RU2725635C1 - Method of measuring density and level of liquid in container and device for its implementation - Google Patents

Method of measuring density and level of liquid in container and device for its implementation Download PDF

Info

Publication number
RU2725635C1
RU2725635C1 RU2019112541A RU2019112541A RU2725635C1 RU 2725635 C1 RU2725635 C1 RU 2725635C1 RU 2019112541 A RU2019112541 A RU 2019112541A RU 2019112541 A RU2019112541 A RU 2019112541A RU 2725635 C1 RU2725635 C1 RU 2725635C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
liquid
pressure
gas
level
tube
Prior art date
Application number
RU2019112541A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Иванович Ивандаев
Original Assignee
Сергей Иванович Ивандаев
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Сергей Иванович Ивандаев filed Critical Сергей Иванович Ивандаев
Priority to RU2019112541A priority Critical patent/RU2725635C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2725635C1 publication Critical patent/RU2725635C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/14—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measurement of pressure
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N9/00—Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity
    • G01N9/26—Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity by measuring pressure differences

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)

Abstract

FIELD: measurement technology.SUBSTANCE: to determine density of liquid and gas and liquid level in vessel, pressure drops are measured in vertical measuring tube removed from vessel on section of known length. Lower pressure measurement point is located below the liquid level minimum permissible for the reservoir, and the upper pressure measurement point is located above the liquid level maximum allowable for the reservoir. First, the tube is blown with gas from the gas volume of the reservoir, displacing liquid from it into the liquid volume of the reservoir and measuring the pressure drop. Then pressure drop is measured after tube filling with fluid to overflow. Density of gas and liquid is calculated by formulas ρ=(P-P)/g/H, ρ=(P-P)/g/H, where (P-P)is pressure drop in gas; (P-P)is pressure drop in liquid; g is acceleration due to gravity; His distance between pressure measurement points. Current level of liquid H in reservoir is calculated by formula H=[(P-P)-ρgH]/[(ρ-ρ)g], where Pis liquid pressure at lower point; Pis the gas pressure at the upper point.EFFECT: possibility of permanent and effective control of densities of liquid and gaseous phases in reservoir and liquid level at high measurement accuracy.4 cl, 2 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно к устройствам для измерения плотности и уровня жидкостей путем измерения давления, и может быть использовано для измерения уровня в емкостях со сжиженным газом, газовым конденсатом и подобных продуктов с заранее точно неизвестной плотностью в газо- и нефтедобыче, перерабатывающей газо- и нефтехимической промышленности.The invention relates to instrumentation, in particular to devices for measuring the density and level of liquids by measuring pressure, and can be used to measure the level in tanks with liquefied gas, gas condensate and similar products with a predetermined density in gas and oil production processing gas and petrochemical industries.

Известны способ и устройство для определения плотности жидкости в емкости, в которых по перепаду давления между нижней точкой емкости и ее газовым объемом, а также точно измеряемому уровню жидкости, определяют плотность жидкости (Bjorn Bellman, US 2019/0056257, 2019). Для определения давления в жидкости используется, по крайней мере, два датчика давления. Одним датчиком давления предлагается измерять давления в широком диапазоне изменения уровня жидкости. Однако, этот датчик дает большую абсолютную погрешность при малых давлениях, т.е. при небольших уровнях жидкости в емкости. Для малых давлений предлагается использовать другой датчик, рассчитанный на измерения меньшего диапазона давлений, но имеющий меньшую абсолютную погрешность. Измерения проводят обоими датчиками, определяют отклонение в их показаниях и сравнивают модуль их разности с пороговой величиной. В зависимости от соотношения этих двух величин для расчета плотности выбирают давление того или иного датчика, а также может быть внесена в результат измерения коррекция.A known method and device for determining the density of a liquid in a vessel, in which the liquid density is determined by the pressure drop between the lower point of the vessel and its gas volume, as well as the accurately measured liquid level (Bjorn Bellman, US 2019/0056257, 2019). At least two pressure sensors are used to determine the pressure in the liquid. A single pressure sensor is proposed to measure pressure over a wide range of fluid level changes. However, this sensor gives a large absolute error at low pressures, i.e. at low liquid levels in the tank. For low pressures, it is proposed to use another sensor designed to measure a smaller pressure range, but having a lower absolute error. Measurements are carried out by both sensors, determine the deviation in their readings and compare the modulus of their difference with a threshold value. Depending on the ratio of these two values, the pressure of one or another sensor is selected for calculating the density, and correction can also be included in the measurement result.

Недостатком предложенного способа является то, что для определения плотности приходится использовать не только измерение перепада давления в емкости, но, не зависимо от этого, измерение уровня жидкости. Для этого в способе предложено использовать высокоточный времяпролетный датчик уровня, использующий электромагнитную волну. Широкое использование в промысловых условиях такого сложного и дорогого датчика вряд ли возможно, так как такие датчики требуют высококвалифицированного обслуживания и настройки. Кроме того, указанный способ не дает возможности по измерениям давлений судить о плотности газовой среды над жидкостью.The disadvantage of the proposed method is that to determine the density you have to use not only the measurement of the pressure drop in the tank, but, regardless of this, the measurement of the liquid level. To this end, the method proposed to use a high-precision time-of-flight level sensor using an electromagnetic wave. Widespread use in the field of such a complex and expensive sensor is hardly possible, since such sensors require highly qualified maintenance and configuration. In addition, this method does not allow the measurement of pressure to judge the density of the gaseous medium above the liquid.

Известен способ измерения плотности и уровня жидкости в емкости, в котором используется только измерение давления, а собственно уровень жидкости, как и ее плотность, рассчитываются по результатам измерений (Ларионов В.A., RU 2441204, 2010). Для этого в емкости устанавливается как минимум два датчика давления, расстояние по высоте между которыми известно с заданной точностью. Вычисления плотности и уровня жидкости производят по полученной фиксированной разности давлений и значениям смещения нуля датчиков.A known method of measuring the density and level of a liquid in a container, in which only pressure measurement is used, and the actual liquid level, as well as its density, are calculated according to the measurement results (Larionov V.A., RU 2441204, 2010). To do this, at least two pressure sensors are installed in the tank, the distance in height between which is known with a given accuracy. The density and liquid level are calculated from the obtained fixed pressure difference and the zero offset values of the sensors.

