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多种液位计的工作原理

   液位计     日期:2019-09-22    
核心提示:液位计就是测量罐体或箱体里液位的高度,显示里面的液位的高度,液位的用途非常广泛,具体的有:磁翻板液位计、浮球液位计、磁致伸缩液位计等。仪控工程网整理了各种液位计的工作原理及应用,欢迎大家讨论、补充。
液位计就是测量罐体或箱体里液位的高度,显示里面的液位的高度,液位的用途非常广泛,具体的有:磁翻板液位计、浮球液位计、磁致伸缩液位计等。仪控工程网整理了各种液位计的工作原理及应用,欢迎大家讨论、补充。

1、磁翻板液位计(磁浮子液位计)

工作原理:浮力原理和磁性耦合作用研制而成

应用范围:高温磁翻板液位计适合在高温高压的液体里面进行测量的,液位介质最高温度可达450度。被广泛应用到石油化工、食品、环保冶金等行业中。由于介质完全密封在液位计中,所以对于易燃、易爆、有毒、腐蚀的液体非常适用。

使用限制:测量介质无杂质或者很少的杂质;不粘稠,不结晶。

精度等级:精度在±5.0mm-±10mm之间。

优点:1、测量通道是段光滑直管,不会阻塞,适用于测量含固体颗粒的液固二相液体,如纸浆、泥浆、污水等;2、不产生流量检测所造成的压力损失,节能效果好;3、所测得体积流量实际不不受液体密度、粘度、温度、压力和电导率变化的明显影响;4、流量范围大、口径范围宽;能够快速、直观地读数;价格较低;可实现 远传和调节;体积较小,容易实现远传和调节;适用于具有腐蚀性和高压介质。

缺点:精度较低,测量精度一般在±5.0mm-±10mm之间;安装复杂;有一定量程限制;不能测量气体、蒸汽和含有较大气泡的液体;不能用于较高温度;大量磁翻板液体计运输不方便,且安装体积较大。

2、玻璃板液位计

工作原理:连通 器原理,液位计两头接待测容器液面上下,保持压力一致,液位计里的液面高度就近似容器内液面高度。

应用范围:它主要用于直接显示各种罐、塔、槽、箱等容器内介质液位的高度。

使用限制:容器中的介质必须是与钢、钢纸及石墨压环不起腐蚀作用的。

精度等级:±1cm

优点:读数清晰、直观、可靠;结构简单、维修方便;经久耐用

缺点:1.厘米显示,精度差

2.对介质有要求,不能测量与钢、钢纸及石墨材质不起腐蚀作用的介质

3.大量程运输不方便,常温常压下汽化的介质测量误差大或无法测量

3、玻璃管液位计

工作原理:玻璃管液位计是利用连通器原理测量容器内的液位。它由玻璃管、保护套、上下阀门及连接法兰(或螺纹)等组成。

应用范围:它主要用于直接显示各种罐、塔、槽、箱等容器内介质液位的高度。

使用限制:容器中的体质必须是与钢、钢纸及石墨压环不起腐蚀作用的液体。

精度等级:±1cm

优点:读数清晰、直观、可靠;

结构简单、维修方便;

经久耐用。

缺点:适用范围较窄,易碎;

不坚固、不安全、不耐压;

实用时间长或者测量介质对刻度的磨损会显示不清楚、使用温度低;

大量程运输不方便。

4、浮筒液位(界面)计

工作原理:浮筒液位计是根据阿基米德定律和磁耦合原理设计而成的液位测量仪表,仪表可用来测量液位、界位和密度,负责上下限报警信号输出。专用于测量压力容器内液位,同四个基本部分组成:浮筒、弹簧、磁钢室和指示器。

应用范围:广泛用于石油、化工、冶金、电力、医药、食品、造纸等行业液体的测量与过程控制。

使用限制:一般的液态介质都是可以测量的,但局限于小量程,大量程的浮筒液位计运输、安装非常不方便,其他的费用非常高,所以特别大量程的现场不建议使用浮筒液位计,超过5M基本上就没有人做了

精度等级:±0.5%FS

优点:测量精度高;

智能化:利用HART通讯协议的该仪表使用户容易存取过程操作的信息;

