摘 要:針對(duì)法蘭式差壓液位計(jì)在氨罐液位測(cè)量過(guò)程中,存在液氨密度受溫度、壓力的影響所帶來(lái)測(cè)量誤差,在分析誤差產(chǎn)生的原因后，提出線性插值法進(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)慕鉀Q辦法。在此基礎(chǔ)上，利用集散控制系統(tǒng)軟件提供的二維折線表，shou先實(shí)現(xiàn)密度-溫度的分段線性處理,在準(zhǔn)確求出液氨密度后,進(jìn)一步利用液位-密度之間的關(guān)系算出氨罐液位.經(jīng)調(diào)試運(yùn)行，此測(cè)量方案在液氨測(cè)量過(guò)程中，在不增加成本的前提下，具有測(cè)量精度高、響應(yīng)速度快、可靠性高、經(jīng)濟(jì)性好等優(yōu)點(diǎn)。

1、引言
        雙法蘭差壓式液位計(jì)在氨罐液位測(cè)量過(guò)程中，液氨密度易受溫度的影響且液氨密度隨溫度呈非線性變化，液氨密度和溫度之間的關(guān)系可查閱相關(guān)手冊(cè)[1]。如果不考慮密度變化的因素把液氨密度作為一個(gè)常數(shù)處理必定會(huì)帶來(lái)測(cè)量誤差,嚴(yán)重的時(shí)候，由密度變化帶來(lái)的測(cè)量誤差達(dá)到1%以上，為精que測(cè)量氨罐液位，姚玉鳳、王偉等人提出了在0-30℃范圍內(nèi)近似線性化液氨密度-溫度之間的關(guān)系，經(jīng)線性化回歸處理，液氨密度ρ=0.639-0.00415t，據(jù)此對(duì)液氨密度進(jìn)行溫度補(bǔ)償。在此基礎(chǔ)上，本文提出利用插值法對(duì)液氨密度-溫度分段線性化，可利用 DCS軟件提供的二維折線表，#多分成10段進(jìn)行線性化處理，可得到更好的線性化處理效果，從而取得更高的測(cè)量精度。

 

2 、雙法蘭差壓式液位計(jì)在氨罐液位測(cè)量過(guò)程中的系統(tǒng)誤差分析

根據(jù)靜壓公式，圖 1 所示液氨液位 H 可按根據(jù)式（1）算出

 

H液氨液位，ρ0表示毛細(xì)管填充液密度，h2表示上下雙法蘭的高度差，ρ表示液氨密度。

由式（1）可知，液位測(cè)量精度包括：

A.介質(zhì)密度ρ的變化帶來(lái)的誤差；
B.毛細(xì)管填充液（氟油或者高溫硅油）密度的變化帶來(lái)的誤差；
C.差壓變送器測(cè)量誤差。

 

其中，毛細(xì)管中氟油或者硅油密度受環(huán)境溫度影響較小，所帶來(lái)的測(cè)量誤差可忽略不計(jì)，因此液氨液位測(cè)量誤差主要包括差壓變送器的誤差和液氨密度變化所帶來(lái)的誤差。根據(jù)現(xiàn)在的制造水平，差壓變送器的測(cè)量誤差很小，因此，雙法蘭差壓式液位變送器的測(cè)量誤差主要取決于介質(zhì)密度的變化帶來(lái)的誤差。

 

3 液氨密度和壓力、溫度之間的關(guān)系

        液氨壓力對(duì)密度的影響主要通過(guò)壓力P0影響溫度來(lái)體現(xiàn)，故液氨密度主要考慮溫度因素，在-50℃至50℃范圍內(nèi),液氨的相對(duì)密度d4t和溫度t之間的關(guān)系見(jiàn)式（2）:

 

        根據(jù)（2）式可知，液氨密度和溫度之間呈非線性關(guān)系，在測(cè)量過(guò)程中，如果把液氨密度作為常數(shù)來(lái)處理，必然會(huì)帶來(lái)測(cè)量誤差。

 

