CN117606583A - 一种毛细管物理补偿双法兰液位变送器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及液位变送器技术领域，具体地，涉及一种毛细管物理补偿双法兰液位变送器，表体，所述表体包括高压膜头和低压膜头，所述高压膜头和所述低压膜头分别设置于所述表体底端的两侧；高压侧导压系统，所述高压侧导压系统通过高压侧夹块与所述高压膜头配合连接，所述高压侧导压系统与所述表体的高压侧形成独立的第一导压腔体；低压侧导压系统，所述低压侧导压系统通过低压侧夹块与所述低压膜头配合连接，所述低压侧导压系统与所述表体的低压侧形成独立的第二导压腔体。本申请安装方便，受环境影响较小：由于本发明的补偿性，外部环境震动对其影响因素较小，因此在高噪音、高震动的环境下仍能保证其测量的准确度。

Description

一种毛细管物理补偿双法兰液位变送器

技术领域

本发明涉及液位变送器技术领域，具体地，涉及一种毛细管物理补偿双法兰液位变送器。

背景技术

差压变送器在使用时，存在多种因素导致测量结果不稳定和不准确。这可能导致误判或错误的过程控制。其主要影响因素是温度效应和毛细管震动。具体的：温度效应是指温度变化对物质性质和行为的影响。温度的升高或降低可以引起多种物理、化学和生物过程的改变。在物理学中，温度的变化会导致物质的热胀冷缩。随着温度的升高，物体的分子震动增强，使其体积膨胀；相反，温度的降低则导致物体收缩。毛细管震动是指变送器在使用过程中由于外部环境因素出现的震动或波动现象，如机械震动或流体脉动，也可能通过传导或共振效应引起毛细管的震动。频繁的毛细管震动会造成变送器测量不稳定，测量误差增加。

现有的解决毛细管震动带来的测量误差主要有以下几种：

1.使用稳定的支撑结构：确保毛细管得到稳固的支撑和固定，以减小震动对液位测量的影响。此种方式虽然能有效解决毛细管摆动，但是仍免不了周遭噪音等与毛细管产生同频共振从而导致误差测量误差。

2.减小环境震动：采取措施减少环境中的机械震动或震动，例如使用隔振装置或调整设备布局，此

方式局限性较大，变送器安装的场所大多为多噪音高频率震动的恶劣环境，环境震动不可避免。

3.利用软件算法解决：利用数据滤波、信号平均、实时补偿、自适应滤波等算法对测量数据进行处理，但是此种方法需要考虑到不同的震动频率、幅度和方向，以及如何正确地对测量数据进行处理和校正，因此技术难度和成本大大增加。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术的不足，提高一种可以通过机械结构毛细管物理补偿方式解决双法兰液位变送器毛细管震动带来测量误差的物理补偿双法兰液位变送器。

为实现上述目的，本发明提供一种毛细管物理补偿双法兰液位变送器，包括

表体，所述表体包括高压膜头和低压膜头，所述高压膜头和所述低压膜头分别设置于所述表体底端的两侧；

高压侧导压系统，所述高压侧导压系统通过高压侧夹块与所述高压膜头配合连接，所述高压侧导压系统与所述表体的高压侧形成独立的第一导压腔体；

低压侧导压系统，所述低压侧导压系统通过低压侧夹块与所述低压膜头配合连接，所述低压侧导压系统与所述表体的低压侧形成独立的第二导压腔体；

所述高压侧导压系统包括高压侧补偿毛细管，所述低压侧导压系统包括低压侧毛细管，所述高压侧补偿毛细管与所述低压侧毛细管设置于同一高度，且所述高压侧补偿毛细管与所述低压侧毛细管内径相同，当向所述第一导压腔体和所述第二导压腔体内灌充硅油时，所述高压侧补偿毛细管与所述低压侧毛细管内的硅油相等，且充油后，所述高压侧补偿毛细管与所述低压侧毛细管的末端焊接固定。

优选的：所述高压侧夹块和所述低压侧夹块表面均设有若干螺栓，所述高压侧导压系统由所述高压侧夹块通过所述螺栓与所述高压膜头固定连接，所述低压侧导压系统由所述低压侧夹块通过所述螺栓与所述低压膜头固定连接。