高灵敏:能反应过程的小变化:

扭力管采用优化的热处理工艺,具有优良的温度和时间稳定性;

结构坚固,耐腐蚀;

应用面广,适用性强。

缺点:安装,运输不方便,如果液罐过高则不适用。

5、浮球液位计

工作原理:浮球液位计是以磁浮球为测量元件,通过磁耦合作用,使传感器内电阻成线性变化,由智能转换器将电阻变化转换成4-20mA标准电流信号,并叠加HART信号输出或就地液晶显示,可现场显示液位的百分比、4-20mA电流及液位值,远传供给控制室可实现液位的自动检测、控制和记录。

应用范围:适用于石油、化工、电力、轻工及医药等行业污水处理及各类常压和承压窗口内介质液位的测量,尤其对于地下贮槽、贮罐的液位测量最为理想。可适用于高温、高压粘稠、脏污介质、沥青、含腊等油品及易燃、易爆、腐蚀性等介质的液位的连续测量。

使用限制:一般使用在低量程的介质比较粘、比较脏的槽罐,污水池,大量程狭窄的罐子不适用,使用工况比较范围比较窄。

精度等级:1.5级 (我国工业仪表等级分为0.1,0.2,0.5,1.0,1.5,2.5,5.0七个等级)1.0以下属于高精度。

优点:能有效克服悬浮物、泡沫等形成的假液位;

指示新颖、读数直观、醒目、观察指示器的方向可根据用户需要改变角度;

测量范围大,不受贮槽高度的限制;浮球经配重可测两种液体的介面;

指示机构与被介质完全隔离,密封性好,可靠性高,使用安全;

结构简单、安装方便、维护方便、耐腐蚀、无需电源、防爆。

缺点:1.精度一般

2.量程受限制

3.安装调试麻烦

6、浮筒液位(界面)计

工作原理:浮筒液位计是根据阿基米德定律和磁耦合原理设计而成的液位测量仪表,仪表可用来测量液位、界位和密度,负责上下限报警信号输出。专用于测量压力容器内液位,同四个基本部分组成:浮筒、弹簧、磁钢室和指示器。

应用范围:广泛用于石油、化工、冶金、电力、医药、食品、造纸等行业液体的测量与过程控制。

使用限制:一般的液态介质都是可以测量的,但局限于小量程,大量程的浮筒液位计运输、安装非常不方便,其他的费用非常高,所以特别大量程的现场不建议使用浮筒液位计,超过5M基本上就没有人做了

精度等级:±0.5%FS

优点:测量精度高;

智能化:利用HART通讯协议的该仪表使用户容易存取过程操作的信息;

高灵敏:能反应过程的小变化:

扭力管采用优化的热处理工艺,具有优良的温度和时间稳定性;

结构坚固,耐腐蚀

应用面广,适用性强。

缺点:安装,运输不方便,如果液罐过高则不适用。

7、磁致伸缩液位计

工作原理:磁致伸缩计的传感器工作时,传感器的电路部分将在波导丝上激励出脉冲电流,该电流沿波导丝传播时会在波导丝的周围产生脉冲电流磁场。在磁致伸缩液位计的传感器测杆外配有一浮子,此浮子可以沿测杆随液位的变化而上下移动。在浮在内部有一组永久磁环。当脉冲电流磁场与浮子产生的磁环磁场相遇时,浮子周围的磁场发生改变从而使得由磁致伸缩材料做成的波导丝在浮子所在的位置产生一个扭转波脉冲,这个脉冲以固定的速度沿波导丝传回并由检出机构检出。通过测量脉冲电流与扭转波的时间差可以精确地确定浮子所在的位,即液面的位置。

应用范围:中石油及中石化成品油流通行业。

使用限制:温度过高、量程过大、粘度过大的储罐

精度等级:±0.01%FS/±0.3mm

优点:1、可靠性强:由于磁致伸缩液位计采用波导原理,无机械可动部分,故无摩擦,无磨损。整个变换器闭在不锈钢管内,和测量介质非接触,传感器工作可靠,寿命长。

2、精度高:由于磁致伸缩液位计用波导脉冲工作,工作中通过测量起始脉冲和终止脉冲的时间来确定被测液位移量,因些测量精度高,分辨率优于0.01%FS,这是用其它传感器难以达到的精度。

