CN105157787A - 一种测量储罐内黄磷液位的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测量储罐内黄磷液位的方法及装置，旨在提供一种测量精度高的测量储罐内黄磷液位的方法及装置。本发明的方法是根据液态黄磷密度大于水且不溶于水，使得液态黄磷因自身密度高而自然沉降到储罐的最下面，储罐内从上至下依次为导电的水层、导电的泥磷层及不导电的黄磷层；采用耐腐蚀金属材料作为电阻丝，通过测量垂直浸泡在液态黄磷中电阻丝的电阻值，再根据该电阻值计算出电阻丝的长度，即得出液态黄磷在储罐中的液位高度。本发明测量精度高，且可实时连续测量。

Description

一种测量储罐内黄磷液位的方法及装置

技术领域

本发明涉及液位测量技术领域，尤其是涉及一种测量储罐内黄磷液位的方法及装置。

背景技术

云南天安化工有限公司6万吨/年黄磷生产装置，分别由2套年产3万吨黄磷的黄磷电炉构成的大型磷炉生产装置，该装置于1997年3月16日建成投产。是目前国内外单台电热法生产黄磷产量最大的磷炉装置之一。

该装置实际上是将一定比例的烧结磷矿、硅石和焦炭在电炉中高温加热，使得磷矿石中的磷元素升华为气体，再经过电除尘除去灰尘等杂质后，采用冷却水洗涤这些气体得到液态黄磷。液态黄磷的精制、储存和运输采用各种不同规格的储罐来实现，由于黄磷具有在常温下自燃、剧毒等特点，被国家确定为重大危险源进行监控，储存在储罐中的液态黄磷的液位高度的测量问题，一直是黄磷生产企业、国家相关安检部门重点关注和亟待解决的重大技术难题。

20℃时的固态黄磷的密度为1.82g/cm³，黄磷的熔点温度为44.1℃，精制黄磷（液态黄磷提纯）过程中液态黄磷的温度一般在60～80℃左右，黄磷密度大约在1.76g/cm³，整个液态黄磷提纯的工艺过程均采用在黄磷上面覆盖一定高度的水，将液态黄磷与空气隔绝的措施防止黄磷自燃。另外，电炉法生产黄磷工艺流程就决定了磷蒸汽与灰尘相伴，因此，精制液态黄磷实际就是将元素磷与灰尘等杂质的混合物分离的过程，由于黄磷密度较高，这样就使得液态黄磷沉降到储罐的最下部、泥磷在中部、水在上部，并且黄磷与泥磷、泥磷与水之间都没有严格的界面，这也是黄磷液位测量不能使用雷达液位计、超声波液位计、差压法等传统液位测量技术的主要原因。到目前为止，国内外还没有能够在线连续测量黄磷液位的仪表和产品投入市场。

根据液态黄磷的物理特性，国内部分生产黄磷的用户单位根据阿基米德原理自己制作各种规格的浮球进行黄磷液位测量，基本工作原理是将整个浮球的密度制作和控制在>1g/cm³，且<1.7g/cm³，确保浮球能够浮在液态黄磷的上面，但沉在水和泥磷的下面，由于黄磷和泥磷之间的密度差别不是非常明显，使得浮球自身的位置受泥磷+水的影响很大，不仅影响测量精度，实际使用过程中经常因为浮球被泥磷中的胶状物包裹而无法跟随液态黄磷液位的变化进行升降移动。黄磷储罐中泥磷数量越多，采用浮球作为传感器的黄磷液位计越无法正常使用。

发明内容

本发明克服了现有技术中的缺点，提供了一种可实时测量且测量精度高的测量储罐内黄磷液位的方法及装置。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种测量储罐内黄磷液位的方法，根据液态黄磷密度大于水且不溶于水，使得液态黄磷因自身密度高而自然沉降到储罐的最下面，储罐内从上至下依次为导电的水层、导电的泥磷层及不导电的黄磷层；采用耐腐蚀金属材料作为电阻丝，通过测量垂直浸泡在液态黄磷中电阻丝的电阻值，再根据该电阻值计算出电阻丝的长度，即得出液态黄磷在储罐中的液位高度。

