溫熔鹽的密度和表面張力以及液位。在高溫應(yīng)用的情況下，應(yīng)特別小心，因?yàn)槿埯}非常熱和腐蝕性。應(yīng)盡量減少與熔鹽接觸的時(shí)間。
介紹
液位的測(cè)量是用于核保障以及過(guò)程監(jiān)測(cè)，控制，以及用于安全性和盈利材料存儲(chǔ)非常重要的，在許多普通工業(yè)過(guò)程[1-8]。液位測(cè)量技術(shù)可分為三類：機(jī)械，機(jī)電和電子[1]。浮動(dòng)，浸入探針，目測(cè)計(jì)玻璃和帶系統(tǒng)用于機(jī)械方法，而置換器，磁致伸縮裝置，電阻帶，旋轉(zhuǎn)抑制方法和伺服動(dòng)力液位計(jì)用于機(jī)電方法。電子方法可分為兩個(gè)子類：電子接觸和電子非接觸方法。在電子接觸方法中使用振動(dòng)叉開(kāi)關(guān)，電容或電導(dǎo)率方法，熱擴(kuò)散技術(shù)，超聲波間隙傳感器和導(dǎo)波雷達(dá);而在電子非接觸方法中使用時(shí)域反射計(jì)，非接觸式雷達(dá)和伽馬射線輻射吸收方法。所有這些方法都有其自身的局限性[9]。例如，基于阿基米德原理的機(jī)電置換器很容易受到操作條件的影響，例如溫度，壓力，成分和密度。在非接觸式雷達(dá)技術(shù)中，介質(zhì)和表面條件會(huì)影響測(cè)量，液體中存在的氣泡會(huì)顯著影響結(jié)果。因此，在考慮過(guò)程的特征和每種工藝在每種工藝條件下的適用性之后，應(yīng)特別注意方法的選擇。
有三種類型的公知的基于壓力的液位測(cè)量方法：流體靜壓法，差壓法，起泡[5-8]。在流體靜壓方法和差壓方法中，壓力傳感器與液體直接接觸，而鼓泡器使用浸入液體中的管，因此，管代替?zhèn)鞲衅髋c液體直接接觸。如果液體具有化學(xué)反應(yīng)性或足夠熱以損壞壓力傳感器和管道，則不能使用基于壓力的方法。此外，所有三種常規(guī)基于壓力的方法的主要缺點(diǎn)是依賴于液體介質(zhì)的密度，不均勻性和條件。
在這項(xiàng)研究中，我們提出了一種新的基于壓力的液位測(cè)量技術(shù)，可以在極端條件下使用，即非常熱，腐蝕性和高放射性環(huán)境，通過(guò)最大限度地減少液體對(duì)管道的損害或污染以及工藝條件。此外，該技術(shù)不依賴于大量液體條件，例如液體的溫度，密度，組成和均勻性。我們新的動(dòng)態(tài)管壓方法通過(guò)管內(nèi)突然的內(nèi)部壓力變化直接檢測(cè)液體表面。作為初步研究，我們的原型液位測(cè)量系統(tǒng)在室溫下在空氣條件下使用水進(jìn)行了研究。在不久的將來(lái)，實(shí)驗(yàn)動(dòng)態(tài)管壓力測(cè)量系統(tǒng)，如圖1所示，由線性步進(jìn)電機(jī)，連接到空氣壓縮機(jī)的不銹鋼管和壓力傳感器組成。所有實(shí)驗(yàn)均在室溫下進(jìn)行。將普通自來(lái)水放入圓柱形小瓶中，直徑為26.3mm，長(zhǎng)度為92.2mm。通過(guò)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)（EMS24-C1036，E-Motor，RepublicofKorea）將管子帶到在室溫下操作的小瓶中的水的表面，以進(jìn)行精確的定位控制。步進(jìn)電機(jī)由可編程邏輯控制器（XGBCnetI/F，LSIndustrialSystemsCo.，RepublicofKorea）控制。分辨率為1.8°/脈沖的步進(jìn)電機(jī)以0.125-5.0mm/s的速度向下驅(qū)動(dòng)不銹鋼管。步進(jìn)電機(jī)角度增量為1.8°/脈沖，每個(gè)脈沖的縱向分辨率為2.5μm。一旦接觸到水面，管就會(huì)移回原來(lái)的位置。