Недостатком предложенного способа является то, что, если уровень жидкости не опускается ниже уровня нижнего датчика, то в резервуаре необходимо установить дополнительный датчик. Этот средний датчик давления размещают между верхним и нижним датчиками на фиксированном расстоянии от нижнего датчика. Далее фиксируют значение смещения нуля среднего датчика, когда уровень жидкости находится ниже его уровня. Фиксируют разность значений давления нижнего и среднего датчиков, когда уровень жидкости находится немного выше уровня среднего датчика. Определяют смещение нуля нижнего датчика по фиксированной разности давлений между нижним и верхним датчиками, фиксированной разности давлений между нижним и средним датчиками и значениям смещения нуля среднего и верхнего датчиков. Поскольку заполнение и опорожнение емкостей в производстве может проходить случайным образом, то может оказаться, что уровень жидкости не опускается ниже уровня установленного среднего датчика. Тогда согласно изобретению необходимо будет устанавливать еще один датчик, но уже несколько выше третьего и т.д. Получается, что предложенная процедура не застрахована от неопределенности. Кроме того, указанный способ не дает возможности по измерениям давлений судить о плотности газовой среды над жидкостью.The disadvantage of the proposed method is that if the liquid level does not fall below the level of the lower sensor, then an additional sensor must be installed in the tank. This middle pressure sensor is placed between the upper and lower sensors at a fixed distance from the lower sensor. Next, the value of the zero offset of the middle sensor is fixed when the liquid level is below its level. The difference between the pressure values of the lower and middle sensors is recorded when the liquid level is slightly higher than the average sensor level. Determine the zero offset of the lower sensor by the fixed pressure difference between the lower and upper sensors, the fixed pressure difference between the lower and middle sensors and the zero offset values of the middle and upper sensors. Since the filling and emptying of containers in production can take place randomly, it may turn out that the liquid level does not fall below the level of the installed average sensor. Then according to the invention it will be necessary to install another sensor, but already slightly above the third, etc. It turns out that the proposed procedure is not immune from uncertainty. In addition, this method does not allow the measurement of pressure to judge the density of the gaseous medium above the liquid.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является измерение плотности и уровня жидкости в емкости, и измерение плотности газовой среды над жидкостью по замерам только давления, а также уменьшение погрешностей измерения плотности и уровня.The problem to which the invention is directed, is to measure the density and level of the liquid in the tank, and measure the density of the gaseous medium above the liquid by measuring only the pressure, as well as reduce the errors in measuring the density and level.

Техническим результатом, достигаемым в заявленном изобретении, является возможность постоянного и эффективного контроля плотностей жидкой и газообразной фаз в емкости и уровня жидкости при повышенной точности измерения.The technical result achieved in the claimed invention is the ability to continuously and effectively control the densities of the liquid and gaseous phases in the tank and the liquid level with increased measurement accuracy.

Получение технического результата изобретения осуществляют за счет того, что перепады давления замеряют в вынесенной из емкости вертикальной измерительной трубке на участке известной длины. Нижнюю точку измерения давления располагают ниже минимального допустимого для емкости уровня жидкости, а верхнюю точку измерения давления располагают выше максимально допустимого для емкости уровня жидкости, в плоскости верхнего торца измерительной трубки. Сначала измерительную трубку продувают газом из газового объема емкости, вытесняя из нее жидкость в жидкостной объем емкости, и измеряют перепад давления, когда оба датчика давления находятся в газовой среде. Затем заполняют трубку жидкостью, вытесняя из нее газ в газовый объем емкости, и после установления уровня жидкости в плоскости торца трубки за счет перелива, измеряют перепад давления, когда нижний датчик находится в жидкой среде, а верхний датчик в плоскости раздела газ-жидкость. Плотность газа и жидкости рассчитывают по формулам ρg=(P1-P2)g/g/Н0, ρL=(Р1-Р2)L/g/Н0, где (P1-Р2)g перепад давления в газе; (P1-P2)L - перепад давления в жидкости; g - ускорение силы тяжести; Н0 - расстояние между точками измерения давления, а уровень жидкости Н в емкости рассчитывают по формуле Н=[(P1-P2)-ρggH0]/[(ρL-ρg)g], где Р1 - давление жидкости в нижней точке; Р2 - давление газа в верхней точке.Obtaining the technical result of the invention is carried out due to the fact that the pressure drops are measured in a vertical measuring tube removed from the tank at a site of known length. The lower point of pressure measurement is positioned below the minimum liquid level acceptable for the tank, and the upper point of pressure measurement is positioned higher than the maximum liquid level acceptable for the tank, in the plane of the upper end of the measuring tube. First, the measuring tube is purged with gas from the gas volume of the vessel, displacing liquid from it into the liquid volume of the vessel, and the pressure drop is measured when both pressure sensors are in the gas medium. Then the tube is filled with liquid, displacing gas from it into the gas volume of the container, and after establishing the liquid level in the plane of the end face of the tube due to overflow, the pressure drop is measured when the lower sensor is in a liquid medium and the upper sensor is in the gas-liquid interface. The density of gas and liquid is calculated by the formulas ρ g = (P 1 -P 2 ) g / g / H 0 , ρ L = (P 1 -P 2 ) L / g / H 0 , where (P 1 -P 2 ) g pressure drop in the gas; (P 1 -P 2 ) L is the pressure drop in the liquid; g is the acceleration of gravity; H 0 - the distance between the points of pressure measurement, and the liquid level H in the tank is calculated by the formula H = [(P 1 -P 2 ) -ρ g gH 0 ] / [(ρ L -ρ g ) g], where P 1 - fluid pressure at the lower point; P 2 - gas pressure at the upper point.

