20多种液位测量方法分析

料位包括液位和料位 液位包括液位报警器和连续液位测量 液位报警器测量几个固定位置的液位，用于液位上限和下限报警等。 连续液位测量是液位的连续测量，广泛应用于石油、化工、食品加工等领域，具有非常重要的意义 本文对20多种连续液位测量方法进行了对比分析。 1.玻璃管法、玻璃板法、双色水位法和手动直尺法。该方法采用连接装置的原理，如图1-mdash所示；1表示[1] 图1-测试中的容器；2-玻璃管；三指标量表；4，5阀；6，7-连接管 液位直接从指示器刻度读取。 玻璃板法:可以通过连接器或容器壁上的通孔安装玻璃板，并且可以串联几块玻璃板以增加测量范围 液位值直接从玻璃板刻度中读取。 双色水位计法:该方法利用光学原理使水呈绿色，水蒸气呈红色，从而指示水位[2] 手动量油尺法:该方法用于测量油箱的液位。 在测量过程中，测量员将油尺放入油中，当重量接触油箱底部时，举起油尺。 根据油尺上的油标，读取油位高度；根据油尺末端试水膏颜色的变化，确定水垫层的高度，从而确定油高度和水高度[3] 以上四种方法都是手工测量方法，具有测量简单、可靠性高、直观、成本低的优点。 2.吹气法、差压法和HTG法:该方法的工作原理如图2 & mdash1如[4所示] 在图中，1-过滤器；2-减压阀；3-节流元件；4-转子流量计；5-变送器 由于吹管中的压力大约等于液柱的静压力，p = &ρ；在生长激素公式中，&ρ；-液体密度；h级 因此，液位h可以通过静态压力p来测量。 本发明适用于测量腐蚀性强的液体和悬浮物，主要适用于测量精度要求低的场合 差压法:该方法的工作原理见图2-2 [4] 在图中，1个和2个阀门；3-压差变送器 对于开放容器或大气容器，可以省略阀1和气相压力引入管道 压差与液位之间的关系为&δ；p = P2-P1 = &ρ；在生长激素公式中:&δ；p-变送器正负压力室压差；P2和pipe压力诱导管的压力:h级 压差变送器将压差转换成4-20mA DC信号 当压力在测量范围的下限时，如果相应的输出信号大于或小于4mA，应采用零点偏移技术，如调整偏移弹簧，使其等于4mA。 HTG法:该方法适用于油罐差压液位测量，如图2 & mdash3 图中:P1、P2和P3——高精度压力传感器；RTD温度传感元件；HIU接口单元 P1位于罐底部附近的外壳上，P2比P1高8英尺，P3位于罐顶部附近的外壳上 对于常压油箱，可以省略压力传感器P3 如果压力传感器p1、p2和p3测得的压力分别为P1、P2和P3，则公式为:克油重量；Sav -油箱的平均横截面积；& rhoP1和P2压力传感器之间的平均油密度；g是重力加速度；h是P2 P1压力传感器之间的距离；h是机油高度；H0是压力传感器P1的高度 RTD用于测量油温以补偿测量值 HTG测量系统价格低廉，但液位测量精度低，所以安装必须在罐壁上钻孔。 以上三种方法利用液体的压差来测量液位。 3.浮子法、浮子法、浮球法、伺服法和沉缸法浮子法:该方法以浮子为液位测量元件，驱动编码盘或编码带等显示装置，或连接电子变送器远距离传输测量信号。 浮标法:该方法使用中间带孔的磁悬浮圆柱体作为液位传感元件，如图3 & mdash1 不锈钢套管穿过浮筒的中间孔，固定在罐顶和罐底之间。 液位的变化驱动空心磁悬浮气缸(内置*磁铁)沿套筒上下移动，并吸引套筒内的磁铁沿套筒内壁上下移动，二次仪表根据磁铁的移动量计算液位 浮球法:该方法采用杠杆原理，如图3&mdash所示；2如[4所示] 图中:1-浮球；2-连杆；3-旋转轴；4-平衡重量；5杆 浮球随着液位的变化绕旋转轴旋转，带动旋转轴上的指针旋转，与杠杆另一端的配重平衡，同时在刻度盘上指示液位值 浮球法有两种:内浮球法和外浮球法，如图3&mdash所示；2 浮球法主要用于测量高温高粘度的液位，但测量范围小。 伺服方法:该方法采用波积分电路消除抖动，延长使用寿命，提高液位测量精度。 现代伺服液位计的测量精度相对较高，在40m范围内精度不到1mm，一般具有测量密度分布和平均密度的功能。 