一、前言　　
　　縱觀(guān)整個(gè)工業(yè)儀表的發(fā)展進(jìn)程，每種新的測(cè)量技術(shù)都是為解決工業(yè)過(guò)程測(cè)量中的某些難題而發(fā)展起來(lái)的，在提高工業(yè)測(cè)量技術(shù)的水平的同時(shí)帶來(lái)了相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)效益。
作為一名從事儀表設(shè)計(jì)工作多年的設(shè)計(jì)人員，曾參與設(shè)計(jì)過(guò)不少罐區(qū)，接觸了差壓液位變送器等不少的液位儀表。很有必要從技術(shù)發(fā)展的角度來(lái)談?wù)勛约簩?duì)液位測(cè)量?jī)x表選型的看法。本文從罐區(qū)液位儀表的設(shè)計(jì)，談到罐區(qū)儀表的發(fā)展方向，并對(duì)現(xiàn)有幾種常用的液位測(cè)量?jī)x表進(jìn)行了比較。
 
在七、八十年代，罐區(qū)液位測(cè)量中幾乎毫無(wú)例外采用的是鋼帶液位計(jì)，用以解決人工測(cè)量的困難和麻煩。它由機(jī)械傳動(dòng)和光電取樣部分組成。通過(guò)鋼帶的拉伸，使浮子不停地達(dá)到新的力平衡，來(lái)讀取碼帶（碼盤(pán)），從而得到液位的高度。這種測(cè)量液位的方法誤差大、讀碼錯(cuò)誤嚴(yán)重，儀表維護(hù)量大，時(shí)間長(zhǎng)了容易造成一次檢測(cè)儀表的故障，且輸出的信號(hào)為碼，不能直接進(jìn)入計(jì)算機(jī)，限制了罐區(qū)管理自動(dòng)化水平的提高和發(fā)展。隨著科技的發(fā)展，這種液位計(jì)已逐步被新型的智能儀表所取代。下面談?wù)剝?chǔ)罐液位測(cè)量中，應(yīng)用比較**的幾種智能儀表。
 
