多变量的液位测量方法密度补偿调平消除了几乎所有误差

多变量的液位测量方法密度补偿调平消除了几乎所有误差
罐液位测量是差压（d / p）电池测量技术的第二常见应用。首先是流体流速测量。

流量或液位测量的准确度高度依赖于知道一个或多个实际流体密度。让我们看一下具有积分密度计算的多变量变送器，以改善液位测量。
差压变送器在液位测量中很常见。它们的成本相对较低，易于获得，易于安装，材料，工艺连接和压力范围广泛，因此非常适用于液位应用。
然而，由于液体柱产生的静水压头取决于液体的密度，因此从静水压头测量推断出的液位精度取决于液位计算中使用的密度的精度。
对于容许某种程度的液位误差的应用，可以使用液体密度的假设。但是，液位测量将具有与假定密度值的实际密度变化成比例的误差。
独立测量压差，绝对压力和几个温度的液位计算解决方案可以计算所需的所有密度值。然而，为了正确地做到这一点，我们需要多个测量设备及其所有现场接线和I / O通道，以及复杂的流体计算算法。
或者，具有整体计算能力的单个多变量发射器可以提供极大改进的精确水平测量，尽管由压力和温度的变化引起的密度变化。这种方法比多个设备和所有合成的控制器或系统计算更简单，更稳健。

摆脱计算资源
尽管其他技术不断改进，差分流量计和液位变送器仍然在许多工业测量领域占据主导地位，包括碳氢化合物生产和精炼，化学品生产和发电。
然而，如果仅测量压差并且未确定密度，则差分头流量测量是不准确的。因此，知识渊博的用户已经将流量计算技术应用于头部流量测量数十年，特别是在测量有价值的可压缩流体（例如天然气，氨和蒸汽）时。这种方法通常需要在系统或流量计算机中单独测量和传输流体压力和温度以及计算流体密度。
多变量发射机在过去几年中迅速普及。这是由于更具成本效益的测量和流量计算软件，大大提高了流量测量的准确性。
多变量变送器可连续测量压差，绝对压力，过程和设备温度。这些多变量发射机采用ad / p小区发射机的外形。
迄今为止，较常见的应用是通过使用具有主要头部装置的发射器（例如孔板，文丘里管或多点平均皮托管元件）实现的密度补偿质量或标准体积流量测量。
具有板载计算的多变量发射机正在广泛部署，以便在测量点获得更好的精度。此外，它们还通过消除设备及其过程连接来提高可靠性并降低成本; 以及较小化现场布线和I / O通道和机架空间。此外，它们消除了面板，PLC或控制系统中对复杂计算资源的需求。请注意，为获得较佳精度，密度效应远远超出简单的理想气体定律校正。
此外，这种分布式功能的降低成本使得将补偿应用于之前必须忽略的测量工程师更具成本效益和实用性，因为改进的过程测量和控制是不合理的。
现在，随着讨论的进步，这些多变量变送器也可用于更精确的液位测量。基于测量的压力和温度，板载液体和蒸汽密度计算可以补偿不同密度的差压测量。使用压力和温度的测量可以计算许多工艺液体的密度，为改进的静水液位测量提供了经济的解决方案。

性能更好的密度
对于给定的重力加速度，罐或容器中的液体头产生每单位面积或压力（P）的力，该力与测量点上方的液位（L）与平均密度（r）成正比。列中的液体。这意味着L = P / r。
一侧与大气相通的差压变送器可以确定通风罐中的液位。
通风坦克
一个通风坦克
虽然这个公式（L = P / r）很简单，但它的用法可能很复杂。实际上，所有使用压力变送器用于液位的应用都包括以下一个或多个问题：
发射器不位于零电平点。
变送器远离油箱，位于主压力连接的上方或下方。
变送器通过法兰或密封系统与过程流体隔离。
罐关闭，因此在液体上方受到压力或真空。
液体上方的流体可以是液体本身的蒸汽或外部源流体，例如氮气层。
油箱压力参考连接充满蒸汽（干腿）。
油箱压力参考连接充满液体（湿腿）。
外部湿腿可以存在于变送器的高压侧和低压侧。
这些外部腿的环境条件可以不同。
环境条件通常不同于罐的条件，例如湿腿温度可能与罐内温度非常不同。
当然，还有液体和蒸汽密度的变化。
完全定义的应用程序在这里。
完全定义的应用程序
完全定义的应用
在这里，我们需要四个变送器密度值，使用测量的压力和温度进行计算。
他们包括：
罐液的密度，r1在温度T1，液体上的压力M2。
底部外腿中的罐液密度，温度T2下的r2，液体上的M2压力。
液体上方蒸汽的密度，温度T1和压力M2下的r3。
上部外腿中的液体密度，在温度T4下的r4，在液体上具有M2压力。
罐液和罐蒸汽的温度在预期的精度限度内大致相等。
此外，罐中的压力M2由多变量变送器测量的压力减去罐顶部和变送器（H3）（r3）之间的柱中的液体静压头计算得出。
温度T1，T2和T4可以由用户分配给几个源中的任何一个。多变量变送器具有一个外部电阻温度检测器（RTD）输入。RTD可以测量这些温度中的任何一个。
认识到外部液体支腿通常处于与发射器本身的温度相似的环境温度，发射器可以配置为连续使用测量的内部电子器件或传感器温度用于液体支腿温度。
较后，如果需要，用户输入的恒定温度值也可以代替RTD，电子设备或传感器温度。
虽然在确定准确的液位时需要解决许多可能的变量和问题，但通常更好的性能的关键变量是更好的密度数据。此外，当罐中的压力很大时，塔顶蒸气的密度也可能很大。因此，我们还需要知道或计算蒸汽密度。
对于许多应用，我们可以直接从测量的温度和压力中找到液体和顶部蒸汽密度。这些密度计算实际上与流量计算产品中使用的密度计算相同，其中测量压力和温度，然后可以计算质量或标准流量。
各种计算方法和标准工作，包括ASME（美国机械工程师协会）表，用于常见流体（如水和蒸汽），API（美国石油协会）烃类流体方程，以及ANSI（美国国家标准协会）和ISO（国际标准组织）其他流体的方程式。此外，计算应允许混合物和用户输入的定制流体属性。
因此，发射器配置工具利用许多常见流体的物理特性表，并提供用户输入定制流体数据的手段。
以下等式示出了基于差压测量（ΔP），压力测量和计算（M2）以及个体密度计算的一种可能的水平计算（L）。
L = [DP - （r3）（H3-H1-H2） - （r1）（H1） - （r2）（H2）+（r4）（H3）] /（r1-r3）
该等式将根据变送器方向和开放式和封闭式水箱以及干湿腿的各种可能组合而变化。