优选的：所述高压侧导压系统包括高压侧法兰，所述高压侧法兰通过连接管与所述高压侧夹块一端连通，所述高压侧夹块另一端设有第一毛细管接头，所述第一毛细管接头与所述高压侧补偿毛细管一端连通。

优选的：所述低压侧导压系统包括低压侧法兰，所述低压侧法兰一侧设有第二毛细管接头，所述第二毛细管接头与铠装管的一端连通，所述铠装管的另一端与所述高压侧补偿毛细管与所述低压侧毛细管的末端连通。

优选的：所述铠装管为软管，所述铠装管用于保护所述高压侧补偿毛细管和所述低压侧毛细管。

优选的：所述高压侧补偿毛细管与所述低压侧毛细管的长度相同。

优选的：所述连接管内设有塞棒，所述塞棒为中空结构，且所述塞棒的一端于所述高压侧法兰连通，所述塞棒的另一端于所述高压侧夹块连通。

优选的：所述表体底部设有传感器，所述传感器的相对的两侧分别于所述高压膜头和所述低压膜头固定连接。

与现有技术相比，本申请提出的技术方案具有如下的有益效果：

测量误差补偿效果好：因高压侧补偿毛细管与低压侧毛细管处于统一高度，并绑定在一起，当外部环境发生震动时两根毛细管同频发生震动，故两根毛细管震动时对传感器高低压两侧的传导力一致，两侧的力相互抵消从而能更好的解决变送器测量误差问题；

安装方便，受环境影响较小：由于本发明的补偿性，外部环境震动对其影响因素较小，因此在高噪音、高震动的环境下仍能保证其测量的准确度；

制作成本低：由于其结构的特殊性，开发成本较低，因此相较于通过软件算法补偿方式投入开发制造成本大大降低。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明实施例未装铠装管时的轴侧总装示意图；

图2为本发明实施例未装铠装管时的俯视总装示意图；

图3为本发明实施例未装铠装管时的主视总装示意图；

图4本发明实施例装铠装管后的轴侧总装示意图；

图中：1.高压侧法兰，2.低压侧夹块，3.表体，4.第二毛细管接头，5.低压侧法兰，6.高压侧夹块，7.低压侧毛细管，8.高压侧补偿毛细管，9.第一毛细管接头，10.连接管，11.塞棒，12.铠装管。

具体实施方式

以下将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述和讨论，显然，这里所描述的仅仅是本发明的一部分实例，并不是全部的实例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

参见图1至图4，一种毛细管物理补偿双法兰液位变送器，包括：

表体，所述表体包括高压膜头和低压膜头，所述高压膜头和所述低压膜头分别设置于所述表体底端的两侧；高压侧导压系统，所述高压侧导压系统通过高压侧夹块与所述高压膜头配合连接，所述高压侧导压系统与所述表体的高压侧形成独立的第一导压腔体；低压侧导压系统，所述低压侧导压系统通过低压侧夹块与所述低压膜头配合连接，所述低压侧导压系统与所述表体的低压侧形成独立的第二导压腔体。

具体的，高压侧法兰1、连接管10、塞棒11、高压侧夹块6、毛细管接头9、高压侧补偿毛细管8通过焊接的方式共同组成高压测导压系统；低压侧夹块2、毛细管接头4、低压侧毛细管7、低压侧法兰5通过焊接共同组成低压测导压系统。

高压测导压系统由高压侧夹块6、低压测导压系统由低压侧夹块2分别通过4个螺栓固定在表头3传感器高低压两侧膜头处，至此高压侧导压系统与表体3传感器高压侧形成一个独立的第一导压腔体，低压侧导压系统与表头3传感器低压侧亦形成一个独立的第二导压腔体。将高压侧导压系统和低压侧导压系统内的导压腔体用特殊的充油工艺灌充填满硅油，使低压侧毛细管7与高压侧补偿毛细管8内的硅油相等，充完油后将高压侧补偿毛细管8末端与低压侧毛细管7末端焊接固定在一起，最后将铠装管12将毛细管焊接密封包裹住如图4所示，铠装管12为耐腐蚀金属软管，起保护内部低压侧毛细管7与高压侧补偿毛细管8的作用，为拼装焊接。在将低压侧法兰5处的毛细管接头9焊接前就已经把低压侧毛细管7、高压侧补偿毛细管8套入铠装管12。

