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            史上最詳細最全的液位計介紹

            2024-03-04 17:28:49|人氣:13

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            一、簡介

            液位計就是用來測量并顯示罐體內液位高度的,液位計的種類非常多。常用液位計有:玻璃管液位計、磁翻板液位計、靜壓液位計、差壓式液位計、浮球液位計、雷達液位計、電容式液位計、射頻導納液位計、磁致伸縮液位計、伺服式液位計等;測量物位的有超聲波物位計和放射性物位計等。

            從測量原理上來說可以分為接觸式測量與非接觸式測量、壓力式原理測量等。下面我們逐一介紹各種液位計的工作原理及應用。


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            二、工作原理

            1. 玻璃管液位計

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            原理:

            玻璃管液位計是基于連通器原理設計的,由玻璃管及液位計主體構成的,液體通路是經接管用法蘭或錐管螺紋與被測容器連接構成連通器,透過玻璃管觀察到的液面與容器內的液面相同即液位高度。


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            按HG21592-95標準生產的液位計,其兩端的針型閥不僅起截止閥的作用,其內部的鋼球具有逆止閥的功能,當液位計發生意外破損泄漏時,鋼球可在介質壓力作用下自動關閉液體通道,防止液體大量外流起到安全保護作用,前提是罐內壓力>0.2Mpa。液位計改變零件的材料或增加一些附屬部件即可達到防腐、保溫、防霜、照明等功能。


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            此外還有一個玻璃管液位計的標準是:JB/T9243-1999。


            由于玻璃管易碎,一般玻璃管液位計都會帶護套以保護玻璃管,有的液位計還會帶取樣閥,用于取樣罐內液體,或者檢修時放盡玻璃管液位計內的液體。

            一般推薦玻璃管液位計長度不要超過2米,如果要測量超過2m高的液位的話,推薦采用多段交錯安裝,如下圖所示:

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            適用范圍及特點:

            玻璃管液位計具有結構簡單、經濟實用、安裝方便、工作可靠、使用壽命長優點。

            但是缺點也很明顯:內表面易沾污,造成讀數困難,不便于遠傳和調節。

            作為基本的液位指示液位計,該產品廣泛運用于在最簡單液位測量場合和自動化程度不很高的大型工程項目中液位的測量和監測。

            玻璃管液位計安裝要按照以下步驟:

            (1)、液位計安裝前,請小心的拆開箱子,以免因為箱子上的釘子弄碎玻璃。然后安裝的時候不要過重的敲擊玻璃管液位計本體。不要有過大的振動。

            (2)、液位計安裝后,當介質溫度很高時,不要馬上開啟閥門,應預熱20-30分鐘,待玻璃管有一定溫度后,再緩慢開啟閥門。

            閥門開啟程序:先緩慢開啟上閥門,再緩慢開啟下閥門,使被測介質慢慢進入玻璃管內。

            (3)、液位計在使用中,應定期清洗玻璃管內外壁污垢,以保持液位顯示清晰。清洗程序:先關閉與容器連接的上、下閥門,打開排污閥,放凈玻璃管內殘液,使用適當清洗劑或采用長桿毛刷拉擦方法,清除管內壁污垢。

            2. 磁翻板液位計

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            原理:

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            根據浮力原理和磁性耦合作用原理工作的。當被測容器中的液位升降時,磁翻板液位計主導管中的浮子也隨之升降,浮子內的永久磁鋼通過磁耦合傳遞到現場指示器,驅動紅、白翻柱翻轉180°,當液位上升時,翻柱由白色轉為紅色,當液位下降時,翻柱由紅色轉為白色,指示器的紅、白界位處為容器內介質液位的實際高度,從而實現液位的指示。

            可就地顯示和遠程控制。用于遠程控制時,浮球中的磁體和傳感器(磁簧開關)作用,使串聯入電路的元件(如定值電阻)的數量發生變化,進而使儀表電路系統的電學量發生改變。也就是使磁性浮子位置的變化引起電學量的變化。

            通過檢測電學量的變化來反映容器內液位的情況??梢灾苯虞敵鲭娮柚敌盘?,也可以配合使用變送模塊,輸出電流值(4~20mA)信號;同時配合其他轉換器,輸出電壓信號或者開關信號。從而實現電學信號的遠程傳輸、分析與控制。

            磁翻板液位計具有就地顯示的直讀式特性。不需多組液位計組合。?

