儲(chǔ)能系統(tǒng)液位計(jì)的選擇

油箱液位測量儀種類繁多，精度不同，測量技術(shù)有壓差式、機(jī)械式、浮子鋼帶式、靜電容量式、電位差式、阻抗式等。 液位計(jì)的型號(hào)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/雙凸緣液位計(jì)、電容式液位計(jì)、投入式液位計(jì)等。 簡述前四種液位計(jì)。

1.1雷達(dá)液位計(jì)koeyb

雷達(dá)液位計(jì)是非接觸測量，沒有移動(dòng)部件，采用反射一致接收的工作模式。 從雷達(dá)天線發(fā)射電磁波測量液位。 雷達(dá)液位計(jì)的測量分為脈沖型和調(diào)頻連續(xù)波型。

脈沖測量原理:電平儀天線向液面發(fā)射脈沖微波，頻率約為6GHz，持續(xù)時(shí)間約為0.8ns，此后休止278ns。 該脈沖微波在空間中傳播，碰撞被測量介質(zhì)表面，其能量的一部分被反射，由天線進(jìn)行接收，發(fā)送脈沖和接收脈沖的時(shí)間間隔與從天線到被測量介質(zhì)表面的距離成比例。 發(fā)射脈沖與接收脈沖的時(shí)間間隔極小，一般采用展開時(shí)間的技術(shù)，采用多次測量求平均值的方法求出zui的結(jié)果。 該測定技術(shù)決定了其測定精度一般為5-1Ommo

調(diào)頻連續(xù)波測量原理雙電平儀天線向液位發(fā)射約lOGHz的微波信號(hào)，微波信號(hào)連續(xù)變頻。 微波信號(hào)一旦下降到液體的表面而返回天線，就與此時(shí)放射的微波信號(hào)混合。 發(fā)射的信號(hào)頻率與回波信號(hào)相遇后，下到液體表面的時(shí)間稍有變化。 所傳送的信號(hào)與所接收的信號(hào)混合在一起會(huì)從天線產(chǎn)生與液體表面成比例的低頻信號(hào)。 根據(jù)該信號(hào)計(jì)算從天線到液體表面的位置。

調(diào)頻連續(xù)波測量技術(shù)可提供高精度液位測量，精度低于lmm

2伺服液位計(jì)

伺服液面水平的測定基于浮力平衡的原理，如圖1的l所示

用微伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)小型浮子，測量液體的液面水平。 測量浮標(biāo)通過測量線懸掛在儀表盒內(nèi)，測量線卷繞在精密加工的滾筒上。 用磁藪矩驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪鼓，輪鼓和電氣部分用儀表盒完全隔離。 外磁鐵固定在滾筒內(nèi)，與固定在驅(qū)動(dòng)馬達(dá)上的內(nèi)磁鐵結(jié)合。 內(nèi)磁鐵旋轉(zhuǎn)時(shí)，外磁鐵在磁耦合力矩的作用下旋轉(zhuǎn)，滾筒整體旋轉(zhuǎn)。

浮子作用于鋼絲的重力在外磁鐵上產(chǎn)生力矩，引起磁通的變化。 鼓組件間磁通變化由內(nèi)磁鐵上的電磁傳感器檢測。 驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)輪鼓，使因磁通的變化而產(chǎn)生的電壓與從操作指令施加的基準(zhǔn)電壓相等，當(dāng)浮子與液面接觸時(shí)，受到浮力的作用，浮子的重量減少，磁耦合轉(zhuǎn)矩發(fā)生變化，檢測元件檢測該信號(hào)表示的浮子位置，并發(fā)送給電動(dòng)機(jī)控制電路。 液位上升或下降時(shí)，浮子的位置由馬達(dá)調(diào)節(jié)，通過測量滾筒的旋轉(zhuǎn)計(jì)算液位值，精度達(dá)到0.75~以上。

1.3磁致伸縮液位計(jì)

如圖2所示，磁致伸縮技術(shù)的原理通過計(jì)算兩個(gè)不同磁場相交產(chǎn)生失真脈沖并檢測到這兩個(gè)信號(hào)的時(shí)間來轉(zhuǎn)換精確位置。

磁致伸縮液位計(jì)由電子頭(內(nèi)置測量和輸出的電子模塊)、感應(yīng)桿、浮子3部分構(gòu)成。 探針由3根同軸圓管構(gòu)成:外管由防腐蝕材料制成，在提供保護(hù)作用的中央圓管上安裝有一個(gè)或多個(gè)數(shù)字測溫傳感器；zui的中心是波導(dǎo)管，其內(nèi)部是由磁致伸縮材料構(gòu)成的波導(dǎo)管。 感應(yīng)桿的外部內(nèi)置有磁鐵隨液位變化的浮子。