优选的是，包括以下步骤：在储罐内竖直设置伸入储罐底部的电阻丝及与电阻丝平行的导电管，在导电管内从下至上间隔设置多个与导电管绝缘的电极，将各电极分别通过水平导线引出与电阻丝零电阻阻值连接，各电极单独通过导线从导电管内引出导电管的上端构成引出端，导电管的上端通过导线引出构成测量端；选择位于黄磷层上方最近的一个电极作为测量电极，在该测量电极的引出端和导电管的测量端加交流供电电路，测出两端的电压并计算出电阻值Rxs，该电阻值Rxs即为位于泥磷层和水层的电阻丝通过导电介质“泥磷和水”与导电管之间形成导电回路的等效电阻值；在测量电极引出端和位于最底部电极的引出端加交流供电电路，测出两端的电压并计算出电阻值R11，该电阻值R11即为电阻丝位于黄磷层的电阻值+位于泥磷层和水层的电阻丝通过导电介质“泥磷和水”与导电管之间形成导电回路的等效电阻值；计算电阻值Rxs和电阻值R11的差值Ry，根据电阻丝的阻值与长度系数计算出差值Ry对应的长度，即黄磷层的液位高度。

优选的是，所述电极的测量端均通过继电器与供电电路连接，各继电器的切换由智能数字仪表根据黄磷液位高度进行自动控制。

优选的是，在所述供电电路内串联一精密电阻，通过测量精密电阻的电压及待测两端的电压，根据精密电阻的阻值计算出到待测两端的电阻值Rxs或R11。

一种用于实现如上所述方法的装置，包括竖直伸入储罐且下端接近储罐底部的电阻丝、与电阻丝平行的导电管，多个分别通过密封件间隔设置于导电管内的电极；所述电极分别通过水平导线引出与电阻丝零电阻阻值连接，各电极分别通过导线从导电管内引出导电管的上端构成引出端；所述导电管的上端通过导线引出构成测量公共端。

优选的是，所述导电管内的下端处通过密封件设置有两个校准电极，两个校准电极的测量信号分别通过导线从导电管内引出导电管的上端，两个校准电极上分别设置水平伸出的测量线。

优选的是，所述导电管的上部设置有电磁振动器。

优选的是，所述导电管由多段构成，各段之间通过法兰盘连接，且各电极分别通过密封件设置于导电管各段的连接处。

优选的是，所述密封件由带凹槽的密封环和封闭密封环凹槽的密封垫构成，所述电极容置于密封环的凹槽内。

优选的是，所述导电管内填充有耐高温、耐腐蚀、绝缘性能好的密封胶。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

本发明采用耐腐蚀的金属材料、例如不锈钢丝作为电阻丝，根据液态黄磷不导电、“泥磷+水”同属一种导电介质的特点，将电阻丝与黄磷储罐中的介质直接接触，通过测量浸泡在液态黄磷中电阻丝的电阻值，再通过电阻丝的阻值跟长度完全成正比例关系得到黄磷液位的实际高度值。按照本发明制造生产的黄磷液位计具有测量精度高、跟随黄磷液位变化的响应速度快，仪表智能化程度高，使用维护方便，有利于进行批量生产和投放市场等特点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中装置的结构示意图。

图2为本发明的一个具体测量实施例的电路接线图，其用于测量位于“泥磷层和水层”部分电阻丝的相应等效电阻值。

图3为图2所示电路接线图用于测量位于“黄磷层、泥磷层和水层”部分电阻丝的等效电阻值示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种测量储罐内黄磷液位的方法，根据液态黄磷密度大于水且不溶于水，使得液态黄磷因自身密度高而自然沉降到储罐的最下面，储罐内从上至下依次为导电的水层、导电的泥磷层及不导电的黄磷层；采用耐腐蚀金属材料作为电阻丝，通过测量垂直浸泡在液态黄磷中电阻丝的电阻值，再根据该电阻值计算出电阻丝的长度，即得出液态黄磷在储罐中的液位高度。

