摘 要:針對法蘭式差壓液位計(jì)在氨罐液位測量過程中,存在液氨密度受溫度、壓力的影響所帶來測量誤差,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，此測量方案在液氨測量過程中，在不增加成本的前提下，具有測量精度高、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)在氨罐液位測量過程中，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[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)處理必定會帶來測量誤差,嚴(yán)重的時(shí)候，由密度變化帶來的測量誤差達(dá)到1%以上，為精que測量氨罐液位，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，從而取得更高的測量精度。

 

2 、雙法蘭差壓式液位計(jì)在氨罐液位測量過程中的系統(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，液位測量精度包括：

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

 

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，所帶來的測量誤差可忽略不計(jì)，因此液氨液位測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的誤差。根據(jù)現(xiàn)在的制造水平，差壓變送器的測量誤差很小，因此，雙法蘭差壓式液位變送器的測量誤差主要取決于介質(zhì)密度的變化帶來的誤差。

 

3 液氨密度和壓力、溫度之間的關(guān)系

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

 

        根據(jù)（2）式可知，液氨密度和溫度之間呈非線性關(guān)系，在測量過程中，如果把液氨密度作為常數(shù)來處理，必然會帶來測量誤差。

 

4 液氨密度的溫度補(bǔ)償
        為減小測量誤差，提高測量精度，在測量過程中必須考慮對密度進(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)手冊確定 0—30℃范圍內(nèi)液氨溫度—密度對照表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表示某一溫度對應(yīng)的密度。假設(shè)溫度檢測儀表的測量范圍為0—50℃，3℃為量程的6%，其對應(yīng)的數(shù)值為0.06，按照表1 所示 3℃時(shí)，其對應(yīng)密度為 0.634451Kg/L。故輸入 X 為0.06時(shí)，對應(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應(yīng)的密度。即可得序號為0的折線表二維折線表。在生成折線表后,通過控制算法組態(tài)完成折線表組態(tài)如圖 3。圖 3 中 X 端輸入位號 TI_101.PV 表示液氨溫度傳感器在DCS主控卡中對應(yīng)輸入映像寄存單元，0折線表序號，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
        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的液位測量誤差。在實(shí)際應(yīng)用過程中，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，線性化效果會更好。此外，無論是常溫還是常壓下存藏，都可利用二維折線表對液氨密度進(jìn)行溫度補(bǔ)償。從測量的介質(zhì)來說，除液氨外，對于甲醇等密度易受溫度影響液體液位測量都可以采用二維折線表進(jìn)行密度補(bǔ)償。從成本的角度來說，在保障測量精度的基礎(chǔ)上，按照目前的市場行情，在相同的測量效果的情況下，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。