20余種液位測量方法分析比較

1、20余種液位測量方法分析比較20余種液位測量方法分析比較作者：發(fā)布時(shí)間：2009-5-511:34:14閱讀次數(shù)：985玻璃板法：玻璃板可通過連通器安裝，也可在容器壁上開孔安裝，并可串聯(lián)幾段玻璃板以增大量程。液位數(shù)值直接從玻璃板刻度尺讀出。雙色水位計(jì)法：該方法利用光學(xué)原理，使水顯示綠色，而使水蒸汽顯示紅色，從而指示出水位E2o人工檢尺法：該方法用于測量油罐液位。測量時(shí)，測量員把量油尺投入油品中，并在尺坨與罐底接觸時(shí)提起量油尺。根據(jù)量油尺上的油品痕跡，讀出油面高度；根據(jù)量油尺末端試水膏顏色的變化確定水墊層的高度，從而確定油高和水高以上4種方法都是人工測量方法，具有測量簡單、可靠性高、直觀、成本低

2、的優(yōu)點(diǎn)。2、吹氣法、差壓法、HTG法吹氣法：該方法的工作原理如圖21所示4。圖中，1一過濾器；2減壓閥；3一節(jié)流元件；4一轉(zhuǎn)子流量計(jì)；5變送器。因吹氣管內(nèi)壓力近似等于液柱的靜壓力,故P=PgH圖21吹氣法原理式中，P液體密度；H一液位。故由靜壓力P即可測量液位H。吹氣法適用于測量腐蝕性強(qiáng)、有懸濁物的液體，主要應(yīng)用在測量精度要求不高的場合。差壓法：該方法的工作原理如圖2-2所示4。圖中，1、2-閥門；3-差壓變送器。對于開口容器或常壓容器，閥門1及氣相引壓管道可以省掉。壓力差與液位的關(guān)系為AP=P2-Pl=PgHre 2-2差壓法原理式中：AP變送器正、負(fù)壓室壓力差；P2、P1一引壓管壓力；H一

3、液位。差壓變送器將壓力差變換為420mA的直流信號。如果壓力處于測量范下限時(shí)對應(yīng)的輸出信號大于或小于4mA,則都需要采用調(diào)整遷移彈簧等零點(diǎn)遷移技術(shù)，使之等于4mAo圖23 IE；法原理HTG法：該方法應(yīng)用于油罐差壓液位測量中，如圖23所示。圖中：Pl、P2、P3-高精度壓力傳感器；RTD溫度檢測元件；HIU一接口單元。P1位于罐底附近的罐殼處，P2比P1高8英尺，P3位于罐頂附近的罐殼處。對于常壓油罐，壓力傳感器P3可以省去。設(shè)壓力傳感器Pl、P2、P3測得的壓力分別為pl、p2、p3,則物位包括液位和料位兩類。液位又包括液位信號器和連續(xù)液位測量兩種。液位信號器是對幾個(gè)固定位置的液位進(jìn)行測量，

4、用于液位的上、下限報(bào)警等。連續(xù)液位測量是對液位連續(xù)地進(jìn)行測量，它廣泛地應(yīng)用于石油、化工、食品加工等諸多領(lǐng)域，具有非常重要的意義。文中對20余種連續(xù)液位測量方法進(jìn)行比較分析。1、玻璃管法、玻璃板法、雙色水位法、人工檢尺玻璃管法：該方法利用連通器原理工作，如圖11所示1。圖中1被測容器；2玻璃管;3一指示標(biāo)度尺；4、5一閥；6、7一連通管。液位直接從指示標(biāo)度尺讀出。圖|一|肢堵管法原理式中：G一油品重量；Sav一油罐平均截面積；Pav一介于壓力傳感器Pl、P2之間油品平均密度；g是重力加速度；H是壓力傳感器Pl、P2之間的距離；h是油品高度；hO是壓力傳感器P1的高度。RTD用于測量油品溫度，以對