            由于具有磁性耦合隔離器密閉結構。尤其適用于易燃、易爆和腐蝕有毒液位檢測。從而使原復雜環境的液位檢測手段變得簡單和可靠安全。

            根據安裝位置的不同有側裝式磁翻板液位計,頂裝式液位計。


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            相關標準:HG/T 21584-1995 磁性液位計


            適用范圍:

            廣泛運用于石油加工、食品加工、化工、活性炭投加裝置、石灰投加系統、高錳酸鉀投加設備、加藥設備、制藥、電力、造紙、冶金、船舶和鍋爐等領域中的液位測量、控制與監測。

            優點:磁性浮子液位計可以做到高密封,防泄漏和適用于高溫、高壓、耐腐蝕的場合。對高溫、高壓、有毒、有害、強腐蝕介質更顯其優越性。

            缺點:磁性浮子與介質直接接觸,浮球密封要求要嚴格,不能測量粘性介質。磁性材料如退磁易導致液位計不能正常工作,翻板容易卡死,造成無法遠傳指示。


            3. 靜壓液位計

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            原理:

            壓力傳感器深入或接觸被測量液體時,將受到的介質壓力P與被測量液體的液位的高度h成正比例,且線性度很高:

            即:P=ρgh其中:

            ρ:被測量介質的密度(kg/m3)

            g:當地的重力加速度(m/s2)

            h:被測量液體的高度(m)

            對于一定的被測量介質和同一個地點,ρ和g均為常數。很容易得到:h=P/(ρg)

            上面的表達式就是液位變送器工作原理中的核心公式。


            通過安裝在容器底部的變送器探頭(上面裝有傳感器)檢測到和液位高度成正比的壓力并轉換成電信號,傳輸到儲液容器上的轉換單元,通過轉化把這種和液位高度相關的電信號變成4~20mA的標準信號并輸出。


            靜壓液位計有底裝式,投入式。

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            靜壓液位計僅僅用于罐類與大氣相通的液位液位測量,如果罐內有壓力則應該采用壓差式液位計。

            優點:靜壓與液位成正比,因此利用壓力表測量基準面上液柱的靜壓就可測得液位。普及范圍廣,容易校準。

            缺點:由于其受介質密度和溫度影響很大,所以常常精度比較差,而為消除這些影響,需要很多其他測試儀表,結果搭建一套完善的靜壓測量系統價格很高。


            4. 差壓式液位計

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            原理:

            差壓液位變送器是通過測量高低壓力差,再由轉換部件轉換成電流信號傳送到控制室的電器元件。差壓式液位計主要用于密閉有壓容器的液位測量。差壓的大小同樣代表了液位高度的大小。用差壓計測量氣、液兩相之間的差壓值來得知液位高低。

            用差壓變送器測量液位時,由于差壓變送器安裝的位置不同,正壓和負壓導壓管內充滿了液體,這些液體會使差壓變送器有一個固定的差壓。在液位為零時,造成差壓計指示不在零點,而是指示正或負的一個指示偏差。

            為了指示正確,消除這個固定偏差,需要把零點進行向下或向上移動,也就是進行'零點遷移'。這個差壓值就稱為遷移量。如果這個值為正,即稱系統為正遷移;如果為負,即系統為負遷移;如果這個值為零時,即為無遷移。


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            應用范圍:

            該產品具有可靠的性能和優良的測量水平。一般適用于水基介質、原油或其他液位物位的測量。當使用浸入法測量并控制液位時,使用標準輸出信號的液位變送器是很方便的:可以與數控儀表直接聯用,而且具有互換性。


            優缺點同靜壓液位計

            5. 浮球液位計


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            原理:

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            浮球液位計結構主要基于浮力和靜磁場原理設計生產的。帶有磁體的浮球(簡稱浮球)在被測介質中的位置受浮力作用影響:液位的變化導致磁性浮子位置的變化。浮球中的磁體和傳感器(磁簧開關)作用,使串聯入電路的元件(如定值電阻)的數量發生變化,進而使儀表電路系統的電學量發生改變。也就是使磁性浮子位置的變化引起電學量的變化。

            通過檢測電學量的變化來反映容器內液位的情況。該液位計可以直接輸出電阻值信號,也可以配合使用變送模塊,輸出電流值(4~20mA)信號;同時配合其他轉換器,輸出電壓信號或者開關信號。從而實現電學信號的遠程傳輸、分析與控制。

            注意:被測介質不應含有鐵磁性雜質。

            浮球液位計有以下三種安裝方式:

            1:側底安裝 2:頂置安裝? 3:側側安裝


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            6. 雷達液位計


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            原理:

            雷達液位計是一種基于時間行程原理的微波液位計,它是微波(雷達)定位技術的一種運用。它是通過一個可以發射能量波(一般為脈沖信號)的裝置發射能量波,能量波遇到障礙物反射,由一個接收裝置接收反射信號。根據測量能量波運動過程的時間差來確定物位變化情況。由電子裝置對微波信號進行處理,最終轉化成與物位相關的電信號。