通過(guò)管的空氣流量和壓力由針閥控制。使用差壓開(kāi)關(guān)和變送器（PTA202D-D2-D300P，CSCCo.，RepublicofKorea）監(jiān)測(cè)管內(nèi)的壓力。在第一步中，在零位置（z=0）監(jiān)測(cè)環(huán)境空氣氣氛中的管壓。如果z=0時(shí)的環(huán)境壓力穩(wěn)定且壓力變化小于5Pa持續(xù)10秒，則將最后一個(gè)壓力值設(shè)定為環(huán)境基礎(chǔ)壓力（P大韓民國(guó)）。在第一步中，在零位置（z=0）監(jiān)測(cè)環(huán)境空氣氣氛中的管壓。如果z=0時(shí)的環(huán)境壓力穩(wěn)定且壓力變化小于5Pa持續(xù)10秒，則將最后一個(gè)壓力值設(shè)定為環(huán)境基礎(chǔ)壓力（P大韓民國(guó)）。在第一步中，在零位置（z=0）監(jiān)測(cè)環(huán)境空氣氣氛中的管壓。如果z=0時(shí)的環(huán)境壓力穩(wěn)定且壓力變化小于5Pa持續(xù)10秒，則將最后一個(gè)壓力值設(shè)定為環(huán)境基礎(chǔ)壓力（P一個(gè)），和管然后開(kāi)始向下移動(dòng)，直到所測(cè)得的管壓力（P之間的壓力差噸）和環(huán)境基礎(chǔ)壓力（P一）超過(guò)ΔP的預(yù)設(shè)值大號(hào)，這表明該管接觸液體表面。如圖2所示，使用方程式中的簡(jiǎn)單關(guān)系。（1），液位（H）由z=0和容器底部（L2）之間的長(zhǎng)度，z=0和管尖（L1）之間的長(zhǎng)度以及距離的行程距離確定管尖到液面（D）[2]。
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圖。1。
原型液位測(cè)量系統(tǒng)，配有連接到由PLC（可編程邏輯控制器）控制的步進(jìn)電機(jī)的針。
基于該方法的液位測(cè)量，測(cè)量所述距離（d）的原則行進(jìn)，直到測(cè)量管壓力（P之間的壓力差噸）和環(huán)境基礎(chǔ)壓力（P一）超過(guò)ΔP的預(yù)設(shè)值大號(hào)時(shí)的前端管接觸液體表面。
其中L2和L1可以使用標(biāo)尺直接預(yù)先確定。但是，很難準(zhǔn)確地測(cè)量這兩個(gè)值，特別是在許多現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程中。
使用四個(gè)不同直徑（d）和長(zhǎng)度（l）的管（參見(jiàn)圖3）來(lái)檢查管尺寸對(duì)測(cè)量精度的影響。研究了環(huán)境基礎(chǔ)壓力和管子下降速度對(duì)測(cè)量精度的影響。為了準(zhǔn)確地提高水樣的液位，采用重量法。在重量校準(zhǔn)方法中，使用具有0.001g可讀性的數(shù)字天平稱量各種量的水，并將其加入到小瓶中。重量校準(zhǔn)方法可以提供用于確定容器中的液體量而無(wú)需測(cè)量難以測(cè)量的L1和L2的方法。
圖3。
各種尺寸的管用于測(cè)量液位。（a）d=0.98mm，l=69.5mm，（b）d=0.85mm，l=97.6mm，（c）d=0.34mm，l=97.9mm，（d）d=0.26mm，l=99.6毫米，其中d是管的內(nèi)徑，l是管長(zhǎng)。
結(jié)果和討論