3、安全性好:磁致伸缩液位计的防爆性能高,本安防爆,使用安全,特别适合对化工原料和易燃液体的测量。测量时无需开启罐盖,避免人工测量所在的不安全性。

4、磁致伸缩液位计易于安装和维护简单:磁致伸缩液位仪一般通过罐顶已有管口进行安装,特别适用于地下储罐和已投运储罐的安装,并可在安装过程中不影响正常生产。

5、便于系统自动化工作:磁致伸缩液位计的二次仪表采用标准输出信号,便于微机对信号进行处理,容易实现联网工作,提高整个测量系统的自动化程度。

缺点:不方便运输;接触的测量方式;安装、维护要求高。

8、差压式超声波液位计

工作原理:差压式超声波液位计是根据安装于管道中流量检测件产生的差压,已知的流体条件和检测件与管道的几何尺寸来计算流量的仪表。

差压式超声波液位计由一次装置(检测件)和二次装置(差压转换和流量显示仪表)组成。通常以检测件形式对差压式超声波液位计分类,如孔板超声波液位计、文丘里超声波液位计、均速管超声波液位计等。

二次装置为各种机械、电子、机电一体式差压计,差压变送器及流量显示仪表。它已发展为三化(系列化、通用化及标准化)程度很高的、种类规格庞杂的一大类仪表,它既可测量流量参数,也可测量其它参数(如压力、物位、密度等)。

差压式超声波液位计的检测件按其作用原理可分为:节流装置、水力阻力式、离心式、动压头式、动压头增益式及射流式几大类。

检测件又可按其标准化程度分为二大类:标准的和非标准的。

所谓标准检测件是只要按照标准文件设计、制造、安装和使用,无须经实流标定即可确定其流量值和估算测量误差。

非标准检测件是成熟程度较差的,尚未列入国际标准中的检测件。

差压式超声波液位计是一类应用最广泛的超声波液位计,在各类流量仪表中其使用量占居首位。近年来,由于各种新型超声波液位计的问世,它的使用量百分数逐渐下降,但目前仍是最重要的一类超声波液位计。

优点: 应用最多的孔板式超声波液位计结构牢固,性能稳定可靠,使用寿命长;

应用范围广泛,至今尚无任何一类超声波液位计可与之相比拟;

检测件与变送器、显示仪表分别由不同厂家生产,便于规模经济生产。

缺点: 测量精度普遍偏低;

范围度窄,一般仅3:1~4:1;

现场安装条件要求高;

压损大(指孔板、喷嘴等)。

应用概况:差压式超声波液位计应用范围特别广泛,在封闭管道的流量测量中各种对象都有应用,如流体方面:单相、混相、洁净、脏污、粘性流等;工作状态方面:常压、高压、真空、常温、高温、低温等;管径方面:从几mm到几m;流动条件方面:亚音速、音速、脉动流等。它在各工业部门的用量约占超声波液位计全部用量的1/4~1/3。

9、涡轮超声波液位计

涡轮超声波液位计,是速度式超声波液位计中的主要种类,它采用多叶片的转子(涡轮)感受流体平均流速,从而且推导出流量或总量的仪表。

一般它由传感器和显示仪两部分组成,也可做成整体式。涡轮超声波液位计和容积式超声波液位计、科里奥利质量超声波液位计称为超声波液位计中三类重复性、精度最佳的产品,作为十大类型超声波液位计之一,其产品已发展为多品种、多系列批量生产的规模。

优点: 高精度,在所有超声波液位计中,属于最精确的超声波液位计;

重复性好;

元零点漂移,抗干扰能力好;

范围度宽;

结构紧凑。

缺点: 不能长期保持校准特性;

流体物性对流量特性有较大影响。

应用概况:涡轮超声波液位计在以下一些测量对象获得广泛应用:石油、有机液体、无机液、液化气、天然气和低温流体统在欧洲和美国,涡轮超声波液位计在用量上是仅次于孔板超声波液位计的天然计量仪表,仅荷兰在天然气管线上就采用了2600多台各种尺寸,压力从0.8~6.5MPa的气体涡轮超声波液位计,它们已成为优良的天然气计量仪表。

