CN103398921B - 容器内不相溶液体的密度测量方法和密度测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种容器内不相溶液体的密度测量方法和密度测量系统。该密度测量方法包括：测量第一分界位h₁，该第一分界位h₁为第一液体和第二液体的分界的界面的高度；使用压差变送器测量第一压强差ΔP₁，并由液体压强计算公式建立第一分界位h₁和第一压强差ΔP₁的第一关系式；测量第二分界位h₂，该第二分界位h₂为第一液体和第二液体的分界的界面的高度，h₁≠h₂；使用压差变送器测量第二压强差ΔP₂，并由液体压强计算公式建立第二分界位h₂和第二压强差ΔP₂的第二关系式；联立第一关系式和第二关系式求解计算得出第二液体的密度ρ₂和/或第一液体的密度ρ₁。利用本技术方案使用的设备简单，测量步骤少，计算量不大，可以满足在实际应用环境下的进行测量的要求。

Description

容器内不相溶液体的密度测量方法和密度测量系统

技术领域

本发明涉及工程测量领域，具体而言，涉及一种容器内不相溶液体的密度测量方法和密度测量系统。

背景技术

密度是在规定的温度下，单位体积内所含物质的质量数，密度作为物质的一个基本物理性质，是科学研究和工业控制的重要参数。

根据测量原理，有关密度的测量方法可分为两大类：一是源于密度基本公式的直接测量法；二是利用密度量与某些物理量的关系的间接测量法。

直接测量法包括密度计法、密度瓶法、天平法等。其中密度计法为：将试样置于规定温度，将其倒入温度相同的密度计量筒中，将合适的密度计放入已调好的温度试样中，让它静止，当温度达到平衡后，读取密度计的读数和试样温度，根据需要换算为密度或标准密度。如果被测液体的密度受温度影响较大或需要较高的测量精度时，可以将装有试样的密度计量筒放在恒温浴中，以避测定期间温度波动过大。该方法具有简便直观的优点，同时也有所需样品量大、恒温时间长、受温度影响大等缺点。

密度瓶法是现有技术中经典的密度测量方法，该方法是将试样装入密度瓶中，恒温至测定温度，称出试样质量，由这一质量除以在相同温度下预先测得的密度瓶中水的质量(水值)，计算出试样的密度。它是根据密度的定义所采用的一种方法，具有直观简便的优点，同时也有操作繁琐，所需时间长等缺点。

韦氏天平法的基本依据是阿基米德原理：在20℃时，分别测量同一物体(韦氏天平中的玻璃浮锤)在水及试样中的浮力，由于浮锤所排开的水的体积与排开的试样的体积相同，根据水的密度及浮锤在水及试样中的浮力即可计算出样品的密度，该方法具有直观的优点，同时也有恒温时间长、操作繁琐且受温度影响大等缺点。

间接测量法主要有谐振法、射线法、超声波法等。谐振法是基于弹性结构谐振原理而进行密度测量，相应的测量装置是一支双U型、中空的弹性采样管，利用电磁相互作用原理将周期性外力加于其上，使之始终处于谐振状态，而其振动的幅度、频率信号又以磁电转换方式输出，当采样管注入不同的密度液体时，振动系统具有不同的质量，因而具有不同的谐振频率，通过检测出的谐振频率计算出弹性采样管内液体的密度。它有所需样品量少、测量精度高等优点，同时具有不适用多相液体测量且气泡对测量有影响等缺点。

射线法，在放射性同位素密度计内设有放射性同位素辐射源，它的放射性辐射(例如γ射线)在透过一定厚度的被测样品后被射线检测器所接收，一定厚度的样品对射线的吸收量与该样品的密度有关，而射线检测器的信号则与该吸收量有关，因此反映出样品的密度。该方法具有适用于多相液体的优点，但需要放射源，稳定时间长，对人体危害较大。

超声波法，超声波密度计主要是利用超声波在液体中传播时，其声速与液体密度之间遵从的公式关系，其中C为超声波在液体中传播速度，ρ为液体的密度，K为液体的压缩系数，对于特定液体，其压缩系数K为常数，通过测得超声波在液体中的传播速度C，就可以计算出被测液体的密度ρ。该方法可实现非接触测量，响应快、精度高、无放射性等优点，但也有测体中的杂质使测量不稳定的缺点。

以上提到的各种直接测量法，受限于需要使用特定的仪器和装置，仅适用于实验室的测量环境，而间接测量法使用的仪器也比较复杂，并且受到被测液体中杂质和气泡的影响比较较大。以上各种测量方法只能在一定的条件下测量某一单一的液体的密度，均无法在实际温度和压力环境下测量被测容器内两种互不相溶的液体的各自密度。