本研究的目的是使用內(nèi)部制造的原型儀器確定熔鹽液位測(cè)量的最佳條件。首先，如圖3所示，使用四個(gè)不同尺寸的管來(lái)檢查環(huán)境基礎(chǔ)壓力在某些任意固定實(shí)驗(yàn)條件下的影響，即，使用20g水以0.250mm/s的下降速度。管尖端與水的表面距離調(diào)整為約。對(duì)于使用實(shí)驗(yàn)室千斤頂?shù)乃兴膫€(gè)管，70mm，因?yàn)榻^對(duì)液位值在本實(shí)驗(yàn)中并不重要，并且行程距離的相對(duì)值提供了足夠的信息來(lái)檢查管尺寸和環(huán)境基礎(chǔ)壓力的影響。如表1所示可以開(kāi)始測(cè)量的最小環(huán)境基礎(chǔ)壓力隨著管尺寸的減小而增加，因?yàn)楣軌毫?yīng)該足夠高以從浸沒(méi)在液體中的管產(chǎn)生氣泡。根據(jù)以下公式中的Young-Laplace方程，較小的管需要較高的基礎(chǔ)壓力。（2）。
表格1。
使用小瓶中的20g水和不同尺寸的管在不同環(huán)境基礎(chǔ)壓力（Pa）下以0.250mm/s的下降速度進(jìn)行10次重復(fù)液位測(cè)量的結(jié)果
從z=0到液面的距離
其中R是管的半徑，γ是水的表面張力，ΔP是管壓力和流體靜壓之間的壓力差。管壓代表空氣流速。壓力越高，流速越高。在0.26毫米管的情況下，初始環(huán)境管壓力（Pa）應(yīng)高于1,200帕以開(kāi)始實(shí)驗(yàn)，而150帕足以測(cè)量0.98毫米管的液位。如果Pa從150Pa增加到1,000Pa，則由于來(lái)自管的強(qiáng)氣流，從z=0行進(jìn)到液面的距離（D）顯著增加。作為Pa由于強(qiáng)氣流產(chǎn)生大氣泡，10次重復(fù)測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)偏差也從0.03mm惡化到0.24mm。所有其他三個(gè)管都表現(xiàn)出更好的準(zhǔn)確度和精度，盡管隨著管直徑的減小，最小Pa增加。在相同的Pa范圍內(nèi)，當(dāng)使用0.85mm的管時(shí)，D不依賴于Pa，其標(biāo)準(zhǔn)偏差也在0.03mm之內(nèi)。同樣，0.34毫米和0.26毫米的管在Pa時(shí)顯示出良好的精度和精度一個(gè)較大的管可以避免灰塵或任何其他污染物堵塞，并且可以通過(guò)簡(jiǎn)單的針閥精確控制基礎(chǔ)壓力，而在非常小的管中控制基礎(chǔ)壓力則要困難得多。在我們目前的測(cè)量系統(tǒng)中，選擇0.98毫米管和250帕作為基礎(chǔ)壓力作為進(jìn)一步研究的最佳條件。在第二個(gè)實(shí)驗(yàn)中，使用0.98mm的管和250Pa作為基礎(chǔ)壓力來(lái)研究管的下降速度對(duì)液位測(cè)量的影響。表2表明管的高速運(yùn)動(dòng)增加了D值。在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中，測(cè)量時(shí)間是有效監(jiān)控過(guò)程的關(guān)鍵。如果移動(dòng)管的速度從0.125mm/s增加到2.5mm/s，則D增加約1mm。選擇0.25mm/s的管速作為液位測(cè)量的合理速度，因?yàn)榭梢砸詠喓撩椎木群途葴y(cè)量液位，這是我們?cè)诟邷剡^(guò)程應(yīng)用中的主要問(wèn)題之一。
表2。
使用0.98毫米管在基礎(chǔ)壓力Pa=250Pa下使用20g水測(cè)量管的下降速度對(duì)液位測(cè)量的影響
從z=0到液面的距離
