常见的储罐用自动类型液位计的介绍和比较

 

引言

           液位计是安装在容器上能够自动连续测量液体高度(空高或液面高度)的仪表。相比于钢带液位计，目前的液位计已经无需人员的干预，能够完成现场数据显示和远程数据传输，即所谓的自动类型液位计。对于储罐用的液位计由于其应用领域的特殊性，国际建议OIML R85对其计量准确度、安全性、电磁兼容等方面也提出了具体的要求¨J。因此，对于储罐用自动液位计，制定一套客观的、与国际接轨的评价体系极为重要。本文将对储罐用自动类型液位计进行一个比较客观的介绍，以便对广大科研人员、生产厂商和用户有一定的借鉴作用。储罐用自动类型液位计通常由液位传感器、变送器和显示装置三部分组成，通过接触式或非接触式液位传感器探测(空高或液面高度)的液位变化情况，经变送器转换成与液位对应的数字或模拟信号，由显示装置直接显示液位的过程，并可将液位及其他相关信息进行远程传输。

 

1        液位计的分类

           依据液位计的传感器与被测液体表面是否接触，可以分为接触式液位计和非接触式液位计，二者也适用于不同的场合．接触式液位计一般不适用于测量腐蚀性或者粘度系数较大的液体。市场上常见的接触式液位计主要有伺服液位计、磁致伸缩液位计等。常见的非接触式液位计主要有雷达液位计、超声液位计等。

 

           依据测量原理，液位计可以分为模拟读数类、力学原理类、电特性类、辐射类等，伺服液位计和磁致伸缩液位计属于比较典型的力学原理类液位计，而雷达液位计则属于辐射类液位计。

 

           依据是否连续测量液位，可将液位计分为开关类液位计和连续测量类液位计。开关类液位计一般适用于不需要连续测量液位，只需要在特定的液位点(例如高低限位值)发出声光信号的液位计。音叉液位计即为一种比较常见的开关式液位计，它的主要原理是当音叉浸入液体或处于干燥状态时，通过内部的压电晶体振动频率变化探测出指定位置是否被液体浸没，从而触发声光报警。

 

           依据是否为智能化仪表，可将液位计分为智能液位计和非智能液位计。相比于非智能液位计，智能液位计采用更加xianjin的采集技术、处理技术，并能够对内部故障进行诊断、处理或报警，可靠程度、可维护性更高。比如常见的智能伺服液位计，可以通过现场采集的温度、压力等数据，对测得的液位进行补偿，得到更为准确的液位值。

 

           依据准确度的高低，可以将液位计分为计量级液位计和过程控制级液位计两类。计量级液位计精度约±1mm左右。过程控制级精度相对较低，用户可以根据实际需要进行选择。

 

           依据测量原理进行分类，可以将液位计分为测空高型液位计和测实高型液位计。对于一座大型储罐，内部液体所浸没的高度为实高，气相部分占有的高度为空高。以雷达液位计为例，由于其利用电磁波测量雷达头到液面的高度，本质上为测空高型液位计。

 

           依据是否具有防爆特性，可以将液位计分为防爆型液位计和普通型液位计。对于储罐用液位计而言，由于其应用场合的特殊性，必须选用防爆液位计。

 

           上述几种分类也从另外一种角度给出了选择液位计时，用户需要进行考虑的不同需求和角度，从而将需求进行叠加，选择适用于特定场合的液位计。

 

2         液位计的主要输出方式

           液位计的输出方式主要有现场显示、远程传输两种输出方式。现场显示通常显示液位计测量的空高和实高值。而远程传输类液位计除了能够将液位信息进行远程传输外，还可以将异常信息、附加参数信息进行传输。

 

           现场显示的液位计由于安装位置位于储罐顶部，不方便维护巡检人员进行实时的查看和记录。而随着技术的发展和DCS系统的发展，带有远程传输功能的液位计市场占有率逐年增加。通过按照一定的传输协议和硬件采集模块，可方便地将罐区的各种仪表参数传输到DCS系统，从而为远程的数据监控和收发作业提供数据参考。