该方法包括以下步骤：在储罐内竖直设置伸入储罐底部的电阻丝及与电阻丝平行的导电管，在导电管内从下至上间隔设置多个与导电管绝缘的电极，将各电极分别通过水平导线引出与电阻丝零电阻阻值连接，各电极单独通过导线从导电管内引出导电管的上端构成引出端，导电管的上端通过导线引出构成测量端；选择位于黄磷层上方最近的一个电极作为测量电极，在该测量电极的引出端和导电管的测量端加交流供电电路，测出两端的电压并计算出电阻值Rxs，该电阻值Rxs即为位于泥磷层和水层的电阻丝通过导电介质“泥磷和水”与导电管之间形成导电回路的等效电阻值；在测量电极引出端和位于最底部电极的引出端加交流供电电路，测出两端的电压并计算出电阻值R11，该电阻值R11即为电阻丝位于黄磷层的电阻值+位于泥磷层和水层的电阻丝通过导电介质“泥磷和水”与导电管之间形成导电回路的等效电阻值；计算电阻值Rxs和电阻值R11的差值Ry，根据电阻丝的阻值与长度系数计算出差值Ry对应的长度，即黄磷层的液位高度。

作为进一步的改进，所述电极的测量端均通过继电器与供电电路连接，各继电器的切换由智能数字仪表根据黄磷液位高度进行自动控制。

作为进一步的改进，在所述供电电路内串联一精密电阻，通过测量精密电阻的电压及待测两端的电压，根据精密电阻的阻值计算出到待测两端的电阻值Rxs或R11。

由于黄磷储罐中都不同程度的存在泥磷层（由导电性能良好的炭粉、灰尘、胶状物、水和没有分离出来的黄磷等混合物组成，密度介于黄磷和水之间）和酸性水（水表面的磷元素燃烧生成五氧化二磷后形成酸性水），二者导电性能基本一致，因此，从原理上讲泥磷的存在不影响“电阻法”测量黄磷液位的精度。通过对不同黄磷储罐中黄磷层、泥磷层和水层的液位、界面的实际测量及实验研究发现，一般的黄磷沉降储罐中黄磷与泥磷的过渡层大约50～200mm,即过渡层的下部是纯度很高的精制黄磷，过渡层的上部是黄磷含量较低的泥磷层+水组成的混合物，采用电阻法测量黄磷液位时，由于泥磷与黄磷的过渡层靠下面的介质的导电性能比较接近精制黄磷，所测量的数据基本与精制黄磷液位的信号相同，靠上面部分基本与泥磷的物理性质接近，只是导电性能偏差一些，在后续的测量电路中把这部分信号作为泥磷+水的等效电阻被去除掉了，这样的测量结果实际上还是非常准确的反映了黄磷储罐中黄磷液位的真实情况。这是浮球法测量黄磷液位根本无法实现的技术难点。

图1所示用于测量储罐内黄磷液位的装置，包括竖直伸入储罐且下端接近储罐底部的电阻丝30、与电阻丝30平行的导电管31，四个分别通过密封件33间隔设置于导电管31内的电极32；所述电极32分别通过水平导线引出与电阻丝30零电阻阻值连接，各电极32分别通过导线从导电管31内引出导电管31的上端构成引出端，各电极的引出端按电极从下至上分别的b1、b2、b3及b4；所述导电管31的上端通过导线引出构成测量公共端c。

其中，所述导电管31内的下端处通过密封件33设置有两个校准电极34，两个校准电极34的测量信号分别通过导线从导电管31内引出导电管31的上端，分别为D1和D2，两个校准电极34上分别设置水平伸出的测量线35。当D1、D2二个校准电极34处在导电介质泥磷+水的液体中时，该信号通过前置信号转换器中的专门测量电路，将该信号转换成完全隔离的继电器触点信号输出到显示仪表，通过LED灯进行开关量状态显示。LED灯点亮时表示二个校准电极34的测量线35位置处在泥磷+水的液位中，这时就可以对整个智能式黄磷液位计进行零位调整。

