磁翻板液位计等几种连续液位测量仪表在实际应用中比较

　 　 引言
物位测量是一个较为宽泛的概念，实际上工业生产中所说的物位包括液位和料位两类。料位一般是讲的颗粒、粉末状的原料高位的测量，液位则是液体原料的高度测量，这里液位又包括液位信号器和连续液位测量两种。液位信号器是对几个固定位置的液位进行测量，用于液位的上、下限报警，比如高加液位高报警开关，疏水罐液位开关等。连续液位测量是对液位连续地进行测量，它**地应用于电厂各个热力系统中，连续测量液位对监控、分析具有非常重要的意义。下面对我厂一二期投产机组实际应用中的几种连续液位测量方法进行分析与比较。并对各自的原理、特点等进行了较系统的比较分析，希望对今后液位计的设计、选型有一定的帮助。


 
　　1 磁翻板液位计
　　1.1 测量原理
　　磁翻板液位计原理如图1—1a所示，1-翻板指示组件；2-浮子；3-连通管组件；4-调整螺钉；5-放泄塞。浮子装有一组**磁铁，随液位变化而上下移动，通过磁耦合作用带动磁翻板组件翻转。当液位上升时，磁翻板的红色面朝外；液位下降时，白色面朝外。故根据磁翻板的颜色即可确定液位。浮子内磁铁与磁翻板磁性结构如图1—1b所示，每片翻板间的距离一般为10 mm。采用几台磁翻板装置串联可增大量程。
　　图1-1 磁翻板液位计原理
　　1.2 应用效果
这种液位测量在我厂应用**，如各储水罐的液位测量，酸碱罐的液位显示，主机高加水位的显示等，这种测量方法简单、直观，成本也较低

　　2 差压法
　　2.1测量原理
　　差压测量方法的工作原理，1、2-阀门；3-差压变送器。对于开口容器或常压容器，阀门1及气相引压管道可以省掉。压力差与液位的关系为 ΔP=P2-P1=ρgH
　　式中：ΔP-变送器正、负压室压力差；P2、P1-引压管压力；H-液位。差压变送器将压力差变换为4～20 mA的直流信号。电流信号送至DCS或PLC控制系统，进行量程设定，后在监视画面显示对应液位值。
　　2.2 应用效果
　　差压法测量在我厂也有实际应用，比如一期工程高加水位测量，辅汽疏水扩容器液位测量等，其优点是
　　（1）原理简单，产品成熟。
（2）具有远传功能。
 
　　3 超声波法
　　3.1 测量原理
　　超声波物位计的工作原理是由换能器（探头）发出高频超声波脉冲遇到被测介质表面被反射回来，部分反射回波被同一换能器接收，转换成电信号。超声波脉冲以声波速度传播，从发射到接收到超声波脉冲所需时间间隔与换能器到被测介质表面的距离成正比。此距离值D与声速C和传输时间T之间的关系可以用公式表示：D=CxT/2。
　　特点：由于采用了的微处理器和独特的EchoDiscovery回波处理技术，超声波物位计可以应用于各种复杂工况。换能器内置温度传感器，可实现测量值的温度补偿。
　　超声波换能器采用佳声学匹配之技术，使其发射功率能更有效地辐射出去，提高信号强度，从而实现准确测量。
　　安装要求：换能器发射超声波脉冲时，都有一定的发射开角。从换能器下缘到被测介质表面之间，由发射的超声波波束所辐射的区域内，不得有障碍物，因此安装时应尽可能避开罐内设施，如：人梯、限位开关、加热设备、支架等。 另外须注意超声波波束不得与加料料流相交。
　　液位L=E-D
　　E：空罐距离，D：探头到液面距离
　　BD：盲区
　　由超声波在介质中传播原理可知，若介质压力、温度、密度、湿度等条件一定，则超声波在该介质中传播速度是一个常数。因此，当测出超声波由发射到遇到液面反射被接收所需要的时间，则可换算出超声波通过的路程，即得到了液位的数据。超声波法：换能器将电功率脉冲转换为超声波，射向液面，经液面反射后再由换能器将该超声波转换为电信号。超声波是机械波，传播衰减小，界面反射信号强，且发射和接收电路简单，因而应用较为**。
　　3.2 应用效果
我厂超声波液位测量应用，如海淡系统水池液位、罐体液位、循泵海水液位等；但超声波的传播速度受介质的密度、浓度、温度、压力等因素影响，其测量精度较低。当遇到有雾气或水汽凝结时，容易造成测量失效。
 