二、單法蘭液位變送器和差壓液位變送器
　　單法蘭液位變送器和差壓液位變送器作為測(cè)量?jī)x表，在常規(guī)罐區(qū)設(shè)計(jì)中，早已得到了很好的應(yīng)用。單法蘭液位變送器被用于測(cè)量常壓罐，差壓液位變送器則用于測(cè)量帶壓儲(chǔ)罐。
　　根據(jù)流體靜力學(xué)原理，無(wú)論是開(kāi)口容器或是封閉容器，容器內(nèi)同一液層水平面上的壓力處處相等。不同液層面上的壓力與液體表層（即液面）的垂直距離成正比，離液面越遠(yuǎn)，壓力越大，反之，則小。
　　當(dāng)液面下降到液層處（ ＝ ）時(shí)， 液層的壓力р 等于儲(chǔ)罐內(nèi)的氣體壓力р 。當(dāng)時(shí)，р＝ ρ ＋р
　　式中р ―液位液層的壓力；
　　―液層面與液面之間的垂直距離；
　　ρ ―液體介質(zhì)密度；
　　р ―罐內(nèi)氣體壓力。
　　液體介質(zhì)密度是較穩(wěn)定的參數(shù)，生產(chǎn)過(guò)程中的罐內(nèi)液位高度和罐內(nèi)氣體壓力р 都是變量，為了獲取僅與液位變化相關(guān)的壓力р ，必須消除р 的變化對(duì)р 的影響。
　　差壓法來(lái)測(cè)量液位時(shí)，是將高壓室（＋）與液面相通，低壓室（－）接罐頂氣體，變送器高、低壓室之間的隔膜受兩個(gè)不同方向推力產(chǎn)生形變，形變程度與“＋”、“－”壓室之間的壓力差值有如下關(guān)系：Δ ＝ － ＝ ρ ＋ ρ ＋р － ρ ＋р＝ ρ ＋ ρ － ρ 。 　　這時(shí)，容器中的液位高度與壓差Δ 為一次函數(shù)關(guān)系。在＝ 時(shí)，存在Δ ＝ ρ － ρ 。所以在實(shí)際使用中，差壓法測(cè)液位往往還應(yīng)考慮零位遷移。產(chǎn)生零位漂移，主要是因?yàn)槿萜鲀?nèi)氣體組分下環(huán)境溫度下凝結(jié)液， 結(jié)液柱靜壓作用于“ ＋ ”“－”壓室所致。要進(jìn)行零位遷移，可以在安裝時(shí)加裝平衡容器。在＝ 時(shí)，當(dāng)Δ 時(shí)，進(jìn)行零位正遷移；當(dāng)Δ 時(shí)，進(jìn)行零位負(fù)遷移。遷移量為Δ ＝ ρ － ρ 。零位遷移后，必須保證：在負(fù)壓側(cè)不加測(cè)量信號(hào)時(shí)，變送器輸出為；在負(fù)壓側(cè)加上全量程信號(hào)時(shí)，變送器輸出為。這一點(diǎn)在安裝過(guò)程中尤其重要，因?yàn)樗苯佑绊懙浇窈髢?chǔ)罐的測(cè)量準(zhǔn)確性。
單法蘭液位變送器和差壓變送器就是基于這種測(cè)量原理而發(fā)展起來(lái)的液位測(cè)量?jī)x表。
　我曾經(jīng)在上海煉油廠(chǎng)萬(wàn)噸年的汽柴油加氫項(xiàng)目的罐區(qū)設(shè)計(jì)中，使用過(guò)二臺(tái)公司的型單法蘭液位變送器，由于它測(cè)量的油品介質(zhì)為單一的汽柴油，且常溫、常壓，所以使用至今，情況良好，未發(fā)生過(guò)任何問(wèn)題。若被測(cè)介質(zhì)具有腐蝕性，粘度大，易結(jié)晶液體，可考慮采用雙法蘭差壓液位變送器。雙法蘭差壓液位變送器由于膜片直接作用于取壓側(cè)，所以無(wú)需零點(diǎn)遷移，但安裝位置受毛細(xì)管長(zhǎng)度限制，還有毛細(xì)管內(nèi)的隔離液易受環(huán)境溫度影響，從而影響測(cè)量精度。
　　單法蘭、差壓液位變送器測(cè)量液位的優(yōu)點(diǎn)是安裝相對(duì)簡(jiǎn)單、便于維護(hù)、工作可靠。缺點(diǎn)是介質(zhì)密度易受環(huán)境變化，從而影響測(cè)量精度，所以不適宜用于大型儲(chǔ)罐和球罐。在中小型的儲(chǔ)罐液位測(cè)量中有很**的表現(xiàn)。
 