按照上述测量原理，可以通过移动导电管31的位置，找到黄磷与泥磷+水的界面，当LED灯点亮时，表明校准电极34的最上面已经没有液态黄磷了，通过改变h0的数值大小将黄磷液位计的输出信号和显示值调整为零，即进行零位调整。

向下移动导电管的位置，当LED灯由亮变灭时，即为黄磷与泥磷+水的界面；再向下移动导电管并记录下降的高度数值，如果黄磷液位计的指示值与该高度不一致时，根据偏差的大小调整放大系数Kg=(Lz/Rz)，使显然装置指示到当前应该显示的黄磷液位值，即进行黄磷液位计的量程调整。

重复进行上述仪表的零位和量程调整步骤，直到仪表的零位和量程均符合仪表的精度要求。

作为进一步的改进，所述导电管31的上部设置有电磁振动器（图中未示出）。由于电炉法生产黄磷工艺是采用储罐沉降法来精制黄磷，这样的生产工艺必然形成纯度越高的黄磷越沉降在储罐的越下部，并且使得黄磷上部的泥磷和水伴随整个沉降精制黄磷的全过程，且越靠流程前面的黄磷沉降储罐，黄磷上部的泥磷就越多，由于泥磷中含有大量的炭粉和胶状物，这些炭粉和胶状物非常容易包裹和附着在测量电极32和电阻丝30的表面，单靠黄磷自身密度较大的优势很难把导电管表面的这些附着物清理干净，从这个意义上讲，泥磷的存在使得整个黄磷液位测量技术变得越来越复杂和困难！经过大量的实验研究，采用电磁振动器进行定时振动清除导电管表面的这些导电性能较好的炭粉和胶状物，取得了良好的效果，这一技术措施对于确保了黄磷液位计的长期可靠运行起到了非常重要的作用。电磁振动器根据储罐中介质的情况进行相同时间间隔的间歇振动，对于动态清除导电管表面的各种附着物，效果十分明显。

作为进一步的改进，所述导电管31由多段构成，各段之间通过法兰盘连接，且各电极32分别通过密封件33设置于导电管31各段的连接处，便于电极的更换和运输，同时也可根据储罐的高度灵活组装。

其中，所述密封件33由带凹槽的密封环和封闭密封环凹槽的密封垫构成，所述电极32容置于密封环的凹槽内。

作为进一步的改进，所述导电管31内填充有耐高温、耐腐蚀、绝缘性能好的密封胶（图中未出生），可有效防止被测量的介质（液态黄磷、泥磷或者是水）渗透到导电管31内部，造成线路腐蚀损坏。

图2-3所示为具体测量实施例的电路接线图，以图1所示的四个电极32为例；

在液态黄磷储罐中，储罐中介质的分布情况（从储罐下部向上）是由“黄磷层→黄磷与泥磷的过渡层→泥磷+水层→空气层”组成，在实际的黄磷储罐中，不仅黄磷液位是未知数、黄磷与泥磷的过渡层是未知数、泥磷+水层是未知数、空气层也是未知数，本发明的前置信号转换器及其电路使得进行准确测量浸泡在液态黄磷中的电阻丝30的电阻值成为了可能。通过前置信号转换器电路与导电管的对接，完成导电管信号的采集和信号的匹配转换功能。

“泥磷+水”层等效电阻测量电路

图2所示，该电路由“电源变压器TB1、限流电阻R1、精密取样电阻Rn、测量方式自动切换继电器KC1常开触点KC1-2、量程自动切换继电器KC2的常开触点KC2-2、量程自动切换继电器KC3常开触点KC3-2、量程自动切换继电器KC4的常开触点KC4-2、黄磷测量电极32引出线b1、b2、b3、b4以及导电管上的公共端C组成。