В нижней точке измерения давления используют два датчика, имеющие разные диапазоны измерения давления в измерительной трубке. Для расчета плотностей газа и жидкости, и уровня жидкости в емкости используют показания датчика с меньшим диапазоном измерения в том случае, когда измеряемая величина попадает в диапазон измеряемых давлений датчика, в противном случае используют показания другого датчика.At the lower point of the pressure measurement, two sensors are used having different ranges of pressure measurement in the measuring tube. To calculate the densities of gas and liquid, and the liquid level in the tank, readings of a sensor with a smaller measurement range are used when the measured value falls within the range of the measured pressure of the sensor, otherwise the readings of another sensor are used.

Преимуществами предлагаемого изобретения являются возможность точного определения плотностей жидкости, а также уровня жидкости без использования дорогостоящих датчиков или приборов. Кроме того, предлагаемый способ позволяет измерять плотность газа и учитывать ее влияние на рассчитанную плотность жидкости.The advantages of the invention are the ability to accurately determine the density of the liquid, as well as the liquid level without the use of expensive sensors or devices. In addition, the proposed method allows to measure the density of the gas and take into account its effect on the calculated density of the liquid.

Предлагаемый способ поясняется чертежами, где на Фиг. 1 представлена схема осуществления способа. Измерительная трубка 1, вынесенная за пределы емкости для жидкости (не показано) подключена к жидкостному объему емкости линией 2, а к газовому объему - переливной линией 3 и линией 4. Линии 3 и 4 подключены не к измерительной трубке 1, а к переливной емкости 5, в которую герметично входит трубка 1. На линии 2 имеется запорное устройство 6, а на линии 3 - запорное устройство 7. Измерения давления осуществляют нижним датчиком давления 8 и верхним датчиком давления 9. Нижний датчик 8 лежит в плоскости, расположенной ниже минимального уровня жидкости в емкости. Верхний датчик 9 лежит в плоскости торца измерительной трубки 1, которая располагается выше максимального уровня жидкости в емкости. Расстояние между датчиками 8 и 9 заранее измеряют с высокой точностью. Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.The proposed method is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a diagram of the implementation of the method. The measuring tube 1, taken outside the liquid tank (not shown) is connected to the liquid volume of the tank by line 2, and to the gas volume by the overflow line 3 and line 4. Lines 3 and 4 are connected not to the measuring tube 1, but to the overflow tank 5 , into which the tube 1 tightly enters. On line 2 there is a locking device 6, and on line 3 there is a locking device 7. Pressure measurements are carried out by the lower pressure sensor 8 and the upper pressure sensor 9. The lower sensor 8 lies in a plane located below the minimum liquid level in the tank. The upper sensor 9 lies in the plane of the end of the measuring tube 1, which is located above the maximum liquid level in the tank. The distance between the sensors 8 and 9 is pre-measured with high accuracy. The proposed method is as follows.

На Фиг. 1а показано положение, в котором измеряют давление в трубке 1, полностью заполненной газом. Для этого по линии 4 в переливную емкость 5 принудительно подают газ из газового объема емкости. При этом запорное устройство 7 закрыто, а запорное устройство 6 на линии 2 открыто. Газ вытесняет из трубки 1 жидкость вниз, которая по линии 2 поступает в жидкостной объем емкости (не показан). После того, как жидкость из трубки 1 вытеснена, перекрывают запорное устройство 6 и измеряют давление датчиками 8 и 9. В этом случае в нижней точке используют датчик 8 с меньшим диапазоном измеряемых давлений.In FIG. 1a shows the position in which pressure is measured in a tube 1 completely filled with gas. To do this, through line 4 into the overflow tank 5 is forced to supply gas from the gas volume of the tank. In this case, the locking device 7 is closed, and the locking device 6 on line 2 is open. Gas displaces liquid downward from tube 1, which, through line 2, enters the fluid volume of a container (not shown). After the liquid is displaced from the tube 1, the shut-off device 6 is closed and pressure is measured by sensors 8 and 9. In this case, a sensor 8 with a smaller range of measured pressures is used at the lower point.

На Фиг. 1б показано положение, в котором измеряют давление в трубке 1, полностью заполненной жидкостью. Для этого открывают запорные устройства 6 и 7 и принудительно подают жидкость из емкости по линии 2. После заполнения трубки 1 запорное устройство 6 перекрывают. Избыток жидкости переливается через верхний торец трубки 1 и сливается в переливную емкость 5, а из нее по линии 3 через открытое запорное устройство 7 сливается в емкость. После установления уровня жидкости измеряют давления датчиками 8 и 9. В этом случае в нижней точке используют датчик 8 с большим диапазоном измеряемых давлений.In FIG. 1b shows the position in which pressure is measured in a tube 1 completely filled with liquid. To do this, open the locking device 6 and 7 and force the liquid from the tank through line 2. After filling the tube 1, the locking device 6 is closed. The excess liquid is poured through the upper end of the tube 1 and discharged into the overflow tank 5, and from it through line 3 through the open locking device 7 is discharged into the tank. After establishing the liquid level, the pressure is measured by sensors 8 and 9. In this case, at the lower point, a sensor 8 with a large range of measured pressures is used.

На Фиг. 1в показано рабочее положение при измерении уровня Н жидкости в емкости. При этом запорные устройства 6 и 7 открыты. В этом случае в нижней точке используют оба датчика 8. При расчете уровня используют показания датчика с меньшим диапазоном измерения в том случае, когда измеряемая величина попадает в этот диапазон, в противном случае используют показания другого датчика. Измеренные в трех положениях величины обрабатываются вычислительной системой и определяются плотности и уровень жидкости по вышеприведенным формулам.In FIG. 1c shows the operating position when measuring the level H of liquid in the tank. In this case, the locking device 6 and 7 are open. In this case, both sensors 8 are used at the bottom point. When calculating the level, sensor readings with a smaller measuring range are used when the measured value falls into this range, otherwise the readings of another sensor are used. The values measured in three positions are processed by the computer system and the density and liquid level are determined by the above formulas.

