儲運系統(tǒng)液位計的選擇

油品儲罐的液位測量儀表種類較多,，精度不一,，從測量技術(shù)上看，有差壓式,、機械式,、浮子鋼帶式、電容式,、電位差式,、阻抗式等。液位計的型式有雷達液位計,、伺服液位計、磁致伸縮液位計,、鋼帶液位計,、單/雙法蘭液位變送器、電容式物位計,、投入式液位計等,。下面將對前4種液位計進行簡單敘述。

1.1雷達液位計http://www.koeyb.com

 雷達液位計為非接觸測量,，沒有移動部件,，采用反射一發(fā)射一接收的工作模式?？坷走_天線發(fā)射電磁波測量液位。雷達液位計測量分為脈沖型和調(diào)頻連續(xù)波型,。

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

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

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

2伺服液位計

  伺服液位測量是基于浮力平衡的原理,，如圖1所圖l

  由微伺服電機驅(qū)動體積較小的浮子,，使其地測出液體液位,。測量浮子通過測量鋼絲被懸掛在儀表外殼內(nèi)，測量鋼絲纏繞在精密加工過的輪鼓上,。由磁藕力矩驅(qū)動輪鼓,，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)動電機上的內(nèi)磁鐵藕合在一起,。當內(nèi)磁鐵旋轉(zhuǎn)，通過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,。

  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內(nèi)磁鐵上的電磁傳感器進行檢測,。驅(qū)動電機驅(qū)動輪鼓，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,，當浮子下降接觸液面時,，受浮力的作用，浮子的重量減小,，引起磁藕力矩改變,，檢測元件檢測出該信號所代表的浮子位置,，將其送入電機控制回路。當液位上升或下降,，浮子的位置通過電機進行調(diào)節(jié),，通過測量輪鼓的旋轉(zhuǎn)可地計算出液位值，精度可達0.75~以上,。

1.3磁致伸縮液位計

  磁致伸縮技術(shù)原理是利用2個不同磁場相交產(chǎn)生一個應變脈沖，然后計算這個信號被探測所需的時間周期,，從而換算出準確的位置,，如圖2所示。

  磁致伸縮液位計由電子頭（內(nèi)裝有測量與輸出的電子模塊）,、探測桿,、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,，提供保護作用;中間的圓管裝配有一個或多個數(shù)字測溫傳感器;zui中心的是導波管，其內(nèi)部是由磁致伸縮材料構(gòu)成的波導絲,。在探測桿外配有內(nèi)含磁鐵隨液位變化的浮子,。

  在進行液位測量時，電子頭中的脈沖發(fā)生器首先在磁致伸縮導波管上施加一個電脈沖信號,，此電脈沖同時伴隨一個環(huán)形磁場,，以光速沿磁致伸縮導波管向下傳遞。該扭轉(zhuǎn)波沿導波管以超聲波的形式回傳到傳感頭中的感應線圈時,，將轉(zhuǎn)換成橫向應力,。根據(jù)磁效應原理，磁致伸縮材料發(fā)生物理變形時,，會在磁致伸縮材料內(nèi)引起磁場強度的變化,，因此，通過傳感器線圈的磁通將發(fā)生變化,，在傳感線圈兩端將產(chǎn)生一個可以被檢測到的感應電動勢,。根據(jù)通過從發(fā)射脈沖的一刻到檢測到感應電動勢的時間差,，便能地計算出浮子的位置（即液面）,。

1.4鋼帶液位計

  鋼帶液位計屬于機械式液位計。是基于力平衡原理測量的,。測量原理簡單,。主要由浮子、測量鋼帶（信息碼帶）,、鋼帶導向滑輪,、平衡重錘、變送單元等組成,。

  當罐內(nèi)液體處于某一液位時,，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 ）。當液位上升時,，浮標所受浮力F增大,，三力失去平衡,，在平衡重錘重量W2的作用下，浮標,、信息碼帶與液位同步上升，這時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,。同理，當液位下降時,，浮標所受浮力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,。

  近年來將鋼帶液位計與光電式液位變送器設計一體,，機電部分采用磁禍合結(jié)構(gòu),，電路部分與被測介質(zhì)*隔離,。磁藕合裝置傳遞的液位信號通過光電傳感器無接觸式碼盤讀取,，實時獲取液位值,。它是鋼帶液位計的改進和發(fā)展,，利用總線通訊方式,，將液位,、溫度信號集成傳輸,。鋼帶液位計的zui高測量精度可做到士2mm 。

2適用范圍

2.1雷達液位計

  雷達液位計為非接觸式液位計,，無可動部件,，拱頂罐且介質(zhì)較粘稠、有腐蝕的情況,。原油,、重質(zhì)油、瀝青等液位測量多選用雷達液位計拖鏈電纜,。

  由于雷達液位計靠電磁波的反射來測量液位,。電磁波在液位表面反射時，信號會衰減,，當信號衰減過大時,，會導致雷達液位計無法檢測到足夠的電磁波信號。導電介質(zhì)介電常數(shù)一般較大,，能很好地反射電磁波,，但對于非導電介質(zhì)，或?qū)щ娦阅茌^差的介質(zhì),，由于介電常數(shù)很小,，電磁波信號較弱，測量效果會受到影響,。所以在進行雷達液位計選型時要充分考慮被測介質(zhì)的介電常數(shù),。對于輕質(zhì)油品和化工品等，一般介電常數(shù)較小,，在工藝過程需要高精度測量液位時,，需慎用雷達液位計。另外,，某些介質(zhì)揮發(fā)形成的霧會附著在天線上,，也會對雷達液位計的測量造成影響。