该测量电路的技术关键是采用交流电源作为工作电源，有效防止测量电极32表面和电阻丝30表面产生极化现象（直流电会造成电极32表面和电阻丝30表面结垢等极化问题），电源变压器TB1次级绕组的一端3与限流电阻R1的一端进行串联连接，R1的另外一端与精密取样电阻Rn的a端串联连接，Rn的另外一端b与测量方式自动切换继电器KC1的公共端b进行连接，测量方式自动切换继电器KC1的常开触点KC1-2端分别与量程自动切换继电器KC2的公共端bx、量程自动切换继电器KC3的公共端bx、量程自动切换KC4的公共端bx连接；测量方式自动切换继电器KC1的常闭触点KC1-1与导电管的黄磷测量电极32的引出线b1进行连接；量程自动切换继电器KC2的常开触点KC2-2与黄磷测量电极32的引出线b2进行连接；量程自动切换继电器KC3的常开触点KC3-2与黄磷测量电极32的引出线b3进行连接；量程自动切换继电器KC4的常开触点KC4-2与黄磷测量电极32的引出线b4进行连接；电源变压器TB1次级绕组的另一端4与导电管31的外壳引出线连接。

“泥磷+水”层等效电阻测量原理

由“图2：泥磷+水等效电阻测量电路接线图”可知，电源变压器TB1次级绕组的一端3经限流电阻R1、精密取样电阻Rn、测量方式自动切换继电器KC1常开触点KC1-2处在闭合位置、量程自动切换继电器KC2、KC3、KC4工作状态如下：

当黄磷液位低于测量端b2所连接电极32的位置时，量程自动切换继电器KC2动作，KC2-2接通，KC3-2、KC4-2处在断开位置，此时测量黄磷液位的工作电极分别为测量端b1所连接电极32和测量端b2所连接电极32；

当黄磷液位介于测量端b2所连接电极32和测量端b3所连接电极32之间时，量程自动切换继电器KC3动作，KC3-2接通，KC2-2、KC4-2处在断开位置；此时测量黄磷液位的工作电极分别为测量端b1所连接电极32和测量端b3所连接电极32；

当黄磷液位介于测量端b3所连接电极32和测量端b4所连接电极32之间时，量程自动切换继电器KC4动作，KC4-2接通，KC2-2、KC3-2处在断开位置；此时测量黄磷液位的工作电极分别为测量端b1所连接电极32和测量端b4所连接电极32；

量程自动切换继电器KC2、KC3、KC4是由智能数字仪表进行根据黄磷液位高度进行自动控制，由于这些控制技术属于一般的通用控制技术，在此不再过多阐述。

测量方式自动切换继电器KC1常开触点KC1-2与量程自动切换继电器KC2、KC3、KC4中的任意一个继电器的常开触点接通后，通过该电极32将电压信号传送个敏感元件电阻丝30，浸泡在泥磷+水中的电阻丝30通过导电介质（泥磷+水）与导电管构成信号回路，该信号经引出导线C与变压器TB1次级绕组的另一端4连接，这样就构成了完整的交流信号串联测量回路。

由于精密取样电阻Rn的电阻值为已知数，通过测量精密电阻Rn两端的电压Uab，就能够得出流过整个串联电路的电流i1，只要保证Uab电压的测量精度能够满足要求，通过计算得到的交流电流值i1也就具有足够的精度，这也是本发明的关键性实用技术，也是将浸泡在液态黄磷中电阻丝30的电阻值进行准确测量的技术关键。

