CN109540252A - 一种新型储罐液位测量方法和*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型储罐液位测量***，涉及利用传热学原理测量储罐液位领域，液位测量装置包括柔性热源面、单通道热流仪、以及配套的温度控制***。该测量***的测量方法包括以下步骤：设定柔性热源面合适的温度并保持恒定，测量时紧贴储罐外壁上，将热流感应器放置在柔性热源面与储罐壁面之间，一起沿壁面从下到上移动，同时测量不同高度位置传热的热流密度，观察热流感应器测量数值的变化,在气液界面处分开成气液两相，物质吸热能力发生变化，热流密度在液面处变化剧烈，从而确定待测液位。本发明能够不直接接触液体，测量出密闭储罐中的液面位置。***简洁，易操作，便于携带，可免除繁琐的现场布线，减少容器上的开孔，节省了人力物力。
Description
技术领域
本发明涉及储罐液位测量领域，具体是一种新型储罐液位测量方法和***。
背景技术
液位测量技术在化工，石油等需要液体储罐工业生产中，特别在成品油的运输和储藏过程当中占据重要的地位。现有的液位测量技术包括以下几种：光纤液位计、磁致伸缩液位计、音叉液位限位开关、差压式液位计、雷达液位计、伺服型浮子液位计等几种较新的液位检测技术。部分技术存在很大的缺点，技术复杂，如：差压液位计由于原油密度和含水率的变化导致准确度很差；超声波液位计、雷达液位计等由于泡沫、原油结皮等问题也存在较大误差、甚至错误信号的问题。
存储罐一般属于压力容器设备，需要进行国家特种设备备案，生产出厂检测完成后一般不允许再次进行开口等操作，而这些设备在进行撬装后，到达现场距离较远，仪表一般不能直接安装，需到现场后才能够安装，但这样一般需要对管体进行重新试压，当仪表出现故障后，需要停止生产、卸掉压力、甚至是对整个存储器进行清理后才能拆装仪表。现在，我们基于不同种类、不同相态的物质吸热能力不同的原理，利用热传导方法，发明出一种新型的便捷的储罐液位测量方法，可以有效避免上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型储罐液位测量方法和***，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种新型储罐液位测量***，包括储罐，所述储罐的外部设有液位测量装置，所述液位测量装置包括柔性热源面、单通道热流仪、以及温度控制***，所述柔性热源面贴设于储罐外壁上，所述柔性热源面与储罐外壁之间设有热流感应器，所述热流感应器与单通道热流仪电性连接。
作为本发明进一步的方案：所述温度控制***包括电源、单片机、温度传感器、开关器件以及硅橡胶加热器，所述温度控制***中电源、单片机、温度传感器、开关器件以及硅橡胶加热器通过导线电性连接。
作为本发明进一步的方案：所述单通道热流仪为热容式热流仪。
作为本发明进一步的方案：所述柔性热源面由硅橡胶加热器构成。
一种新型储罐液位测量方法，包括以下步骤：将热流感应器放置在柔性热源面与储罐壁面之间并紧贴储罐壁面从下到上移动，并且测量不同高度位置传热的热流密度，观察热流感应器测量数值的变化,在气液界面处分开成气液两相，吸热能力发生变化，热流密度在液面处变化剧烈，从而确定待测液位。
与现有技术相比，本发明的优点是：利用在相同温差的传热过程中，由于介质的吸热能力不同，导致热流密度大小不同的原理，在容器内的气液界面处，热流密度会发生较大的变化，通过比较不同高度的热流密度变化大小，进而可以得出液位的位置，本发明能够不直接接触液体，就可以测量出密闭储罐中的液面位置，***简洁，使用方便，便于携带，可免除繁琐的现场布线，减少容器上的开孔，节省了人力物力。
附图说明
图1为新型储罐液位测量实验方法示意图。
图2为新型储罐液位测量方法示意图。
图3为新型储罐液位测量***的钢槽结构示意图。
