引言

           液位計是安裝在容器上能夠自動連續(xù)測量液體高度(空高或液面高度)的儀表。相比于鋼帶液位計，目前的液位計已經(jīng)無需人員的干預(yù)，能夠完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)顯示和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸，即所謂的自動類型液位計。對于儲罐用的液位計由于其應(yīng)用領(lǐng)域的特殊性，國際建議OIML R85對其計量準(zhǔn)確度、安全性、電磁兼容等方面也提出了具體的要求¨J。因此，對于儲罐用自動液位計，制定一套客觀的、與國際接軌的評價體系極為重要。本文將對儲罐用自動類型液位計進(jìn)行一個比較客觀的介紹，以便對廣大科研人員、生產(chǎn)廠商和用戶有一定的借鑒作用。儲罐用自動類型液位計通常由液位傳感器、變送器和顯示裝置三部分組成，通過接觸式或非接觸式液位傳感器探測(空高或液面高度)的液位變化情況，經(jīng)變送器轉(zhuǎn)換成與液位對應(yīng)的數(shù)字或模擬信號，由顯示裝置直接顯示液位的過程，并可將液位及其他相關(guān)信息進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸。

 

1        液位計的分類

           依據(jù)液位計的傳感器與被測液體表面是否接觸，可以分為接觸式液位計和非接觸式液位計，二者也適用于不同的場合．接觸式液位計一般不適用于測量腐蝕性或者粘度系數(shù)較大的液體。市場上常見的接觸式液位計主要有伺服液位計、磁致伸縮液位計等。常見的非接觸式液位計主要有雷達(dá)液位計、超聲液位計等。

 

           依據(jù)測量原理，液位計可以分為模擬讀數(shù)類、力學(xué)原理類、電特性類、輻射類等，伺服液位計和磁致伸縮液位計屬于比較典型的力學(xué)原理類液位計，而雷達(dá)液位計則屬于輻射類液位計。

 

           依據(jù)是否連續(xù)測量液位，可將液位計分為開關(guān)類液位計和連續(xù)測量類液位計。開關(guān)類液位計一般適用于不需要連續(xù)測量液位，只需要在特定的液位點(diǎn)(例如高低限位值)發(fā)出聲光信號的液位計。音叉液位計即為一種比較常見的開關(guān)式液位計，它的主要原理是當(dāng)音叉浸入液體或處于干燥狀態(tài)時，通過內(nèi)部的壓電晶體振動頻率變化探測出指定位置是否被液體浸沒，從而觸發(fā)聲光報警。

 

           依據(jù)是否為智能化儀表，可將液位計分為智能液位計和非智能液位計。相比于非智能液位計，智能液位計采用更加xianjin的采集技術(shù)、處理技術(shù)，并能夠?qū)?nèi)部故障進(jìn)行診斷、處理或報警，可靠程度、可維護(hù)性更高。比如常見的智能伺服液位計，可以通過現(xiàn)場采集的溫度、壓力等數(shù)據(jù)，對測得的液位進(jìn)行補(bǔ)償，得到更為準(zhǔn)確的液位值。

 

           依據(jù)準(zhǔn)確度的高低，可以將液位計分為計量級液位計和過程控制級液位計兩類。計量級液位計精度約±1mm左右。過程控制級精度相對較低，用戶可以根據(jù)實際需要進(jìn)行選擇。

 

           依據(jù)測量原理進(jìn)行分類，可以將液位計分為測空高型液位計和測實高型液位計。對于一座大型儲罐，內(nèi)部液體所浸沒的高度為實高，氣相部分占有的高度為空高。以雷達(dá)液位計為例，由于其利用電磁波測量雷達(dá)頭到液面的高度，本質(zhì)上為測空高型液位計。

 

           依據(jù)是否具有防爆特性，可以將液位計分為防爆型液位計和普通型液位計。對于儲罐用液位計而言，由于其應(yīng)用場合的特殊性，必須選用防爆液位計。

 

           上述幾種分類也從另外一種角度給出了選擇液位計時，用戶需要進(jìn)行考慮的不同需求和角度，從而將需求進(jìn)行疊加，選擇適用于特定場合的液位計。

 

2         液位計的主要輸出方式

           液位計的輸出方式主要有現(xiàn)場顯示、遠(yuǎn)程傳輸兩種輸出方式。現(xiàn)場顯示通常顯示液位計測量的空高和實高值。而遠(yuǎn)程傳輸類液位計除了能夠?qū)⒁何恍畔⑦M(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸外，還可以將異常信息、附加參數(shù)信息進(jìn)行傳輸。

 

           現(xiàn)場顯示的液位計由于安裝位置位于儲罐頂部，不方便維護(hù)巡檢人員進(jìn)行實時的查看和記錄。而隨著技術(shù)的發(fā)展和DCS系統(tǒng)的發(fā)展，帶有遠(yuǎn)程傳輸功能的液位計市場占有率逐年增加。通過按照一定的傳輸協(xié)議和硬件采集模塊，可方便地將罐區(qū)的各種儀表參數(shù)傳輸?shù)紻CS系統(tǒng)，從而為遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)監(jiān)控和收發(fā)作業(yè)提供數(shù)據(jù)參考。