Пример 1.Example 1

Предположим, что при температуре 20°С в сферической емкости диаметром 20 м хранится пропан. На линии насыщения для жидкого пропана (Н.А. Стаскевич, Г.Н. Северинец, Д.Я. Вигдорчик. Справочник по газоснабжению и использованию газа. Л. Недра, 1990) плотность жидкости ρL=499 кг/м3, плотность газа ρg равна 17.74 кг/м3. При высоте измерительной трубки H0=20 м и при уровне жидкости в емкости H=0.5 м перепад давлений составит Р1-Р2=ρLgH+ρgg(H0-H)=499⋅9.81⋅0.5+17.74⋅9.81⋅(20-0.5)=2447.59+3393.57=5841.16 Па. Если не учитывать влияния газовой фазы, то этот перепад давления дал бы при расчете уровень жидкости Н=(Р1-Р2)/(ρLg)= =5841.16/499/9.81=1.193 м, т.е. расчетное значение уровня отличалось бы от истинного более, чем в два раза. Для получения правильного результата нужно использовать перепад, равный ρLgH=P1-P2-ρgg(H0-H)=5841.16-3393.57=2447.59 Па.Suppose that at a temperature of 20 ° C, propane is stored in a spherical container with a diameter of 20 m. On the saturation line for liquid propane (N. A. Staskevich, G. N. Sevyarynets, D. Ya. Vigdorchik. Handbook of gas supply and gas use. L. Nedra, 1990), fluid density ρ L = 499 kg / m 3 , density gas ρ g is equal to 17.74 kg / m 3 . With a measuring tube height H 0 = 20 m and a liquid level in the tank H = 0.5 m, the pressure drop will be P 1 -P 2 = ρ L gH + ρ g g (H 0 -H) = 499⋅9.81⋅0.5 + 17.74⋅ 9.81⋅ (20-0.5) = 2447.59 + 3393.57 = 5841.16 Pa. If we did not take into account the influence of the gas phase, then this differential pressure would give in the calculation the liquid level H = (P 1 -P 2 ) / (ρ L g) = 5841.16 / 499 / 9.81 = 1.193 m, i.e. the calculated value of the level would differ from the true by more than two times. To obtain the correct result, it is necessary to use a difference equal to ρ L gH = P 1 -P 2 -ρ g g (H 0 -H) = 5841.16-3393.57 = 2447.59 Pa.

Известно устройство для определения уровня жидкости в емкости, в котором в емкости подвешивают на чувствительном элементе протяженный по высоте цилиндр (плунжер) и определяют его вес (W.J. Legendre, Christopher Dore, US 5614672, 1997). При пустой емкости вес плунжера принимается за начало отсчета. При наличии жидкости в емкости часть плунжера оказывается погруженным в жидкость. В результате взвешивания плунжера можно определить высоту части плунжера, которая погружена в жидкость.A device for determining the level of liquid in a container is known, in which a cylinder extended in height (a plunger) is suspended on a sensor and its weight is determined (W.J. Legendre, Christopher Dore, US 5614672, 1997). With an empty tank, the weight of the plunger is taken as the reference point. If there is fluid in the tank, part of the plunger is immersed in the fluid. As a result of weighing the plunger, you can determine the height of the part of the plunger that is immersed in the liquid.

Недостатком устройства является то, что для расчета высоты уровня необходимо знать плотность жидкой среды, что не всегда возможно. С другой стороны, если известна высота уровня жидкости, то это устройство позволяет рассчитать плотность жидкости.The disadvantage of this device is that to calculate the level height it is necessary to know the density of the liquid medium, which is not always possible. On the other hand, if the height of the liquid level is known, then this device allows you to calculate the density of the liquid.

Известно устройство для определения плотности сжиженного природного газа (CN 105782716, 2016), в котором в жидкостной объеме емкости установлены два датчика давления, расстояние между которыми Н известно, а также датчик давления в газовом объеме емкости. Фактически предложенное устройство осуществляет вышеописанный способ измерения (RU 2441204, 2010), однако нижний отбор давления размещен фактически в нижней точке емкости. В этом устройстве не возникает необходимости установки дополнительного промежуточного датчика.A device is known for determining the density of liquefied natural gas (CN 105782716, 2016), in which two pressure sensors are installed in the liquid volume of the tank, the distance between which H is known, as well as a pressure sensor in the gas volume of the tank. In fact, the proposed device implements the above-described measurement method (RU 2441204, 2010), however, the lower pressure take-off is actually located at the lower point of the vessel. In this device, there is no need to install an additional intermediate sensor.

Недостатком предложенного устройства является то, что для точного измерения плотности желательно иметь наибольшее расстояние Н между датчиками давления. Однако, увеличение этого расстояния приводит к тому, что уровень жидкости в условиях эксплуатации будет часто находиться ниже уровня расположения верхнего датчика, а при этом невозможно вычислить новое значение плотности жидкости в случае, если возникнет такая необходимость. Если же ограничиваться небольшим расстоянием Н, то измерение плотности может оказаться недостаточно точным. Такое устройство неприменимо к сжиженным газам, у которых плотность газовой фазы высока и оказывает значительное влияние на измерение плотности жидкости и ее уровень. Кроме того, указанное устройство не дает возможности по измерениям давлений судить о плотности газовой среды над жидкостью.The disadvantage of the proposed device is that for accurate measurement of the density, it is desirable to have the greatest distance H between the pressure sensors. However, an increase in this distance leads to the fact that the liquid level in operating conditions will often be below the level of the upper sensor, and it is impossible to calculate a new value of the liquid density in case this need arises. If limited to a small distance H, then the density measurement may not be accurate enough. Such a device is not applicable to liquefied gases, in which the density of the gas phase is high and has a significant effect on measuring the density of a liquid and its level. In addition, this device does not allow the measurement of pressure to judge the density of the gaseous medium above the liquid.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является измерение плотности и уровня жидкости в емкости, и измерение плотности газовой среды над жидкостью по замерам только давления, а также уменьшение погрешностей измерения плотности и уровня.The problem to which the invention is directed, is to measure the density and level of the liquid in the tank, and measure the density of the gaseous medium above the liquid by measuring only the pressure, as well as reduce the errors in measuring the density and level.

