儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)液位計(jì)的選擇

油品儲(chǔ)罐的液位測(cè)量?jī)x表種類較多，精度不一，從測(cè)量技術(shù)上看，有差壓式、機(jī)械式、浮子鋼帶式、電容式、電位差式、阻抗式等。液位計(jì)的型式有雷達(dá)液位計(jì)、伺服液位計(jì)、磁致伸縮液位計(jì)、鋼帶液位計(jì)、單/雙法蘭液位變送器、電容式物位計(jì)、投入式液位計(jì)等。下面將對(duì)前4種液位計(jì)進(jìn)行簡(jiǎn)單敘述。

1.1雷達(dá)液位計(jì)http://www.koeyb.com

 雷達(dá)液位計(jì)為非接觸測(cè)量，沒(méi)有移動(dòng)部件，采用反射一發(fā)射一接收的工作模式?？坷走_(dá)天線發(fā)射電磁波測(cè)量液位。雷達(dá)液位計(jì)測(cè)量分為脈沖型和調(diào)頻連續(xù)波型。

脈沖測(cè)量原理:液位計(jì)天線向液面發(fā)送脈沖微波，頻率約6GHz，持續(xù)時(shí)間約0.8ns，然后暫停278ns。這個(gè)脈沖微波以光速在空間傳播，碰到被測(cè)介質(zhì)表面，其部分能量被反射回來(lái)，被天線接收，發(fā)射脈沖與接收脈沖的時(shí)間間隔與天線到被測(cè)介質(zhì)表面的距離成正比。發(fā)射脈沖與接收脈沖的時(shí)間間隔非常小，一般采用時(shí)間拓展技術(shù)，并采用多次測(cè)量求平均的方法求得zui后結(jié)果。這種測(cè)量技術(shù)決定了其測(cè)量精度一般為5- 1 Omm o

 調(diào)頻連續(xù)波測(cè)量原理二液位計(jì)天線向液面發(fā)射約為l OGHz的微波信號(hào)，微波信號(hào)連續(xù)地改變頻率。當(dāng)微波信號(hào)向下傳播到液體表面而又返回天線時(shí)，與此時(shí)正發(fā)射的微波信號(hào)混合。被發(fā)射信號(hào)的頻率在與回波信號(hào)相遇后向下傳播到液體表面并再返回所用時(shí)間已稍有變化。當(dāng)被發(fā)射的與被接收的信號(hào)混合時(shí)，其結(jié)果是產(chǎn)生一個(gè)正比于天線至液體表面的低頻信號(hào)。根據(jù)這一信號(hào)計(jì)算出天線至液體表面的位置。

 調(diào)頻連續(xù)波測(cè)量技術(shù)可提供高精度的液位測(cè)量，精度低于lmm

2伺服液位計(jì)

  伺服液位測(cè)量是基于浮力平衡的原理，如圖1所圖l

  由微伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)體積較小的浮子，使其地測(cè)出液體液位。測(cè)量浮子通過(guò)測(cè)量鋼絲被懸掛在儀表外殼內(nèi)，測(cè)量鋼絲纏繞在精密加工過(guò)的輪鼓上。由磁藕力矩驅(qū)動(dòng)輪鼓，輪鼓與電氣部分被儀表外殼*隔離。外磁鐵固定在輪鼓內(nèi)，并與固定在驅(qū)動(dòng)電機(jī)上的內(nèi)磁鐵藕合在一起。當(dāng)內(nèi)磁鐵旋轉(zhuǎn)，通過(guò)磁藕力矩的作用引起外磁鐵旋轉(zhuǎn)，從而使輪鼓整體轉(zhuǎn)動(dòng)。

  浮子作用在鋼絲上的重力在外磁鐵上產(chǎn)生力矩，從而引起磁通量的變化。輪鼓組件間的磁通量變化通過(guò)內(nèi)磁鐵上的電磁傳感器進(jìn)行檢測(cè)。驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)輪鼓，使得磁通量變化引起的電壓與操作命令給出的參考電壓相等，當(dāng)浮子下降接觸液面時(shí)，受浮力的作用，浮子的重量減小，引起磁藕力矩改變，檢測(cè)元件檢測(cè)出該信號(hào)所代表的浮子位置，將其送入電機(jī)控制回路。當(dāng)液位上升或下降，浮子的位置通過(guò)電機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)，通過(guò)測(cè)量輪鼓的旋轉(zhuǎn)可地計(jì)算出液位值，精度可達(dá)0.75~以上。