针对现有技术中各种密度测量方法无法在实际应用环境下测量同一容器内互不相溶的液体各自的密度的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明旨在提供一种容器内不相溶液体的密度测量方法和密度测量系统，以解决现有技术中无法在实际应用环境下测量同一容器内互不相溶的液体各自的密度的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种容器内不相溶液体的密度测量方法。上述不相溶液体包括第一液体和第二液体，第二液体的密度ρ₂小于第一液体的密度ρ₁。该密度测量方法包括：测量第一分界位h₁，该第一分界位h₁为第一液体和第二液体的分界的界面的高度；使用压差变送器测量第一压强差ΔP₁，并由液体压强计算公式建立第一分界位h₁和第一压强差ΔP₁的第一关系式，其中，第一压强差ΔP₁为在第一液体和第二液体的分界的界面高度为h₁的情况下，压差变送器正取压室的压强P₁与压差变送器负取压室的压强P₂之差；测量第二分界位h₂，该第二分界位h₂为第一液体和第二液体的分界的界面的高度，h₁≠h₂；使用压差变送器测量第二压强差ΔP₂，并由液体压强计算公式建立第二分界位h₂和第二压强差ΔP₂的第二关系式，第二压强差ΔP₂为在第一液体和第二液体的分界的界面高度为h₂的情况下，压差变送器正取压室的压强P₃与压差变送器负取压室的压强P₄之差；联立第一关系式和第二关系式求解计算得出第二液体的密度ρ₂和/或第一液体的密度ρ₁。

进一步地，第一分界位h₁、第二分界位h₂以第一取样孔高度H₁作为测量基准，第一取样孔高度H₁、第二取样孔高度H₂均以压差变送器的安装高度作为测量基准。

进一步地，由液体压强计算公式建立第一分界位h₁和第一压强差ΔP₁的第一关系式包括：第一压强差ΔP₁满足式一：

ΔP₁＝P₁-P₂＝ρ′gH₁+ρ₁gh₁+ρ₂g(H₂-H₁-h₁)-ρ′gH₂；

由液体压强计算公式建立第二分界位h₂和第二压强差ΔP₂的第二关系式包括：第二压强差ΔP₂满足式二：

ΔP₂＝P₃-P₄＝ρ′gH₁+ρ₁gh₂+ρ₂g(H₂-H₁-h₂)-ρ′gH₂，在式一和式二中g为重力加速度，ρ′为压差变送器的隔离液的密度。

进一步地，使用压差变送器测量第一压强差ΔP₁之后还包括：使用手操器读取压差变送器测量得到的第一压强差ΔP₁；使用压差变送器测量第二压强差ΔP₂之后还包括：使用手操器读取压差变送器测量得到的第二压强差ΔP₂。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种容器内不相溶液体的密度测量系统。该不相溶液体包括第一液体和第二液体，第二液体的密度ρ₂小于第一液体的密度ρ₁，容器的侧壁上开有第一取样孔和第二取样孔。该密度测量系统包括：就地液位计，安装在容器上，用于测量第一分界位h₁和测量第二分界位h₂，其中，第一分界位h₁和第二分界位h₂分别为在不同时间第一液体和第二液体的分界的界面的高度，h₁≠h₂；压差变送器，通过毛细管与第一取样孔和第二取样孔分别连接，用于测量第一压强差ΔP₁和测量第二压强差ΔP₂，其中，第一压强差ΔP₁为在第一液体和第二液体的分界的界面高度为h₁的情况下，压差变送器正取压室的压强P₁与压差变送器负取压室的压强P₂之差，第二压强差ΔP₂为在第一液体和第二液体的分界的界面高度为h₂的情况下，压差变送器正取压室的压强P₃与压差变送器负取压室的压强P₄之差；

计算装置，用于由液体压强计算公式建立第一分界位h₁和第一压强差ΔP₁的第一关系式以及第二分界位h₂和第二压强差ΔP₂的第二关系式，并联立第一关系式和第二关系式求解计算得出第二液体的密度ρ₂和/或第一液体的密度ρ₁。

进一步地，压差变送器包括第一密封法兰和第二密封法兰，第一密封法兰设置在第一取样孔处，用于获取第一液体的压力信号，第二密封法兰设置在第二取样孔处，用于获取第二液体的压力信号；第一分界位h₁、第二分界位h₂以第一取样孔高度H₁作为测量基准，第一取样孔高度H1以及第二取样孔高度H₂均以压差变送器的安装高度作为测量基准。