            在微波物位測量設備中,使用的能量波通常是頻率為8.3GHz(大多在6GHz左右,也有更高頻率的)的高頻電磁波。該設備使用的能量波是脈沖能量波。一般脈沖能量波的最大脈沖能量為1mW左右(平均功率為1μW左右),不會對其他設備以及人員造成輻射傷害。


            適用范圍及特點:

            雷達液位計用于對液體、漿料及顆粒料的物位進行非接觸連續測量,適用于溫度、壓力變化大、有惰性氣體或蒸汽存在的場合。它采用微波脈沖(PTOF)的測量方法,并可在工業頻率波段范圍內正常工作。波束能量低,可安裝于各種金屬、非金屬容器或管道內,對人體及環境均無傷害。

            優點:

            1、無盲區,高精度

            2、不需要傳輸介質,不受壓力變化、真空、溫度變化、惰性氣體、煙塵、蒸汽等環境影響,能用于揮發介質的測量。

            3、輸出信號為4mA~20mA/HART協議,標定簡便、通過數字液晶顯示輕松實現現場標定操作,通過軟件實現簡單的組態設定和編程

            4、可用于高溫工況,高達200℃過程溫度,當采用高溫延長天線時可達350℃。

            缺點:價格昂貴,儀表需要設置的參數較多;天線不慎沾上介質會報錯;如有結冰現象需清理天線;最初安裝需要罐類無介質。


            7. 電容式液位計


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            原理:

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            電容式液位計的測量原理,振蕩電路的振蕩頻率和電容值有關,物位的改變引起系統電容的變化,進而改變振蕩電路的振蕩頻率。傳感器中的振蕩電路可以把液位變化引起的電容量改變轉換為頻率的變化,并送給電子模塊,通過的計算分析處理后轉換為工程量顯示出來,從而實現了液位的連續測量。

            它由傳感器、二次儀表以及其他附件構成。傳感器放在罐頂,探極垂直伸進罐內,二次儀表放在其他合適的地方。傳感器把液位的變化轉變成與之對應的電脈沖信號,遠傳給二次儀表處理顯示液位高度,并有高/低限報警和4~20mA變送輸出,適用于液體/固體物料作物位高度顯示、報警、控制和遠傳顯示或組成系統。


            適用范圍與特點:

            優點:結構簡單、安裝方便、性能可靠的優點;同時電極為不銹鋼材料制造、耐腐蝕性強、絕緣和導電性物料均能使用,且維修量小。

            缺點:介電常數需穩定,否則會有較大誤差。不適于介電常數或物料濕度變化過大的場合及物料顆粒大于15mm而不能與電極良好接觸的固體介質。

            該液位計可廣泛的應用于石油、化工、電力、冶金、食品、環保等工業部門對開口或有壓容器中的物位進行監測。


            8. 射頻導納液位計


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            原理:

            射頻導納是一種從電容式發展起來的、防掛料、更可靠、更準確、適用性更廣的新型物位控制技術,是電容式物位技術的升級。所謂射頻導納,導納的含義為電學中阻抗的倒數,它由電阻性成分、電容性成分、感性成分綜合而成,而射頻即高頻無線電波譜,所以射頻導納可以理解為用高頻無線電波測量導納。

            儀表工作時,儀表的傳感器與灌壁及被測介質形成導納值,物位變化時,導納值相應變化,電路單元將測量導納值轉換成物位信號輸出,實現物位測量。使得產品防掛料(傳感器粘附之物料稱為掛料)性能更好、工作更可靠、測量更準確、適用性更廣的物位控制技術。

            主要由傳感器模塊、電子模塊和其它一些連接器件構成。傳感器單元主要包括三部分:測量探極、屏蔽極及接地端。被測物料的高度反映為測量探極與容器壁間導納的變化情況,當物料到達開關工作點時,電子單元作出反應,驅動繼電器動作,輸出開關信號。

            屏蔽極可防止由于電極上有掛料而產生誤動作信號,僅當物料真正達到設置點時,才輸出開關控制信號。


            適用范圍及特點:


            微波物位控制器采用先進的射頻導納技術,克服了電容式物位開關不能消除導電掛料影響的缺陷。具有如下特點:

            通用性強:適用于各種場合,可檢測顆粒、飛灰、導電、非導電液體、粘稠物料;

            抗粘附電路:先進的抗粘附電路設計,可以消除物料的粘附而產生虛假錯誤信號;

            失電保護模式:低位或高位故障報警?,F場可調。

            廣泛適用于液體、漿體、粉塵、料位以及兩種液體界位的報警與控制??稍黾蝇F場工作狀態指示,是一種性價比極高、穩定可靠的物位開關。


            9. 磁致伸縮液位計


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            原理:

