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常用水箱液位計的基本原理、特點和應用選型

日期：2017-08-09 來源：華北電力設計院工程有限公司作者：劉長才

摘要介紹了水箱計量的目的、方法，以及水箱常用水箱液位計的基本原理、特點和應用場合。根據(jù)不同液位計的性能特點提出了液位計的選型原則。

水箱是各企業(yè)普遍使用的儲存設備，管理人員須對儲罐內(nèi)儲存的物料進行監(jiān)控，掌握其液位、儲量和質(zhì)量等重要數(shù)據(jù)，以進行有效的管理。儲罐的液位計量十分重要，合理的液位可保證儲罐安全、可靠、高效地運行。管理人員都希望找到一種既價格便宜、使用壽命長、使用維護方便，又能滿足精度要求的實時在線測量裝置。

國內(nèi)外的許多研究機構一直致力于液位計的研究，研制出了多種類型的液位計，從zui初的浮球式，到磁翻板、差壓式、超聲波及雷達液位計等，但液位計的價格也節(jié)節(jié)攀升。設計人員應根據(jù)各種液位計的特點、用戶的要求和經(jīng)濟性，合理選用液位計，達到zui佳的性價比。

1 概述

1.1 液位計分類

按儲罐液位測量原理來分類：有直接式液位測量儀表、差壓式液位測量儀表、浮力式液位測量儀表、電氣式液位測量儀表、超聲波式液位測量儀表、雷達液位測量儀表、放射性液位測量儀表等。根據(jù)測量的介質(zhì)特性來分類：常用的液位計有重錘浮球式液位計、磁翻板液位計、雷達液位計、超聲波液位計、差壓液位計等。

1.2 測量方法的選擇依據(jù)

通常根據(jù)測量要求來選擇液位測量方法。測量要求一般有以下幾方面：

（ 1 ）測量范圍、需要的精度及測量功能；

（ 2 ）測量儀所處的環(huán)境；

（ 3 ）被測介質(zhì)的物理化學性質(zhì)和狀態(tài)，如強酸、強堿、易凝固結(jié)晶和黏稠性、氣化性等；

（ 4 ）操作條件的變化，如介質(zhì)溫度、壓力、濃度的變化等；

（ 5 ）被測對象容器的結(jié)構、形狀、尺寸、容器內(nèi)的設備附件及各種進出料口等。

選擇測量方法時，要注意以下幾點：

（ 1 ）工程儀表選型要有統(tǒng)一的考慮，盡可能減少品種規(guī)格，減少備品備件；

（ 2 ）工藝轉(zhuǎn)力商的具體要求；

（ 3 ）實際的工藝情況。

2 電廠常見液位計的性能特點

2.1 重錘浮球式液位計

重錘浮球式液位計是利用物體在液體中浮力的原理來實現(xiàn)液位測量。這種液位計國外從 20 世紀30 年代就開始使用，至今仍有比較高的市場占有率。

重錘浮球式液位計主要技術指標：

測量范圍： 0~20 m ；

精度： ±10 mm 。

重錘浮球式液位計特點：

（ 1 ）結(jié)構簡單，觀測直觀。

（ 2 ）精度不高，只能做工業(yè)測量用。

（ 3 ）由于浮球隨著液位波動，對液位測量有一定誤差。適用于常壓儲罐，不適用于帶壓儲罐的液位測量。外浮頂罐也不宜采用此種液位計，因為容易受到風的影響，使指針不停擺動，導致指示不穩(wěn)定。

2.2 磁翻板液位計

磁翻板液位計根據(jù)浮力原理和磁性耦合作用研制而成。當儲罐中的液位升降時，液位計本體管中的磁性浮子也隨之升降，浮子內(nèi)的永久磁鐵通過磁耦合傳遞到磁翻柱指示器，驅(qū)動紅、白翻柱翻轉(zhuǎn)180° ，當液位上升時翻柱由白色轉(zhuǎn)變?yōu)榧t色，當液位下降時翻柱由紅色轉(zhuǎn)變?yōu)榘咨?指示器的紅白交界處為容器內(nèi)部液位的實際高度，從而實現(xiàn)液位清晰的指示。也可在本體管上加裝磁性開關或遠傳變送器，輸出開關信號或模擬量信號。

磁翻板液位計主要技術指標：

測量范圍： 0.30~10m ；6m-10m之間可以采用一根式或者分段式，大于10m的建議使用分段式。

精度： ±10 mm （就地指示型）。

磁翻板液位計特點：

（ 1 ）適用于高溫、高壓和腐蝕性等場合，可就地顯示和遠程控制。本體管采用無縫鋼管，連接管處采用拉孔焊接，內(nèi)部無劃痕。安裝方式可選擇側(cè)裝和頂裝，本體下端密封。

（ 2 ）指示新穎、醒目，測量范圍比較大。

2.3 雷達液位計

雷達液位計是利用超高頻電磁波經(jīng)天線向被測容器的液面發(fā)射，當電磁波碰到液面后反射回來，儀表檢測出發(fā)射波及回波的時差，從而計算出液面高度。

雷達液位計主要技術指標：

測量范圍： 0~40 m ；

精度： ±1 mm 。

雷達液位計特點：

（ 1 ）適用于大型立罐和球罐等測量。

（ 2 ）儀表精度分為工業(yè)測量級和計量級精度，可滿足不同測量和計量的要求。安裝簡單，但其下方不得存在遮擋物體，否則會影響微波的發(fā)射和接收，通常安裝在罐頂，價格高。

（ 3 ）被測介質(zhì)的相對介電常數(shù)、液位的湍流狀態(tài)、介質(zhì)中氣泡的大小，均會對測量結(jié)果產(chǎn)生影響。

2.4 超聲波液位計

采用超聲波測量液位的方法很多，如脈沖回波法、共振法、頻差法以及聲衰減法等，其中應用較廣泛的是脈沖回波法。脈沖回波法的基本工作原理

是：聲波換能器由脈沖信號激勵發(fā)出超聲波，超聲波通過介質(zhì)傳播到達液面，形成反射波，反射波再經(jīng)介質(zhì)傳播返回到換能器，換能器把聲信號轉(zhuǎn)換成電信號，由二次儀表測出從發(fā)射聲波到接收到信號所需的時間，再根據(jù)超聲波在介質(zhì)中傳播速度和換能器的安裝高度，計算出液位高度。

超聲波液位計主要技術指標：

測量范圍： 0~50 m ；

精度： ±1 mm 。

超聲波液位計特點：

（ 1 ）適用于液體、顆粒狀、粉狀物料以及黏稠性的、有毒的物料的料位測量。

（ 2 ）對腐蝕性介質(zhì)考慮選用防腐探頭。

（ 3 ）可用于壓力容器和常壓容器。

（ 4 ）不宜用于溫度變化較大的工藝過程。

（ 5 ）不適合揮發(fā)性很強的石油產(chǎn)品液位測量，液體表面的懸浮物及泡沫會影響聲波的反射強度。

（ 6 ）真空系統(tǒng)的儲罐不能用超聲波液位計。

2.5 差壓液位計

壓強可以用液位高度和液體密度的乘積來表示。差壓液位計就是通過測量壓強來得到液位的。此外，還可測量介質(zhì)的質(zhì)量、體積和密度。早期由于靜壓變送器的測量精度比較低，受環(huán)境溫度影響比較大，所以差壓液位計并未被廣泛采用。近些年由于變送器和計算機技術的發(fā)展，差壓液位計受到了一定程度的歡迎。