另外，由于液态黄磷的不导电性（相对测量信号电压较低而言），使得浸泡在液态黄磷中的电阻丝30根本无法通过液态黄磷这种介质与测量公共端c形成信号回路；同样，由于空气的不导电性（相对测量信号电压较低而言），使得暴露在空气中的电阻丝30同样无法通过空气这种介质与测量公共端c形成信号回路，这样就只有浸泡在泥磷+水中的电阻丝30能够通过周围的介质（泥磷+水）与测量公共端C形成信号回路。因此，我们只要通过测量测量端b1、b2、b3、b4其中一个（具体选择那个测量端，即选择哪个电极32作为工作电极，是根据当时黄磷液位的高低决定，控制功能由智能数值式仪表完成）与测量公共端c两端的电压Ubc，再除以流入该串联电路的总电流i1，就得出泥磷+水的总的等效电阻值。泥磷+水的等效电阻值Rxs计算公式如下：

i1=Uab/Rn；

Rxs=Ubc/i1=Rn*(Ubc/Uab)。

公式符号说明：

Rxs：位于泥磷层和水层的电阻丝通过导电介质“泥磷和水”与导电管之间形成导电回路的等效电阻值，单位为Ω；

“黄磷与泥磷+水”液位等效电阻测量电路的组成

图3所示，该电路同样由“电源变压器TB1、限流电阻R1、精密取样电阻Rn、测量方式自动切换继电器KC1常闭触点KC1-1和导电管中的黄磷测量电极32引出线b1、b2、b3、b4、导电管上的公共端C组成。

该测量电路的技术关键同样是采用交流电源作为工作电源，有效防止测量电极32表面和电阻丝30表面产生极化现象（直流电会造成电极32表面和电阻丝30表面结垢等极化问题），电源变压器TB1的输出端3与限流电阻R1的一端进行串联连接，R1的另外一端与精密取样电阻Rn的a端串联连接，Rn的另外一端与测量方式自动切换继电器KC1的公共端b进行连接，测量方式自动切换继电器KC1的常闭触点KC1-1与黄磷液位测量电极32的引出线b1进行连接；其它的3个黄磷液位测量电极32的引出线全部浮空，电源变压器TB1的输出端4仍然与导电管的测量公共端c连接。

“黄磷与泥磷+水”总的等效电阻测量原理

由图3可知，电源变压器TB1次级绕组输出端3经限流电阻R1、精密取样电阻Rn、测量方式自动切换继电器KC1常闭触点KC1-1与黄磷测量电极32的引出线b1进行连接；由于另外3个黄磷测量电极全部浮空，使得流经该电极32的电压信号与敏感元件电阻丝30接通，该电路流过浸泡在黄磷中的电阻丝30后，流到浸泡在“泥磷+水”中的电阻丝30，此时浸泡在泥磷+水的电阻丝30相对与导体，该导体通过其周围的导电介质（泥磷+水）与导电管之间（经引出导线C与变压器TB1次级绕组的4端连接）构成了完整的交流信号串联测量回路。

由于精密取样电阻Rn的电阻值为已知数，通过测量精密电阻Rn两端的电压Uab，就能够得出流过整个串联电路的电流i1，同样只要保证Uab电压的测量精度能够满足要求，通过计算得到的交流电流值i1也就具有足够的精度,这样我们就能够非常准确的得到“黄磷与泥磷+水”回路的总的等效电阻值。

同样的原理，由于液态黄磷的不导电性，使得浸泡在液体黄磷中的电阻丝30根本无法通过液态黄磷与导电管上公共端C形成信号回路；同样，由于空气的不导电性，使得暴露在空气中的电阻丝30同样无法与公共端C形成信号回路，由于这时我们的电路是从电阻丝30的下端头通过黄磷液位测量电极32与电阻丝30进行连接，这样i1就首先通过浸泡在液态黄磷中的电阻丝30后，再流到浸泡在泥磷+水的电阻丝30的介质层，进入该介质层后，电阻丝30上面的电压迅速通过周围的介质（泥磷+水）与公共端C形成信号回路。因此，我们同样可以通过测量电阻丝30上端头b与公共端C两端的电压Ubc，再除以流入该串联电路的总电流i1，就得出“黄磷与泥磷+水”总的等效电阻值。“黄磷与泥磷+水”的总的等效电阻值R11计算公式如下：