5、測量數(shù)值進(jìn)行溫度補(bǔ)償。HTG測量系統(tǒng)價(jià)格較低，但液位測量精度較低，安裝須在罐壁開孔。以上3種方法都是利用液體的壓力差來測量液位的。3、浮子法、浮簡法、浮球法、伺服法、沉簡法浮子法：該方法采用浮子作為液位測量元件，并驅(qū)動編碼盤或編碼帶等顯示裝置，或連接電子變送器以便遠(yuǎn)距離傳輸測量信號。圖31磴浮筒液似儀原理浮筒法：該方法采用中間帶孔的磁浮筒作為液位敏感元件，如圖31所示。不銹鋼套管從浮筒中間孔穿過，固定在罐頂和罐底之間。液位變化帶動空心磁浮筒（內(nèi)藏永久磁鐵）沿套管上下移動，并吸引套管內(nèi)的磁鐵沿套管內(nèi)壁上下移動，二次儀表根據(jù)磁鐵的移動量計(jì)算出液位。浮球法：該方法利用杠桿原理工作，如圖32所示4o圖

6、中：1一浮球；2一連桿；3一轉(zhuǎn)軸；4一平衡重；5一杠桿。浮球跟隨液位變化而繞轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，帶動轉(zhuǎn)軸上的指針轉(zhuǎn)動，并與杠桿另一端的平衡重平衡，同時(shí)在刻度盤上指示出液位數(shù)值。浮球法有內(nèi)浮球式和外浮球式兩種，如圖32所示。浮球法主要用于測量溫度高、粘度大的液位，但量程較小。圖3-2內(nèi),外浮俅法原理伺服法：該方法采用波動積分電路，消除抖動、延長壽命、提高液位測量精度?，F(xiàn)代伺服液位儀的測量精度較高，已達(dá)到40m量程內(nèi)小于1皿的精度，且一般都具有測量密度分布和平均密度的功能。O兼動變限器式h鈕力帝式圖3一3沉筒法原理沉筒法：沉筒的位置隨著液位的變化而變化，但其變化量并不與液位變化量相等。在圖33a中4,液位與

7、浮筒位置的關(guān)系如下：4長上式中：AH液位變化量；C彈簧的彈性系數(shù)；A一沉筒截面積；P液體密度；AX沉筒位置變化量。通常情況下，浮筒位置變化量X遠(yuǎn)小于液位變化量AHo圖33b是扭力管式沉筒法原理4,圖中：1一沉筒；2一杠桿；3一扭力管；4一芯軸；5外殼。沉筒位置隨液位變化而變化，在杠桿的作用下，扭力管芯軸的扭角發(fā)生變化，二次儀表根據(jù)扭角的變化量計(jì)算出液位。以上5種方法都是利用浮力原理來工作的。4、電容法、電阻法、電感法電容法：用于測量非導(dǎo)電液體的電容法原理如圖41所示4。圖41中，電容由兩塊同心的圓柱面極板組成，其電容量CH為2吟）£2giQ（/-）2雄（代212r（-e：Jeu上式中

8、：21一被測液體的相對介電常數(shù)；22氣相介質(zhì)的相對介電常數(shù)；H電容傳感器浸入液體的深度(m)；1一電容傳感器垂直高度(m)；R內(nèi)極板圓柱底面半徑(m)；r外極板圓柱底面半徑(m)o由于R、r、1等都是固定值，只要利用£1、£2、CH就能計(jì)算出液位H。圖42是用于測量導(dǎo)電液體的電容法原理4,其公式推導(dǎo)略。電容式液位儀價(jià)格較低，安裝容易，且可以應(yīng)用于高溫、高壓的場合。但電容液位儀測量重復(fù)精度較低，需定期維修和重新標(biāo)定，工作壽命也不是很長。P9 4-I M錚電液體電容法原理圖4-2中電液體電容法原理電阻法：該方法5特別適用于導(dǎo)電液體的測量，敏感器件具有電阻特性，其電阻值隨液位的變