2.2伺服液位計

  由于伺服液位計也是基于浮力平衡的原理,，可以說它是鋼帶液位計的替代產(chǎn)品,。由于它是通過伺服電機驅(qū)動鋼絲帶動浮子隨液面升降，所以只要被測液體不粘稠,、不掛料,，伺服液位計都可以測量。伺服液位計在測量過程中不會受到諸如介質(zhì)介電常數(shù),、揮發(fā)等特性的影響,。但對于原油、重質(zhì)油,、瀝青等粘度大的液體,，溫度較低時，介質(zhì)會粘附在浮子上，不適合選擇伺服液位計,。另外,，伺服液位計測量精度很高（0.75mm），所以價格也較高,。

2.3磁致伸縮液位計

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

2.4鋼帶液位計

  同以上3種液位計比較，鋼帶液位計測量原理zui簡單,，是zui早成功用于液位測量的液位計之一,。它是一種機械式液位計。早期的鋼帶液位計無遠傳機構(gòu),。漸漸研制出了二次表,。目前，總線制信號傳輸?shù)碾娮邮戒搸б何挥嬕餐度肓耸褂?。鋼帶液位計適用的介質(zhì)范圍為不粘稠,、不掛料，由于鋼帶液位計需由兩條導向鋼絲固定,，所以它不適用于浮頂罐安裝。鋼帶液位計的測量精度較上述3種液位計的測量精度要低一些,。由于鋼帶液位計有就地型儀表,，所以廣泛應用于對測量精度要求不高或不需要遠傳、不設控制室的場合,。

3多參數(shù)測量功能

  除鋼帶液位計外,，上述其它3種儀表均具備多參數(shù)測量功能。通過罐旁指示儀（罐旁數(shù)據(jù)采集單元）,，可匯集液位,、溫度（單點或多點平均溫度）、罐底水位（通過電容探頭測量）,、儲罐凈壓力等參數(shù),。通過溫度和壓力的補償修正，可連續(xù)地在線計算被測產(chǎn)品的密度,。利用罐容表,，可進行儲罐容量計算。新型光電式鋼帶液位計可同時進行溫度測量,。通過罐旁變送器完成液位和溫度的采集和傳輸,。

  上述4種液位計均具備總線信號傳輸功能。液位計現(xiàn)場總線傳輸?shù)男盘栐诳刂剖医?jīng)總線模塊轉(zhuǎn)換為標準的總線協(xié)議,，如RS232, RS485等,，輸出至獨立的液位計量系統(tǒng)或其它控制系統(tǒng),。圖3為SAAB雷達液位測量系統(tǒng)為例，顯示儲罐液位多參數(shù)測量的基本聯(lián)絡方式,。

4安裝要求

  上述4種液位計均為罐頂安裝,。除鋼帶液位計外，當儲罐為內(nèi)或外浮頂式儲罐時,，浮盤會隨著液位的上下移動而升降,。對于伺服液位計和磁浮子液位計，需要安裝導向柱,。浮頂儲罐浮盤的導向柱一般為DN200,，所以在浮盤的導向柱上均勻地開小孔,，可同時做伺服液位計和磁浮子液位計的導向柱使用,。對于雷達液位計，導向柱稱為導波管,，若不采用導波管,，則液位計反射的是浮盤表面至天線的距離。所以,，若要測量液位，需要安裝的導波管,，而且液位計天線需要采用導波管型天線;即錐形和陣列型（液化石油氣/液化天然氣）天線,。鋼帶液位計則不適用于浮頂式儲罐。

54種液位計基本性能比較,，（如表,，所示）圖3均為固定法蘭安裝方式。

  由于雷達液位計靠波的反射來傳遞液面高度,。天線一般為喇叭口型、拋物線型或針型等,，所以液位計與儲罐的側(cè)壁之間有安裝距離要求,，一般不低于lm對于球型儲罐，由于罐壁呈球狀,，不垂直,，所以雷達液位計需安裝在導波管內(nèi)。必須保證液位計天線的軸線與液位的反射表面垂直,。當儲罐為立式拱頂式罐時,，4種液位計的安裝zui簡便，罐內(nèi)不需任何保護附件。

6結(jié)束語

 儲運系統(tǒng)液位計的選擇要綜合考慮儲存介質(zhì)條件,、儲罐形式,、測量精度要求、投資要求,、用戶習慣等多方面因素,。根據(jù)以上對幾種常用液位計的簡單介紹，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/

校驗儀表：http://www.koeyb.com/biaozhunyibiao/

壓力表：http://www.koeyb.com/yaliyibiao/

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

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參考文獻：www.koeyb.com