进一步地，计算装置还用于：利用式三和式四计算得出第二液体的密度ρ₂和/或第一液体的密度ρ₁，其中，式三为：

${\mathrm{\ρ}}_1=\frac{\mathrm{\Δ}{P}_1-\mathrm{\Δ}{P}_2}{g(h_1-h_2)}+\frac{\mathrm{\Δ}{P}_1}{g(H_2-H_1)}-\frac{\mathrm{\Δ}{P}_1-\mathrm{\Δ}{P}_2}{g(h_1-h_2)(H_2-H_1)}\×h_1+{\mathrm{\ρ}}^{\′},$

式四为：

${\mathrm{\ρ}}_2=\frac{\mathrm{\Δ}{P}_1}{g(H_2-H_1)}-\frac{\mathrm{\Δ}{P}_1-\mathrm{\Δ}{P}_2}{g(h_1-h_2)(H_2-H_1)}\×h_1+{\mathrm{\ρ}}^{\′},$ 在式三和式四中，g为重力加速度，ρ′为压差变送器的隔离液的密度。

进一步地，本发明的容器内不相溶液体的密度测量系统还包括：手操器，与压差变送器连接，用于读取第一压强差ΔP₁和第二压强差ΔP₂。

应用本发明的技术方案，本发明的技术方案，通过测量两次同一容器内不同液体的压差以及液位，利用液体压强的计算公式计算得出各自的密度，测量过程中使用的设备简单，测量步骤少，计算量不大，可以满足在实际应用环境下的进行测量的要求。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的容器内不相溶液体的密度测量系统的示意图；

图2是根据本发明实施例的容器内不相溶液体的密度测量方法的示意图；

图3是根据本发明实施例的容器内不相溶液体的密度测量方法的应用示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本发明实施例提供了一种容器内不相溶液体的密度测量系统，图1是根据本发明实施例的容器内不相溶液体的密度测量系统的示意图，如图1所示，在被测容器10内，内装有类似油和水的两种互不相溶的液体，其中，密度较大的液体为第一液体11，在容器的下部，密度较小的液体为第二液体12，在容器的上部。第一液体11的密度为ρ₁，第二液体12的密度为ρ₂。本实施例的密度测量系统包括：就地液位计14，安装在容器上，用于第一液体11和第二液体12的分界的液位h，其中，在不同的时间段，该分界的液位h产生变化，可以将两次的测量结果分别记为第一分界位h₁和测量第二分界位h₂，也就是，第一分界位h₁和第二分界位h₂在不同时间点时第一液体和第二液体的分界的液位，h₁≠h₂；

以上被测容器10的侧壁上开有第一取样孔和第二取样孔，第一取样孔高度为H₁，第二取样孔高度为H₂，在进行密度测量时，要求第一液体和第二液体的分界的界位始终为位于第一取样孔和第二取样孔高度之间，也就是要求H₁<h₁<H₂并且H₁<h₂<H₂。

压差变送器13，通过毛细管与所述第一取样孔和所述第二取样孔分别连接，用于测量第一压强差ΔP₁和测量第二压强差ΔP₂，其中，第一压强差ΔP₁为在第一液体和第二液体的分界的界面高度为h₁的情况下，压差变送器11正压室的压强P₁与负压室的压强P₂之差，第二压强差ΔP₂为在第一液体和第二液体的分界的界面高度为h₂的情况下，压差变送器正压室的压强P₃与负压室的压强P₄之差，也就是ΔP₁＝P₁-P₂，ΔP₂＝P₃-P₄。压差变送器包括第一密封法兰和第二密封法兰，第一密封法兰设置在所述第一取样孔处，用于获取所述第一液体的压力信号，所述第二密封法兰设置在所述第二取样孔处，用于获取所述第二液体的压力信号。

计算装置(图中未示出)，用于利用第一分界位h₁、第一压强差ΔP₁、第二分界位h₂、第二压强差ΔP₂根据液体压强计算公式计算得出第二液体的密度ρ₂和/或第一液体的密度ρ₁，即由液体压强计算公式建立第一分界位h₁和第一压强差ΔP₁的第一关系式以及第二分界位h₂和第二压强差ΔP₂的第二关系式，并联立第一关系式和第二关系式求解。液体压强的计算公式为：P＝ρgH，从该公式中可以得出，可以通过测量得到的压强、液位等物理量利用密度与压强之间的公式就可以直接计算得到密度值。在使用的容器内直接测量液体的压强存在一定的困难，为此本实施例提出了一种适用于现场测量的压差变送器结构，该压差变送器13用于测量被测容器10内的两种互不相溶液体的压力差，该压差变送器为双法兰结构，包括压差变送器、两个远传密封法兰以及密封液。在被测容器10的侧壁上，开设有第一取样孔和第二取样孔，其中第一取样孔位于第一液体11所在的区域，第二取样孔位于第二液体12所在的区域，从而H₁为第一取样孔中心线至压差变送器的高度，H₂为第二取样孔中心线至压差变送器的高度，第一密封法兰设置在第一取样孔处，用于获取第一液体的压力信号，第二密封法兰设置在第二取样孔处，用于获取第二液体的压力信号。

