摘要：對(duì)儲(chǔ)罐用液位計(jì)的特殊性，從液位計(jì)的種類(lèi)劃分、優(yōu)缺點(diǎn)、適用場(chǎng)合、輸出方式等角度對(duì)市場(chǎng)上常見(jiàn)的儲(chǔ)罐液位計(jì)進(jìn)行介紹和比較，以便為廣大用戶(hù)在產(chǎn)品選型上起到一定的參考作用。（其實(shí)本文中沒(méi)有提到磁翻板液位計(jì)，也是儲(chǔ)罐自動(dòng)類(lèi)型液位計(jì)常用的一種，下次文章我們會(huì)提到，或者看文章底部的相關(guān)文章）

 

引言

液位計(jì)是安裝在容器上能夠自動(dòng)連續(xù)測(cè)量液體高度(空高或液面高度)的儀表。相比于鋼帶液位計(jì)，目前的液位計(jì)已經(jīng)無(wú)需人員的干預(yù)，能夠完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)顯示和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸，即所謂的自動(dòng)類(lèi)型液位計(jì)。對(duì)于儲(chǔ)罐液位計(jì)由于其應(yīng)用領(lǐng)域的特殊性，國(guó)際建議OIML R85對(duì)其計(jì)量準(zhǔn)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(duì)于儲(chǔ)罐液位計(jì)，制定一套客觀(guān)的、與國(guó)際接軌的評(píng)價(jià)體系*為重要。本文將對(duì)儲(chǔ)罐液位計(jì)進(jìn)行一個(gè)比較客觀(guān)的介紹，以便對(duì)廣大科研人員、生產(chǎn)廠(chǎng)商和用戶(hù)有一定的借鑒作用。儲(chǔ)罐液位計(jì)通常由液位傳感器、變送器和顯示裝置三部分組成，通過(guò)接觸式或非接觸式液位傳感器探測(cè)(空高或液面高度)的液位變化情況，經(jīng)變送器轉(zhuǎn)換成與液位對(duì)應(yīng)的數(shù)字或模擬信號(hào)，由顯示裝置直接顯示液位的過(guò)程，并可將液位及其他相關(guān)信息進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸。

 

1、液位計(jì)的分類(lèi)

依據(jù)液位計(jì)的傳感器與被測(cè)液體表面是否接觸，可以分為接觸式液位計(jì)和非接觸式液位計(jì)，二者也適用于不同的場(chǎng)合。接觸式液位計(jì)一般不適用于測(cè)量腐蝕性或者粘度系數(shù)較大的液體。市場(chǎng)上常見(jiàn)的接觸式液位計(jì)主要有伺服液位計(jì)、磁致伸縮液位計(jì)等。常見(jiàn)的非接觸式液位計(jì)主要有雷達(dá)液位計(jì)、超聲液位計(jì)等。

 

依據(jù)測(cè)量原理，液位計(jì)可以分為模擬讀數(shù)類(lèi)、力學(xué)原理類(lèi)、電特性類(lèi)、輻射類(lèi)等，伺服液位計(jì)和磁致伸縮液位計(jì)屬于比較典型的力學(xué)原理類(lèi)液位計(jì)，而雷達(dá)液位計(jì)則屬于輻射類(lèi)液位計(jì)。

 

依據(jù)是否連續(xù)測(cè)量液位，可將液位計(jì)分為開(kāi)關(guān)類(lèi)液位計(jì)和連續(xù)測(cè)量類(lèi)液位計(jì)。開(kāi)關(guān)類(lèi)液位計(jì)一般適用于不需要連續(xù)測(cè)量液位，只需要在特定的液位點(diǎn)(例如高低限位值)發(fā)出聲光信號(hào)的液位計(jì)。音叉液位計(jì)即為一種比較常見(jiàn)的開(kāi)關(guān)式液位計(jì)，它的主要原理是當(dāng)音叉浸入液體或處于干燥狀態(tài)時(shí)，通過(guò)內(nèi)部的壓電晶體振動(dòng)頻率變化探測(cè)出指定位置是否被液體浸沒(méi)，從而觸發(fā)聲光報(bào)警。

 

依據(jù)是否為智能化儀表，可將液位計(jì)分為智能液位計(jì)和非智能液位計(jì)。相比于非智能液位計(jì)，智能液位計(jì)采用更加先進(jìn)的采集技術(shù)、處理技術(shù)，并能夠?qū)?nèi)部故障進(jìn)行診斷、處理或報(bào)警，可靠程度、可維護(hù)性更高。比如常見(jiàn)的智能伺服液位計(jì)，可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)采集的溫度、壓力等數(shù)據(jù)，對(duì)測(cè)得的液位進(jìn)行補(bǔ)償，得到更為準(zhǔn)確的液位值。