沉缸法:沉缸的位置随液位的变化而变化，但变化不等于液位的变化。 在图3-3a [4]中，液位和浮标位置之间的关系如下:在上式中:&δ；h-液位变化；c-弹簧弹性系数；a-沉降筒的横截面积；& rho液体密度；& Deltax-沉降缸位置的变化 正常情况下，浮标位置的变化&δ；x比液位变化δ小得多；H 图3 & mdash3b是扭力管下沉法的原理[4]，其中:1-下沉管；2杆；3-扭力管；4心轴；5-外壳 下沉油缸的位置随着液位的变化而变化。在杠杆的作用下，扭力管心轴的扭转角度发生变化。二次仪表根据扭转角的变化计算液位。 以上五种方法都是利用浮力原理来工作的。 4.电容法、电阻法、电感法和电容法:电容法测量非导电液体的原理如图4所示& mdash1如[4所示] 图4 & mdash在1中，电容器由两个同心圆柱形极板组成，其电容CH为上式ε；1-待测液体的相对介电常数；& epsilon2-气相介质的相对介电常数；电容式传感器在液体中的浸入深度(m)；l-电容传感器的垂直高度(m)；内极板圆柱底面的r半径(m)；外极板圆柱形底面的r半径(m) 从右、右、左等。都是固定值，只使用ε；1、ε；2.CH可以计算液位h 图4 & mdash2是电容法测量导电液体的原理[4]，并对其公式稍作推导。 电容式液位计价格低廉，安装方便，可应用于高温高压场合。 但是电容液位计的重复测量精度低，需要定期维护和重新校准，使用寿命也不是很长。 电阻法:本方法[5]特别适用于测量导电液体。敏感器件具有电阻特性，其电阻值随液位的变化而变化。因此，通过将电阻变化值传送到次级电路来获得液位。 探头式采用跟踪测量法测量液位，以液位上升的情况为例说明液位测量的原理。当液位上升时，将探头完全提离液体，然后慢慢降低探头以找到液位，探头与液体接触时的位置对应于液位。 探头类型的特点是测量精度高，控制电路复杂。 归纳法:本方法[5]适用于导电液体，特别是液态金属的液位测量。 电感法的原理是液位的变化使电感元件的自感、互感或磁导率发生变化，因此可以通过将变化发送到次级电路来获得相应的液位值。 感应法广泛应用于高频液位计的嘴中 液位计的测量原理是调频信号通过射频电缆耦合到传输线传感器的谐振电路，谐振电路的输出电压通过检测电路和射频电缆传输到低通滤波器， 然后根据低通滤波器的输出电压控制调谐电路产生新的振荡频率，直到传感器的谐振电路处于完全谐振状态，此时的振荡频率对应于传感器的电感，从而对应于液位 上述三种方法都用于通过改变液位传感器的电气参数来测量液位。 5.磁致伸缩法、超声波法、调制光学法和微波法磁致伸缩法:这种油罐液位测量方法的原理见图5 & mdash1如[6所示] 图5 & mdash1中有两个浮子，分别用于检测油气界面和油水界面。 每个浮子包含一组*磁铁，用于产生固定磁场。 在测量过程中，液位计的头部发出低电流。提问。脉冲，电流产生的磁场沿着波导向下传导 当当前磁场遇到浮动磁场时。返回。脉搏(也称为& ldquo波导失真。脉冲) 查询脉冲和返回脉冲之间的时间差对应于油水界面和油气界面的高度。 磁致伸缩液位计安装简单，测量精度高。然而，液体密度和温度的变化会带来测量误差[7]。浮子沿波导管外部的保护导管上下移动，容易堵塞。 超声波法:换能器将电能脉冲转换成超声波，并发射到液面，然后超声波被液面反射后被换能器转换成电信号 超声波是一种传播衰减小、界面反射信号强、发射和接收电路简单的机械波，应用广泛。然而，超声波的传播速度受介质的密度、浓度、温度、压力等因素的影响，其测量精度相对较低。 微波法:微波通过天线(主要是孔径天线和平面天线)辐射出去，被液面反射并被天线接收，然后由次级电路计算发射信号和接收信号之间的时间差，得到液面 连续波雷达液位计的原理如图5所示。如图2所示，液位计采用三角波调频，通过分析发射信号与接收信号混合后得到的差分信号，得到微波传输时间，从而计算液位。 