图4为新型储罐液位测量实验过程中热源面中心高度为0.75m的结构示意图。
图5为新型储罐液位测量实验过程中热源面中心高度为0.5m的结构示意图。
图6为新型储罐液位测量实验过程中热源面中心高度为0.25m的结构示意图。
图7为新型储罐液位测量实验过程中双热流感应器的热流测量示意图。
图8为新型储罐液位测量实验过程中双热流感应器测量***示意图。
图中：1-柔性热源面、2-热流感应器、3-温度控制***、4-单通道热流仪。
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做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。
需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相正对地重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
请参阅图1，一种新型储罐液位测量方法和***，包括储罐，所述储罐的外部设有液位测量装置，所述液位测量装置包括柔性热源面1、单通道热流仪4、以及温度控制***3，所述柔性热源面1贴设于储罐外壁上，所述柔性热源面1与储罐外壁之间设有热流感应器2，所述热流感应器2与单通道热流仪4电性连接，所述温度控制***3包括电源、单片机、温度传感器、开关器件以及硅橡胶加热器，所述温度控制***包括电源、单片机、温度传感器、开关器件以及硅橡胶加热器通过导线电性连接，所述单通道热流仪 4为热容式热流仪，可以准确测量传热过程中储罐不同高度位置的热流密度。
此外，本发明还可以通过使用多通道热流仪的多个热流感应器测量，把多个热流感应器竖向固定在柔性热源面上，测量相同温差下多个热流密度，比较不同位置热流感应器测量的热流密度大小，更容易判断液位的位置。
此外，该测量***在测量油罐或其他易燃易爆液罐时，应该采用防爆型硅橡胶加热器，***做防暴处理。
该装置***简单，设备轻便，并可以容易的测量不同高度储液罐的液位，该***可以测量不同厚度壁面以及不同材料的储罐，其原理为改变柔性热源面的温度，与储罐壁面的温度形成较大温差。对于罐壁厚，材料导热性能差的储罐，可以调高柔性热源面的温度，与被测流体介质形成大温差，来强化传热。
通过提高柔性热源面的温度，在柔性热源面向导热性能差的介质之间传热过程中，增大传热的热流密度的数值。这种方法通过对储罐的外壁面施加一个热源，利用热流仪测量之间传热的热流密度。这种测量方法可以不用接触储罐内的液体，减少了储罐上的开口，减少了罐内液体对测量仪器的腐蚀，降低了测量成本。
设计PID程序保持温度恒定。在柔性热源面的外侧装有温度传感器，单片机根据温度传感器测量的柔性热源面温度，控制电源的开闭以及电压的大小，可以保持硅橡胶加热器的恒温温度，也可以在温度范围内调节温度。
本发明中单通道热流仪为热容式热流仪。通过热流感应器测量热源面在与储罐壁面不同高度和储罐中介质的导热过程中单位时间内所传递的热流量大小。通过比较热流量的变化大小，在液面处，热流密度会发生较大变化，就可以判断出储罐的液位位置。
实施例2
所述热流感应器2设有多个，多个所述热流感应器2连接多通道热流仪，所述多通道热流仪上设有显示屏。作为本***的基础上改进或创新。
请参阅图2，一种新型储罐液位测量方法，包括以下步骤：将多个热流感应器竖向固定在柔性热源面上，将柔性热源面1固定有热流感应器的侧面贴紧储罐壁面的下部。并从下到上移动，并且测量不同高度位置传热的热流密度，观察热流感应器2测量数值的变化，在不同的位置，观察多个热流密度值，在一组中找到变化剧烈的位置。
