物位液位测量技术应用及发展

时间:2018-12-21 浏览:
液位(Level)是从蒸汽时代开始就有的四大热工参数(温度、压力、流量、液位)之一。20 世纪二次大战以后,随着经济的恢复发展,电力、冶金、化工、石化、采矿、建材工业得到飞速发展,自动化程度也日益提高,上述工业过程控制中,主要检测参数仍是这四大参数,当然,其内容更丰富了。液位也从早期只是测量水位、发展到各类液体如:酸、碱、化工液体、各种油类的液位,并且延伸到不相容液体的界面如:油—水界面,水中的固态沉淀物界面(污泥界面)等,以及散装固体料位如:煤、矿石、砂、水泥、谷类等。英文仍是Level 来涵盖以上测量内容。而中文如仍用液位显然不妥,故近年来逐步用物位来作为这类参数的中文名称,具体的定义应为:不同相或不相混物料其分界面的位置称为物位。根据不同相物料,可细分为:液位(气—液相界面位置)、料位(气—固相界面位置),液—液相界面位置,液—固相界面位置等。
1 物位仪表技术现状

物位是过程参数中最简单的参数,借助简单工具(量尺),甚至目测就能知道物位值。直到20世纪50年代以前,主要还是测量液位,主要的方法是用机械原理的浮子式、浮力式及亚力式,用指针就地指示液位,或进行位式控制。另外就是用于目测的玻璃板(管)液位计,窥镜等,严格意义上不能算仪表,只是设备的附件。国际上历史有七,八十年的物位仪表公司,早期也都是生产这些现在看来很简单的产品。

20世纪50年代起,电测技术的发展促进了电气式液位计的发展。除了简单的电极式液位控制器外,最先被应用的是电容式物位控制器,以及在这基础上发展的连续式电容物(液)位计。浮子式之类机械式液位计也被附加电气装置、使能给出电气控制信号或将测得的液位信号用电气信号远传。电动压力(差压)变送器也广泛用来测液位,使液位测量仪表从纯机械型向电气型发展。

物位测量技术的迅速发展是从20世纪70年代后期起,由微电子技术的迅速发展而带动起来的。首先是微电子技术促进了工业自动化的发展。PLC、PC、DCS等的应用对物位计及其他各种现场检测仪表提出了巨大的需求。同时微电子技术又使非电量电测技术有了飞跃进步,发展了许多新型的物位检测方法,以及电子型的物位检测仪表,使整个物位仪表领域有了非常巨大的改观,使原来以机械式原理为主的物位仪表,发展为以应用微电子技术的智能仪表为主。

近年来发展较快的物位仪表有以下几类。

1。1 电子型限位式物位控制器(物位开关)

在物位的过程控制中,很多场合只需要将物位控制在一定范围内,而并不需要精确测量其位置;或在物位越过某一极限位置(高位或低位)时,发出控制或报警信号,这类应用的需求量很大,早期主要应用浮球式液位控制器或电接点式液位控制器。由于原理限制,许多场合不能应用,电子型物位控制器的发展极大地扩展了这类应用。最典型的产品就是振动阻尼式物位控制器(音叉物位开关),不但能应用于液体,还能应用于固体物料,有多种形式的信号输出,有些还有自诊断功能。此外,还有多种原理的产品,如:超声式、光导式、热导式、雷达式等等,都是微电子技术与非电量电测技术结合的产品。

1.2 机-电一体化的物位仪表

微电子技术和传统的机械原理的物位测量技术相结合,使原有的仪表性能有很大提高,如电浮筒液位计,并且发展出许多机电一体化的物位测量仪表,如:磁致伸缩液位计、伺服型浮子液位计、重锤式物位计等,应用越来越广。

1.3 非接触的TOF(行程时间)测量原理

TOF(Time of Flight行程时间或传播时间)测量原理,又称回波测距原理,是非接触测距的一种方法,是近年来发展最快、应用最广的物位测量新技术。原理是:安装在料仓顶部的探头向仓内发射某种能量波,能量波传播到被测物料面上时,在物料面上反射并返回探头被接受,波的来回传播时间就是距离的量度,可以据之计算出物位。

可以应用的能量波有机械波(声或超声波)、电磁波(通常为K波段,C波段或X波段的雷达波),光波(通常为红外波段的激光)。相应的物位计称为:超声物位计、雷达物位计及激光物位计,都是电子型的物位计。

这3种原理的仪表中,超声波物位计已应用了30多年,技术已成熟;雷达物位计是近十几年来发展起来的,发展速度很快,应用也越来越广;激光物位计虽然技术也已成熟,由于原理上的原因,应用面较狭。总体来说,这类仪表已成为物位测量中非常重要的手段,应用增长很快。

1。4 大型储罐液位精密计量

液体石油产品以及化工液体的转运、仓储管理中,许多大型储罐需高精度测量液位,以计算储量,或进行贸易结算。按国际惯例,用于贸易结算的液位计测量准确度需在±1mm以内,用于库存管理的液位计,测量准确度在±3mm以内,都属于计量级的液位计,量程一般为30m或更大。

能满足这类要求的液位计有:伺服型浮子液位计,高精度雷达(微波)液位计,磁致伸缩液位计等。由于都是结合了微电子技术,除了能达到高精度测量液位外,都有数字通讯接口,并可以和平均温度计、压力传感器结合进行综合测量。

目前国内对大型储罐高精度计量液位是用量油尺人工计量(按国家标准)。国际法制计量组织建议成员国允许液位计作为计量器具来使用。我国虽然已进口了不少计量级的液位计,但并未用作计量器具使用,因为尚未有相应准确度的检验标定装置及检验规程。

根据我国计量器具产品监督管理工作需要,2010年国家质检总局批准国家大容量第一计量站建立国家固定储罐自动液位计型式评价实验室,开展固定储罐自动液位计型式评价工作。目前液位计型式评价实验装置已完成,型式评定大纲也在制定中,这有助于我国储罐液位计量的自动化。

综上所述,电子型物位仪表已成为物位仪表中主流,即使机械原理的仪表许多也是结合了微电子技术成为机电一体型的仪表。


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