液柱压强的计算公式为P＝ρgH，根据此公式建立第一分界液位h₁、第一压强差ΔP₁关系式一：ΔP₁＝P₁-P₂＝ρ′gH₁+ρ₁gh₁+ρ₂g(H₂-H₁-h₁)-ρ′gH₂；建立第二分界液位h₂、第二压强差ΔP₂关系式二：ΔP₂＝P₃-P₄＝ρ′gH₁+ρ₁gh₂+ρ₂g(H₂-H₁-h₂)-ρ′gH₂。上述计算装置可以使用与变送器相连接的DCS系统(Distributed Control System)，联立第一关系式和第二关系式求解，计算得出第二液体的密度ρ₂和/或第一液体的密度ρ₁。以上第一关系式和第二关系式中，第一分界位h₁、第二分界位h₂以第一取样孔高度H₁作为测量基准，第一取样孔高度H₁、第二取样孔高度H₂均以压差变送器的安装高度作为测量基准。也就是说，上述第一分界位h₁、第二分界位h₂相对于第一取样孔高度H₁而言、第一取样孔高度H₁以及第二取样孔高度H₂均为相对于变送器安装高度而言。

压差变送器是由一个差压变送器和两个远传密封法兰、合适的密封液连接而成，与被测介质接触的测量元件被一个弹性膜片隔离开来，该膜片和差压变送器之间的测量元件填充隔离液用以传递压力信号，由于硅油具有非常稳定的物理特性，因此隔离液通常是硅油。施加过程压力后，膜片将发生位移，通过毛细管中的隔离液将测得的压力传导给差压变送器的测量元件，该压力将使差压变送器的测量元件发生位移，测量元件的位移与差压变送器正负压室间的差压成正比，变送器将该位移量转换成电子信号，即转换成相应的4～20mA。压差变送器13测量得到的压差值，可以使用与该变送器通讯的手操器直接读取第一压强差ΔP₁和第二压强差ΔP₂。

也就是被测第一液体11和被测第二液体12与隔离液之间分别被第一弹性膜片和第二弹性膜片隔离开来，隔离液用于传导第一液体和第二液体的压力差，测量元件设置于压力变送器中，测量元件随压力差的变化产生位移变化。也就是弹性膜片和差压变送器之间的测量元件填充隔离液用以传递压力信号。

在第一液体11和第二液体12之间产生压差后，弹性膜片将发生位移，通过毛细管中的隔离液将测得的压力传导给差压变送器的测量元件，该压力将使差压变送器的测量元件发生位移，测量元件的位移与差压变送器正负压室间的差压成正比，变送器将该位移量转换成电信号，即转换成相应的4～20mA电信号。

就地液位计14可采用玻璃管液位计或玻璃板液位计，就地液位计14利用连通器原理，可以直接读出被测容器10内两种互不相溶液体的实际分界位h₁和h2。

压差变送器13测量得到的压差值，可以使用可以与该变送器通讯的手操器直接读取第一压强差ΔP₁和第二压强差ΔP₂。

计算装置计算第一液体11的密度ρ₁和第二液体12的密度ρ₂的原理为：

由液柱压强公式P＝ρgh得：

P₊＝ρ′gH₁+ρ₁gh+ρ₂g(H₂-H₁-h)

P_-＝ρ′gH₂

ΔP＝P₊－P_-＝ρ′gH₁+ρ₁gh+ρ₂g(H₂-H₁-h)-ρ′gH₂   (1)