Техническим результатом, достигаемым в заявленном изобретении, является возможность постоянного и эффективного контроля плотностей жидкой и газообразной фаз в емкости и уровня жидкости при повышенной точности измерения по измерениям только давления. При этом измерение плотностей и уровня никак не зависит от текущего уровня жидкости в емкости в момент измерений.The technical result achieved in the claimed invention is the possibility of constant and effective control of the densities of the liquid and gaseous phases in the tank and the liquid level with increased accuracy of measurements from pressure measurements only. In this case, the measurement of densities and level does not depend on the current liquid level in the tank at the time of measurement.

Получение технического результата изобретения осуществляется за счет того, что емкость с жидкостью имеет внешнюю вертикальную измерительную трубку для определения гидростатического перепада давления с точно известным расстоянием от верхнего торца трубки, до нижнего отверстия для отбора давления, к которому подключен нижний датчик давления. Ниже этого отверстия трубкой с запорным краном измерительная трубка подключена к циркуляционному контуру жидкости. На циркуляционном контуре установлен фильтр и насос, при этом входная часть циркуляционного контура подключена к жидкостному объему емкости ниже допустимого минимального уровня жидкости в емкости, а выходная часть циркуляционного контура подключена к жидкостному объему в более высокой точке. Верхняя часть вертикальной трубки герметично входит в переливное устройство в виде отрезка трубы большего диаметра. В стенке переливного устройства в плоскости верхнего торца измерительной трубки расположено отверстие, к которому подключен верхний датчик давления. В нижней своей части переливное устройство соединено трубкой с запорным краном с газовым объемом емкости для слива жидкости, а в верхней, газовой части своего объема, другой трубкой соединено с выходом газового компрессора. Вход в компрессор соединен с газовым объемом емкости.The technical result of the invention is obtained due to the fact that the liquid container has an external vertical measuring tube for determining the hydrostatic pressure drop with a precisely known distance from the upper end of the tube to the lower pressure extraction hole to which the lower pressure sensor is connected. Below this opening, a measuring tube is connected to the circulating fluid circuit by a tube with a stopcock. A filter and a pump are installed on the circulation circuit, while the inlet part of the circulation circuit is connected to the liquid volume of the vessel below the permissible minimum liquid level in the vessel, and the outlet part of the circulation circuit is connected to the liquid volume at a higher point. The upper part of the vertical tube hermetically enters the overflow device in the form of a pipe segment of a larger diameter. In the wall of the overflow device in the plane of the upper end of the measuring tube there is an opening to which the upper pressure sensor is connected. In its lower part, the overflow device is connected by a tube with a shut-off valve to the gas volume of the tank for draining the liquid, and in the upper, gas part of its volume, by another tube it is connected to the outlet of the gas compressor. The compressor inlet is connected to the gas volume of the tank.

Преимуществами предлагаемого устройства являются возможность точного определения плотности жидкости, а также уровня жидкости по результатам измерения только давлений без использования дорогостоящих датчиков или приборов. Эти измерения не зависят от текущего уровня жидкости в емкости. Кроме того, предлагаемое устройство позволяет определять плотность газа и учитывать ее влияние на рассчитанную плотность жидкости и ее уровень.The advantages of the proposed device are the ability to accurately determine the density of the liquid, as well as the liquid level by measuring only pressures without the use of expensive sensors or devices. These measurements are independent of the current liquid level in the tank. In addition, the proposed device allows you to determine the density of the gas and take into account its effect on the calculated density of the liquid and its level.

Предлагаемое устройство поясняется схемой Фиг. 2. Вертикальная измерительная трубка 1 расположена вне емкости 10 и служит для определения уровня и плотности жидкости и газа в емкости. Емкость 10 имеет минимальный уровень 11 и максимальный уровень 12 жидкости, так что измеряемый уровень жидкости всегда находится между уровнями 11 и 12. В нижней части измерительной трубки 1 имеется отверстие, к которому подключен нижний датчик давления 8. Плоскость, в которой расположено это отверстие, лежит ниже нижнего уровня 11 жидкости в емкости 10. Трубкой 2, на которой установлен запорный кран 6, измерительная трубка 1 соединена с циркуляционным контуром. Циркуляционный контур образован трубкой 5, подключенной к емкости 10 ниже ее минимального уровня 11, на которой установлен фильтр 13 и насос 14. Выходная часть циркуляционного контура в виде трубки 15 подключена к жидкостному объему емкости 10. Верхняя часть вертикальной трубки 1 герметично входит в переливное устройство 5 в виде отрезка трубы большего диаметра. В стенке переливного устройства 5 в плоскости верхнего торца измерительной трубки 1 расположено отверстие, к которому подключен верхний датчик давления 9. В нижней своей части переливное устройство 5 соединено трубкой 3, на которой установлен запорный кран 7, с газовым объемом емкости 10 для слива жидкости, а в верхней, газовой части своего объема другой трубкой 4 соединено с выходом газового компрессора 16. Вход в компрессор 16 соединен с газовым объемом емкости.The proposed device is illustrated by the diagram of FIG. 2. The vertical measuring tube 1 is located outside the tank 10 and is used to determine the level and density of liquid and gas in the tank. The tank 10 has a minimum level of 11 and a maximum level of 12 liquid, so that the measured liquid level is always between levels 11 and 12. In the lower part of the measuring tube 1 there is an opening to which the lower pressure sensor is connected 8. The plane in which this opening is located lies below the lower liquid level 11 in the tank 10. The tube 2, on which the shut-off valve 6 is installed, the measuring tube 1 is connected to the circulation circuit. The circulation circuit is formed by a pipe 5 connected to a tank 10 below its minimum level 11, on which a filter 13 and a pump 14 are installed. The output of the circulation circuit in the form of a tube 15 is connected to the liquid volume of the tank 10. The upper part of the vertical tube 1 is hermetically inserted into the overflow device 5 in the form of a pipe segment of a larger diameter. In the wall of the overflow device 5 in the plane of the upper end of the measuring tube 1 there is an opening to which the upper pressure sensor is connected 9. In its lower part, the overflow device 5 is connected by a pipe 3, on which a shut-off valve 7 is installed, with the gas volume of the tank 10 for draining the liquid, and in the upper, gas part of its volume, another tube 4 is connected to the outlet of the gas compressor 16. The inlet to the compressor 16 is connected to the gas volume of the tank.