1.3磁致伸縮液位計(jì)

  磁致伸縮技術(shù)原理是利用2個(gè)不同磁場(chǎng)相交產(chǎn)生一個(gè)應(yīng)變脈沖，然后計(jì)算這個(gè)信號(hào)被探測(cè)所需的時(shí)間周期，從而換算出準(zhǔn)確的位置，如圖2所示。

  磁致伸縮液位計(jì)由電子頭（內(nèi)裝有測(cè)量與輸出的電子模塊）、探測(cè)桿、浮子3部分組成。探桿由3條同軸的圓管組成:外管由防腐蝕材料制成，提供保護(hù)作用;中間的圓管裝配有一個(gè)或多個(gè)數(shù)字測(cè)溫傳感器;zui中心的是導(dǎo)波管，其內(nèi)部是由磁致伸縮材料構(gòu)成的波導(dǎo)絲。在探測(cè)桿外配有內(nèi)含磁鐵隨液位變化的浮子。

  在進(jìn)行液位測(cè)量時(shí)，電子頭中的脈沖發(fā)生器首先在磁致伸縮導(dǎo)波管上施加一個(gè)電脈沖信號(hào)，此電脈沖同時(shí)伴隨一個(gè)環(huán)形磁場(chǎng)，以光速沿磁致伸縮導(dǎo)波管向下傳遞。該扭轉(zhuǎn)波沿導(dǎo)波管以超聲波的形式回傳到傳感頭中的感應(yīng)線圈時(shí)，將轉(zhuǎn)換成橫向應(yīng)力。根據(jù)磁效應(yīng)原理，磁致伸縮材料發(fā)生物理變形時(shí)，會(huì)在磁致伸縮材料內(nèi)引起磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化，因此，通過(guò)傳感器線圈的磁通將發(fā)生變化，在傳感線圈兩端將產(chǎn)生一個(gè)可以被檢測(cè)到的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。根據(jù)通過(guò)從發(fā)射脈沖的一刻到檢測(cè)到感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的時(shí)間差，便能地計(jì)算出浮子的位置（即液面）。

1.4鋼帶液位計(jì)

  鋼帶液位計(jì)屬于機(jī)械式液位計(jì)。是基于力平衡原理測(cè)量的。測(cè)量原理簡(jiǎn)單。主要由浮子、測(cè)量鋼帶（信息碼帶）、鋼帶導(dǎo)向滑輪、平衡重錘、變送單元等組成。

  當(dāng)罐內(nèi)液體處于某一液位時(shí)，重錘重量W1，平衡重錘重量W2，浮子所受浮力F，三力處于平衡狀態(tài)（W 1-F=W2 ）。當(dāng)液位上升時(shí)，浮標(biāo)所受浮力F增大，三力失去平衡，在平衡重錘重量W2的作用下，浮標(biāo)、信息碼帶與液位同步上升，這時(shí)變送器將信息碼帶上的光碼讀出，經(jīng)光電變送器轉(zhuǎn)換位電信號(hào)。同理，當(dāng)液位下降時(shí)，浮標(biāo)所受浮力F減小三力失去平衡，在平衡重錘重量W2的作用下，信息碼帶與液位同步下降。

  近年來(lái)將鋼帶液位計(jì)與光電式液位變送器設(shè)計(jì)一體，機(jī)電部分采用磁禍合結(jié)構(gòu)，電路部分與被測(cè)介質(zhì)*隔離。磁藕合裝置傳遞的液位信號(hào)通過(guò)光電傳感器無(wú)接觸式碼盤讀取，實(shí)時(shí)獲取液位值。它是鋼帶液位計(jì)的改進(jìn)和發(fā)展，利用總線通訊方式，將液位、溫度信號(hào)集成傳輸。鋼帶液位計(jì)的zui高測(cè)量精度可做到士2mm 。

