楊存青

（大慶石油管理局有限公司技術(shù)監(jiān)督中心，黑龍江 大慶 163453）

在靜態(tài)容積法水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置上，仍然主要依靠人工對罐中液位進(jìn)行讀數(shù)，不可避免地會(huì)產(chǎn)生隨機(jī)誤差，而且也不能實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)相連。由于水流量裝置的罐體體積都比較大，玻璃管液位計(jì)的安裝位置也比較高，依靠人工讀數(shù)不方便也不安全，嚴(yán)重影響了檢定過程的效率。本文介紹了三種典型的液位計(jì)，通過對其各自的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析比較，最終得出，磁致伸縮液位計(jì)在靜態(tài)容積法水流量裝置的液位測量上優(yōu)勢比較明顯。

1 常用的液位傳感器的介紹

液位傳感器主要是依靠各種不同的敏感元件來檢測液位的變化，并將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的距離，再轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電信號或相應(yīng)的數(shù)字信號。

本文挑選了三種具有代表性的液位計(jì)進(jìn)行分析比較。

1.1 雷達(dá)式液位計(jì)

依據(jù)圖1 表明，發(fā)生器在雷達(dá)液位計(jì)上部安裝，其會(huì)發(fā)生電磁脈沖波，脈沖波方向?yàn)橄蛳?，一旦其與介電常數(shù)較高的頁面相遇情況下，電磁脈沖波進(jìn)行反射，通過計(jì)算其傳播時(shí)間從而能夠準(zhǔn)確地得到液面的位置。雷達(dá)式液位計(jì)是21世紀(jì)初出現(xiàn)的一種新型液位計(jì)，其主要利用電磁脈沖來測量液位。雷達(dá)液位計(jì)由于測量時(shí)不與被測物體接觸，避免了因磨損而產(chǎn)生的機(jī)械摩擦問題，在接觸式液位計(jì)不能使用的場合它幾乎全能滿足，因此適用范圍非常廣，但雷達(dá)液位計(jì)的成本非常高。

圖1 雷達(dá)液位計(jì)

1.2 差壓液位計(jì)

如圖2 所示，差壓液位計(jì)上有一個(gè)隔離膜片，作用在液位計(jì)上的雙重壓力會(huì)向測量元件傳遞，依靠密封液進(jìn)行，并最終向標(biāo)準(zhǔn)電信號輸出轉(zhuǎn)化，主要由壓電轉(zhuǎn)換器進(jìn)行。差壓液位計(jì)通常安裝在容器的最底部，依據(jù)壓力信號計(jì)算出液位高度。

圖2 差壓液位計(jì)

1.3 磁致伸縮液位計(jì)

磁致伸縮液位計(jì)是近年來出現(xiàn)的一種新型液位計(jì)，它主要是利用磁致伸縮材料的磁致伸縮效應(yīng)和逆磁致伸縮效應(yīng)的原理制成。

如圖3 所示。磁致伸縮液位計(jì)一般由三部分組成，分別是檢測桿、電路單元和浮子。浮子套在探測桿上，探測桿上裝有一組永磁體。會(huì)隨著液位的變化沿著檢測桿上下移動(dòng)。當(dāng)發(fā)射機(jī)通電時(shí)，接收機(jī)與脈沖發(fā)電機(jī)正常生產(chǎn)情況下，會(huì)將小電流查詢脈沖信號向低端位置發(fā)送，主要由發(fā)射機(jī)進(jìn)行，脈沖磁場及脈沖由磁致伸縮線方向運(yùn)轉(zhuǎn)。若是浮球中的磁場與脈沖信號二者磁場碰撞，將會(huì)使其向磁致伸縮線兩端位置傳送，阻尼會(huì)吸收向下傳遞的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力脈沖，接收器會(huì)對向上發(fā)生的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力進(jìn)行接收后開展檢測。依據(jù)時(shí)間差（查詢脈沖發(fā)出至接受扭應(yīng)力返回），對液位高度進(jìn)行計(jì)算，并將其金屬輸出信號的轉(zhuǎn)化，其為4 ～20mA。

圖3 磁致伸縮液位計(jì)原理及結(jié)構(gòu)示意圖

2 三種典型液位計(jì)的分析比較

2.1 特性比較

（1）雷達(dá)液位計(jì)的特點(diǎn)：①液位測量不受溫度變化、介質(zhì)變化的干預(yù)。②若是液位的范圍在15m 以下，其測量的精度誤差在5mm 范圍內(nèi)，若是液位范圍在15m 以上，精度測量數(shù)值為5mm±0.05%。③頂部和底部都有盲區(qū)。

