封闭几何形状中的静压液位测量——填充高度的计算

封闭几何形状中的静压液位测量——填充高度的计算

在工业自动化和过程控制领域，准确测量密闭容器内的液位高度是一项重要任务。本文将介绍如何通过静压测量来计算封闭几何形状（如气密罐或加压容器）中的液位高度，并提供具体的计算公式和示例。

与开口容器不同，封闭几何形状（例如气密罐或者加压容器）中的液位计算需要通过静水压力测量来补偿封闭在液体上方的气体的压力。对于封闭或加压环境下的液位测量，非通风的容器中的液位测量需要通过第二压力变送器对封闭的气体进行额外的压力测量。

在一个密闭容器内，主要使用安装在容器或罐子侧面的标准工业压力变送器进行压力测量。那么，如何根据静水压力对密闭、非通风或加压的罐或容器内的填充高度进行计算呢？

密闭容器的液位计算通过以下公式计算：

h = (p2 – p1)/ (ρ * g)

• p2 = 液体高度为h的静水压力 [bar]
• p1= 容器里的封闭气体的压力[bar]
• ρ = 液体密度 [kg/m³]
• g = 重力或者重力加速度 [m/s²]
• h = 液柱高度 [米]

一个典型的应用是在密闭、不通风的容器里测量汽油等易挥发介质的液位，在这种情况下，液体上空形成超压状态，并且由于容器的不通风而不能通过大气压力来补偿。该压力必须通过第二压力变送器测量，因为液体上方的密闭气体导致了更高的静水压力测量，即使液位并没有发生实质改变。

错误的液位计算的示例：

（请使用我们的压力单元转换器进行以磅力/平方英寸， 帕等为计量单位的计算）

• p2（水槽底端的静水压）=2bar
• p1（气体压力）=1.2bar
• p1-typ（典型气压）=1.3bar
• ρ（密度）=750kg/ m³
• g（重力加速度）= g = 9.81 m/s²

在用气体压力补偿静水压测量时，液位可以通过使用静水压力进行非常精确地测量。

使用气压测量： h = (2 bar –1.2 bar) / (750 kg/m³ * 9.81 m/s²) =10.9 m

然而，如果您决定不对封闭气体使用额外的压力测量，而是使用估计值，比如基于典型的气体压力，那么即使是过程中的小压力变化波动也会导致液位的重大误算。

不使用气压测量： h = (2 bar –1.3 bar) / (750 kg/m³ * 9.81 m/s²) =9.5 m

所以，即使是气压中100 mbar的小变化也可能导致液位测量的巨大误差，比如在这个例子中误差为13%。 具体来说，一个较低的测量值可能会导致过程中的重大错误，比如水槽内液体的溢出或过程链中后续容器的污染。

因此，在密闭、不通风或者加压容器的液位计算中，对额外气压进行补偿是非常重要的。

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文章来自WIKA中国的Dave
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