2適用范圍

2.1雷達(dá)液位計(jì)

  雷達(dá)液位計(jì)為非接觸式液位計(jì)，無(wú)可動(dòng)部件，拱頂罐且介質(zhì)較粘稠、有腐蝕的情況。原油、重質(zhì)油、瀝青等液位測(cè)量多選用雷達(dá)液位計(jì)拖鏈電纜。

  由于雷達(dá)液位計(jì)靠電磁波的反射來(lái)測(cè)量液位。電磁波在液位表面反射時(shí)，信號(hào)會(huì)衰減，當(dāng)信號(hào)衰減過(guò)大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致雷達(dá)液位計(jì)無(wú)法檢測(cè)到足夠的電磁波信號(hào)。導(dǎo)電介質(zhì)介電常數(shù)一般較大，能很好地反射電磁波，但對(duì)于非導(dǎo)電介質(zhì)，或?qū)щ娦阅茌^差的介質(zhì)，由于介電常數(shù)很小，電磁波信號(hào)較弱，測(cè)量效果會(huì)受到影響。所以在進(jìn)行雷達(dá)液位計(jì)選型時(shí)要充分考慮被測(cè)介質(zhì)的介電常數(shù)。對(duì)于輕質(zhì)油品和化工品等，一般介電常數(shù)較小，在工藝過(guò)程需要高精度測(cè)量液位時(shí)，需慎用雷達(dá)液位計(jì)。另外，某些介質(zhì)揮發(fā)形成的霧會(huì)附著在天線上，也會(huì)對(duì)雷達(dá)液位計(jì)的測(cè)量造成影響。

2.2伺服液位計(jì)

  由于伺服液位計(jì)也是基于浮力平衡的原理，可以說(shuō)它是鋼帶液位計(jì)的替代產(chǎn)品。由于它是通過(guò)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)鋼絲帶動(dòng)浮子隨液面升降，所以只要被測(cè)液體不粘稠、不掛料，伺服液位計(jì)都可以測(cè)量。伺服液位計(jì)在測(cè)量過(guò)程中不會(huì)受到諸如介質(zhì)介電常數(shù)、揮發(fā)等特性的影響。但對(duì)于原油、重質(zhì)油、瀝青等粘度大的液體，溫度較低時(shí)，介質(zhì)會(huì)粘附在浮子上，不適合選擇伺服液位計(jì)。另外，伺服液位計(jì)測(cè)量精度很高（0.75mm），所以價(jià)格也較高。

2.3磁致伸縮液位計(jì)

  磁致伸縮液位計(jì)的適用范圍及測(cè)量精度與伺服液位計(jì)相似，其測(cè)量精度甚至高于伺服液位計(jì)。但由于浮子內(nèi)含有磁鐵，磁鐵的磁性會(huì)對(duì)測(cè)量效果產(chǎn)生很大影響。

2.4鋼帶液位計(jì)

  同以上3種液位計(jì)比較，鋼帶液位計(jì)測(cè)量原理zui簡(jiǎn)單，是zui早成功用于液位測(cè)量的液位計(jì)之一。它是一種機(jī)械式液位計(jì)。早期的鋼帶液位計(jì)無(wú)遠(yuǎn)傳機(jī)構(gòu)。漸漸研制出了二次表。目前，總線制信號(hào)傳輸?shù)碾娮邮戒搸б何挥?jì)也投入了使用。鋼帶液位計(jì)適用的介質(zhì)范圍為不粘稠、不掛料，由于鋼帶液位計(jì)需由兩條導(dǎo)向鋼絲固定，所以它不適用于浮頂罐安裝。鋼帶液位計(jì)的測(cè)量精度較上述3種液位計(jì)的測(cè)量精度要低一些。由于鋼帶液位計(jì)有就地型儀表，所以廣泛應(yīng)用于對(duì)測(cè)量精度要求不高或不需要遠(yuǎn)傳、不設(shè)控制室的場(chǎng)合。

