常見的儲罐用自動類型液位計的介紹和比較

 

引言

           液位計是安裝在容器上能夠自動連續測量液體高度(空高或液面高度)的儀表。相比于鋼帶液位計，目前的液位計已經無需人員的干預，能夠完成現場數據顯示和遠程數據傳輸，即所謂的自動類型液位計。對于儲罐用的液位計由于其應用領域的特殊性，國際建議OIML R85對其計量準確度、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行一個比較客觀的介紹，以便對廣大科研人員、生產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，經變送器轉換成與液位對應的數字或模擬信號，由顯示裝置直接顯示液位的過程，并可將液位及其他相關信息進行遠程傳輸。

 

1        液位計的分類

           依據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液位計、超聲液位計等。

 

           依據測量原理，液位計可以分為模擬讀數類、力學原理類、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原理類液位計，而雷達液位計則屬于輻射類液位計。

 

           依據是否連續測量液位，可將液位計分為開關類液位計和連續測量類液位計。開關類液位計一般適用于不需要連續測量液位，只需要在特定的液位點(例如高低限位值)發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式液位計，它的主要原理是當音叉浸入液體或處于干燥狀態時，通過內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，從而觸發聲光報警。

 

           依據是否為智能化儀表，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、處理技術，并能夠對內部故障進行診斷、處理或報警，可靠程度、可維護性更高。比如常見的智能伺服液位計，可以通過現場采集的溫度、壓力等數據，對測得的液位進行補償，得到更為準確的液位值。

 

           依據準確度的高低，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，用戶可以根據實際需要進行選擇。

 

           依據測量原理進行分類，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。以雷達液位計為例，由于其利用電磁波測量雷達頭到液面的高度，本質上為測空高型液位計。

 

           依據是否具有防爆特性，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，用戶需要進行考慮的不同需求和角度，從而將需求進行疊加，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場顯示、遠程傳輸兩種輸出方式。現場顯示通常顯示液位計測量的空高和實高值。而遠程傳輸類液位計除了能夠將液位信息進行遠程傳輸外，還可以將異常信息、附加參數信息進行傳輸。

 

           現場顯示的液位計由于安裝位置位于儲罐頂部，不方便維護巡檢人員進行實時的查看和記錄。而隨著技術的發展和DCS系統的發展，帶有遠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議和硬件采集模塊，可方便地將罐區的各種儀表參數傳輸到DCS系統，從而為遠程的數據監控和收發作業提供數據參考。

 

           目前，絕大多數的液位計采用兩線制4～20mAHart協議遠程接入PLC或DCS系統，也有部分儀表采用MODBUS總線協議。

 

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、高精度等優點。從前文的分類角度而言，伺服液位計屬于接觸式、力學原理類的智能液位計。它的工作原理是基于浮力平衡原理，由微型伺服電機連接細鋼絲驅動體積較小的浮子，形成一個閉環反饋系統，如圖1所示。當液位計工作時，浮子自身產生的重力作用于細鋼絲上，在外輪鼓產生力矩，從而引起磁通量的變化，磁通量的變化將導致電磁傳感器的輸出電壓信號發生變化。將電壓值與存儲于CPU中的參考電壓進行比較，當達到浮力平衡時，電壓差值為零。此時測量纏繞在輪鼓上細鋼絲所經歷的長度變化，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到±1mm左右的精確度。

           根據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波管內，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  雷達液位計

           雷達液位計具有無可動部件、精度高、工作穩定、高可靠性、低故障率、適用范圍廣等優點。雷達液位計主要由發射裝置、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天線向被探測容器的液面發射，并接收反射回來的電磁波。根據發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，從而根據容器高度得出液面實高。頻差式是測量發射波和反射波之間的頻率差，并將頻率差轉換為與被測量液位成比例關系的電信號。

 

           根據雷達液位計的工作原理，雷達液位計適用范圍較廣，特別是在易燃、易爆、強腐蝕性、高溫、粘稠性液體等被測介質方面有其顯著的優勢。同時，為了應對不同的測量介質，雷達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。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。

3.3     磁致伸縮液位計

           磁致伸縮液位計是根據磁致伸縮原理進行工作的液位計，具體工作原理：在非磁性的波導管內安裝一根磁致波導線，波導管外部安裝有隨液面進行上下運動的磁性浮子，在磁致波導線的其中一端裝有壓磁傳感器，傳感器在每個時間單位發出一定數量的電流脈沖信號，此信號沿著磁致波導線向下傳送，從而產生一個向下運動的磁環磁場，該磁環磁場同磁性浮子的磁場相互作用，從而產生一個脈沖磁場，脈沖以已知速度沿磁致波導線運動，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。

           根據測量介質特性的不同，可以在波導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的油位和水位。

 

           按測桿結構進行分類，具有剛性波導管和柔性波導管兩種類型。一般情況下，當測量對象高度小于5m時，建議選用剛性測桿；當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缺點、主要輸出方式進行了概述。同時介紹了伺服液位計、雷達液位計、磁致伸縮液位計的測量原理、優缺點等，希望對液位計的使用單位和相關人員在液位計選型、El常使用、維護保養等方面有一定的借鑒作用。

 

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