9、化而變化，故將電阻變化值傳送給二次電路即得到液位。探針式利用跟蹤測量法來測量液位，以液位上升的情形為例來說明液位測量原理，當(dāng)液位上升時(shí)，提起探針完全脫離液體，然后緩慢降低探針尋找液面，則探針與液體剛接觸時(shí)的位置即與液位相對應(yīng)。探針式的特點(diǎn)是測量精度很高、控制電路復(fù)雜。電感法：該方法5適用于導(dǎo)電液體的液位測量，特別是液態(tài)金屬。電感法的原理是，液位變化使得電感元件的自感、互感或?qū)Т怕拾l(fā)生變化，故將該變化量送往二次電路即可得到相應(yīng)的液位數(shù)值。電感法應(yīng)用最為廣泛的是高頻液位計(jì)。該液位計(jì)的測量原理是，頻率調(diào)制信號通過射頻電纜耦合到傳輸線傳感器諧振回路，諧振回路的輸出電壓經(jīng)過檢波電路和射頻電纜傳送給低通濾

10、波器，然后根據(jù)低通濾波器的輸出電壓控制調(diào)諧電路，產(chǎn)生新的振蕩頻率，直到傳感器諧振電路處于完全諧振狀態(tài)為止,則此時(shí)的振蕩頻率即與傳感器的電感量相對應(yīng),從而與液位相對應(yīng)。以上3種方法都是利用液位傳感器的電參數(shù)產(chǎn)生變化的方法來測量液位的。5、磁致伸縮法、超聲波法、調(diào)制型光學(xué)法、微波法磁致伸縮法：該方法用于測量油罐液位的原理如圖51所示6。圖51中有兩個(gè)浮子，分別用來檢測油氣界面和油水界面。各浮子內(nèi)都藏有一組永久磁鐵，用來產(chǎn)生固定磁場。測量時(shí)，液位計(jì)頭部發(fā)出低電流“詢問”脈沖，該電流產(chǎn)生的磁場沿波導(dǎo)管向下傳導(dǎo)。當(dāng)電流磁場與浮子磁場相遇時(shí)，產(chǎn)生“返回”脈沖（也稱“波導(dǎo)扭曲”脈沖）。詢問脈沖與返回脈沖之間

11、的時(shí)間差即對應(yīng)油水界面和油氣界面的高度。磁致伸縮液位計(jì)安裝容易，測量精度很高，但液體密度變化和溫度變化會帶來測量誤差7,浮子沿著波導(dǎo)管外的護(hù)導(dǎo)管上下移動，容易被卡死。1U超聲波法：換能器將電功率脈沖轉(zhuǎn)換為超聲波，射向液面，經(jīng)液面反射后再由換能器將該超聲波轉(zhuǎn)換為電信號。超聲波是機(jī)械波，傳播衰減小，界面反射信號強(qiáng)，且發(fā)射和接收電路簡單，因而應(yīng)用較為廣泛；但超聲波的傳播速度受介質(zhì)的密度、濃度、溫度、壓力等因素影響，其測量精度較低。微波法：微波通過天線（大多為口徑天線，也有平面天線）輻射出去，經(jīng)液面反射后被天線接收，然后由二次電路計(jì)算發(fā)射信號與接收信號的時(shí)間差得液位。連續(xù)波雷達(dá)液位儀原理如圖52所示，

12、該液位儀采用三角波頻率調(diào)制形式，并通過對發(fā)射信號與接收信號混頻后得到的差額信號的分析，得到微波傳輸時(shí)間，從而計(jì)算出液位。微波速度受傳播介質(zhì)、溫度、壓力、液體介電常數(shù)的影響很小，但液體界面的波動、液體表面的泡沫、液體介質(zhì)的介電常數(shù)對微波反射信號強(qiáng)弱有很大影響。當(dāng)壓力超過規(guī)定數(shù)值時(shí)，壓力對液位測量精度將產(chǎn)生顯著影響。對于介電常數(shù)小于規(guī)定數(shù)值的液體，大部分雷達(dá)液位儀都需要采用波導(dǎo)管，但波導(dǎo)管的銹蝕、彎曲和傾斜都會影響測量精度。例如：當(dāng)空高h(yuǎn)為20m,導(dǎo)波管與垂直方向傾斜角度a只要超過0.573°,則引起的液位誤差A(yù)h將超過1皿，由此證明，在傾斜角度a（單位為度）較小時(shí)，Ah滿足：*'