在以上公式中，

H₁为第一取样孔中心线到压差变送器13的高度，单位为m，可以用长度测量工具测量得出；

H₂为第二取样孔中心线到压差变送器13的高度，单位为m，可以用长度测量工具测量得出；

P₊为压差变送器13正压室的压强，单位为Pa；

P_-为压差变送器13负压室的压强，单位为Pa；

ΔP为压差变送器13测量到的正负压室的压差，单位为Pa，该压差可用与变送器通讯的375手操器直接读出；

ρ′为智能双法兰差压变送器的毛细管内的隔离液的密度，单位为Kg/m3；

ρ₁为在实际的温度、压力下，被测容器内下部质密度较大的介质密度即第一液体11的密度，单位为Kg/m³；

ρ₂为在实际的温度、压力下，被测容器内上部质密度较小的介质密度即第二液体12的密度，单位为Kg/m³；

g为重力加速度(9.81m/s²)；

h为被测容器10的两种互不相溶液体的界位，单位为m，该值可以从安装在被测容器上的就地液位计14读出来，以第一取样孔高度H₁作为测量基准。

在测量过程中，分别在两个不同的时间点分别进行两次测量，两次测量选取两种互不相溶液体的分界位产生变换时进行，两次测量过程中得到压差值分别为：第一压强差ΔP₁和第二压强差ΔP₂，对应的两次分界位为：第一分界位h₁和第二分界位h₂，以及压差变送器13正压室的压强P₊对应为P₁和P₃，压差变送器13的负压室的压强P_-对应为P₂和P₄。利用两次的测量结果代入上面的公式可以得到：

ΔP₁＝P₁－P2＝ρ′gH₁+ρ₁gh₁+ρ₂g(H₂-H₁-h₁)-ρ′gH₂   (2)

ΔP₂＝P₃－P4＝ρ′gH₁+ρ1gh₂+ρ₂g(H₂-H₁-h₂)-ρ′gH₂   (3)

从公式(2)和(3)可以简单求出：

$\mathrm{\&rho;}1={\mathrm{\&rho;}}_1=\frac{\mathrm{\&Delta;}{P}_1-\mathrm{\&Delta;}{P}_2}{g(h_1-h_2)}+\frac{\mathrm{\&Delta;}{P}_1}{g(H_2-H_1)}-\frac{\mathrm{\&Delta;}{P}_1-\mathrm{\&Delta;}{P}_2}{g(h_1-h_2)(H_2-H_1)}\&times;h_1+{\mathrm{\&rho;}}^{\&prime;}---\left(4\right)$

${\mathrm{\&rho;}}_2=\frac{\mathrm{\&Delta;}{P}_1}{g(H_2-H_1)}-\frac{\mathrm{\&Delta;}{P}_1-\mathrm{\&Delta;}{P}_2}{g(h_1-h_2)(H_2-H_1)}\&times;h_1+\mathrm{\&rho;}/---\left(5\right)$

从而可以计算得出被测容器10中第一液体11的密度ρ₁和/或第二液体12的密度ρ₂。

本发明实施例还提供了一种容器内不相溶液体的密度测量方法，图2是根据本发明实施例的容器内不相溶液体的密度测量方法的示意图，上述不相溶液体包括第一液体和第二液体，第二液体的密度ρ₂小于第一液体的密度ρ₁，该容器内不相溶液体的密度测量方法包括：

步骤S21，测量第一分界位h₁，该第一分界位h₁为第一液体和第二液体的分界的界面的高度；

步骤S23，测量第一压强差ΔP₁，并由液体压强计算公式建立第一分界位h₁和第一压强差ΔP₁的第一关系式，测量第一压强差ΔP₁时保持第一分界位h₁不变，其中，第一压强差ΔP₁为在分界界位高度为h₁时，压差变送器11正压室的压强P₁与负压室的压强P₂之差，该步骤的具体操作可以为第一液体和第二液体的分界的液位为h₁时，使用与变送器相连接的手操器读取差压变送器正、负压室间的压差,上述第一关系式可表达为：ΔP₁＝P₁－P₂＝ρ′gH₁+ρ₁gh₁+ρ₂g(H₂-H₁-h₁)-ρ′gH₂；

步骤S25，测量第二分界位h₂，该第二分界位h₂为第一液体和第二液体的分界的界面的高度，其中，h₁≠h₂；

步骤S27，测量第二压强差ΔP₂，并由液体压强计算公式建立第二分界位h₂和第二压强差ΔP₂的第二关系式，测量第二压强差ΔP₂时保持第二分界位h₂不变，其中，第二压强差ΔP₂为在分界界位高度为h₂时，压差变送器11正压室的压强P₃与负压室的压强P₄之差，该步骤的具体操作可以为第一液体和第二液体的分界的液位为h₂时，使用与变送器相连接的手操器读取差压变送器正、负压室间的压差，上述第二关系式可表达为：ΔP₂＝P₃-P₄＝ρ′gH₁+ρ₁gh₂+ρ₂g(H₂-H₁-h₂)-ρ′gH₂；

步骤S29，联立第一关系式和第二关系式求解计算得出第二液体的密度ρ₂和/或第一液体的密度ρ₁。

其中，步骤S23和步骤S27，可以采用压差变送器的方式进行测量，即测量第一压强差ΔP₁包括：使用压差变送器测量第一压强差ΔP₁；测量第二压强差ΔP₂包括：使用压差变送器测量第二压强差ΔP₂。