 

           目前，絕大多數(shù)的液位計采用兩線制4～20mAHart協(xié)議遠(yuǎn)程接入PLC或DCS系統(tǒng)，也有部分儀表采用MODBUS總線協(xié)議。

 

3幾種典型的儲罐用自動液位計

3．1  伺服液位計

           伺服液位計具有智能性、高精度等優(yōu)點(diǎn)。從前文的分類角度而言，伺服液位計屬于接觸式、力學(xué)原理類的智能液位計。它的工作原理是基于浮力平衡原理，由微型伺服電機(jī)連接細(xì)鋼絲驅(qū)動體積較小的浮子，形成一個閉環(huán)反饋系統(tǒng)，如圖1所示。當(dāng)液位計工作時，浮子自身產(chǎn)生的重力作用于細(xì)鋼絲上，在外輪鼓產(chǎn)生力矩，從而引起磁通量的變化，磁通量的變化將導(dǎo)致電磁傳感器的輸出電壓信號發(fā)生變化。將電壓值與存儲于CPU中的參考電壓進(jìn)行比較，當(dāng)達(dá)到浮力平衡時，電壓差值為零。此時測量纏繞在輪鼓上細(xì)鋼絲所經(jīng)歷的長度變化，得出液位變化情況，由于輪鼓對鋼絲的測量分辨率很小，從而使得伺服液位計能夠達(dá)到±1mm左右的精確度。

           根據(jù)伺服液位計的工作原理和測量特性，在條件允許的情況下，將浮子的整個行程安裝在導(dǎo)波管內(nèi)，可對伺服液位計的測量精度的保持起到非常重要的作用。

 

3．2  雷達(dá)液位計

           雷達(dá)液位計具有無可動部件、精度高、工作穩(wěn)定、高可靠性、低故障率、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。雷達(dá)液位計主要由發(fā)射裝置、接收裝置、信號處理器、天線、顯示裝置等部分組成。根據(jù)測量原理，可以分為時差式和頻差式。時差式是利用超高頻電磁波經(jīng)天線向被探測容器的液面發(fā)射，并接收反射回來的電磁波。根據(jù)發(fā)射波和接收波的時差以及電磁波的傳輸速度計算出液面的空高，從而根據(jù)容器高度得出液面實高。頻差式是測量發(fā)射波和反射波之間的頻率差，并將頻率差轉(zhuǎn)換為與被測量液位成比例關(guān)系的電信號。

 

           根據(jù)雷達(dá)液位計的工作原理，雷達(dá)液位計適用范圍較廣，特別是在易燃、易爆、強(qiáng)腐蝕性、高溫、粘稠性液體等被測介質(zhì)方面有其顯著的優(yōu)勢。同時，為了應(yīng)對不同的測量介質(zhì)，雷達(dá)液位計也具有不同外形的天線，比如喇叭口式、拋物線式、桿式等天線類型，如圖2所示。其中喇叭口式天線適用范圍zui廣，只是不適用于測量腐蝕性介質(zhì)。拋物線式天線特別適用于具有加熱蒸汽的容器液位測量。而桿式天線則特別適用于測量腐蝕性介質(zhì)。

3.3     磁致伸縮液位計

           磁致伸縮液位計是根據(jù)磁致伸縮原理進(jìn)行工作的液位計，具體工作原理：在非磁性的波導(dǎo)管內(nèi)安裝一根磁致波導(dǎo)線，波導(dǎo)管外部安裝有隨液面進(jìn)行上下運(yùn)動的磁性浮子，在磁致波導(dǎo)線的其中一端裝有壓磁傳感器，傳感器在每個時間單位發(fā)出一定數(shù)量的電流脈沖信號，此信號沿著磁致波導(dǎo)線向下傳送，從而產(chǎn)生一個向下運(yùn)動的磁環(huán)磁場，該磁環(huán)磁場同磁性浮子的磁場相互作用，從而產(chǎn)生一個脈沖磁場，脈沖以已知速度沿磁致波導(dǎo)線運(yùn)動，并被壓磁傳感器接收，通過計算起始電流脈沖和返回脈沖的時間間隔得出浮子的位置，如圖3所示。

           根據(jù)測量介質(zhì)特性的不同，可以在波導(dǎo)管上安裝多個磁性浮子，從而可以同時測量多個液位。例如可以同時測量儲罐內(nèi)的油位和水位。

 

           按測桿結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類，具有剛性波導(dǎo)管和柔性波導(dǎo)管兩種類型。一般情況下，當(dāng)測量對象高度小于5m時，建議選用剛性測桿；當(dāng)測量對象高度較高時，可選用柔性測桿。

           三種市場上常見液位計的主要特性如表1所示。

 

4        結(jié)語

           本文較全面地對液位計的分類方式、不同類型液位計的優(yōu)缺點(diǎn)、主要輸出方式進(jìn)行了概述。同時介紹了伺服液位計、雷達(dá)液位計、磁致伸縮液位計的測量原理、優(yōu)缺點(diǎn)等，希望對液位計的使用單位和相關(guān)人員在液位計選型、El常使用、維護(hù)保養(yǎng)等方面有一定的借鑒作用。

 

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