 

依據(jù)準(zhǔn)確度的高低，可以將液位計(jì)分為計(jì)量級(jí)液位計(jì)和過(guò)程控制級(jí)液位計(jì)兩類(lèi)。計(jì)量級(jí)液位計(jì)精度約±1mm左右。過(guò)程控制級(jí)精度相對(duì)較低，用戶(hù)可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇。

 

依據(jù)測(cè)量原理進(jìn)行分類(lèi)，可以將液位計(jì)分為測(cè)空高型液位計(jì)和測(cè)實(shí)高型液位計(jì)。對(duì)于一座大型儲(chǔ)罐，內(nèi)部液體所浸沒(méi)的高度為實(shí)高，氣相部分占有的高度為空高。以雷達(dá)液位計(jì)為例，由于其利用電磁波測(cè)量雷達(dá)頭到液面的高度，本質(zhì)上為測(cè)空高型液位計(jì)。

 

依據(jù)是否具有防爆特性，可以將液位計(jì)分為防爆型液位計(jì)和普通型液位計(jì)。對(duì)于儲(chǔ)罐液位計(jì)而言，由于其應(yīng)用場(chǎng)合的特殊性，必須選用防爆液位計(jì)。

 

上述幾種分類(lèi)也從另外一種角度給出了選擇液位計(jì)時(shí)，用戶(hù)需要進(jìn)行考慮的不同需求和角度，從而將需求進(jìn)行疊加，選擇適用于特定場(chǎng)合的液位計(jì)。

 

2、液位計(jì)的主要輸出方式

液位計(jì)的輸出方式主要有現(xiàn)場(chǎng)顯示、遠(yuǎn)程傳輸兩種輸出方式?，F(xiàn)場(chǎng)顯示通常顯示液位計(jì)測(cè)量的空高和實(shí)高值。而遠(yuǎn)程傳輸類(lèi)液位計(jì)除了能夠?qū)⒁何恍畔⑦M(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸外，還可以將異常信息、附加參數(shù)信息進(jìn)行傳輸。

 

現(xiàn)場(chǎng)顯示的液位計(jì)由于安裝位置位于儲(chǔ)罐頂部，不方便維護(hù)巡檢人員進(jìn)行實(shí)時(shí)的查看和記錄。而隨著技術(shù)的發(fā)展和DCS系統(tǒng)的發(fā)展，帶有遠(yuǎn)程傳輸功能的液位計(jì)市場(chǎng)占有率逐年增加。通過(guò)按照一定的傳輸協(xié)議和硬件采集模塊，可方便地將罐區(qū)的各種儀表參數(shù)傳輸?shù)紻CS系統(tǒng)，從而為遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)監(jiān)控和收發(fā)作業(yè)提供數(shù)據(jù)參考。

 

目前，絕大多數(shù)的液位計(jì)采用兩線(xiàn)制4～20mAHart協(xié)議遠(yuǎn)程接入PLC或DCS系統(tǒng)，也有部分儀表采用MODBUS總線(xiàn)協(xié)議。

 

3、幾種典型的儲(chǔ)罐液位計(jì)

3.1 伺服液位計(jì)

伺服液位計(jì)具有智能性、高精度等優(yōu)點(diǎn)。從前文的分類(lèi)角度而言，伺服液位計(jì)屬于接觸式、力學(xué)原理類(lèi)的智能液位計(jì)。它的工作原理是基于浮力平衡原理，由微型伺服電機(jī)連接細(xì)鋼絲驅(qū)動(dòng)體積較小的浮子，形成一個(gè)閉環(huán)反饋系統(tǒng)，如圖1所示。當(dāng)液位計(jì)工作時(shí)，浮子自身產(chǎn)生的重力作用于細(xì)鋼絲上，在外輪鼓產(chǎn)生力矩，從而引起磁通量的變化，磁通量的變化將導(dǎo)致電磁傳感器的輸出電壓信號(hào)發(fā)生變化。將電壓值與存儲(chǔ)于CPU中的參考電壓進(jìn)行比較，當(dāng)達(dá)到浮力平衡時(shí)，電壓差值為零。此時(shí)測(cè)量纏繞在輪鼓上細(xì)鋼絲所經(jīng)歷的長(zhǎng)度變化，得出液位變化情況，由于輪鼓對(duì)鋼絲的測(cè)量分辨率很小，從而使得伺服液位計(jì)能夠達(dá)到±1mm左右的精確度。

