化工企業(yè)液位測量儀表的應用探析

周雪花

（新能鳳凰（滕州）能源有限公司，山東 棗莊 277520）

化工企業(yè)液位測量儀表的應用探析

周雪花

（新能鳳凰（滕州）能源有限公司，山東 棗莊 277520）

本文研究了國內外化工企業(yè)罐區(qū)液位計量檢測常用方法及原理，分析了目前常用液位計量系統(tǒng)的應用及優(yōu)缺點，針對超聲波液位計、雷達液位計、光纖液位計、光電液位計、伺服式液位監(jiān)測技術和磁致伸縮等測量技術，介紹了相關方法原理及應用現(xiàn)狀，并預測了化工企業(yè)液位計量檢測的發(fā)展趨勢。

化工企業(yè)；液位測量；儀表應用

0　引言

隨著電子信息技術、計算機技術及自動化技術的發(fā)展，研究人員開發(fā)出很多液位測量儀表，并在實際生產(chǎn)中發(fā)明了適用性更強、更精準的機電一體化測量儀器。針對我國化工企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀，研制適合我國國情的液位計量檢測技術，對于打破國外壟斷，提升化工企業(yè)液位測量精度具有重大的現(xiàn)實意義。

1　化工企業(yè)液位測量技術發(fā)展現(xiàn)狀

早期的液位測量技術采用機械原理，人工測量為主。國外近年來研制出新型液位測量技術，目前很多國外跨國公司都研制并裝備了高精度、高穩(wěn)定性、功能齊全的液位計量系統(tǒng)，并形成了系列化產(chǎn)品。我國的液位計量技術起步晚，發(fā)展也相對較慢。同國外技術相比，差距明顯，具體體現(xiàn)在：測量精度不高、設備可靠性差、抗干擾性能不足、自主創(chuàng)新技術少。依照計量原理分類，大致可分為以下幾種：液位計法、靜壓測量法、混合測量法。液位計法由于操作簡單、測量準確，已成為目前應用最為廣泛的計量方法。

2　典型液位測量技術研究

液位測量屬于靜態(tài)測量的一種，其主要原理是通過液位計計量液體位置。依據(jù)液位測量的原理不用，液位計可以分為接觸式和非接觸式兩大類。非接觸式液位計主要有雷達液位計、超聲波液位計和光導液位計，測量手段是通過聲、光、射線等測量液位；接觸式液位計主要包括浮子式液位計、伺服式液位計、電容式液位計、磁致伸縮測量技術，主要的測量手段是通過浮子測量液位。本文重點研究了超聲波液位計、雷達液位計、光纖液位計、光電液位計測量技術、伺服式液位計量技術、磁致伸縮測量技術相關技術原理及應用情況。

（1）光纖液位計、光電液位計測量技術。光纖液位計通過在傳統(tǒng)的力學平衡理論的基礎上，運用先進的光纖傳感技術，能夠實現(xiàn)儲油罐液位的實時測量。在信號的傳輸過程中通過電磁耦合裝置、光學編碼器、光電信號轉換器實現(xiàn)電信號和光信號的相互轉換。光纖液位計的測量原理是：浮子和與之聯(lián)動的繩索、錘子隨著液位上下浮動，通過精確計量變徑輪，在磁力耦合裝置的帶動下，產(chǎn)生電信號。光電信號井光纜傳輸，在光電變送器進行光信號向電信號的轉變，并進行校準及信號放大。經(jīng)二次儀表分析，就可以得到液位精確數(shù)據(jù)。光電液位計量將光電技術和微電子技術運用于液位測量中，其測量原理是在力學平衡原理的基礎上，采用紅外光電技術進行測量，并且在測量及計算過程中運用了多種手段進行誤差補償和修正。

（2）伺服式液位計量技術。伺服式液位計量系統(tǒng)主要部分包括：浮子、電路系統(tǒng)、靈敏度校正系統(tǒng)和伺服式電機。伺服液位計是現(xiàn)階段化工企業(yè)公認的高精度液位計，其系統(tǒng)測量精度主要取決于液位測量的較高精度和非實時測量的水位結合密度測量數(shù)據(jù)，以及多點溫度測量得到的平均溫度數(shù)據(jù)。能測量的參數(shù)包括液位、溫度和密度，液位精度可到1mm，溫度測量精度在±0.1℃。