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            磁致伸縮液位計的傳感器工作時,傳感器的電路部分將在波導絲上激勵出脈沖電流,該電流沿波導絲傳播時會在波導絲的周圍產生脈沖電流磁場。在磁致伸縮液位計的傳感器測桿外配有一浮子,此浮子可以沿測桿隨液位的變化而上下移動。

            在浮子內部有一組永久磁環。當脈沖電流磁場與浮子產生的磁環磁場相遇時,浮子周圍的磁場發生改變從而使得由磁致伸縮材料做成的波導絲在浮子所在的位置產生一個扭轉波脈沖,這個脈沖以固定的速度沿波導絲傳回并由檢出機構檢出。通過測量脈沖電流與扭轉波的時間差可以精確地確定浮子所在的位置,即液面的位置。

            優點:磁致伸縮液位計精度較高,適用于油類液體,可測油水分界面。

            缺點:磁致伸縮型液位計由于其接觸的測量方式和較高的安裝、維護要求,所以市場普及不廣。


            10. 超聲波液位計


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            原理:

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            超聲波液位計是通過一個可以發射能量波(一般為脈沖信號)的裝置發射能量波,能量波遇到障礙物反射,由一個接收裝置接收反射信號。

            根據測量能量波運動過程的時間差來確定物位變化情況。由電子裝置對微波信號進行處理,最終轉化成與物位相關的電信號。一次探頭向被測介質表面發射超聲波脈沖信號,超聲波在傳輸過程中遇到被測介質(障礙物)后反射,反射回來的超聲波信號通過電子模塊檢測,通過專用軟件加以處理,分析發射超聲波和回波的時間差,結合超聲波的傳播速度,可以精確計算出超聲波傳播的路程,進而可以反映出物位的情況。

            超聲波液位計屬于聲波,需要有傳輸介質,所以會受罐內溫度壓力的影響。

            優點:無機械傳動部分,可靠性高,屬于非接觸測量,且不受液體粘度、密度等影響。

            缺點:有測量盲區,罐內有壓力不推薦采用,不可測易揮發性介質。


            11. 伺服式液位計


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            原理:

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            伺服式液位計基于浮力平衡的原理,由微伺服電動機驅動體積較小的浮子,能精確地測出液位等參數。當液位計工作時,浮子作用于細鋼絲上的重力在外輪鼓的磁鐵上產生力矩,從而引起磁通量的變化。

            輪鼓組件間的磁通量變化導致內磁鐵上的電磁傳感器(霍爾元件)的輸出電壓信號發生變化。其電壓值與儲存于CPU中的參考電壓相比較。當浮子的位置平衡時,其差值為零。當被測介質液位變化時,使得浮子浮力發生改變。其結果是磁耦力矩被改變,使得帶有溫度補償的霍爾元件的輸出電壓發生變化。

            該電壓值與CPU中的參考電壓的差值驅動伺服電動機轉動,調整浮子上下移動重新達到平衡點。整個系統構成了一個閉環反饋回路,其精確度可達±0.7mm,而且,其自身帶有的掛料補償功能,能夠補償由于鋼絲或浮子上附著被測介質導致的鋼絲張力的改變。

            儀表通過浮子檢測浮力,通過測量鋼絲檢測張力并以長度測量液位。

            優點:不僅可以測量介質液位,同時還具有密度測量功能、油水界面測量功能、介質的平均密度和密度分布測量功能。

            缺點:當測量介質粘稠度較高,存在掛壁及粘黏的特性時,伺服液位計在測量上會存在較大的測量誤差,不太適合應用在此類介質的液位測量上。


            12. 音叉液位計開關


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            原理:

            音叉式物位控制器是一種新型的物位開關。它是利用音叉振動的原理設計制作的。它是在音叉物位開關的感應棒底座,透過壓電晶片驅動音叉棒,并且由另外一壓電晶片接受振動訊號,使振動訊號得以循環,并且使感應棒產生共振。

            當物料與感應棒接觸時,振動訊號逐漸變小,直到停止共振時,控制電路會輸出電氣接點信號。由于感應棒感度由前端向后座依次減弱的自然原理,所以當桶槽內物料與桶周圍向上堆積,觸及感應棒底座〈后部〉或排料時,均不會產生錯誤訊號。

            簡單的說,音叉在壓電晶體激勵下產生機械振動,這種振動具有一定的頻率和振幅。當音叉被液體或固體浸沒時,音叉的振動頻率和振幅將發生變化。這個頻率變化由電子線路檢測出來并輸出一個開關量。


            適用范圍及特點:

            音叉物位開關是一種新型的物位開關。幾乎適用于所有液體介質,同時也適用于測量能自由流動的中等密度的固體粉末或顆粒。由于音叉物位開關基本沒有活動部件,機械磨損比較下,因此無需維護和調整,使用簡單方便。



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