i1=Uab/Rn；

R11=Ry+Rxs=Ubc/i1=Rn*(Ubc/Uab)。

浸泡在液态黄磷中的电阻丝30的电阻值Ry计算公式如下：

Ry=R11-Rxs。

公式符号说明：

R11:黄磷与泥磷+水”的总的等效电阻值,单位为Ω；

Ry：浸泡在液态黄磷中电阻丝30的电阻值，单位为Ω；

Rxs：位于泥磷层和水层的电阻丝通过导电介质“泥磷和水”与导电管之间形成导电回路的等效电阻值，单位为Ω；

需要说明的是，图2与图3是通过测量方式自动切换继电器进行切换后变换成具有不同功能和测量要求的电路。

“黄磷液位”的计算公式

电阻法测量黄磷液位的技术难点是怎样将浸泡在液态黄磷中的电阻丝30电阻值测量出来，只要知道了该电阻值，因为电阻丝30的材质和截面积确定后，电阻丝30的长度就完全与电阻值成正比例关系。因此，根据上述原理得出黄磷液位高度计算公式如下：

H=Kg*Ry+h0；

Kg=Lz/Rz

公式中的符号说明：

H：黄磷液位高度，单位为mm；

Kg：黄磷液位放大系数，单位为mm/Ω；

Lz:安装在导电管上面的电阻丝30的总长度，由制作导电管的尺寸确定，单位为mm；

Rz：安装在导电管上面的电阻丝30的总电阻值，单位为Ω；

Ry；浸泡在液态黄磷中的电阻丝30的电阻值，单位为Ω；

h0:电阻法液态黄磷测量零点修正系数，单位为mm。

由于黄磷储罐中的黄磷液位、黄磷与泥磷界面、泥磷+水的液位全部都是未知数，如果采用上下2个黄磷液位测量电极32进行黄磷液位测量，当黄磷液位较低时，覆盖在黄磷上面的泥磷或者是水的上部界面也会明显降低，造成导电管上部的敏感元件电阻丝30大量暴露在空气中，在这种情况下，基本找不到结构简单、功能强大的测量电路来完成将浸泡在液态黄磷中的电阻丝30的电阻值测量出来。本发明附图1采用4个（可以采用更多个电极32）电极32进行黄磷液位测量，其测量原理是可以自动跟随黄磷液位的实际高度变化，选择最佳的配对测量电极32进行黄磷液位测量。

一般情况而言，当黄磷液位小于测量端b2所连接测量电极32时，量程自动切换继电器KC2动作，常开触点KC2-2闭合，此时黄磷液位测量的工作电极32即为测量端b1和b2所连接的两个电极32；如果黄磷液位在测量端b2和b3所连接的两个电极32之间，则量程自动切换继电器KC3动作，常开触点KC3-2闭合，此时黄磷液位测量的工作电极32即为测量端b1和b3所连接的两个电极32；如果黄磷液位在在测量端b3和b4所连接的两个电极32之间，则量程自动切换继电器KC4动作，常开触点KC4-2闭合，此时黄磷液位测量的工作电极32即为测量端b1和b4所连接的两个电极32；量程自动切换继电器KC2、KC3、KC4三个继电器任何时候都必须并且只能有唯一一个继电器动作，以确保整个信号测量电路形成闭合回路和测量信号的准确性。量程自动切换继电器的动作完全由智能数字仪表的根据黄磷液位的高度进行自动控制。

采用电阻法加多电极32结构进行黄磷液位测量，电极32的数量完全取决于黄磷上面覆盖的泥磷+水的液位高度，如果黄磷上面覆盖的“泥磷+水”的液位高度比较高，则电极32的数量可以减少，否则就必须增加电极32数量。判断测量电极32数量是否合理的关键，应该是在正常生产工况下，不管储罐中黄磷液位怎样变化，黄磷液位测量电极32中必须保证至少有两个电极32被“泥磷+水”液体所覆盖。否则就必须增加电极32数量，以免影响测量精度。