在測量液位時(shí)，電子頭的脈沖發(fā)生器首先向磁致伸縮波導(dǎo)施加電脈沖信號(hào)，該電脈沖同時(shí)伴隨著環(huán)形磁場以光速沿著磁致伸縮波導(dǎo)向下傳輸。 如果該扭曲波沿著波導(dǎo)管通過超聲波返回傳感頭的感應(yīng)線圈，則轉(zhuǎn)換為橫向應(yīng)力。 根據(jù)磁場效應(yīng)的原理，磁致伸縮材料物理變形時(shí)，磁致伸縮材料內(nèi)磁場強(qiáng)度發(fā)生變化，因此通過傳感器線圈的磁通量發(fā)生變化，在傳感器線圈的兩端產(chǎn)生能夠檢測的感應(yīng)電動(dòng)勢。 從發(fā)射脈沖的瞬間到檢測出感應(yīng)電動(dòng)勢的時(shí)間差，可以計(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)是機(jī)械式液位計(jì)。 根據(jù)力平衡的原理進(jìn)行了測量。 測量原理簡單。 主要由浮子、測量鋼帶(信息代碼帶)、鋼帶導(dǎo)向滑輪、平衡配重、輸送單元等構(gòu)成。

罐內(nèi)液體處于某液位時(shí)，重物重量W1、重物重量W2、浮子受到的浮力f、三力處于平衡狀態(tài)( W1-F=W2 ) . 當(dāng)液位上升時(shí)，浮標(biāo)受到的浮力f增大，三力失去平衡，由于平衡權(quán)重的重量W2，浮標(biāo)、信息代碼帶與液位同步上升，振蕩器讀取信息代碼帶的光代碼，通過光電振蕩器變換比特的電信號(hào)。 同樣，液面水平下降時(shí)，浮子受到的浮力f減少，失去平衡，由于平衡權(quán)重的重量W2，信息代碼帶與液面水平同步下降。

近年來，鋼帶液位計(jì)和光電水平變送器一體化設(shè)計(jì)，機(jī)電部分采用磁故障結(jié)構(gòu)，電路部分與被測介質(zhì)完全隔離。 磁耦合裝置傳輸?shù)囊何恍盘?hào)通過光電傳感器非接觸式軟盤讀取，實(shí)時(shí)獲取液位值。 這是鋼帶液位計(jì)的改進(jìn)和發(fā)展，利用總線通信方式綜合傳輸水平、溫度信號(hào)。 鋼帶液位計(jì)的zui能夠以高測量精度測量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)，沒有可動(dòng)部件，zui適用于圓頂罐，介質(zhì)粘稠，可能會(huì)腐蝕。 在原油、重質(zhì)油、瀝青等的液面水平測量中大多使用雷達(dá)水平計(jì)拖纜。

雷達(dá)液位計(jì)通過電磁波的反射來測量液位。 電磁波被液面反射時(shí)信號(hào)衰減，信號(hào)衰減過大時(shí)，雷達(dá)水平計(jì)不能檢測出充分的電磁波信號(hào)。 導(dǎo)電性介質(zhì)的介電常數(shù)一般較大，能夠良好地反射電磁波，但在非導(dǎo)電性介質(zhì)和導(dǎo)電性差的介質(zhì)中，由于介電常數(shù)小，因此電磁波信號(hào)弱，測定效果受到影響。 雷達(dá)液位計(jì)的選擇需要充分考慮被測介質(zhì)的介電常數(shù)。 在輕質(zhì)油品和化工品等中，一般介電常數(shù)小，在過程中需要測量高精度的液面水平時(shí)，必須慎重使用雷達(dá)水平計(jì)。 另外，一部分介質(zhì)揮發(fā)產(chǎn)生的霧附著在天線上，也會(huì)影響雷達(dá)液位計(jì)的測定。

2.2伺服液位計(jì)

伺服液位計(jì)也基于浮力平衡的原理，可以說是鋼帶液位計(jì)的替代品。 通過伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)金屬絲，使浮子沿液面升降，因此只要被檢液不粘稠，沒有生頭，就可以用伺服液位計(jì)進(jìn)行測量。 伺服液位計(jì)在測量中不受介電常數(shù)、揮發(fā)等特性的影響。 但是，在原油、重質(zhì)油、瀝青等粘度高的液體中，溫度低的話浮子上會(huì)附著介質(zhì)，不適合伺服液位計(jì)的選擇。 另外，伺服液位計(jì)的測量精度高(0.75mm )，因此價(jià)格也高。

2.3磁致伸縮液位計(jì)

磁致伸縮液位計(jì)的適用范圍和測量精度與伺服液位計(jì)相似，其測量精度比伺服液位計(jì)高。 但是，由于浮子內(nèi)含有磁鐵，因此磁鐵的磁力對(duì)測量效果有很大影響。