上述第一关系式为ΔP₁＝P₁-P₂＝ρ′gH₁+ρ₁gh₁+ρ₂g(H₂-H₁-h₁)-ρ′gH₂，第二关系式为ΔP₂＝P₃-P₄＝ρ′gH₁+ρ₁gh₂+ρ₂g(H₂-H₁-h₂)-ρ′gH₂。

在上述关系式中，第一分界位h₁、第二分界位h₂以第一取样孔高度为测量基准、第一取样孔高度H₁以及所述第二取样孔高度H₂均以压差变送器的安装高度作为测量基准。步骤S29的具体计算流程包括：根据液体压强计算公式，第一压强差ΔP₁满足式一：ΔP₁＝P₁－P₂＝ρ′gH₁+ρ₁gh₁+ρ₂g(H₂-H₁-h₁)-ρ′gH₂；根据液体压强计算公式，第二压强差ΔP2满足式二：ΔP₂＝P₃－P₄＝ρ′gH₁+ρ₁gh₂+ρ₂g(H₂-H₁-h₂)-ρ′gH₂，在式一和式二中g为重力加速度，ρ′为压差变送器的隔离液的密度；

利用式1和式2求解计算得出第二液体的密度ρ₂和/或第一液体的密度ρ₁。

从压差变送器中读数可以采用手操器的方式进行，其中使用压差变送器测量第一压强差ΔP₁之后还包括：使用手操器读取压差变送器测量得到的第一压强差ΔP₁；使用压差变送器测量第二压强差ΔP₂之后还包括：使用手操器读取压差变送器测量得到的第二压强差ΔP₂。

本实施例的容器内不相溶液体的密度测量方法的步骤可以总结如下：

首先，在实际生产相对稳定且在工艺条件允许的情况下，利用就地液位计读出被测容器内两种互不相溶液体的第一分界位(h₁)；同时利用与双法兰差压变送器相连接的手操器，读出此时双法兰智能差压变送器的测量得到的第一差压(ΔP₁)，组成一组数据(h₁，ΔP₁)。

然后间隔一段时间，在实际生产相对稳定且在工艺条件允许的情况下，利用就地液位计读出被测容器内两种互不相溶液体的第二分界位(h₂)；与此同时利用与双法兰智能差压变送器相连接的手操器，读出此时双法兰差压变送器的测量得到的第二差压(ΔP₂)，组成第二组数据(h₂，ΔP₂)，其中，h₁≠h₂。

最后将第一组数据(h₁，ΔP₁)和第二组数据(h₂，ΔP₂)代入公式(4)和公式(5)，计算出被测容器内两种互不相溶液体的各自密度ρ₁，ρ₂。

因为是在生产实际温度、压力下读取的被测容器内两种互不相溶液体的界位和双法兰智能差压变送器的正、负压室间的差压，这样就可以计算出在生产实际工作温度、压力下的被测容器内的两种互不相溶液体的各自密度。

以下对使用本实施例技术方案测量某厂分水罐内两种液体密度按的实例进行说明，图3是根据本发明实施例的容器内不相溶液体的密度测量方法的应用示意图，V001是某厂油水分离罐，罐内底部为含有油的水，罐内顶部为含有水的油。

LT001为测量油水界位的双法兰差压变送器，由重庆川仪有限公司生产的EJA118W-EMSA2CA-AA09型智能双法兰差压变送器，双法兰差压变送器的毛细管的长度为9m，毛细管内的硅油密度为ρ′＝1070Kg/m3，该变送器的正负压室的压差ΔP可以通过375型手操器直接读出。变送器的安装高度距第一取压的法兰中心线H₁＝4.8m，变送器的安装高度距第二取压的法兰中心线H₂＝6.5m。LG001为就地玻璃板液位计，它采用“连通器”的原理，可以直接观察到V001罐的实际油水分界位。

实际观测的数据如表1：

液位计LG001指示界位h(㎝)	50	70	85	100	130
						变送器正负压室压差△P(KPa)	-3.43	-3.16	-2.96	-2.75	-2.34