本发明的技术关键是采用耐腐蚀的不锈钢丝作为电阻丝30，这种电阻丝30的电阻值是铜导线的40多倍，且温度系数较小（黄磷储罐中的温度变化造成的电阻值变化基本可以忽略不计），对以进行黄磷储罐这种非常特殊介质的液位测量，具有跟随黄磷液位变化响应速度快，测量精度高，系统测量精度：3%FS。基本不需要什么复杂的维护工作，仪表能长期可靠运行。完全能够满足黄磷生产过程对黄磷液位测量的实际需要。

显而易见的，对于任何储罐中只有一种导电液体的液位测量，仍然可以采用本发明的方法及装置进行测量，只是测量电极数量减少到两个就可以完成整个储罐液位的测量工作了，显然本发明还可以用于其它类似结构性质的液体液位测量。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (10)

1.一种测量储罐内黄磷液位的方法，其特征在于：根据液态黄磷密度大于水且不溶于水，使得液态黄磷因自身密度高而自然沉降到储罐的最下面，储罐内从上至下依次为导电的水层、导电的泥磷层及不导电的黄磷层；采用耐腐蚀金属材料作为电阻丝，通过测量垂直浸泡在液态黄磷中电阻丝的电阻值，再根据该电阻值计算出电阻丝的长度，即得出液态黄磷在储罐中的液位高度。

2.根据权利要求1所述测量储罐内黄磷液位的方法，其特征在于包括以下步骤：在储罐内竖直设置伸入储罐底部的电阻丝及与电阻丝平行的导电管，在导电管内从下至上间隔设置多个与导电管绝缘的电极，将各电极分别通过水平导线引出与电阻丝零电阻阻值连接，各电极单独通过导线从导电管内引出导电管的上端构成引出端，导电管的上端通过导线引出构成测量端；选择位于黄磷层上方最近的一个电极作为测量电极，在该测量电极的引出端和导电管的测量端加交流供电电路，测出两端的电压并计算出电阻值Rxs，该电阻值Rxs即为位于泥磷层和水层的电阻丝通过导电介质“泥磷和水”与导电管之间形成导电回路的等效电阻值；在测量电极引出端和位于最底部电极的引出端加交流供电电路，测出两端的电压并计算出电阻值R11，该电阻值R11即为电阻丝位于黄磷层的电阻值+位于泥磷层和水层的电阻丝通过导电介质“泥磷和水”与导电管之间形成导电回路的等效电阻值；计算电阻值Rxs和电阻值R11的差值Ry，根据电阻丝的阻值与长度系数计算出差值Ry对应的长度，即黄磷层的液位高度。

3.根据权利要求1所述测量储罐内黄磷液位的方法，其特征在于：所述电极的测量端均通过继电器与供电电路连接，各继电器的切换由智能数字仪表根据黄磷液位高度进行自动控制。

4.根据权利要求1所述测量储罐内黄磷液位的方法，其特征在于：在所述供电电路内串联一精密电阻，通过测量精密电阻的电压及待测两端的电压，根据精密电阻的阻值计算出到待测两端的电阻值Rxs或R11。

5.一种用于实现权利要求1所述方法的装置，其特征在于：包括竖直伸入储罐且下端接近储罐底部的电阻丝、与电阻丝平行的导电管，多个分别通过密封件间隔设置于导电管内的电极；所述电极分别通过水平导线引出与电阻丝零电阻阻值连接，各电极分别通过导线从导电管内引出导电管的上端构成引出端；所述导电管的上端通过导线引出构成测量公共端。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：所述导电管内的下端处通过密封件设置有两个校准电极，两个校准电极的测量信号分别通过导线从导电管内引出导电管的上端，两个校准电极上分别设置水平伸出的测量线。

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：所述导电管的上部设置有电磁振动器。

8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：所述导电管由多段构成，各段之间通过法兰盘连接，且各电极分别通过密封件设置于导电管各段的连接处。

9.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：所述密封件由带凹槽的密封环和封闭密封环凹槽的密封垫构成，所述电极容置于密封环的凹槽内。

10.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：所述导电管内填充有耐高温、耐腐蚀、绝缘性能好的密封胶。