 
　　三、磁致伸縮式液位計(jì)
磁致伸縮式液位計(jì)是一種比較新型的液位測(cè)量?jī)x表。有非常高的精度，測(cè)量誤差不超過(guò)％。它由二部分組成：一條外面套有浮子（內(nèi)帶磁性元件）的測(cè)量桿；一個(gè)位于測(cè)量桿上端的電子傳感器。測(cè)量時(shí)液位計(jì)頭部的電子部件產(chǎn)生一小電流“詢(xún)問(wèn)”脈沖，此電流同時(shí)產(chǎn)生一磁場(chǎng)沿波導(dǎo)管內(nèi)的感應(yīng)線(xiàn)向下運(yùn)行。在液位計(jì)管外有一浮子，此浮子沿側(cè)桿隨液位的變動(dòng)而上下移動(dòng)。由于浮子內(nèi)設(shè)有一組**磁鐵，所以浮子產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)。當(dāng)電流磁場(chǎng)與浮子磁場(chǎng)相遇時(shí)，即產(chǎn)生一個(gè)名為“導(dǎo)波扭曲”的脈沖，從詢(xún)問(wèn)脈沖開(kāi)始到返回脈沖被電子部件探測(cè)到的周期便相對(duì)于液位變動(dòng)位置。在上海煉油廠(chǎng)小梁山液化氣球罐區(qū)中，考慮到工藝精度的要求和介質(zhì)的特殊性，就使用了它作為測(cè)量液位的手段。使用至今，情況良好。該液位計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量精度高，適宜用在有毒、易燃、易爆的場(chǎng)所；缺點(diǎn)是對(duì)介質(zhì)的溫度、壓力和粘度有一定的要求。目前，在液化氣儲(chǔ)罐測(cè)量中，它得到了很好的應(yīng)用。
  　　四、雷達(dá)液位計(jì)
　　雷達(dá)液位計(jì)剛推向市場(chǎng)時(shí)，由于價(jià)格很高，所以沒(méi)有得到大家的認(rèn)可。但隨著大家對(duì)它認(rèn)識(shí)的加深，和它本身價(jià)格的下調(diào)，它已經(jīng)得到了愈來(lái)愈多客戶(hù)的青睞。
　　用雷達(dá)儀表測(cè)量?jī)?chǔ)罐液位具有以下優(yōu)點(diǎn)：
　　發(fā)射及接收天線(xiàn)均不與介質(zhì)接觸；高頻電磁波信號(hào)易于長(zhǎng)距離傳送，可測(cè)大量程測(cè)量不受液面上部空間氣相條件變化的影響計(jì)量級(jí)精度的雷達(dá)可用于計(jì)量。
　　雷達(dá)通過(guò)發(fā)射和接收高頻級(jí)電磁能量，并計(jì)算電磁波達(dá)到液位表面并反射回到接收天線(xiàn)的時(shí)間來(lái)進(jìn)行液位的測(cè)量，它可以在缺少空氣（真空）或具有氣化介質(zhì)的條件下傳播，并且氣體的波動(dòng)變化不影響電磁波的傳播速度。目前，雷達(dá)液位儀表分三種：常規(guī)的空間傳播式交直流供電雷達(dá)液位計(jì)、新型的空間傳播式回路供電雷達(dá)液位計(jì)（二線(xiàn)制）和導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)。 　　在一般工況條件下，交直流供電和二線(xiàn)制雷達(dá)液位計(jì)都能夠準(zhǔn)確的得到測(cè)量值。但在特殊條件下，如測(cè)量的介質(zhì)介電常數(shù)很小、液面出現(xiàn)波動(dòng)和泡沫、有障礙物等，就需要導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)。它的基本原理與雷達(dá)液位計(jì)一樣，稍有不同的是，它利用導(dǎo)波體在氣體中和在液體中的導(dǎo)電性能不同，從而產(chǎn)生一個(gè)液位發(fā)射原始脈沖，同時(shí)在探頭的頂部具有一個(gè)預(yù)先設(shè)定的阻抗，該阻抗導(dǎo)致一個(gè)可靠的基本脈沖發(fā)生，該脈沖稱(chēng)為基線(xiàn)反射脈沖。導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)檢測(cè)到液位反射原始脈沖，并與同時(shí)產(chǎn)生的基線(xiàn)反射脈沖相比較，從而計(jì)算出介質(zhì)的液位高度。此外，利用高導(dǎo)電介質(zhì)與低導(dǎo)電介質(zhì)反射波強(qiáng)弱的不同，有可能測(cè)量?jī)煞N液體的界面，條件是界面下的液位介電常數(shù)應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于界面上的液體的介電常數(shù)。現(xiàn)在，兩線(xiàn)制的雷達(dá)液位計(jì)的價(jià)格與一般的液位變送器已相差無(wú)幾。
由于雷達(dá)液位計(jì)的測(cè)量技術(shù)越來(lái)越成熟，對(duì)應(yīng)于各種工況條件的產(chǎn)品系列也越來(lái)越全，現(xiàn)在，在國(guó)內(nèi)罐區(qū)液位測(cè)量方面，雷達(dá)液位計(jì)正以前所未有的使用優(yōu)點(diǎn)及性能在各種工況條件下得到越來(lái)越多的應(yīng)用。
 
　　作為儀表設(shè)計(jì)人員，在選用液位儀表時(shí)，要根據(jù)不同介質(zhì)條件、使用需要及合理的性?xún)r(jià)比來(lái)進(jìn)行儀表選型。使選用的儀表產(chǎn)品盡可能性能更可靠、壽命更長(zhǎng)、精度更高、成本更低、維護(hù)量更少，適應(yīng)范圍更廣。


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