（3）磁致伸縮測量技術。磁致伸縮式液位計是一種可進行連續(xù)液位、界面測量的液位計，同時能夠提供高清晰度的模擬信號用于監(jiān)測和控制。其主要測量部分由兩個浮子和一個傳感器測桿組成，同時配備有永久磁鐵，浮子磁鐵、傳輸部分和檢測部分，對雙界面都有較好的測量精度，屬于一種接觸式液位測量系統(tǒng)，具有較高的測量精度。具體測量原理是：由兩個浮子分別檢測油水界面和油氣界面，制作的浮子密度分別在油密度和水密度之間，小于油的密度，這樣兩浮子在隨著測桿移動過程中就能檢測兩界面位置。非磁性傳感管內的磁致伸縮線是信號產(chǎn)生的關鍵部件，用于產(chǎn)生信號的壓磁傳感器就安裝在次之伸縮線內，計時壓磁傳感器以固定頻率發(fā)出脈沖信號。浮子內部安裝永久磁鐵，形成一個磁場；檢測脈沖沿測桿內波導絲傳播會形成一個旋轉磁場，兩磁場相互作用產(chǎn)生一個電流脈沖，脈沖電流與返回電流脈之間存在一個時間差，智能化的電子計算裝置記錄并計算信號發(fā)生與返回之間的時間差，可以精確地確定浮子所在的位置，即液面的位置。

磁致伸縮測量技術的優(yōu)勢在于：①測量原理更加先進，因而儀器理論測量精度更高；②可測量參數(shù)更多，對于化工企業(yè)灌區(qū)測量中的液位高度、油水界面情況、油品溫度分布等都可進行測量；③測量分辨率更高，常用磁致伸縮測量儀器進行液位測量時分辨能力可達到0.001mm；④數(shù)據(jù)傳輸更加穩(wěn)定，由于運用了數(shù)字信號傳輸，并結合ModBus數(shù)字通訊協(xié)議，信號穩(wěn)定性得到很大提升，傳輸距離在2000米以內具有很好的保真度；⑤可與多種終端配和使用，兼容性好；⑥儀器性能穩(wěn)定，日常維護工作量小，安全隱患得以降低。

（4）超聲波及雷達測量技術。超聲波技術主要是通過測量聲波時差，并結合介質中聲波的傳播速度，計算液位高度。在此過程中要進行聲波信號和電信號的相互轉換。超聲波測量技術優(yōu)點是：機械波的界面反射信號強，衰減小，測穩(wěn)定性好，適應性強，安裝和檢測較為簡單；缺點是聲波傳播速度影響因素較多，故而精度較低，需要多次測量標定。雷達技術是通過天線或雷達探頭，發(fā)射出連續(xù)的高頻信號，高頻信號通過導管或者直接到達被測液體表面，在被測液體表面發(fā)生反射作用，反射信號通過接收器進行接收，計算信號發(fā)射和接收過程中的時間差，結合傳播速度就可以得出液位高度。其優(yōu)點是：測試穩(wěn)定性好，測量精確度較高，在測試環(huán)境存在污染，測試液體粘度較高的條件下適用性好，維護成本低。

3　化工企業(yè)液位測量技術在的問題

光纖液位計、光電液位計測量技術的主要缺點在于：液位測量范圍相對較窄，制作成本高，使用壽命較短，企業(yè)使用成本高。同時污濁液體、粘稠液體可能污染或者粘附在探測器表面，干擾測量精度。伺服式液位測量系統(tǒng)內伺服電機功耗較大，一般需要220V交流電壓供電，在油氣集聚的油庫中使用，安全隱患較大；為滿足伺服式液位計精度要求，與之配套的溫度測量元件等其他儀表較為固定，系統(tǒng)整體兼容性差；系統(tǒng)故障排除需要高水平專業(yè)人員進行，人員配備成本高，維護周期長。化工企業(yè)在運用磁致伸縮式液位計過程中發(fā)現(xiàn)磁致伸縮式液位計受其中液位計測量原理精度限制，在寬范圍內測量時，精度降低，不適合作為大量程儲油罐計量系統(tǒng)使用。在黏度較高液體和泥漿中測量精度下降，由于天線浸入被測液體中，在液體壓力較大、存在自聚現(xiàn)象、有毒及腐蝕性液體中應用效果較差。浮子在隨著液位上下移動過程中容易被卡。

4　化工企業(yè)液位計量檢測發(fā)展方向

通過分析國內外液位計量檢測技術發(fā)展現(xiàn)狀，并就常用的液位計量技術原理及應用進行分析，筆者認為未來液位計量技術的主要發(fā)展方向如下：

（1）向更高精度發(fā)展。未來生產(chǎn)數(shù)據(jù)必然會向高精度發(fā)展，相對應的液位計量必須提供精度更高的數(shù)據(jù)。

（2）向快速、實時監(jiān)測方向發(fā)展更。液位測量在實際化工產(chǎn)品交易和存儲中顯得更為重要，實時工區(qū)管理是未來的發(fā)展方向，快速的液位監(jiān)測技術及相關儀器的研制刻不容緩。

[1] 賈飛飛. 具有無線收發(fā)功能的超聲波液位測量儀的設計 [D] [D]. 燕山大學, 2010.

[2] 王偉麗. 油罐液位檢測系統(tǒng)改進設計[J]. 內江科技, 2011, 32(2): 117-117.

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1671-0711（2016）09（上）-0137-02