（2）差壓式液位計(jì)的特點(diǎn)：①許多安裝有傳統(tǒng)差壓式液位計(jì)的場合中，液體上方都有額外的蒸汽壓力。由于蒸汽壓力不屬于液位測量內(nèi)容，所以必須對其存在進(jìn)行抵消，抵消方式為毛細(xì)管及帶密封的元件。②機(jī)械零件依靠數(shù)字結(jié)構(gòu)進(jìn)行代替，其屬于電子元傳輸技術(shù)的一種，具有更快的響應(yīng)速度和更高的測量精度。③在天氣嚴(yán)寒的情況下，必須采取保溫措施或者伴熱措施干預(yù)，對壓力管道內(nèi)的漏水狀況、冷凝情況,是否存在蒸發(fā)和堵塞狀況進(jìn)行嚴(yán)格檢查。④若是毛細(xì)管之間的間距過大，將對壓力傳遞產(chǎn)生不良影響，加大誤差，所以必須提升安裝工藝。

（3）磁致伸縮液位計(jì)特征：①較強(qiáng)的可靠性，由于磁致伸縮液位計(jì)的應(yīng)用原理為波導(dǎo)，不銹鋼管內(nèi)進(jìn)行了轉(zhuǎn)換器的封裝，其不會(huì)接觸測量介質(zhì)，并未安裝機(jī)械活動(dòng)的部件，也不會(huì)產(chǎn)生摩擦磨損，傳感器的工作方式可靠，具有較長的使用壽命。②精度較高。博導(dǎo)脈沖工作屬于磁致伸縮液位計(jì)應(yīng)用的方法，其會(huì)對起始脈沖進(jìn)行測量，對結(jié)束脈沖時(shí)間進(jìn)行測定，以此對被測的位移進(jìn)行確定，具有較高的測量精準(zhǔn)度，其分辨率在0.01%FS 以上，是其他傳感器無法匹敵的。③高安全性。罐蓋無法應(yīng)用磁致伸縮液位計(jì)展現(xiàn)，降低了由于人工測量而導(dǎo)致的不安全因素存在，具有較高的防爆性能，應(yīng)用方式安全，可在依然液體及化學(xué)原料測量中應(yīng)用。④磁致伸縮液位計(jì)采用高精度傳感器元件，便于系統(tǒng)自動(dòng)化。通過處理器計(jì)算脈沖電流與扭波脈沖的時(shí)間差，可以準(zhǔn)確地確定浮子位置。它充分考慮了各種信號連接方式，依靠標(biāo)準(zhǔn)輸出信號，將其與通信接口連接，可優(yōu)化信號處理方式，有效進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，促進(jìn)測量系統(tǒng)自動(dòng)化工作水平的提升，提升改造程度。

設(shè)備特性比較如表1 所示。

表1 設(shè)備特性比較

2.2 對比工況干擾

實(shí)際工作中，工況干擾及影響狀況見表2。

表2 干擾及影響狀況分析

由對比分析可知。

（1）雷達(dá)液位計(jì)適用于工作條件好、溫度和環(huán)境要求高、安裝場合空間要求高，安裝時(shí)必須規(guī)避進(jìn)料口，降低假反射，不可在拱形罐中間位置安裝，不能在罐壁位置安裝，最好在容器半徑一半的位置安裝。

（2）差壓液位計(jì)適用于有限工況，傳感器產(chǎn)生嚴(yán)重的零點(diǎn)漂移，其產(chǎn)生較大的測量偏差，具有較差的穩(wěn)定性和精準(zhǔn)性，極易受到環(huán)境影響，維護(hù)量較大，日常維護(hù)及運(yùn)行會(huì)受到影響，維護(hù)安裝難度較大，日常維護(hù)及運(yùn)行中，工作負(fù)載很大。

（3）磁致伸縮液位計(jì)可在所有工況中應(yīng)用，穩(wěn)定性及精準(zhǔn)度較高，具有較小的安裝維護(hù)量，無須進(jìn)行維護(hù)。

3 結(jié)語

通過分析以上三種液位計(jì)，磁致伸縮液位計(jì)采用的是非接觸式敏感元件，避免產(chǎn)生磨損，因此有較高的使用壽命。此外，在現(xiàn)場安裝調(diào)試都比較簡單，所需成本也較低。與其他類型的液位計(jì)相比，磁致伸縮液位計(jì)在成本基本相同或更低的情況下，能夠具有更高的精度和更好的經(jīng)濟(jì)效益。因此，將其應(yīng)用于水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的液位測量，完全可以滿足高精度、自動(dòng)化測量的要求。在水流量裝置上安裝磁致伸縮液位計(jì)后，能夠很好地實(shí)現(xiàn)液位的高精度、自動(dòng)化測量。由于檢定人員不再需要經(jīng)常與罐體接觸，裝置的檢定效率也會(huì)得到極大的提高。