本发明的方法原理：不同的介质的吸热能力不同，吸热能力与物质的比热、密度、导热系数有关。导热系数是表征材料导热性能优劣的参数。在传热过程中，给壁面和罐中介质设定一定的温差，柔性热源面向罐中的不同流体介质在单位时间传递热量的大小不同。在储罐中，可能存在两种或两种以上温度相同的流体介质，存在液态和固态，不同流体介质的吸热能力不相同。通常液体的吸热能力大于气体的吸热能力。通过给贴壁柔性热源面设定一个较高的温度，测量柔性热源面在容器外壁面的不同高度位置对储罐内流体介质传热的热流密度的数值，并比较数值大小，来确定液面位置。
本***具体操作：在正方形的柔性热源面贴紧容器的面粘贴一个热流传感器，使用温度控制***将柔性热源面设定为合适的温度，与储液罐的温度形成一定的温度差。然后将柔性热源面贴紧储液罐的下部， 10秒后，记录下热流感应器测量的热流密度值。然后依次向上移动5cm，并且测量并记录下该高度的热流密度值，比较热流密度的变化。当热流密度值发生剧烈变化时，说明该高度为容器内的液位的位置。
实验1：研究目的是测量贴壁热源对容器中不同介质在传热过程的热流密度大小。实验装置：一个边长为1m×1m×1m，壁厚0.075m的钢槽，0.015m×0.015m的由硅橡胶加热器组成的柔性热源面及配套的温度控制***，一台单通道热流仪，水，煤油。(λ水＞λ煤油＞λ空气，λ为材料的导热系数)
测量热源对容器中水的传热过程中的热流密度。往钢槽中注满水，水的温度为25℃，将柔性热源面贴附在钢槽的外壁面中心位置，将单通道热流仪的热流传感器放置在柔性热源面与容器外壁面之间。利用温度控制***分别设置柔性热源面的恒定温度分别为35℃、45℃、55℃。热流感应器测量从初始状态到稳定状态的总传热量和传热稳定后的热流密度值。
依次测量容器内为煤油和空气，温度为25℃。热源面的恒定温度为35℃、45℃、55℃。测量从初始状态到稳定状态的散热量和稳定状态下的热流密度。所得结果如表1和表2。
表1 0.0225m2热源面总的传热量(单位W)
表2传热稳定时热流密度(单位w/m2)
在传热过程中，热量通过导热的方式传导给壁面，壁面在通过导热和对流的方式把热量传递给液相或气相介质。壁面向不同的介质传递的热量是不同的，这与材料本身的性质有密切的关系。从表2中可以得出，相同温差下，流体介质的吸热能力越大，热源面向介质单位时间内传递的热量就越多；否则，加热元件面向流体介质传递的热量就越少。
从表格2还可以看出，在不同温度的热源下，柔性热源面与壁面及容器内的介质之间的传热量会发生变化，温度越高，热流密度也会增大。我们还可以得出结论：在较高的温度下，热源面向不同的介质传热的热流密度之差越来越大。我们可以利用这个性质来判断液位，当热源面在容器底部位置开始测量热流密度，每次向上移动5cm并且测量该位置传热的热流密度。由于热源的温度高，热源面与空气的传热热流密度和热源面与煤油的传热热流密度的差值变大，当热源面移动到煤油与空气的交界面处时，热流感应器的数值会发生剧烈的变化，由此我们可以判断液面的位置。
实验2：测量热源面在容器壁面上不同高度的传热情况。实验装置：一个边长为1m×1m×1m，壁厚 0.075m的钢槽，15cm×15cm的硅橡胶加热器组成的柔性热源面及一套温度控制***，一台单通道热流仪，煤油。
向钢槽内注入温度为25℃煤油，液位高度控制为0.5m。设定柔性热源面的温度为45℃，贴附在钢槽外壁面上，热源面中心的高度为0.25m。
热源面自下而上运动，分别测量多个不同高度的热流密度值，初始位置热源面中心在钢槽外壁面高度为0.25m，热流感应器测量出热流密度。热源面中心高度为0.5m，热流感应器测量出热流密度。末位置热源面中心高度为0.75m，热流感应器测量出热流密度。如表3示。
| 位置 | 0.75m | 0.7m | 0.6m | 0.55m | 0.5m | 0.45m | 0.4m | 0.3m | 0.25m |
| 热流密度 | 51.28 | 54.27 | 61.89 | 65.57 | 71.11 | 75.05 | 78.39 | 82.00 | 79.92 |
表3不同高度位置传热的热流密度(w/m2)