通常，需要關(guān)于液位的信息來(lái)確定容器中的液體量或監(jiān)測(cè)處理容器中液體體積的任何變化。為此目的，沒(méi)有必要測(cè)量絕對(duì)液位。事實(shí)上，我們現(xiàn)有的系統(tǒng)不適合直接測(cè)量液位，如圖1所示。然而，為了監(jiān)測(cè)目的，尖端-表面距離（D）的測(cè)量足以檢測(cè)過(guò)程故障。液位（H）可以通過(guò)L1，L2和D的直接測(cè)量來(lái)計(jì)算。但是，直接測(cè)量L1和L2是測(cè)量誤差的主要來(lái)源之一。相反，我們提出了一種重量校準(zhǔn)方法，用于準(zhǔn)確測(cè)定液體重量。圖4示出了使用0.98毫米管以0.25mm/s的速度管和250Pa的基礎(chǔ)壓力與15的水的重量相對(duì)于距離（d）曲線-對(duì)應(yīng)于液面45g水CA。2.8-通過(guò)假設(shè)小瓶是完美的圓柱體從小瓶直徑計(jì)算的8.3厘米。校準(zhǔn)曲線顯示水重和距離（D）之間的非常好的線性關(guān)系，測(cè)定系數(shù)（R2）為0.9999。對(duì)于圖4中的所有樣品，10次重復(fù)測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)偏差小于0.07mm。與傳統(tǒng)的液位計(jì)相比，這些值非常令人滿意，傳統(tǒng)的液位計(jì)的精度通常超過(guò)1毫米。為了確定液位（H）而不是直接測(cè)量L1和L2，“無(wú)校準(zhǔn)”技術(shù)的概念在過(guò)程監(jiān)控方面非常有用，因?yàn)長(zhǎng)2和L2的精確測(cè)量L1在現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程中有時(shí)非常困難。通過(guò)采用無(wú)校準(zhǔn)技術(shù)的概念，精確確定距離（D）僅足以監(jiān)測(cè)和控制現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程中的液體量。
圖4。
校準(zhǔn)曲線用于從行程距離（D）確定液體量和小瓶中液體的重量，而不需要直接知道液位。所有誤差條都會(huì)放大100倍，因?yàn)樗鼈兲《鵁o(wú)法在曲線中看到。
結(jié)論
在常規(guī)的基于壓力的方法中，例如流體靜力學(xué)方法，差壓和起泡器方法，測(cè)量誤差的主要來(lái)源是整個(gè)測(cè)量過(guò)程中液體溶液內(nèi)部的溫度，因?yàn)闇囟茸兓瘯?huì)影響液體密度和靜水壓力值。液位不變。液體密度還取決于工藝條件，例如組成變化，相分離，懸浮顆粒的存在和氣泡。然而，我們目前通過(guò)氣/液表面的突然壓力變化檢測(cè)表面的動(dòng)態(tài)管壓方法不依賴于熔體的這種工藝條件。
作為開(kāi)發(fā)適用于高溫?zé)峄瘜W(xué)應(yīng)用的液位測(cè)量系統(tǒng)的初步研究，使用由步進(jìn)電機(jī)控制的簡(jiǎn)單單管來(lái)研究原型測(cè)量系統(tǒng)。為了獲得最佳結(jié)果，仔細(xì)確定了實(shí)驗(yàn)參數(shù)，例如氣體流速，管的下降速度和臨界壓力水平。通常，測(cè)量誤差小于0.1mm。管的直徑越小，獲得更好結(jié)果所需的氣體流速越高。然而，當(dāng)氣體流速太高時(shí)，精度變差。在該研究中檢查的范圍內(nèi)，管的下降速度的影響不顯著。我們還開(kāi)發(fā)了一種方法，用于確定容器中液體的重量，測(cè)量從管尖到液面的行程距離。在大多數(shù)應(yīng)用中，過(guò)程監(jiān)控中的行程距離信息就足夠了。
在進(jìn)一步的研究中，我們的液體測(cè)量系統(tǒng)原型將得到改進(jìn)，用電爐測(cè)量手套箱內(nèi)高溫熔鹽的密度和表面張力以及液位。在高溫應(yīng)用的情況下，應(yīng)特別小心，因?yàn)槿埯}非常熱和腐蝕性。應(yīng)盡量減少與熔鹽接觸的時(shí)間。
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