注：液位计LG001指示界位h所表示的是第一液体与第二液体的分界位距第一取压法兰中心线的高度。

从表1中任意选取两组数据

当h₁＝70cm＝0.7m时，ΔP₁＝-3.16KPa＝-3160Pa

当h₂＝100cm＝1.0m时，ΔP₂＝-2.75KPa＝-2750Pa

H₁＝4.8m，H₂＝6.5m，ρ′＝1070Kg/m3

将上述数据代入到公式(4)和公式(5)中

$\begin{array}{c}{\mathrm{\&rho;}}_1=\frac{\mathrm{\&Delta;}{P}_1-\mathrm{\&Delta;}{P}_2}{g(h_1-h_2)}+\frac{\mathrm{\&Delta;}{P}_1}{g(H_2-H_1)}-\frac{\mathrm{\&Delta;}{P}_1-\mathrm{\&Delta;}{P}_2}{g(h_1-h_2)(H_2-H_1)}\&times;h_1+{\mathrm{\&rho;}}^{\&prime;}\\ =\frac{-3160-(-2750)}{9.81\&times;(0.7-1.0)}+\frac{-3160}{9.81\&times;(6.5-4.8)}-\frac{-3160-(-2750)}{9.81\&times;(0.7-1.0)\&times;(6.5-4.8)}\&times;0.7+1070\\ =962.5(\mathrm{Kg}/m3)\end{array}$

$\begin{array}{c}{\mathrm{\&rho;}}_2=\frac{\mathrm{\&Delta;}{P}_1}{g(H_2-H_1)}-\frac{\mathrm{\&Delta;}{P}_1-\mathrm{\&Delta;}{P}_2}{g(h_1-h_2)(H_2-H_1)}\&times;h_1+\mathrm{\&rho;}/\\ =\frac{-3160}{9.81\&times;(6.5-4.8)}-\frac{-3160-(-2750)}{9.81\&times;(0.7-1.0)\&times;(6.5-4.8)}\&times;0.7+1070\\ =823.1(\mathrm{Kg}/m3)\end{array}$

通过上述计算可知在V001罐内底部水的密度为962.5(Kg/m3)，V001罐内上部油的密度为823.1(Kg/m3)。

使用本实施例的技术方案，在原有设备基础上不需要增加任何成本，可以在利用双法兰变送器测量被测容器内两种互不相溶液体的分界位的同时，将本技术方案移植到与变送器相连接的DCS中可计算出在生产实际工作温度、压力下的被测容器内的两种互不相溶液体的各自密度。本发明的实施例为计算被测容器内的两种互不相溶液体的各自密度，提供了一个途径。

为提高测量的精度，利用本实施例的技术方案需要注意：

1、要确保双法兰差压变送器及就地液位计投用正常。

2、要保证所应用的双法兰差压变送器是稳定、可靠、精度高的产品。

3、在实际应用中，需要在生产条件允许且液位稳定的情况下，才能使用本方法。

4、读取数据要准确，不仅要确保从就地液位计所读取的数据能真实反映被测容器内的实际界位，而且要在读取实际界位的同时利用与变送器相连接的手操器读取变送器正负压室间的压差，要保证实际界位与变送器正负压室间的压差的一一对应关系。

以上计算实例仅供说明本方法在实际生产中的应用，而并非是对本方法的限制。

应用本发明的技术方案，通过测量两次同一容器内不同液体的压差以及界位，利用液体压强的计算公式计算得出各自的密度，测量过程中使用的设备简单，测量步骤少，计算量不大，可以满足在实际应用环境下的进行测量的要求。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种容器内不相溶液体的密度测量方法，所述不相溶液体包括第一液体和第二液体，所述第二液体的密度ρ₂小于所述第一液体的密度ρ₁，其特征在于，该密度测量方法包括：

测量第一分界位h₁，该第一分界位h₁为所述第一液体和所述第二液体的分界的界面的高度；

使用压差变送器测量第一压强差ΔP₁，并由液体压强计算公式建立所述第一分界位h₁和所述第一压强差ΔP₁的第一关系式，其中，所述第一压强差ΔP₁为在所述第一液体和所述第二液体的分界的界面高度为h₁的情况下，所述压差变送器正取压室的压强P₁与所述压差变送器负取压室的压强P₂之差；

测量第二分界位h₂，该第二分界位h₂为所述第一液体和所述第二液体的分界的界面的高度，h₁≠h₂；

使用所述压差变送器测量第二压强差ΔP₂，并由液体压强计算公式建立所述第二分界位h₂和所述第二压强差ΔP₂的第二关系式，所述第二压强差ΔP₂为在所述第一液体和所述第二液体的分界的界面高度为h₂的情况下，所述压差变送器正取压室的压强P₃与所述压差变送器负取压室的压强P₄之差；

联立所述第一关系式和所述第二关系式求解计算得出所述第二液体的密度ρ₂和/或所述第一液体的密度ρ₁。

2.根据权利要求1所述的密度测量方法，其特征在于，所述第一分界位h₁、所述第二分界位h₂以第一取样孔高度H₁作为测量基准，第一取样孔高度H₁、第二取样孔高度H₂均以所述压差变送器的安装高度作为测量基准。