从表3中，我们得出可以通过观察热流密度在不同高度位置的热流密度的大小，在液面位置0.45m 到0.55m时，热流密度发生了变化剧烈，由此可以判断液面位置在0.45m到0.55m之间。
为增加测量的准确度，我们在热源面竖向粘贴多个热流感应器，就可以实现在一个高度位置测量一组热流密度值，我们可以根据这一组热流密度值的变化大小，当热源面测量的高度在液面下侧或者液面上侧，一组热流密度值变化很小；当热源面测量到液面位置，热源面上侧的热流感应器测量的数据为热源与空气的传热，热源面下侧的热流感应器测量的数据为热源与液体的传热，热流密度值会发生突变，由此可以判断液面的位置。
实验3：采用两个热流感应器测量热流密度值。实验装置：一个边长为1m×1m×1m，壁厚0.075m的钢槽，15cm×15cm的硅橡胶加热器组成的柔性热源面及一套温度控制***，一台多通道热流仪，煤油。
向钢槽内注入温度为25℃煤油，液位高度控制为0.5m。在柔性热源面与壁面接触的一侧竖向粘贴两个热流传感器，两个热流感应器间隔为5cm，热流感应器1在上，热流感应器2在下，将柔性热源面紧紧贴附在容器壁面上，如图8。
设置调节15cm×15cm的柔性热源面的温度为45℃，贴附在钢槽外壁面上，初始位置热源面中心的高度为0.25m。热源面自下而上移动，分别测量多个高度的热流密度值，末位置热源面中心高度为0.75m。测量热流感应器1和热流感应器2测量在不同高度测量的热流密度值，如表4。
表4不同高度两个热流感应器测量热流密度(w/m2)
从表4中可以看出热流感应器2测量的热流密度大于热流感应器1测量的热流密度，煤油的吸热能力大于空气的吸热能力。并且可以看出在0.45m，0.5m，0.55m处的热流密度差值相较于其他高度的热流密度差值变大。因此，当观察到热流密度变化剧烈时，可以更精确的判断出液体的液位。通过这个实验，我们也可以发现竖向增加成对的热流感应器的数目，每个高度可以测量出更多组数据，以供比较热流密度的变化，在热流密度变化最剧烈的高度，则为待测液体的液位。
利用在相同温差的传热过程中，由于介质的吸热能力不同，导致热流密度大小不同，在容器内的气液界面处，热流密度会发生较大的变化，通过比较不同高度的热流密度变化大小，进而可以得出液位的位置，本发明能够不直接接触液体，就可以测量出密闭储罐中的液面位置，***简洁，使用方便，便于携带，可免除繁琐的现场布线，减少容器上的开孔，节省了人力物力。
Claims (5)
1.一种新型储罐液位测量***，包括储罐，所述储罐的外部设有液位测量装置，其特征在于，所述液位测量装置包括柔性热源面(1)、单通道热流仪(4)、以及温度控制***(3)，所述柔性热源面(1)贴于储罐外壁上，所述柔性热源面(1)与储罐外壁之间设有热流感应器(2)，所述热流感应器(2)是单通道热流仪(4)的测量元件。
2.根据权利要求1所述的新型储罐液位测量***，其特征在于，所述温度控制***(3)包括电源、单片机、温度传感器、开关器件以及硅橡胶加热器，所述温度控制***包括电源、单片机、温度传感器、开关器件以及硅橡胶加热器通过导线电性连接。
3.根据权利要求1所述的新型储罐液位测量***，其特征在于，所述柔性热源面(1)由硅橡胶加热器构成。
4.根据权利要求1所述的新型储罐液位测量***，其特征在于，所述单通道热流仪(4)为热容式热流仪。
5.一种新型储罐液位测量方法，其特征在于，包括以下步骤：将热流感应器(2)贴附固定在柔性热源面(1)一侧的中心位置，与柔性热源面一起紧贴储罐壁面，并且从储罐壁面下部到上部直线移动，测量不同高度位置传热的热流密度，观察热流感应器(2)测量数值的变化,储罐内在气液界面处分开成气液两相，物质吸热能力发生变化，热流密度在液面处变化剧烈，从而确定待测液位。
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