10、电磁超声波液位计

电磁超声波液位计是根据法拉弟电磁感应定律制成的一种测量导电性液体的仪表。

电磁超声波液位计有一系列优良特性,可以解决其它超声波液位计不易应用的问题,如脏污流、腐蚀流的测量。

70、80年代电磁流量在技术上有重大突破,使它成为应用广泛的一类超声波液位计,在流量仪表中其使用量百分数不断上升。

优点: 测量通道是段光滑直管,不会阻塞,适用于测量含固体颗粒的液固二相流体,如纸浆、泥浆、污水等;

不产生流量检测所造成的压力损失,节能效果好;

所测得体积流量实际上不受流体密度、粘度、温度、压力和电导率变化的明显影响;

流量范围大,口径范围宽;

可应用腐蚀性流体。

缺点:不能测量电导率很低的液体,如石油制品;

不能测量气体、蒸汽和含有较大气泡的液体;

不能用于较高温度。

应用概况:电磁超声波液位计应用领域广泛,大口径仪表较多应用于给排水工程;中小口径常用于高要求或难测场合,如钢铁工业高炉风口冷却水控制,造纸工业测量纸浆液和黑液,化学工业的强腐蚀液,有色冶金工业的矿浆;小口径、微小口径常用于医药工业、食品工业、生物化学等有卫生要求的场所。

11、雷达液位计(导波雷达液位计)

工作原理:雷达液位计采用发射—反射—接收的工作模式。雷达液位计的天线发射出电磁波,这些波经被测对象表面反射后,再被天线接收,电磁波从发射到接收的时间与到液面的距离成正比,关系式如下:D=CT/2(D:雷达液位计到液面的距离C:光速T:电磁波运行时间)雷达液位计记录脉冲波经历的时间,而电磁波的传输速度为常数,则可算出液面到雷达天线的距离,从而知道液面的液位。

优点:不需要传输媒介,不受大气、蒸气、槽内挥发雾影响的特点,能用于挥发介质的液位测量。采用非接触式测量,不受槽内液体的密度、浓度等物理特性的影响。

缺点:价格昂贵。仪表需要设置的参数较多,一旦出现问题,通常很难查出是什么原因造成的。如果天线本身不慎沾上介质会报错。如有结晶结冰现象会报错,需加热保温处理,并清理天线。最初安装需要是空仓,即空料位。

12、射频导纳电容液位计

工作原理:射频导纳物位控制技术是种从电容式物位控制技术发展起来的,防挂料性能更好,工作更可靠,测量更准确,适用更广的物位控制技术“射频导纳”中的“导纳”的含义为电学中阻抗的倒数,它由阻抗成份,容性成份,感性成份综合而成,而“射频”即高频,所以 射频导纳技术可以理解为用高频电流测量导纳的方法。高频正铉振荡器输出一个稳定的测量信号源,利用电桥原理,以精确测量安装在待测量容器听传感器上的导纳,在直接作用模式下,仪表的输出随物位的升高而增加。

使用范围:适用于在高温、高压力、强腐蚀、强粘附、强冲击、强磨损、粉尘大的环境下进行测量。高温、高压、易燃易爆,有毒,腐蚀等工况下,对液体,浆料,粉末,颗粒,块状物等物料,两液体界面测量:如油水界面等。

精度等级:±1%FS

优点:适应性强:采用和特殊抗冲击、耐磨损探杆护套材料可在高温、高压力、强腐蚀、强粘附、强冲击、强认捐、粉尘大的环境下可靠工作;

无需维护:由于传感器结构简单,无可动部件,所以一经投运后就无需维护;