微波速度受传播介质、温度、压力和液体介电常数的影响很小，但液体界面、液体表面泡沫和液体介质介电常数的波动对微波反射信号的强度影响很大。 当压力超过规定值时，压力将对液位测量精度产生重大影响。 对于介电常数小于规定值的液体，大多数雷达液位计需要使用波导管，但波导管的腐蚀、弯曲和倾斜会影响测量精度。 例如，当空气高度h为20m时，波导和垂直方向之间的倾斜角为α；只要它超过0.573°；，由此产生的液位误差&δ；h将超过1毫米，从而证明在倾斜角α；(单位:度)减去，&δ；h .满意度:雷达液位计特别适用于高污染或高粘度的产品，如沥青等。 雷达液位计重复精度高，无需定期维护和重新校准，测量精度高，但测量油水界面昂贵且困难。 调制光学方法类似于微波方法，除了使用相位或频率调制光学信号代替微波信号。 图5 & mdash3是激光雷达液位计[8]的示意图 然而，光信号受到水蒸气和油蒸气的很大影响，并且对液位波动非常敏感，因此有必要使用容易被污染的光学透镜。 上述三种方法都通过检测信号传播时间来确定液位。 如果发射信号和接收信号之间的时间差是t，零高度h = vt/2，v是波的传播速度 6.磁襟翼法、振动法、核辐射法和光纤传感法的原理如图6-mdash所示；[1]，1a所示的单襟翼指示器组件；2-浮动；3-连接管组件；4-调节螺钉；5-排放塞 浮子上装有一组*磁铁，随着液位的变化上下移动，通过磁耦合效应驱动磁性翻板组件翻转。 当液位上升时，磁性挡板的红色面朝外；当液位下降时，白色面朝外 因此，可以根据磁性翻转板的颜色来确定液位 浮子和磁性挡板中磁铁的磁性结构如图6所示。如图1b [5]所示，每个襟翼之间的距离为10毫米 可以通过串联几个磁性挡板装置来增加范围。 振动法的原理如图6所示& mdash2如图所示[9] 振动液位计由导轨、测试架、冲击锤、振动传感器、伺服机构等组成。 伺服机构控制振动锤上下爬升并激励振动，激励后的自由振动由振动传感器检测，检测信号由场效应管转换得到较大功率时的频率，较大功率后，罐空时由自然频率/液位关系得到液位 这种液位测量方法需要锤子和伺服机构等机械运动部件，其工作寿命不是很长。它需要定期维护和重新校准，并且安装复杂。 辐射方法:放射性同位素在衰变过程中辐射辐射，常见的辐射是α；、β。、γ。射线 其中，&γ；射线穿透力强，射程远，因此被广泛应用于核辐射水平测量。 实验证明，在穿过物质&γ之前和之后；辐射强度将发生变化，并满足上式中的下列关系式[5]:J0-穿过物质之前的强度；穿透物质后的j强度；& mu-材料对&γ；辐射的衰减特性；d-物质厚度 核辐射液位计由放射源、探测器和处理电路组成。 大多数放射源是钴-60或铯-137 探测器包括电离室、计数管、闪烁计数器等。它们的功能是探测穿透物质后的辐射强度。 核辐射物位计以非接触方式安装，如图6-mdash所示；3 图6 & mdash3a采用点式放射源和探测器，测量范围小；图6 & mdash3b采用点放射源和线性探测器，测量范围大。图6 & mdash3c采用线性放射源和探测器，测量范围大 除法和伽玛。除了辐射，中子辐射也可以用来测量液位。 中子射线具有极强的穿透力，比率为γ；x光强度超过10倍，可以穿透壁厚高达9英寸的钢制容器，[10] x光液位计安装简单，测量精度能够满足大型储罐测量的需要。它有一定的应用场合。 光纤传感方法:文件[11]提出了一种光纤液位传感器。当液位变化时，压力传感器灵敏的弹性膜片会产生位移，这将驱动反射膜移动，使得探头感受到的光强发生变化，从而计算出液位。 文献[12]提出了另一种光纤液位传感器，它根据探头在气相和液相介质中所感测的光强差来判断探头的位置，并控制探头跟踪液位的变化，从而获得液位值 7.结论分析比较了20多种液位测量方法 在实际应用中，应根据价格、测量精度和被测介质特性等因素合理选择液位计的类型。

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