在使用时，高压侧法兰1直接安装在被测流体高压侧检测口，低压侧法兰5安装到低压侧检测口，此时低压侧毛细管7与高压侧补偿毛细管8处于同一高度，由于两根毛细管内径及其内硅油量一致，且两根毛细管焊接固定在一起，低压侧毛细管7与高压侧补偿毛细管8在受到外力震动或者摆动时频率保持一致，表体3的传感器高低压两侧膜头由于毛细管震动受到的力也因此相互抵消。

传感器高低压两侧膜头由于毛细管震动受到的力可以根据动态压力公式来计算：

P动＝0.5*ρ*V²

其中，

P动是动态压力，单位为帕斯卡(Pa)。

ρ是液体的密度，单位为千克/立方米(kg/m³)。

V是毛细管受外力震动时硅油的速度，单位为米/秒(m/s)。

传感器高压侧受到高压侧补偿毛细管8受外力震动下的力为P动1＝0.5*ρ1*V1²，低压侧受到低压侧毛细管7受外力震动下的力为P动2＝0.5*ρ2*V2²。因为两根毛细管内填充的同一种硅油，因此ρ1＝ρ2。又因为高压侧补偿毛细管8与低压侧毛细管7绑定在一起且处于同一高度，其内硅油量相等，因此毛细管受外力震动时硅油的速度V1＝V2，综上传感器高低压两侧膜头由于毛细管震动受到的力P动1＝P动2，两侧力相互抵消，从而使本发明消除因毛细管震动带来的测量误差。

由于本发明结构的特殊性，高压侧充油量比低压侧多出一段连接管内塞棒段的硅油(塞棒剖面见图3),其内硅油热胀冷缩带来的温度效应同样会导致两端测压的不平衡，连接管内塞棒段硅油量带来的影响如下：

根据流体静力学原理可得，差压变送器测得的差压信号与液位成正比关系，表达式如下：

pH＝p+H*ρ1*g+h1*ρ2*g；

pL＝p+h2*ρ2*g；

Δp＝pH-pL＝H*ρ1*g-(h2-h1)*ρ2*g；

可见，当双法兰安装高度一定时，变送器测得差压Δp随着H的增大而增大，且当容器液位H＝0时，变送器测得差压信号Δp‘＝-(h2-h1)*ρ2*g，这就产生一个负迁移量L。双法兰液位变送器在对密闭容器液位测量时首先要对其测量范围进行负迁移。(其中，迁移量对应的高度差h2-h1即为两个法兰安装端面中心线之间的距离，ρ2为远传结构充罐油介质密度，g为重力加速度)

负迁移量的产生还会因为温度的变化而改变，因为远传结构中充灌油介质密度随温度变化的特性，产生的热膨胀影响量也在变化，导致了双法兰液位变送器测量的不稳定。热膨胀影响量表达式如为：

u1＝ΔT*k*Δp2；

其中，u1为热膨胀影响量，k为充灌介质每摄氏度的膨胀系数，Δp2为负迁移量。这就使得液位的测量中引入了一个动态的影响，不利于差压信号的处理。

而在本发明中，由于在高压侧引入了与低压侧毛细管7一样的高压侧补偿毛细管8且两根毛细管安装高度保持一致，所以此时的差压变送器测试的差压信号Δp＝pH-pL＝H*ρ1*g-(h2-h1)*ρ2*g，其中h2＝h1，即：

Δp’＝pH-pL＝H*ρ1*g；

这时测得的差压只与容器液位高度正相关，消除了传统的远传双法兰液位变送器测量中的负迁移量，但加上了图3液位变送器左侧法兰连接塞棒处充灌油介质压力，此部分压力计算表达式如下：