3.根据权利要求2所述的密度测量方法，其特征在于，

由液体压强计算公式建立所述第一分界位h₁和所述第一压强差ΔP₁的第一关系式包括：所述第一压强差ΔP₁满足式一：

ΔP₁＝P₁-P₂＝ρ′gH₁+ρ₁gh₁+ρ₂g(H₂-H₁-h₁)-ρ′gH₂；

由液体压强计算公式建立所述第二分界位h₂和所述第二压强差ΔP₂的第二关系式包括：所述第二压强差ΔP₂满足式二：

ΔP₂＝P₃-P₄＝ρ′gH₁+ρ₁gh₂+ρ₂g(H₂-H₁-h₂)-ρ′gH₂，在所述式一和所述式二中g为重力加

速度，ρ′为所述压差变送器的隔离液的密度。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的密度测量方法，其特征在于，

使用压差变送器测量所述第一压强差ΔP₁之后还包括：使用手操器读取所述压差变送器测量得到的所述第一压强差ΔP₁；

使用所述压差变送器测量所述第二压强差ΔP₂之后还包括：使用所述手操器读取所述压差变送器测量得到的所述第二压强差ΔP₂。

5.一种容器内不相溶液体的密度测量系统，所述不相溶液体包括第一液体和第二液体，所述第二液体的密度ρ₂小于所述第一液体的密度ρ₁，所述容器的侧壁上开有第一取样孔和第二取样孔，其特征在于，该密度测量系统包括：

就地液位计，安装在所述容器上，用于测量第一分界位h₁和测量第二分界位h₂，其中，所述第一分界位h₁和所述第二分界位h₂分别为在不同时间所述第一液体和所述第二液体的分界的界面的高度，h₁≠h₂；

压差变送器，通过毛细管与所述第一取样孔和所述第二取样孔分别连接，用于测量第一压强差ΔP₁和测量第二压强差ΔP₂，其中，所述第一压强差ΔP₁为在所述第一液体和所述第二液体的分界的界面高度为h₁的情况下，所述压差变送器正取压室的压强P₁与所述压差变送器负取压室的压强P₂之差，所述第二压强差ΔP₂为在所述第一液体和所述第二液体的分界的界面高度为h₂的情况下，所述压差变送器正取压室的压强P₃与所述压差变送器负取压室的压强P₄之差；

计算装置，用于由液体压强计算公式建立所述第一分界位h₁和所述第一压强差ΔP₁的第一关系式以及所述第二分界位h₂和所述第二压强差ΔP₂的第二关系式，并联立所述第一关系式和所述第二关系式求解计算得出所述第二液体的密度ρ₂和/或所述第一液体的密度ρ₁。

6.根据权利要求5所述的密度测量系统，其特征在于，

所述压差变送器包括第一密封法兰和第二密封法兰，所述第一密封法兰设置在所述第一取样孔处，用于获取所述第一液体的压力信号，所述第二密封法兰设置在所述第二取样孔处，用于获取所述第二液体的压力信号；所述第一分界位h₁、所述第二分界位h₂以第一取样孔高度H₁作为测量基准，所述第一取样孔高度H₁以及第二取样孔高度H2均以所述压差变送器的安装高度作为测量基准。

7.根据权利要求6所述的密度测量系统，其特征在于，所述计算装置还用于：

利用式三和式四计算得出所述第二液体的密度ρ₂和/或所述第一液体的密度ρ₁，其中，所述式三为：

${\mathrm{\&rho;}}_1=\frac{\mathrm{\&Delta;}{P}_1-\mathrm{\&Delta;}{P}_2}{g(h_1-h_2)}+\frac{\mathrm{\&Delta;}{P}_1}{g(H_2-H_1)}-\frac{\mathrm{\&Delta;}{P}_1-\mathrm{\&Delta;}{P}_2}{g(h_1-h_2)(H_2-H_1)}\&times;h_1+{\mathrm{\&rho;}}^{\&prime;},$ 所述式四为：

${\mathrm{\&rho;}}_1(h_2-h_2)+\frac{\mathrm{\&Delta;}{P}_{11}}{g(H_2-H_1)}-\frac{\mathrm{\&Delta;}{P}_1-\mathrm{\&Delta;}{P}_2}{g(h_1-h_2)(H_2-H_1)}\&times;h_1+{\mathrm{\&rho;}}^{\&prime;},$ 在所述式三和所述式四中，g为重力加速度，ρ′为所述压差变送器的隔离液的密度。

8.根据权利要求7所述的密度测量系统，其特征在于，还包括：

手操器，与所述压差变送器连接，用于读取所述第一压强差ΔP₁和所述第二压强差ΔP₂。