4 液氨密度的溫度補(bǔ)償
        為減小測(cè)量誤差，提高測(cè)量精度，在測(cè)量過(guò)程中必須考慮對(duì)密度進(jìn)行溫度補(bǔ)償，方法主要有下列兩種。 4.1 利用式密度-溫度表達(dá)式完成溫度補(bǔ)償嚴(yán)格按照表達(dá)式（2）進(jìn)行溫度補(bǔ)償，在DCS測(cè)控系統(tǒng)中，利用加減乘除及開方模塊完成 1-1 表達(dá)式對(duì)密度進(jìn)行修正達(dá)到從而達(dá)到溫度補(bǔ)償?shù)哪康�。這種方法補(bǔ)償精度高，但是計(jì)算量大，會(huì)大量占用計(jì)算機(jī)的CPU模塊資源。

 

4.2 利用DCS折線表完成溫度補(bǔ)償

        折線表利用完成溫度—密度補(bǔ)償時(shí)，可把溫度—密度的非線性曲線近似分為10段直線，在測(cè)出溫度后，可利用插值法求出相應(yīng)的密[7]。DCS組態(tài)如下:

查閱設(shè)計(jì)手冊(cè)確定 0—30℃范圍內(nèi)液氨溫度—密度對(duì)照表1[1]。根據(jù)表1所示溫度—密度關(guān)系表可在DCS組態(tài)軟件中生成液氨溫度—密度折線表如圖2。

 

 

圖2中，X表示某一溫度占總量程的百分比，Y表示某一溫度對(duì)應(yīng)的密度。假設(shè)溫度檢測(cè)儀表的測(cè)量范圍為0—50℃，3℃為量程的6%，其對(duì)應(yīng)的數(shù)值為0.06，按照表1 所示 3℃時(shí)，其對(duì)應(yīng)密度為 0.634451Kg/L。故輸入 X 為0.06時(shí)，對(duì)應(yīng)的密度Y為0.63445。把液氨溫度(0-30℃)分成 10 段(0℃,3℃,6℃…30℃),其對(duì)應(yīng)為量程的 0%,6%…60%轉(zhuǎn)換為0.1,0.06…06。再按上述方法填寫對(duì)應(yīng)的密度。即可得序號(hào)為0的折線表二維折線表。在生成折線表后,通過(guò)控制算法組態(tài)完成折線表組態(tài)如圖 3。圖 3 中 X 端輸入位號(hào) TI_101.PV 表示液氨溫度傳感器在DCS主控卡中對(duì)應(yīng)輸入映像寄存單元，0折線表序號(hào)，DT_101為自定義變量。完成折線表組態(tài)后，DCS將采集到液氨溫度的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性插值處理后的結(jié)果（密度）保存到自定義變量DT_101中。

 

 

在液氨密度完成溫度補(bǔ)償后，可進(jìn)一步調(diào)用算法模塊完成（1）式所示算法，即可算出液位高度H。

 

 

 5 結(jié)束語(yǔ)
        歸一化處理，是在整個(gè)量程范圍內(nèi)把溫度—密度非線性曲線近似為一根曲線，而利用二維折線表把把溫度—密度曲線分為10段進(jìn)行線性化處理，故可以取得更好的線性化效果，從而有效降低溫度變化帶來(lái)的液位測(cè)量誤差。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，還可根據(jù)液氨的實(shí)際存藏溫度確定補(bǔ)償溫度范圍（如20-35℃），在縮小補(bǔ)償溫度范圍后，線性化效果會(huì)更好。此外，無(wú)論是常溫還是常壓下存藏，都可利用二維折線表對(duì)液氨密度進(jìn)行溫度補(bǔ)償。從測(cè)量的介質(zhì)來(lái)說(shuō)，除液氨外，對(duì)于甲醇等密度易受溫度影響液體液位測(cè)量都可以采用二維折線表進(jìn)行密度補(bǔ)償。從成本的角度來(lái)說(shuō)，在保障測(cè)量精度的基礎(chǔ)上，按照目前的市場(chǎng)行情，在相同的測(cè)量效果的情況下，采用雙法蘭差壓式液位計(jì)在比常用的磁致伸縮液位計(jì)價(jià)格低25%左右，因此具有良好的經(jīng)濟(jì)性。