P2＝ρ3*g*h3,其中ρ3为充灌油介质密度，h3为安装高度(这里等于塞棒内径)，g为重力加速度，由于h3的数值大小只有0.8mm，所以p2部分压力会比液位的差压小很多。

所以，采用了本发明结构的液位变送器的差压信号为：

Δp”＝Δp’+pz＝H*ρ1*g+h3*ρ3*g；

由于充灌油介质热膨胀引起的影响量为：

u2＝ΔT*k*p2；

所以，进行热膨胀密度补偿后的液位变送器差压信号为：

Δp”’＝Δp”+u2＝H*ρ1*g+(1+ΔT*k)*p2；

经过计算分析可知p2和u2比Δp’会小很多，甚至可忽略，从理论计算结果上分析，此方案液位变送器测得的差压，基本上只与容器液位高度相关，其他影响已消除。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，以及对于上述实施例一个或多个进行组合实施例，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改或组合，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (8)

1.一种毛细管物理补偿双法兰液位变送器，其特征在于，包括

表体，所述表体包括高压膜头和低压膜头，所述高压膜头和所述低压膜头分别设置于所述表体底端的两侧；

高压侧导压系统，所述高压侧导压系统通过高压侧夹块与所述高压膜头配合连接，所述高压侧导压系统与所述表体的高压侧形成独立的第一导压腔体；

低压侧导压系统，所述低压侧导压系统通过低压侧夹块与所述低压膜头配合连接，所述低压侧导压系统与所述表体的低压侧形成独立的第二导压腔体；

所述高压侧导压系统包括高压侧补偿毛细管，所述低压侧导压系统包括低压侧毛细管，所述高压侧补偿毛细管与所述低压侧毛细管设置于同一高度，且所述高压侧补偿毛细管与所述低压侧毛细管内径相同，当向所述第一导压腔体和所述第二导压腔体内灌充硅油时，所述高压侧补偿毛细管与所述低压侧毛细管内的硅油相等，且充油后，所述高压侧补偿毛细管与所述低压侧毛细管的末端焊接固定。

2.根据权利要求1所述的一种毛细管物理补偿双法兰液位变送器，其特征在于，所述高压侧夹块和所述低压侧夹块表面均设有若干螺栓，所述高压侧导压系统由所述高压侧夹块通过所述螺栓与所述高压膜头固定连接，所述低压侧导压系统由所述低压侧夹块通过所述螺栓与所述低压膜头固定连接。

3.根据权利要求2所述的一种毛细管物理补偿双法兰液位变送器，其特征在于，所述高压侧导压系统包括高压侧法兰，所述高压侧法兰通过连接管与所述高压侧夹块一端连通，所述高压侧夹块另一端设有第一毛细管接头，所述第一毛细管接头与所述高压侧补偿毛细管一端连通。

4.根据权利要求3所述的一种毛细管物理补偿双法兰液位变送器，其特征在于，所述低压侧导压系统包括低压侧法兰，所述低压侧法兰一侧设有第二毛细管接头，所述第二毛细管接头与铠装管的一端连通，所述铠装管的另一端与所述高压侧补偿毛细管与所述低压侧毛细管的末端连通。

5.根据权利要求4所述的一种毛细管物理补偿双法兰液位变送器，其特征在于，所述铠装管为软管，所述铠装管用于保护所述高压侧补偿毛细管和所述低压侧毛细管。

6.根据权利要求5所述的一种毛细管物理补偿双法兰液位变送器，其特征在于，所述高压侧补偿毛细管与所述低压侧毛细管的长度相同。

7.根据权利要求6所述的一种毛细管物理补偿双法兰液位变送器，其特征在于，所述连接管内设有塞棒，所述塞棒为中空结构，且所述塞棒的一端于所述高压侧法兰连通，所述塞棒的另一端于所述高压侧夹块连通。

8.根据权利要求7所述的一种毛细管物理补偿双法兰液位变送器，其特征在于，所述表体底部设有传感器，所述传感器的相对的两侧分别于所述高压膜头和所述低压膜头固定连接。