根據(jù)伺服液位計(jì)的工作原理和測(cè)量特性，在條件允許的情況下，將浮子的整個(gè)行程安裝在導(dǎo)波管內(nèi)，可對(duì)伺服液位計(jì)的測(cè)量精度的保持起到非常重要的作用。

 

3.2 雷達(dá)液位計(jì)

雷達(dá)液位計(jì)具有無(wú)可動(dòng)部件、精度高、工作穩(wěn)定、高可靠性、低故障率、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。雷達(dá)液位計(jì)主要由發(fā)射裝置、接收裝置、信號(hào)處理器、天線(xiàn)、顯示裝置等部分組成。根據(jù)測(cè)量原理，可以分為時(shí)差式和頻差式。時(shí)差式是利用超高頻電磁波經(jīng)天線(xiàn)向被探測(cè)容器的液面發(fā)射，并接收反射回來(lái)的電磁波。根據(jù)發(fā)射波和接收波的時(shí)差以及電磁波的傳輸速度計(jì)算出液面的空高，從而根據(jù)容器高度得出液面實(shí)高。頻差式是測(cè)量發(fā)射波和反射波之間的頻率差，并將頻率差轉(zhuǎn)換為與被測(cè)量液位成比例關(guān)系的電信號(hào)。

 

根據(jù)雷達(dá)液位計(jì)的工作原理，雷達(dá)液位計(jì)適用范圍較廣，特別是在易燃、易爆、強(qiáng)腐蝕性、高溫、粘稠性液體等被測(cè)介質(zhì)方面有其顯著的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，為了應(yīng)對(duì)不同的測(cè)量介質(zhì)，雷達(dá)液位計(jì)也具有不同外形的天線(xiàn)，比如喇叭口式、拋物線(xiàn)式、桿式等天線(xiàn)類(lèi)型，如圖2所示。其中喇叭口式天線(xiàn)適用范圍zui廣，只是不適用于測(cè)量腐蝕性介質(zhì)。拋物線(xiàn)式天線(xiàn)特別適用于具有加熱蒸汽的容器液位測(cè)量。而桿式天線(xiàn)則特別適用于測(cè)量腐蝕性介質(zhì)。

 

3.3 磁致伸縮液位計(jì)

磁致伸縮液位計(jì)是根據(jù)磁致伸縮原理進(jìn)行工作的液位計(jì)，具體工作原理：在非磁性的波導(dǎo)管內(nèi)安裝一根磁致波導(dǎo)線(xiàn)，波導(dǎo)管外部安裝有隨液面進(jìn)行上下運(yùn)動(dòng)的磁性浮子，在磁致波導(dǎo)線(xiàn)的其中一端裝有壓磁傳感器，傳感器在每個(gè)時(shí)間單位發(fā)出一定數(shù)量的電流脈沖信號(hào)，此信號(hào)沿著磁致波導(dǎo)線(xiàn)向下傳送，從而產(chǎn)生一個(gè)向下運(yùn)動(dòng)的磁環(huán)磁場(chǎng)，該磁環(huán)磁場(chǎng)同磁性浮子的磁場(chǎng)相互作用，從而產(chǎn)生一個(gè)脈沖磁場(chǎng)，脈沖以已知速度沿磁致波導(dǎo)線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，并被壓磁傳感器接收，通過(guò)計(jì)算起始電流脈沖和返回脈沖的時(shí)間間隔得出浮子的位置，如圖3所示。

根據(jù)測(cè)量介質(zhì)特性的不同，可以在波導(dǎo)管上安裝多個(gè)磁性浮子，從而可以同時(shí)測(cè)量多個(gè)液位。例如可以同時(shí)測(cè)量?jī)?chǔ)罐內(nèi)的油位和水位。

 

按測(cè)桿結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類(lèi)，具有剛性波導(dǎo)管和柔性波導(dǎo)管兩種類(lèi)型。一般情況下，當(dāng)測(cè)量對(duì)象高度小于5m時(shí)，建議選用剛性測(cè)桿；當(dāng)測(cè)量對(duì)象高度較高時(shí)，可選用柔性測(cè)桿。

 

4、結(jié)語(yǔ)

本文較全面地對(duì)液位計(jì)的分類(lèi)方式、不同類(lèi)型液位計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)、主要輸出方式進(jìn)行了概述。同時(shí)介紹了伺服液位計(jì)、雷達(dá)液位計(jì)、磁致伸縮液位計(jì)的測(cè)量原理、優(yōu)缺點(diǎn)等，希望對(duì)液位計(jì)的使用單位和相關(guān)人員在液位計(jì)選型、日常使用、維護(hù)保養(yǎng)等方面有一定的借鑒作用。