无漂移:不会因为介质的温度或密度变化产生漂移。

缺点:调试麻烦、校准困难、精度等级低、被 测介质导电率不低于10ˉ³S/M的非结晶到点液体。

13、伺服液位计

工作原理:伺服液位计的测量是基于浮力平衡原理而设计的。固定在驱动电机的内磁铁轮与经过精密加匿报轮鼓(即外磁铁轮)之间完成磁偶合。使得轮鼓和驱动电机形成同步旋转,而内磁与轮鼓(外磁铁轮)之间被外壳完全隔离,从而使得被测液体腔与与电气部分完全隔离而满足防爆要求,将测量钢丝均匀整齐的排列在轮鼓上。浮子通过测量钢丝被 送到罐内。当罐内液位(界面或比重)变化时,由于浮子的重量随变化的液位而改变,浮子变化 的重量使得轮鼓(外磁 铁轮)与内磁铁轮之间形成耦合差。将该信号送入微处理器进行计算判断后,给伺服电机发出控制指令,使得罐内浮子始终随液位高度的变化而 变化。从而 即可以通过测量轮鼓的旋转角度,计算后得到液位的高度值。

应用范围:石油行业、化工行业、食品行业

使用限制:主要应用在(无腐蚀性的液体)轻油品的高精度测量中。

精度等级:士0.3mm/±1mm

优点:位测精度正负1毫米;液体表面气泡及乳化层不影响测量精度;罐底沉积物不影响测量精度;可选用各种罐型的测量;同时测量液位、界面、比重及罐内温度。

缺点:接触式液位计、售价较高;安装调试比较麻烦。

14、Ý射线液位计

工作原理:该仪表基于Ý射线穿透物质层粒子被吸收的工作原理。

应用范围:特别适用于存在淋雨、液滴及液面波动的高压容器内的液位测量。适用于高温、高压、腐蚀性强、毒性大、烟雾大等一般仪表不能或难以使用的复杂、恶劣工况下位的测量。

使用限制:一般工况都不适用,对人身体有伤害,一般用在雨淋的反应塔

精度等级:±(3-5)%标定量程

优点:非接触连续测量;

安装简易(不需要发动设备或是在设备上开孔)

缺点:重大污染源;造价使用成本高;测量精度低(正负3%)

15、激光液位计

工作原理:激光液位计也称激光料位计由半导体激光器发射连续或高速脉冲激光束,激光束遇到被测物体表面进行反射,光线返回由激光接收器接收。并精确记录激光自发射到接收之间的时间差,从而确定从激光雷达到被测物之间的距离。

应用范围:液态沥青、聚合反应堆容器(高压)、反应堆容器(真空)、熔融态玻璃、黑色及有色金属、合金聚笨已烯,尼龙、聚氯已稀等芯块、滑石粉或石灰粉、矿石、放矿溜井里的废石、湿或干木屑;采矿,化工;制药,造纸,塑料,油气等高风险区域。

使用限制:有雾的工况下使用精度很差或者使用不了

精度等级:液体:≤2 cm/固体:≤4 cm

优点:测量光束发散角小,方向性好;量程大,测距远、盲点最小;不受介质温度影响;非插入式测量,非接触测量;测量速度快,适合变化快的液位及料位测量;操作简单,可编程测量;测量精确、高精度适合高要求项目;分辨率高出一般表十倍;波束角小,适合长距离定位,避免障碍物。

缺点:易受测试波段光源干扰、深色被测物吸收;价位高。

16、重锤液位计

工作原理:重锤液位计是一种传统的液位计。它是利用力学平衡原理设计制作的。它是由料位检测装置、高精度位移传动系统、恒力装置、显示装置、变送器装置以及其他外设构成。当被测物上升时探头发出卷钢信号,电机工作工作上卷。当被测物不上升时,探头给电机发出停止命令。当被测物下降时垂锤探头给电机了出反转放钢线命令,同时在上下限设定处报警,同时传出4-20MA信号。液位检测装置根据物位的情况带动钢带移动,位移传动系统通过钢带的移动策动传动销转动,进而作用于计数器来显示液位的情况。

应用范围:水泥、矿山、冶金、化学工业、塑料工业、建筑材料、食品工业。

使用限制:精度很差,一般用在矿厂、石灰厂用来测量料位

精度等级:测量误差(mm):±4.5;±1%FS、低

优点:具有实用性强、测量范围大、精度高性能稳定、使用寿命长、便于维护等,大型计数器显示,使得读数清晰准确;手动浮子提升机构,可随时检查仪表工作情况;可与多种变送器连接,组成液位检测系统.

缺点:精度差

 
 
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