2.4鋼帶液位計(jì)

與以上3種液位計(jì)相比，鋼帶液位計(jì)測量原理zui簡單，是zui早期成功測量液位計(jì)之一。 這是機(jī)械式液位計(jì)。 早期鋼帶液位計(jì)沒有遠(yuǎn)程傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。 逐漸開發(fā)出了專用二次時(shí)鐘。 目前還使用總線制信號(hào)傳輸?shù)碾娮邮戒搸б何挥?jì)。 鋼帶液位計(jì)適用的介質(zhì)范圍不粘稠，不加材料，鋼帶液位計(jì)必須用兩根導(dǎo)線固定，因此不適合浮箱的安裝。 鋼帶液位計(jì)的測定精度比上述3種液位計(jì)的測定精度稍低。 鋼帶液位計(jì)由于具有定位型儀表，因此廣泛應(yīng)用于測量精度的要求不高、不需要遠(yuǎn)程、不設(shè)置控制室的情況。

3多參數(shù)測量功能

除鋼帶液位計(jì)外，上述其他三種儀器具有多參數(shù)測量功能。 通過罐旁指示器(罐旁數(shù)據(jù)收集單元)，可匯集液位、溫度(單點(diǎn)或多點(diǎn)平均溫度)、罐底水位(用靜電容量探針測量)、罐純壓力等參數(shù)。 通過溫度和壓力的補(bǔ)償，可連續(xù)在線計(jì)算被測產(chǎn)品的密度。 利用油箱容量計(jì)，可以計(jì)算油箱容量。 新型光電式鋼帶液位計(jì)可同時(shí)測溫。 用罐橫向變送器完成液位和溫度的收集和運(yùn)輸。

所述四種液位計(jì)均具有總線信號(hào)傳輸功能。 液位計(jì)現(xiàn)場總線傳輸?shù)男盘?hào)在控制室通過總線模塊轉(zhuǎn)換為RS232、RS485等標(biāo)準(zhǔn)總線協(xié)議，輸出到獨(dú)立的電平測量系統(tǒng)和其他控制系統(tǒng)。 圖3以SAAB雷達(dá)液位測量系統(tǒng)為例，示出罐液位多參數(shù)測量的基本聯(lián)系方式。

4安裝要求

上述4種液位計(jì)均為液位安裝。 除鋼帶液位計(jì)外，罐為內(nèi)外浮子式罐時(shí)，浮盤隨著液位的上下移動(dòng)而升降。 伺服液位計(jì)和磁浮液位計(jì)需要導(dǎo)柱。 浮子罐的浮子導(dǎo)向柱一般為DN200，因此可以在浮子導(dǎo)向柱上均勻地開設(shè)小孔，作為伺服液位計(jì)和磁浮液位計(jì)的導(dǎo)向柱使用。 在雷達(dá)液位計(jì)中，導(dǎo)柱被稱為波導(dǎo)管，不采用波導(dǎo)管的話，液位計(jì)反射的是浮子表面到天線的距離。 因此，測量液位需要安裝專用波導(dǎo)管，而且液位計(jì)天線是需要采用波導(dǎo)型天線的錐形和陣列型(液化石油氣/液化天然氣專用)天線。 鋼帶液位計(jì)不適用于浮子式水箱。

比較54種液位計(jì)的基本性能，(如表、所示)圖3都是固定法蘭安裝方式。

雷達(dá)液位計(jì)通過波的反射傳遞液面的高度。 天線一般為喇叭口型、拋物線型、針型等，因此液位計(jì)與水箱側(cè)壁之間存在設(shè)置距離的要求，一般來說，lm以上相對(duì)于球型水箱，水箱壁為球狀且不垂直，因此雷達(dá)液位計(jì)需要設(shè)置在波導(dǎo)管內(nèi)。 液位計(jì)天線的軸線必須與電平的反射面垂直。 罐為立式圓頂型罐時(shí)，4種液位計(jì)的安裝zui簡單，罐內(nèi)無需保護(hù)附件。

6結(jié)語

儲(chǔ)存系統(tǒng)液位計(jì)的選擇應(yīng)綜合考慮儲(chǔ)存介質(zhì)條件、儲(chǔ)罐形式、測量精度要求、投資要求、用戶習(xí)慣等多方面因素。 以上幾種常用液位計(jì)簡要介紹，有望為相關(guān)技術(shù)人員提供選型參考。

差壓寄存器: koeyb/chayabiansongqi /

壓力控制器: koeyb/yalikongzhiqi /

驗(yàn)證儀表: koeyb/biozhunyibiao /

壓力計(jì): koeyb/yali yibiao /

拖纜: koeyb/tuolindaninan /

螺旋電纜: koeyb/luoxuandianlan /

參考文獻(xiàn): koeyb

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