13、;=64800021*15-2微波蕾達(dá)液位儀心、理圖雷達(dá)液位儀特別適合于高污染度或高粘度的產(chǎn)品，如瀝青等。雷達(dá)液位儀測量的重復(fù)精度較高，無須定期維修和重新標(biāo)定，測量精度也較高，但價(jià)格較高，測量油水界面困難。調(diào)制型光學(xué)法與微波法類似，只是采用相位或頻率調(diào)制的光信號代替微波信號。圖53是一種激光雷達(dá)液位儀原理圖8。但光信號受水蒸汽、油蒸汽影響較大，并對液面波動很敏感，且必須采用易受污染的光學(xué)鏡頭。115-3一種激光小.達(dá)光纖液（立傳盛系統(tǒng)以上3種方法都是通過檢測信號傳播的時(shí)間來確定液位的。設(shè)發(fā)射信號與接收信號的時(shí)間差為t,則空高h(yuǎn)=vt/2,v為波的傳播速度。6、磁翻板法、振動法、核輻射法、光纖傳

14、感器法磁翻板法原理如圖6la所示1,1一翻板指示組件；2浮子；3連通管組件；4一調(diào)整螺釘；5放泄塞。浮子裝有一組永久磁鐵，隨液位變化而上下移動,通過磁耦合作用帶動磁翻板組件翻轉(zhuǎn)。當(dāng)液位上升時(shí)，磁翻板的紅色面朝外；液位下降時(shí)，白色面朝外。故根據(jù)磁翻板的顏色即可確定液位。浮子內(nèi)磁鐵與磁翻板磁性結(jié)構(gòu)如圖6lb所示5,每片翻板間的距離為10mm。采用幾臺磁翻板裝置串聯(lián)可增大量程。國g-l磁酬板法原押RI等機(jī)構(gòu)向根機(jī)構(gòu)計(jì)招祗圖62振動法原理圖振動法的原理如圖62所示9o振動液位儀由導(dǎo)軌、測試架、激錘、振動傳感器、伺服機(jī)構(gòu)等組成。伺服機(jī)構(gòu)控制振錘上下爬動并激振，激振后的自由振動被振動傳感器檢測，該檢測信號

15、經(jīng)FET變換后得到最大功率處的頻率，最后由空罐時(shí)固有頻率/液位關(guān)系得到液位。這種液位測量方法需要激錘、伺服機(jī)構(gòu)等機(jī)械運(yùn)動部件，其工作壽命不是很長，須定期維修和重新標(biāo)定，安裝也較復(fù)雜。輻射法：放射性同位素在衰變過程中會輻射射線，常見的射線有a、B、Y射線。其中，Y射線的穿透力強(qiáng)，射程遠(yuǎn)，故在核輻射液位測量中廣泛采用。實(shí)驗(yàn)證明，穿過物質(zhì)前后Y射線強(qiáng)度會發(fā)生變化，并滿足以下關(guān)系5上式中：J0一穿過物質(zhì)前的強(qiáng)度；J-穿透物質(zhì)后的強(qiáng)度；R物質(zhì)對Y射線的衰減特性；d-物質(zhì)的厚度。核輻射式液位儀由放射源、探測器及處理電路組成。放射源大都采用鉆一60或鈉一137。探測器有電離室、記數(shù)管、閃爍計(jì)數(shù)器等幾種，其作用是探測射線穿透物質(zhì)后的強(qiáng)度。核輻射液位儀采用非接觸式安裝，如圖63所示。圖63a采用點(diǎn)式放射源、探測器，測量范圍較??；圖63b采用點(diǎn)式放射源、線狀探測器，測量范圍較大；圖63c采用線狀放射源、探測器，測量范圍最大。除丫射線外，中子射線也可用來測量液位。中子射線的穿透能力極強(qiáng)，比Y射線強(qiáng)10倍以上，可穿透壁厚達(dá)9英寸的鋼質(zhì)容器10。射線液位儀安裝方便，測量精度能滿足大罐測量的需要，有一