化工企業(yè)液位測量儀表的應(yīng)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(yīng)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(nèi)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(yīng)用及優(yōu)缺點，針對超聲波液位計、雷達(dá)液位計、光纖液位計、光電液位計、伺服式液位監(jiān)測技術(shù)和磁致伸縮等測量技術(shù)，介紹了相關(guān)方法原理及應(yīng)用現(xiàn)狀，并預(yù)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(yīng)用

0　引言

隨著電子信息技術(shù)、計算機技術(shù)及自動化技術(shù)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(zhǔn)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(shù)，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(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

早期的液位測量技術(shù)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(shù)，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(shù)起步晚，發(fā)展也相對較慢。同國外技術(shù)相比，差距明顯，具體體現(xiàn)在：測量精度不高、設(shè)備可靠性差、抗干擾性能不足、自主創(chuàng)新技術(shù)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(zhǔn)確，已成為目前應(yīng)用最為廣泛的計量方法。

2　典型液位測量技術(shù)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(dá)液位計、超聲波液位計和光導(dǎo)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(shù)，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(dá)液位計、光纖液位計、光電液位計測量技術(shù)、伺服式液位計量技術(shù)、磁致伸縮測量技術(shù)相關(guān)技術(shù)原理及應(yīng)用情況。

（1）光纖液位計、光電液位計測量技術(shù)。光纖液位計通過在傳統(tǒng)的力學(xué)平衡理論的基礎(chǔ)上，運用先進(jìn)的光纖傳感技術(shù)，能夠?qū)崿F(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(xué)編碼器、光電信號轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)電信號和光信號的相互轉(zhuǎn)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(jìn)行光信號向電信號的轉(zhuǎn)變，并進(jìn)行校準(zhǔn)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(shù)和微電子技術(shù)運用于液位測量中，其測量原理是在力學(xué)平衡原理的基礎(chǔ)上，采用紅外光電技術(shù)進(jìn)行測量，并且在測量及計算過程中運用了多種手段進(jìn)行誤差補償和修正。

（2）伺服式液位計量技術(shù)。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(rèn)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(jié)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(shù)。磁致伸縮式液位計是一種可進(jìn)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(nèi)的磁致伸縮線是信號產(chǎn)生的關(guān)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(nèi)，計時壓磁傳感器以固定頻率發(fā)出脈沖信號。浮子內(nèi)部安裝永久磁鐵，形成一個磁場；檢測脈沖沿測桿內(nèi)波導(dǎo)絲傳播會形成一個旋轉(zhuǎn)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(shù)的優(yōu)勢在于：①測量原理更加先進(jìn)，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(jìn)行測量；③測量分辨率更高，常用磁致伸縮測量儀器進(jìn)行液位測量時分辨能力可達(dá)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(jié)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(nèi)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(hù)工作量小，安全隱患得以降低。

（4）超聲波及雷達(dá)測量技術(shù)。超聲波技術(shù)主要是通過測量聲波時差，并結(jié)合介質(zhì)中聲波的傳播速度，計算液位高度。在此過程中要進(jìn)行聲波信號和電信號的相互轉(zhuǎn)換。超聲波測量技術(shù)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(yīng)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(biāo)定。雷達(dá)技術(shù)是通過天線或雷達(dá)探頭，發(fā)射出連續(xù)的高頻信號，高頻信號通過導(dǎo)管或者直接到達(dá)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(jìn)行接收，計算信號發(fā)射和接收過程中的時間差，結(jié)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(hù)成本低。

3　化工企業(yè)液位測量技術(shù)在的問題

光纖液位計、光電液位計測量技術(shù)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(nèi)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(jìn)行，人員配備成本高，維護(hù)周期長?；て髽I(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(nèi)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(yīng)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(nèi)外液位計量檢測技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，并就常用的液位計量技術(shù)原理及應(yīng)用進(jìn)行分析，筆者認(rèn)為未來液位計量技術(shù)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(yīng)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(shù)及相關(guān)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(shè)計 [D] [D]. 燕山大學(xué), 2010.

[2] 王偉麗. 油罐液位檢測系統(tǒng)改進(jìn)設(shè)計[J]. 內(nèi)江科技, 2011, 32(2): 117-117.

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