3多參數(shù)測(cè)量功能

  除鋼帶液位計(jì)外，上述其它3種儀表均具備多參數(shù)測(cè)量功能。通過(guò)罐旁指示儀（罐旁數(shù)據(jù)采集單元），可匯集液位、溫度（單點(diǎn)或多點(diǎn)平均溫度）、罐底水位（通過(guò)電容探頭測(cè)量）、儲(chǔ)罐凈壓力等參數(shù)。通過(guò)溫度和壓力的補(bǔ)償修正，可連續(xù)地在線計(jì)算被測(cè)產(chǎn)品的密度。利用罐容表，可進(jìn)行儲(chǔ)罐容量計(jì)算。新型光電式鋼帶液位計(jì)可同時(shí)進(jìn)行溫度測(cè)量。通過(guò)罐旁變送器完成液位和溫度的采集和傳輸。

  上述4種液位計(jì)均具備總線信號(hào)傳輸功能。液位計(jì)現(xiàn)場(chǎng)總線傳輸?shù)男盘?hào)在控制室經(jīng)總線模塊轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的總線協(xié)議，如RS232, RS485等，輸出至獨(dú)立的液位計(jì)量系統(tǒng)或其它控制系統(tǒng)。圖3為SAAB雷達(dá)液位測(cè)量系統(tǒng)為例，顯示儲(chǔ)罐液位多參數(shù)測(cè)量的基本聯(lián)絡(luò)方式。

4安裝要求

  上述4種液位計(jì)均為罐頂安裝。除鋼帶液位計(jì)外，當(dāng)儲(chǔ)罐為內(nèi)或外浮頂式儲(chǔ)罐時(shí)，浮盤會(huì)隨著液位的上下移動(dòng)而升降。對(duì)于伺服液位計(jì)和磁浮子液位計(jì)，需要安裝導(dǎo)向柱。浮頂儲(chǔ)罐浮盤的導(dǎo)向柱一般為DN200，所以在浮盤的導(dǎo)向柱上均勻地開小孔，可同時(shí)做伺服液位計(jì)和磁浮子液位計(jì)的導(dǎo)向柱使用。對(duì)于雷達(dá)液位計(jì)，導(dǎo)向柱稱為導(dǎo)波管，若不采用導(dǎo)波管，則液位計(jì)反射的是浮盤表面至天線的距離。所以，若要測(cè)量液位，需要安裝的導(dǎo)波管，而且液位計(jì)天線需要采用導(dǎo)波管型天線;即錐形和陣列型（液化石油氣/液化天然氣）天線。鋼帶液位計(jì)則不適用于浮頂式儲(chǔ)罐。

54種液位計(jì)基本性能比較，（如表，所示）圖3均為固定法蘭安裝方式。

  由于雷達(dá)液位計(jì)靠波的反射來(lái)傳遞液面高度。天線一般為喇叭口型、拋物線型或針型等，所以液位計(jì)與儲(chǔ)罐的側(cè)壁之間有安裝距離要求，一般不低于lm對(duì)于球型儲(chǔ)罐，由于罐壁呈球狀，不垂直，所以雷達(dá)液位計(jì)需安裝在導(dǎo)波管內(nèi)。必須保證液位計(jì)天線的軸線與液位的反射表面垂直。當(dāng)儲(chǔ)罐為立式拱頂式罐時(shí)，4種液位計(jì)的安裝zui簡(jiǎn)便，罐內(nèi)不需任何保護(hù)附件。

6結(jié)束語(yǔ)

 儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)液位計(jì)的選擇要綜合考慮儲(chǔ)存介質(zhì)條件、儲(chǔ)罐形式、測(cè)量精度要求、投資要求、用戶習(xí)慣等多方面因素。根據(jù)以上對(duì)幾種常用液位計(jì)的簡(jiǎn)單介紹，期待能為相關(guān)技術(shù)人員提供選型借鑒。

差壓變送器：http://www.koeyb.com/chayabiansongqi/

壓力控制器：http://www.koeyb.com/yalikongzhiqi/

校驗(yàn)儀表：http://www.koeyb.com/biaozhunyibiao/

壓力表：http://www.koeyb.com/yaliyibiao/

拖鏈電纜： http://www.koeyb.com/tuoliandianlan/

螺旋電纜： http://www.koeyb.com/luoxuandianlan/

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