Устройство совместно с вычислительной системой (не показано) работает следующим образом. По управляющему сигналу перекрывается запорный кран 7 и запускается газовый компрессор 16. Компрессор 16 сжимает газ, поступающий в него по трубке 4 из газового объема емкости 10, и подает его в переливное устройство 5. Газ вытесняет жидкость в измерительной трубке 1 так, что жидкость по трубке 2 через открытый запорный кран 6 по трубке 15 поступает в жидкостной объем емкости 10. После того, как уровень жидкости оказывается ниже нижнего датчика давления 8, по управляющему сигналу запорный кран 6 перекрывает трубку 2. Датчик давления 8 оказывается в газовой среде. Производится считывание показателей датчиков давления 8 и 9 и вычисляется перепад давлений (Р1-P2)g. При этом во время измерений используют показания датчика давления 8, имеющего меньший диапазон измеряемых давлений. В результате определяется плотность газа по формуле ρg=(P1-P2)g/g/Н0. После этого запускается насос 14, и жидкость из емкости 10 по трубке 5, через фильтр 13 и насос 14 циркуляционного контура поступает по трубке 15 в емкость 10. Открывается запорный кран 7, после чего открывается запорный кран 6, и часть жидкости из циркуляционного контура по трубке 2 через открытый кран 6 поступает в измерительную трубку 1. Характеристики насоса подобраны так, что его напор превосходит H0, поэтому жидкость поступает в переливное устройство 5. После этого запорный кран 6 перекрывает трубку 2, затем насос 14 отключается. Избыток жидкости, поступивший в переливное устройство 5, сливается через открытый запорный кран 7 по трубке 3 в емкость 10. В результате уровень жидкости в измерительной трубке 1 совпадает с уровнем ее торцевого сечения (влиянием мениска можно пренебречь). Измеряются давления датчиков 8 и 9, и вычисляется перепад давлений (P1-P2)L. При этом во время измерений используют показания датчика давления 8, имеющего больший диапазон измеряемых давлений. В результате определяется плотность жидкости по формуле ρL=(P1-P2)L/g/Н0. Рассчитанные величины плотности газа и жидкости запоминаются в памяти компьютера. Далее открывается запорный кран бис требуемой периодичностью измеряются давления P1 и P2 датчиками 8 и 9. По этим давлениям и определяется уровень жидкости в емкости по формуле: Н=[(Р1-Р2)-ρggH0]/[(ρL-ρg)g], причем для расчета используют показания датчика с меньшим диапазоном измерения в том случае, когда измеряемая величина попадает в диапазон измеряемых давлений датчика, в противном случае используют показания другого датчика.The device in conjunction with a computing system (not shown) works as follows. The control signal closes the shut-off valve 7 and starts the gas compressor 16. The compressor 16 compresses the gas entering it through the pipe 4 from the gas volume of the tank 10 and delivers it to the overflow device 5. The gas displaces the liquid in the measuring tube 1 so that the liquid the tube 2 through an open shut-off valve 6 through the tube 15 enters the liquid volume of the tank 10. After the liquid level is lower than the lower pressure sensor 8, by the control signal, the shut-off valve 6 closes the tube 2. The pressure sensor 8 is in the gas environment. The pressure sensors 8 and 9 are read and the differential pressure (P 1 -P 2 ) g is calculated. Moreover, during the measurements, the readings of the pressure sensor 8 are used, having a smaller range of measured pressures. As a result, the gas density is determined by the formula ρ g = (P 1 -P 2 ) g / g / H 0 . After that, the pump 14 is started, and the liquid from the tank 10 through the tube 5, through the filter 13 and the pump 14 of the circulation circuit enters through the tube 15 into the tank 10. The shut-off valve 7 opens, after which the shut-off valve 6 opens, and part of the liquid from the circulation loop through tube 2 through an open valve 6 enters the measuring tube 1. The characteristics of the pump are selected so that its pressure exceeds H 0 , so the liquid enters the overflow device 5. After that, the shut-off valve 6 closes the tube 2, then the pump 14 is turned off. The excess liquid entering the overflow device 5 is discharged through an open shut-off valve 7 through a tube 3 into a container 10. As a result, the liquid level in the measuring tube 1 coincides with the level of its end section (the influence of the meniscus can be neglected). The pressures of the sensors 8 and 9 are measured, and the differential pressure (P 1 -P 2 ) L is calculated. Moreover, during the measurements, the readings of the pressure sensor 8 are used, having a larger range of measured pressures. As a result, the liquid density is determined by the formula ρ L = (P 1 -P 2 ) L / g / H 0 . The calculated values of the density of gas and liquid are stored in the computer memory. Then the shut-off valve bis opens with the required frequency, the pressures P 1 and P 2 are measured by the sensors 8 and 9. These pressures determine the liquid level in the tank by the formula: H = [(P 1 -P 2 ) -ρ g gH 0 ] / [( ρ L -ρ g ) g], moreover, for the calculation using the readings of the sensor with a smaller measuring range in the case when the measured value falls into the range of measured pressure of the sensor, otherwise using the readings of another sensor.

