CN2225021Y - 相变式低温液位计 - Google Patents

Abstract

相变式低温液位计是一种低温液位测量装置。本实用新型提供了一种结构简单、重复性好、用来测量沸点低于环境温度的低温液体的液位的测量计。其主要特征是采用了封闭的金属管，管内充满了气体，该气体的液化点等于或高于被测低温液体的沸点，金属管上装有压力表或压力传感器。测量时金属管内的部分气体被液化，被测低温液体的液位越高，金属管内的气体被液化得就越多，压力表测出的管内的压力就越低。

Description

相变式低温液位计

本实用新型是一种低温液位的测量装置。

沸点低于环境温度的低温液体通常需要保存在绝热保温的容器中。为了测量低温液体的液位，常用的方法是测量容器顶部和容器底部的压力差，当容器中有液体时，容器底部的压力就比容器顶部的压力高，其压力差等于低温液体的液位高度乘以低温液体的比重。这种方法的缺点是需要灵敏度很高的差压计，尤其是在测量小型的低温容器，或者低温液体的比重比较小时很不方便。例如，一个容积为100升的卧式低温容器，液体灌满时液位高为35厘米，如果是液体氮，其比重为每立方厘米0.81克重，此时容器顶部和底部的压力差仅有0.0028MPa，如果是液体甲烷，压力差则仅为0.0015MPa，如采用小量程的精密压差计，价格很高，如采用玻璃管压差计，价格就比较便宜，例如国内仪表厂生产的UCF型低沸点液位计，就采用了玻璃管压差计。但这种仪表用在运输式的低温液体储槽上就很不方便，它结构复杂，尺寸大，容易损坏，此外，在运输时或灌液时，液面波动，这种测量装置就不够准确。

本实用新型的目的是提供一种新的低温液位测量装置，它能简化液位计的结构，避免采用容易损坏的玻璃管，测量时能够消除液面波动的干扰，制造成本又比工业上的小量程精密压差计低。

本实用新型的设计如图所示，采用一根封闭的金属管(1)，管内充满了气体(2)，该气体的液化点应等于或高于被测低温液体的沸点，为了方便起见，可以采用与被测低温液体相同的工质。例如测量液氮的液位时，管内就充氮气，测量液氢的液位时，管内就充氢气。金属管可以直接插入在被测的低温液体中，也可以紧贴在低温容器的内胆上，但不论怎样安置，金属管的低温部分必须与被测低温液体有良好的热接触。金属管上装有一个压力计(3)，用来测量金属管内气体的压力。其工作原理是，当低温容器中有低温液体时，金属管的低温部分内的气体就被液化，因此金属管内气体的压力就下降。低温液体的液面越高，金属管内的气体就液化得越多，管内气体的压力也就越低。因为金属管内气体的液化需要一个过程，因此当液面波动时，金属管内的压力不会跟着变化，总是反映液面的平均值。低温部分最好采用薄壁的细不锈钢管，采用薄壁不锈钢管的原因是尽量减少纵向漏热，同时又能使横向有较好的传热以保证插入低温液体的金属管内的那部分气体能够液化，采用细管的原因是尽量减少液化部分的容积，以便使室温部分金属管的容积不至于要做得很大。因此金属管低温部分可采用外径为2至5毫米，壁厚为0.3至1毫米的不锈钢管。如管子很细(例如2至3毫米直径)可以把它固定在支撑物(4)上，支撑物可以是管子，也可以是玻璃钢或胶木棒，还可以借助于容器中的隔板(如图)，或者直接固定在容器内胆的壁上。金属管的室温部分可以做得粗一些，根据要求，如果室温部分管道较长，其容积和充气压力计算结果使得当金属管低温部分的气体全部液化时，金属管内的压力也不会出现负压，则在室温部分不需要再装贮气筒。否则，可以在室温部分增加一个贮气筒(5)，贮气筒的容积和充气压力的计算见下面的设计举例。其设计原则是，金属管在低温部分内的气体全部液化时，金属管内的压力不会出现负压。压力计(3)可以采用普通的压力表，也可以用压力传感器，整个测量装置的接口尽量用焊接，少用或不采用活接头，以避免泄漏。

本实用新型只有一个压力表和一根封闭的金属管，没有任何阀门，所以结构非常简单，它测量的是管内的压力而不是测量压力差.因此只需要用常规的压力表，而不需要用价格昂贵的精密压差计，降低了制造成本，同时它又避免了使用玻璃管差压计，提高了可靠性，尤其是使用在运输式的低温容器上时，它可以避免液面波动对测量的干扰。

设计计算举例：

一个卧式液体甲烷容器，内胆直径为35厘米，液体甲烷液面最高为30厘米，金属管低温部分采用内径D₁＝0.2厘米的不锈钢管，长L₁＝30厘米，室温部分用内径D₂＝0.2厘米的铜管，室温部分和压力表的总容积为V₂＝10立方厘米，内充气体甲烷，充气压力P₀＝0.4MPa(绝压)，容器装满液体时液位计压力变为P₁＝0.1MPa(绝压)。一定质量的液体甲烷转变为标准状况下的气体，其体积比A＝591(标准状况下压力为Pa＝0.1MPa)。

计算出贮气筒的容积：

1.低温部分的容积：

V₁＝(π/4)×D₁ ²×L₁

   ＝(3.14/4)×0.2²×30

   ＝0.9420(立方厘米)

2.低温部分容积内的气体全部液化所需补充的气体：

V₃＝V₁×A－V₁×(P₀/Pa)

   ＝0.9420×591－0.9420×4

   ＝552.954(立方厘米)

3.贮气筒容积：

V＝[V₃－V₂×(P₀/Pa－P₁/Pa)]/(P₀/Pa－P₁/Pa)

 ＝(552.954－10×3)/3

 ＝174.32(立方厘米)

4.设贮气筒内径D＝3厘米，则贮气筒长度：

L＝4×V/(π×D²)

 ＝4×174.32/(3.14×3²)

 ＝24.67(厘米)

液位计制造完成以后，在测量液位时，不同的液位高度将对应于不同的压力，其对应关系可以参照上述的计算方法算出，也可以用容器称重的方法来进行标定。

Claims (4)

1.一种低温液位测量装置，本实用新型的特征是采用了封闭的金属管(1)，管内充满了气体(2)，该气体的液化点等于或高于被测低温液体的沸点，金属管上装有压力计(3)，用来测量管内气体的压力。

2.按权利要求1，所规定的低温液体测量装置，其特征是金属管在低温部分为不锈钢细管，管直径(外径)为2毫米至5毫米，壁厚为0.3毫米至1毫米，并固定在支撑物(4)上。

3.按权利要求1，规定的低温液位测量装置，其特征是金属管在常温部分的管道容积比低温部分大。

4.按权利要求1，规定的低温液位测量装置，其特征是金属管在常温部分的管道上装有一个贮气筒(5)。