描 述： 

下文主要对基于法兰式声波液位计的连续自动检测功能作描述，可以实现被测液体介质密度的连续在线检测，并介绍装置结构及检测原理。

０ 引言

不同的物质密度一般都不相同，由于密度不随质量和体积而变化，因此密度是检测物质的重要指标。物质的密度不易直接连续地检测出，对于液体物质来说，如果能够引入与被测介质密度相关的量，确定其余的几个量为定值或是已知量，通过测量得出相关的量数值的大小，在DCS（或 ＰＬＣ ）模拟量运算中建立一元函数的数学模型，就可以计算出被测物质密度的值。这种测量方式可以实现连续在线的自动检测，可以在大规模连续生产中推广使用。

检测密度必须要知道两个物理量，即被测物质的质量和体积。通常的测量方法有：实验室法、比重杯法、阿基米德定律法等。这些测量方法非常繁琐，测量周期长，非常大的缺陷是无法实现连续在线自动检测，在工业化大规模连续生产中无法推广和普及。为了实现物质密度的连续自动准确地测量，可以通过比值仪来检测出物质的百分含量，然后再根据物质的百分含量与密度的函数关系计算出密度。从经济角度来看，无论是紫外法还是红外法的比值仪价格都很高，而且光源的寿命普遍较短，属于消耗品，在后续的使用中还会产生费用，这让很多企业难以接受。从技术角度来看，红外法在测量部分介质的过程中还需要用水来稀释，会产生系统误差，影响测量精度。为此，研发一款实用、价格低廉、精度较高、可以连续自动在线检测密度的仪器是广大工程技术人员面前的课题。

１ 检测法兰式声波液位计装置设计

由于液体的易流性和不可拉性，静止的液体内部没有拉应力和切应力，只能有压应力，即压强。根据压强公式ｐ ＝ ρ ｇ ｈ ，重力加速度 ｇ 是个定值，当高度 ｈ 是定值时，被测介质密度 ρ 和压强 Ｐ 呈线性的函数关系。检测装置设计如图１所示。

从工艺管道中流出的液体介质经减压阀减压后，流入连接在法兰式声波液位计膜盒法兰上的溢流围堰，溢流出来的被测介质流入回收罐中，回收罐底安装有液位计，操作人员根据液位开启回收液泵，把回收液打回工艺管道。溢流围堰的结构尺寸如图２所示。

溢流围堰内从工艺管线流出的被测液体介质所产生的压强 Ｐ 值可以通过微压变送器测量出， ＤＣＳ对其采集处理后可以进行模拟量运算。溢流口处有刻度，用以修正、减小被测介质液体表面的张力对测量的影响。溢流堰内被测液体介质的高度 ｈ 是围堰板高度 ｈ １ 与液体表面张力产生的高度 ｈ ２ 之和， ｈ ２ 的值可以通过溢流口的刻度测量得出。由 ｐ ＝ ρ ｇ ｈ 可以推导出 ρ ＝ ｐ ／ ｇ ｈ ， ｈ ＝ ｈ １ ＋ ｈ ２ ，则密度 ρ＝ ｐ ／（ ｈ １ ＋ ｈ ２ ） ｇ ， ｐ 的值通过测量和 ＤＣＳ 采集处理是已知的， ｇ 为常数， ｈ１ 的值是溢流围堰板的高度，也是已知量， ｈ２ 的值可以通过溢流围堰口刻度测量得出。计算部分可以在 ＤＣＳ 或 ＰＬＣ 的模拟量运算中通过建立一元函数的数学模型来实现，计算结果就是被测液体介质的密度。当流进溢流围堰的流量稳定时，被测介质流出溢流围堰时的张力产生的高度 ｈ ２ 是个定值，流量很小时 ｈ ２ 的值趋近于０ 。

２ 测量值不确定度的消除

应选用 ２″ 的法兰膜盒式法兰式声波液位计 ，以减少测量滞后的情况，保持水平安装，以确保膜盒受压均匀，安装的环境温度应固定。溢流围堰采用３１６或３０４材质。应尽量减小被测液体介质经减压阀流进溢流围堰的距离，缩短测量滞后的时间。为了减轻液体由势能转化成动能对变送器测压膜片的冲击，管道与法兰式声波液位计测压膜片的距离应小于１．５ｃｍ ，被测液体介质从管道中流出时的落点应避开法兰式声波液位计测压膜片，距离法兰式声波液位计测压膜片中心距离 ≥３ｃｍ 。溢流围堰的溢流口边缘设计成由外侧向内成 ≤４５°的锐角，以减小被测介质的表面张力。溢流围堰和法兰式声波液位计单法兰连接的密封使用 ＰＶＣ液体胶，减小溢流高度变化对测量造成的系统误差。

３ 结语

该设计方案从实际应用出发，投入低，能够实现被测液体介质密度的连续在线检测。在线检测装置的投运极大减轻了人工取样检测的劳动强度，缩短了检测时间，提高了生产效率。不足之处在于，由于在检测过程中液体被测介质处于开放的空间，因此该装置不具备防火防爆的功能，不适于防爆场所。

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