Устройство позволяет при расчете плотностей и уровня выбирать наиболее точно измеренные величины давления. Работа предлагаемого устройства не зависит от текущего уровня жидкости в емкости.The device allows for the calculation of densities and levels to select the most accurately measured pressure values. The operation of the proposed device does not depend on the current liquid level in the tank.

Claims (4)

1. Способ измерения плотности и уровня жидкости в емкости, состоящий в измерении перепадов давления, отличающийся тем, что перепады давления замеряют в вынесенной из емкости вертикальной измерительной трубке на участке известной длины, нижнюю точку измерения давления располагают ниже минимально допустимого для емкости уровня жидкости, а верхнюю точку измерения давления располагают выше максимально допустимого для емкости уровня жидкости, в плоскости верхнего торца трубки, при этом сначала трубку продувают газом из газового объема емкости, вытесняя из нее жидкость в жидкостный объем емкости и измеряют перепад давления, когда оба датчика давления находятся в газовой среде, а затем заполняют ее жидкостью, вытесняя из нее газ в газовый объем емкости и после установления уровня жидкости в плоскости торца трубки за счет перелива, измеряют перепад давления, когда нижний датчик находится в жидкой среде, а верхний датчик в плоскости раздела газ-жидкость, после чего рассчитывают плотность газа и жидкости по формулам ρg=(P1-P2)g/g/H0, ρL=(P1-Р2)L/g/H0, где (P1-P2)g - перепад давления в газе; (P1-P2)L - перепад давления в жидкости; g - ускорение силы тяжести; Н0 - расстояние между точками измерения давления, а уровень жидкости Н в емкости рассчитывают по формуле Н=[(P1-P2)-ρggH0]/[(ρL-ρg)g], где Р1 - давление жидкости в нижней точке; Р2 - давление газа в верхней точке.1. The method of measuring the density and level of liquid in the tank, consisting in measuring pressure drops, characterized in that the pressure drops are measured in a vertical measuring tube removed from the tank at a known length, the lower point of pressure measurement is placed below the minimum level for the tank, and the upper point of the pressure measurement is placed above the maximum liquid level for the vessel, in the plane of the upper end of the tube, while the tube is first blown with gas from the gas volume of the vessel, displacing liquid from it into the liquid volume of the vessel, and the pressure drop is measured when both pressure sensors are in the gas medium, and then fill it with liquid, displacing gas from it into the gas volume of the container and after establishing the liquid level in the plane of the tube end face due to overflow, measure the pressure drop when the lower sensor is in the liquid medium and the upper sensor in the gas-liquid interface after which the gas density is calculated and liquids according to the formulas ρ g = (P 1 -P 2 ) g / g / H 0 , ρ L = (P 1 -P 2 ) L / g / H 0 , where (P 1 -P 2 ) g is the pressure drop in gas; (P 1 -P 2 ) L is the pressure drop in the liquid; g is the acceleration of gravity; H 0 - the distance between the points of pressure measurement, and the liquid level H in the tank is calculated by the formula H = [(P 1 -P 2 ) -ρ g gH 0 ] / [(ρ L -ρ g ) g], where P 1 - fluid pressure at the lower point; P 2 - gas pressure at the upper point. 2. Способ измерения плотности и уровня жидкости в емкости по п. 1, отличающийся тем, что в нижней точке измерения давления используют два датчика, имеющие разные диапазоны измерения давления в измерительной трубке, при этом для расчета плотностей газа и жидкости, и уровня жидкости в емкости используют показания датчика с меньшим диапазоном измерения в том случае, когда измеряемая величина попадает в диапазон измеряемых давлений датчика, в противном случае используют показания другого датчика.2. The method of measuring the density and level of a liquid in a container according to claim 1, characterized in that at the lower point of pressure measurement two sensors are used that have different ranges of pressure measurement in the measuring tube, while for calculating the densities of gas and liquid, and the liquid level in tanks use the readings of the sensor with a smaller measuring range in the case when the measured value falls into the range of the measured pressure of the sensor, otherwise use the readings of another sensor. 3. Устройство измерения плотности жидкости и ее уровня в емкости, в котором уровень жидкости определяют по измерению перепада давления между нижней точкой емкости и ее газовым объемом, отличающееся тем, что емкость имеет внешнюю вертикальную измерительную трубку для определения гидростатического перепада давления с точно известным расстоянием от верхнего торца трубки, до нижнего отверстия, к которому подключен нижний датчик давления, ниже указанного отверстия трубкой с запорным краном измерительная трубка подключена к циркуляционному контуру жидкости, на котором установлен фильтр и насос, при этом входная часть циркуляционного контура подключена к жидкостному объему емкости ниже допустимого минимального уровня жидкости в емкости, а выходная часть циркуляционного контура подключена к жидкостному объему емкости в более высокой точке, верхняя часть измерительной трубки герметично входит в переливное устройство в виде отрезка трубы большего диаметра, в стенке переливного устройства в плоскости верхнего торца измерительной трубки расположено отверстие, к которому подключен верхний датчик давления, в нижней своей части переливное устройство соединено трубкой с запорным краном с газовым объемом емкости для слива жидкости, а в верхней, газовой части своего объема другой трубкой соединено с выходом газового компрессора, вход в который соединен с газовым объемом емкости.3. A device for measuring the density of a liquid and its level in a vessel, in which the liquid level is determined by measuring the pressure difference between the lower point of the vessel and its gas volume, characterized in that the vessel has an external vertical measuring tube for determining the hydrostatic pressure difference with a precisely known distance from the upper end of the tube, to the lower hole, to which the lower pressure sensor is connected, below the specified hole by a tube with a stopcock, the measuring tube is connected to the liquid circulation circuit, on which the filter and pump are installed, while the inlet part of the circulation circuit is connected to the liquid volume of the tank below the permissible the minimum liquid level in the tank, and the output of the circulation circuit is connected to the liquid volume of the tank at a higher point, the upper part of the measuring tube is hermetically inserted into the overflow device in the form of a segment of a pipe of a larger diameter, in the overflow wall On the upper end of the measuring tube there is a hole to which the upper pressure sensor is connected, in its lower part the overflow device is connected by a tube with a shut-off valve to the gas volume of the tank for draining the liquid, and in the upper, gas part of its volume by another pipe it is connected to the outlet of the gas compressor, the entrance to which is connected to the gas volume of the tank. 4. Устройство измерения плотности жидкости и ее уровня в емкости по п. 3, отличающееся тем, что к нижнему отверстию измерительной трубки подключены, по крайней мере, два нижних датчика давления, имеющие разные диапазоны измерения давления.4. A device for measuring the density of a liquid and its level in a container according to claim 3, characterized in that at least two lower pressure sensors having different pressure measurement ranges are connected to the lower opening of the measuring tube.
RU2019112541A 2019-04-24 2019-04-24 Method of measuring density and level of liquid in container and device for its implementation RU2725635C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019112541A RU2725635C1 (en) 2019-04-24 2019-04-24 Method of measuring density and level of liquid in container and device for its implementation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019112541A RU2725635C1 (en) 2019-04-24 2019-04-24 Method of measuring density and level of liquid in container and device for its implementation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2725635C1 true RU2725635C1 (en) 2020-07-03