 

           目前，绝大多数的液位计采用两线制4～20mAHart协议远程接入PLC或DCS系统，也有部分仪表采用MODBUS总线协议。

 

3几种典型的储罐用自动液位计

3．1  伺服液位计

           伺服液位计具有智能性、高精度等优点。从前文的分类角度而言，伺服液位计属于接触式、力学原理类的智能液位计。它的工作原理是基于浮力平衡原理，由微型伺服电机连接细钢丝驱动体积较小的浮子，形成一个闭环反馈系统，如图1所示。当液位计工作时，浮子自身产生的重力作用于细钢丝上，在外轮鼓产生力矩，从而引起磁通量的变化，磁通量的变化将导致电磁传感器的输出电压信号发生变化。将电压值与存储于CPU中的参考电压进行比较，当达到浮力平衡时，电压差值为零。此时测量缠绕在轮鼓上细钢丝所经历的长度变化，得出液位变化情况，由于轮鼓对钢丝的测量分辨率很小，从而使得伺服液位计能够达到±1mm左右的精确度。

           根据伺服液位计的工作原理和测量特性，在条件允许的情况下，将浮子的整个行程安装在导波管内，可对伺服液位计的测量精度的保持起到非常重要的作用。

 

3．2  雷达液位计

           雷达液位计具有无可动部件、精度高、工作稳定、高可靠性、低故障率、适用范围广等优点。雷达液位计主要由发射装置、接收装置、信号处理器、天线、显示装置等部分组成。根据测量原理，可以分为时差式和频差式。时差式是利用超高频电磁波经天线向被探测容器的液面发射，并接收反射回来的电磁波。根据发射波和接收波的时差以及电磁波的传输速度计算出液面的空高，从而根据容器高度得出液面实高。频差式是测量发射波和反射波之间的频率差，并将频率差转换为与被测量液位成比例关系的电信号。

 

           根据雷达液位计的工作原理，雷达液位计适用范围较广，特别是在易燃、易爆、强腐蚀性、高温、粘稠性液体等被测介质方面有其显著的优势。同时，为了应对不同的测量介质，雷达液位计也具有不同外形的天线，比如喇叭口式、抛物线式、杆式等天线类型，如图2所示。其中喇叭口式天线适用范围zui广，只是不适用于测量腐蚀性介质。抛物线式天线特别适用于具有加热蒸汽的容器液位测量。而杆式天线则特别适用于测量腐蚀性介质。

3.3     磁致伸缩液位计

           磁致伸缩液位计是根据磁致伸缩原理进行工作的液位计，具体工作原理：在非磁性的波导管内安装一根磁致波导线，波导管外部安装有随液面进行上下运动的磁性浮子，在磁致波导线的其中一端装有压磁传感器，传感器在每个时间单位发出一定数量的电流脉冲信号，此信号沿着磁致波导线向下传送，从而产生一个向下运动的磁环磁场，该磁环磁场同磁性浮子的磁场相互作用，从而产生一个脉冲磁场，脉冲以已知速度沿磁致波导线运动，并被压磁传感器接收，通过计算起始电流脉冲和返回脉冲的时间间隔得出浮子的位置，如图3所示。

           根据测量介质特性的不同，可以在波导管上安装多个磁性浮子，从而可以同时测量多个液位。例如可以同时测量储罐内的油位和水位。

 

           按测杆结构进行分类，具有刚性波导管和柔性波导管两种类型。一般情况下，当测量对象高度小于5m时，建议选用刚性测杆；当测量对象高度较高时，可选用柔性测杆。

           三种市场上常见液位计的主要特性如表1所示。

 

4        结语

           本文较全面地对液位计的分类方式、不同类型液位计的优缺点、主要输出方式进行了概述。同时介绍了伺服液位计、雷达液位计、磁致伸缩液位计的测量原理、优缺点等，希望对液位计的使用单位和相关人员在液位计选型、El常使用、维护保养等方面有一定的借鉴作用。

 

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