專利名稱：相變式低溫液位計的制作方法
技術領域：
本實用新型是一種低溫液位的測量裝置。
沸點低于環境溫度的低溫液體通常需要保存在絕熱保溫的容器中。為了測量低溫液體的液位，常用的方法是測量容器頂部和容器底部的壓力差，當容器中有液體時，容器底部的壓力就比容器頂部的壓力高，其壓力差等于低溫液體的液位高度乘以低溫液體的比重。這種方法的缺點是需要靈敏度很高的差壓計，尤其是在測量小型的低溫容器，或者低溫液體的比重比較小時很不方便。例如，一個容積為100升的臥式低溫容器，液體灌滿時液位高為35厘米，如果是液體氮，其比重為每立方厘米0.81克重，此時容器頂部和底部的壓力差僅有0.0028MPa，如果是液體甲烷，壓力差則僅為0.0015MPa，如采用小量程的精密壓差計，價格很高，如采用玻璃管壓差計，價格就比較便宜，例如國內儀表廠生產的UCF型低沸點液位計，就采用了玻璃管壓差計。但這種儀表用在運輸式的低溫液體儲槽上就很不方便，它結構復雜，尺寸大，容易損壞，此外，在運輸時或灌液時，液面波動，這種測量裝置就不夠準確。
本實用新型的目的是提供一種新的低溫液位測量裝置，它能簡化液位計的結構，避免采用容易損壞的玻璃管，測量時能夠消除液面波動的干擾，制造成本又比工業上的小量程精密壓差計低。
本實用新型的設計如圖所示，采用一根封閉的金屬管(1)，管內充滿了氣體(2)，該氣體的液化點應等于或高于被測低溫液體的沸點，為了方便起見，可以采用與被測低溫液體相同的工質。例如測量液氮的液位時，管內就充氮氣，測量液氫的液位時，管內就充氫氣。金屬管可以直接插入在被測的低溫液體中，也可以緊貼在低溫容器的內膽上，但不論怎樣安置，金屬管的低溫部分必須與被測低溫液體有良好的熱接觸。金屬管上裝有一個壓力計(3)，用來測量金屬管內氣體的壓力。其工作原理是，當低溫容器中有低溫液體時，金屬管的低溫部分內的氣體就被液化，因此金屬管內氣體的壓力就下降。低溫液體的液面越高，金屬管內的氣體就液化得越多，管內氣體的壓力也就越低。因為金屬管內氣體的液化需要一個過程，因此當液面波動時，金屬管內的壓力不會跟著變化，總是反映液面的平均值。低溫部分最好采用薄壁的細不銹鋼管，采用薄壁不銹鋼管的原因是盡量減少縱向漏熱，同時又能使橫向有較好的傳熱以保證插入低溫液體的金屬管內的那部分氣體能夠液化，采用細管的原因是盡量減少液化部分的容積，以便使室溫部分金屬管的容積不至于要做得很大。因此金屬管低溫部分可采用外徑為2至5毫米，壁厚為0.3至1毫米的不銹鋼管。如管子很細(例如2至3毫米直徑)可以把它固定在支撐物(4)上，支撐物可以是管子，也可以是玻璃鋼或膠木棒，還可以借助于容器中的隔板(如圖)，或者直接固定在容器內膽的壁上。金屬管的室溫部分可以做得粗一些，根據要求，如果室溫部分管道較長，其容積和充氣壓力計算結果使得當金屬管低溫部分的氣體全部液化時，金屬管內的壓力也不會出現負壓，則在室溫部分不需要再裝貯氣筒。否則，可以在室溫部分增加一個貯氣筒(5)，貯氣筒的容積和充氣壓力的計算見下面的設計舉例。其設計原則是，金屬管在低溫部分內的氣體全部液化時，金屬管內的壓力不會出現負壓。壓力計(3)可以采用普通的壓力表，也可以用壓力傳感器，整個測量裝置的接口盡量用焊接，少用或不采用活接頭，以避免泄漏。
本實用新型只有一個壓力表和一根封閉的金屬管，沒有任何閥門，所以結構非常簡單，它測量的是管內的壓力而不是測量壓力差.因此只需要用常規的壓力表，而不需要用價格昂貴的精密壓差計，降低了制造成本，同時它又避免了使用玻璃管差壓計，提高了可靠性，尤其是使用在運輸式的低溫容器上時，它可以避免液面波動對測量的干擾。
設計計算舉例一個臥式液體甲烷容器，內膽直徑為35厘米，液體甲烷液面最高為30厘米，金屬管低溫部分采用內徑D1＝0.2厘米的不銹鋼管，長L1＝30厘米，室溫部分用內徑D2＝0.2厘米的銅管，室溫部分和壓力表的總容積為V2＝10立方厘米，內充氣體甲烷，充氣壓力P0＝0.4MPa(絕壓)，容器裝滿液體時液位計壓力變為P1＝0.1MPa(絕壓)。一定質量的液體甲烷轉變為標準狀況下的氣體，其體積比A＝591(標準狀況下壓力為Pa＝0.1MPa)。
計算出貯氣筒的容積1.低溫部分的容積V1＝(π/4)×D12×L1＝(3.14/4)×0.22×30＝0.9420(立方厘米)2.低溫部分容積內的氣體全部液化所需補充的氣體V3＝V1×A－V1×(P0/Pa)＝0.9420×591－0.9420×4＝552.954(立方厘米)3.貯氣筒容積V＝[V3－V2×(P0/Pa－P1/Pa)]/(P0/Pa－P1/Pa)＝(552.954－10×3)/3＝174.32(立方厘米)4.設貯氣筒內徑D＝3厘米，則貯氣筒長度L＝4×V/(π×D2)
＝4×174.32/(3.14×32)＝24.67(厘米)液位計制造完成以后，在測量液位時，不同的液位高度將對應于不同的壓力，其對應關系可以參照上述的計算方法算出，也可以用容器稱重的方法來進行標定。
權利要求1.一種低溫液位測量裝置，本實用新型的特征是采用了封閉的金屬管(1)，管內充滿了氣體(2)，該氣體的液化點等于或高于被測低溫液體的沸點，金屬管上裝有壓力計(3)，用來測量管內氣體的壓力。
2.按權利要求1，所規定的低溫液體測量裝置，其特征是金屬管在低溫部分為不銹鋼細管，管直徑(外徑)為2毫米至5毫米，壁厚為0.3毫米至1毫米，并固定在支撐物(4)上。
3.按權利要求1，規定的低溫液位測量裝置，其特征是金屬管在常溫部分的管道容積比低溫部分大。
4.按權利要求1，規定的低溫液位測量裝置，其特征是金屬管在常溫部分的管道上裝有一個貯氣筒(5)。
專利摘要相變式低溫液位計是一種低溫液位測量裝置。本實用新型提供了一種結構簡單、重復性好、用來測量沸點低于環境溫度的低溫液體的液位的測量計。其主要特征是采用了封閉的金屬管，管內充滿了氣體，該氣體的液化點等于或高于被測低溫液體的沸點，金屬管上裝有壓力表或壓力傳感器。測量時金屬管內的部分氣體被液化，被測低溫液體的液位越高，金屬管內的氣體被液化得就越多，壓力表測出的管內的壓力就越低。
文檔編號G01F23/14GK2225021SQ9420948
公開日1996年4月17日 申請日期1994年5月5日 優先權日1994年5月5日
發明者王文川, 楊克劍, 陳如棠, 遲誠 申請人:北京科陽氣體液化技術聯合公司