Family

ID=71509920

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019112541A RU2725635C1 (en) 2019-04-24 2019-04-24 Method of measuring density and level of liquid in container and device for its implementation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2725635C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112711279A (en) * 2020-12-16 2021-04-27 嘉善边锋机械股份有限公司 Method for realizing random liquid level feeding

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1325328A1 (en) * 1985-11-10 1987-07-23 Волго-Уральский научно-исследовательский и проектный институт по добыче и переработке сероводородсодержащих газов Densimeter for liquid media
SU1578584A1 (en) * 1987-09-22 1990-07-15 Предприятие П/Я Р-6601 Method and apparatus for measuring the level and density of liquid
US5604315A (en) * 1995-01-12 1997-02-18 Setra Systems, Inc. Apparatus using a feedback network to measure fluid pressures
RU2213340C2 (en) * 2000-12-04 2003-09-27 ООО "Снежинсктехсервис" Facility measuring density
RU2260776C1 (en) * 2004-04-06 2005-09-20 Южно-Уральский государственный университет Method of measuring density and level of liquid
RU2604477C1 (en) * 2015-06-22 2016-12-10 ООО "ОКБ Вектор" Device for measuring density and level of liquid

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1325328A1 (en) * 1985-11-10 1987-07-23 Волго-Уральский научно-исследовательский и проектный институт по добыче и переработке сероводородсодержащих газов Densimeter for liquid media
SU1578584A1 (en) * 1987-09-22 1990-07-15 Предприятие П/Я Р-6601 Method and apparatus for measuring the level and density of liquid
US5604315A (en) * 1995-01-12 1997-02-18 Setra Systems, Inc. Apparatus using a feedback network to measure fluid pressures
RU2213340C2 (en) * 2000-12-04 2003-09-27 ООО "Снежинсктехсервис" Facility measuring density
RU2260776C1 (en) * 2004-04-06 2005-09-20 Южно-Уральский государственный университет Method of measuring density and level of liquid
RU2604477C1 (en) * 2015-06-22 2016-12-10 ООО "ОКБ Вектор" Device for measuring density and level of liquid

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112711279A (en) * 2020-12-16 2021-04-27 嘉善边锋机械股份有限公司 Method for realizing random liquid level feeding

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4915507A (en) Liquid average temperature measuring apparatus and method
WO2017205737A1 (en) Method and apparatus for separating and measuring multiphase immiscible fluid mixtures
JP2643828B2 (en) Tank fluid amount measuring method and tank liquid level measuring device
NZ198367A (en) Liquid dispensing system:volume dispensed calculated as a continuous function of change in liquid level in a vessel of known dimensions
CN112665682B (en) High-temperature high-pressure container liquid level measuring system under marine environment
WO2013001495A1 (en) Device for checking the calibration of catching instruments measuring rainfall intensity
RU2725635C1 (en) Method of measuring density and level of liquid in container and device for its implementation
US4807464A (en) Leak detector apparatus and method
CN112665683B (en) Container liquid level measurement system under marine environment
US4720995A (en) Method of determining the volume of a section of an underground cavity
KR20010023610A (en) Method and apparatus for monitoring generation of liquid chemical vapor
CN112665684B (en) Normal atmospheric temperature and pressure container liquid level measuring system under marine environment
CN110439488B (en) System and method for measuring flow of solid-liquid fluid in drilling manifold
JP2012150090A (en) Air purge type viscosity, specific gravity and liquid level gauge
RU2243536C1 (en) Method of determining gas concentration in liquid
KR100721616B1 (en) Measurement apparatus for relative displacement of structure
RU2632999C2 (en) Device for measuring parameters of liquid media in pipeline
RU2153153C1 (en) Hydrostatic method of determination of level and density of liquid in reservoir
JP4257396B2 (en) Underground tank leak test equipment
CN217006011U (en) Calibration device of turbine flowmeter
SU1099245A1 (en) Hydrostatic densitometer
RU2273828C2 (en) Method and device for measuring mass flow of gas-liquid mixture
RU2051333C1 (en) Method and device for measuring discharge of oil
SU1456550A1 (en) Method of determining dynamic level of fluid in well
RU55031U1 (en) DEVICE FOR MEASURING DEBIT OF OIL WELL PRODUCTS "MERA / 2 +"