独立温度
使用多变量发射器的密度补偿水平消除了使用未补偿的单变量发射器时出现的大多数误差。多变量变送器提供连续，动态计算，较多可达四个独立密度（罐液，罐内蒸汽，罐和变送器之间的外部腿部液体，以及从罐顶到变送器的外部支管中的蒸汽或液体，已知分别为干腿或湿腿）。
动态补偿密度后剩余的水平误差很小。随着密度误差消失，产生的水平精度主要取决于差压变送器本身的固有精度。这意味着合成水平误差与在没有密度变化的水平应用上使用传统单变量变送器时可能出现的误差大致相同。
补偿精度的精确值将根据几个条件而变化，包括罐高度和多变量变送器内压差和压力测量的测量跨度。
根据所选择的变送器，测量范围和一些次要因素，可以获得大约0.1％跨度的水平精度，这是液体和蒸汽密度的较大变化。这种精确度与上述丙烷和锅炉鼓应用中未补偿的精度形成鲜明对比。
用于密度补偿水平测量的多变量变送器的成功实施还要求安装和配置考虑开式和闭式（加压）罐，湿腿和干腿，罐和干腿的蒸汽密度校正，液体密度罐和湿腿的校正，罐内液体和每个外部湿腿（高压侧和低压侧）以及干腿中的液体的独立温度分配，使用时。

补偿液位
以下是丙烷存储业务（第一）和发电行业（第二）的两个应用示例。
丙烷储存容器是直径为12英尺（~3.5M）的水平圆筒。储存缸位于室外，并且在0至110°F（-25至65°C）的大气条件下。加上直接的太阳辐射可能会将温度升高到150°F。

带水平传感器的磁翻板液位计
磁翻板液位计使用多变量计算变送器的补偿液位的标称精度是水平的+/- 0.1％。为了说明使用多变量发射器进行密度补偿液位的好处，我们将首先检查在没有密度补偿的情况下使用传统单变量变送器时可能存在的液位误差。
在该应用中，单个可变d / p电池变送器的液位测量性能将来自差压和变送器（环境）温度的直接测量。假设包括：储罐温度，储罐压力和流体成分。

水平测量精度（或不确定性）预测将沿着这条逻辑线进行。
让我们假设对于特殊应用，在设计条件下，75°F，该水平测量精度为10mm或6/8英寸。然后我们可以检查由于液体和蒸汽密度变化而可能发生的磁翻板液位计测量误差的量。
环境可以在0-150°F之间变化，因此性能如下：
在10°F时，储存的液化石油气的密度为33.58磅/英尺3，使我们的二次误差为~10％或12.7英寸。
在100°F时，储存的液化石油气的密度为29.52磅/英尺3，使我们的二次误差为7％或7.8英寸。
在150°F时，储存的液化石油气的密度为26.18磅/英尺3，使我们的二次误差为31％或37.6英寸。
发电示例是75（75英寸，2米）锅炉鼓。滚筒处于饱和状态，通常在600 psig下运行。锅炉鼓压力可以从设定值加上或减去25 psig。此外，在启动期间，鼓压力接近大气压开始。
锅炉鼓和液位变送器
发电厂的锅炉鼓和液位变送器
在该应用中，单个可变d / p电池变送器的液位测量性能可以来自差压和变送器（环境）温度的直接测量。假设包括鼓压和隔离湿腿温度。
液位测量精度（或不确定度）计算的工作原理如下：
在参考条件下，600 psig，水平将精确到≈0.1英寸。
但是，在575或625 psig，水平将增加到1.1英寸或> 3％。
在启动或关闭期间 - 非常关键的时间 - 100 psig，水平将是3.1英寸关闭或> 9％的错误。
较后，使用流体静力，力或压力技术进行液位测量已经广泛使用了数十年。到目前为止，基于密度变化，液位测量要么是准确的，要么是昂贵的。现在，具有内部动态密度补偿的多变量发射器可以提供一种经济有效的手段，可以大大改善这种久经考验的真实水平测量技术。