　　

4 电容法
　　4.1 测量原理
　　电容法：用于测量非导电液体的电容法原理如图4—1所示[2]。图4—1中，电容由两块同心的圆柱面极板组成，其电容量CH为.ε1-被测液体的相对介电常数；ε2-气相介质的相对介电常数；H-电容传感器浸入液体的深度（m）；l-电容传感器垂直高度（m）；R-内极板圆柱底面半径（m）；r-外极板圆柱底面半径（m）。由于R、r、l等都是固定值，只要利用ε1、ε2、CH就能计算出液位H。图4—2是用于测量导电液体的电容法原理[4]，其公式推导略。电容式液位仪价格较低，安装容易，且可以应用于高温、高压的场合。但电容液位仪测量重复精度较低，需定期维修和重新标定，工作寿命也不是很长。
　　4.2 应用效果
我厂二期主油箱液位计测量就是电容式测量方法，实际应用来看，电容式测量容易受环境干扰，测量稳定性不怎么理想。


 
　　5 导波雷达
导波雷达料位计测量技术在近几年来发展很快，是目前应用**的非接触式测量方法，特别在液位测量。其测量原理：导波雷达料位计是一种微波料位计，它是微波（雷达）定位技术的一种运用。它是通过一个可以发射能量波（一般为脉冲信号）的装置发射能量波，能量波在波导管中传输，能量波遇到障碍物反射，反射的能量波由波导管传输至接收装置，再由接收装置接收反射信号。根据测量能量波运动过程的时间差来确定物位变化情况。由电子装置对微波信号进行处理，终转化成与物位相关的电信号。
　图5-1 导波雷达液位测量原理图
　　5.2 应用效果
　　导波雷达液位计的优点：
　　（1）能耗低。导波雷达耗能小，采用系统回路24VDC供电而不是单独的交流供电，从而大大节省了安装费用。
　　（2）由于信号在波导体中传输不受液面波动和储罐中的障碍物等的影响，因而仪表所接收到的返回信号能量相应较强，约为所发射能量的20%[既0.02mW]，而且返回信号中的干扰性杂散信号极小，基本对测量信号无影响。
　　（3）介质介电常数的变化对测量性能无明显影响。导波雷达采用传输时间来测量介质液位，信号自烃类[介电常数2～3]液体表面或自水[介电常数80]面反射回传的时间一样的，不同的只是信号幅度[强度]的差别。
　　（4）由于光速电磁波、是恒定的，不需要任何迁移来改变仪表量程，不需现场标定，仅需现场输入有关参数即可使用。多台仪表在效验台上仅需几分钟即可组态调校完毕，在组态时，需接上24VDC电源并提供每个储罐的测量参数。
　　（5）介质密度的变化对测量无影响，介质密度的变化影响浸没于介质中物体所受到的浮力，但不影响电磁波在波导体中的传播。
　　（6）雾气和泡沫对测量无影响，由于电磁波不通过空间传播，因而雾气不会引起信号的衰减，泡沫也不会对信号进行散射而损失能量。
　　（7）介质在波导体上的沉积和涂污对液位测量的影响极小。介质在探头上的涂污对测量液位的影响可分为两种：膜状涂污和桥接。膜状涂污是在液位降低时，高粘液体或轻油浆在探头上形成的一种覆盖层。
　　我厂海水淡化微滤酸清洗箱液位原设计为超声波液位计，静态时，能准确测量液位，当水箱进入酸液以后，超声波液位计就因酸雾影响，不能准确测量。后改为导波雷达液位计后，再无类似缺陷出现。
　　随着导波雷达液位计的技术发展，耐高温高压的导波雷达液位计也有应用，我厂二期高加液位测量、除氧器液位测量就采用了这种液位计，目前投用情况良好。
 
　　6 总结
　　纵观上述五种不同的连续液位测量方法在我厂的实际应用情况分析，磁翻板液位计凭着测量方法简单、直观，成本也较低，作为运行人员就地监测，应用**。远传式仪表，就准确性和可靠性而言，导波雷达液位计，凭着近乎完美无缺的性能，无论是在测高温高压环境、真空环境、酸碱环境及磨石粉场石膏物料测量环境，都有着非常良好的表现，是一种比较值得推广应用的连续液位测量设备。

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