常用水箱液位计的基本原理、 特点和应用选型

水箱是各企业普遍使用的储存设备， 管理人员须对储罐内储存的物料进行监控， 掌握其液位、 储量和质量等重要数据， 以进行有效的管理。 储罐的液位计量十分重要， 合理的液位可保证储罐安全、可靠、 高效地运行。 管理人员都希望找到一种既价格便宜、 使用寿命长、 使用维护方便， 又能满足精度要求的实时在线测量装置。

 

         国内外的许多研究机构一直致力于液位计的研究， 出了多种类型的液位计， 从**初的浮球式， 到磁翻板、 差压式、 超声波及雷达液位计等，但液位计的价格也节节攀升。 设计人员应根据各种液位计的特点、 用户的要求和经济性， 合理选用液位计， 达到**的性价比。

 

1 概述

1.1 液位计分类

         按储罐液位测量原理来分类： 有直接式液位测量仪表、 差压式液位测量仪表、 浮力式液位测量仪表、 电气式液位测量仪表、 超声波式液位测量仪表、 雷达液位测量仪表、 放射性液位测量仪表等。根据测量的介质特性来分类： 常用的液位计有重锤浮球式液位计、 磁翻板液位计、 雷达液位计、 超声波液位计、 差压液位计等。

 

1.2 测量方法的选择依据

通常根据测量要求来选择液位测量方法。 测量要求一般有以下几方面：

         （ 1 ） 测量范围、 需要的精度及测量功能；

         （ 2 ） 测量仪所处的环境；

         （ 3 ） 被测介质的物理化学性质和状态， 如强酸、 强碱、 易凝固结晶和黏稠性、 气化性等；

         （ 4 ） 操作条件的变化， 如介质温度、 压力、 浓度的变化等；

         （ 5 ） 被测对象容器的结构、 形状、 尺寸、 容器内的设备附件及各种进出料口等。

 

选择测量方法时， 要注意以下几点：

         （ 1 ） 工程仪表选型要有统一的考虑， 尽可能减少品种规格， 减少备品备件；

         （ 2 ） 工艺商的具体要求；

         （ 3 ） 实际的工艺情况。

 

2 电厂常见液位计的性能特点

2.1 重锤浮球式液位计

         重锤浮球式液位计是利用物体在液体中浮力的原理来实现液位测量。 这种液位计国外从 20 世纪30 年代就开始使用， 至今仍有比较高的市场占有率。

 

重锤浮球式液位计主要技术指标：

         测量范围： 0~20 m ；

         精度： ±10 mm 。

 

重锤浮球式液位计特点：

         （ 1 ） 结构简单， 观测直观。

         （ 2 ） 精度不高， 只能做工业测量用。

         （ 3 ） 由于浮球随着液位波动， 对液位测量有一定误差。 适用于常压储罐， 不适用于带压储罐的液位测量。 外浮顶罐也不宜采用此种液位计， 因为容易受到风的影响， 使指针不停摆动， 导致指示不稳定。

 

2.2 磁翻板液位计

         磁翻板液位计根据浮力原理和磁性耦合作用而成。 当储罐中的液位升降时， 液位计本体管中的磁性浮子也随之升降， 浮子内的磁铁通过磁耦合传递到磁翻柱指示器， 驱动红、 白翻柱翻转180° ， 当液位上升时翻柱由白色转变为红色， 当液位下降时翻柱由红色转变为白色， 指示器的红白交界处为容器内部液位的实际高度， 从而实现液位清晰的指示。 也可在本体管上加装磁性开关或远传变送器， 输出开关信号或模拟量信号。

 

磁翻板液位计主要技术指标：

         测量范围： 0.30~10m  ；6m-10m之间可以采用一根式或者分段式，大于10m的建议使用分段式。

         精度： ±10 mm （就地指示型）。

磁翻板液位计特点：

         （ 1 ） 适用于高温、 高压和腐蚀性等场合， 可就地显示和远程控制。 本体管采用无缝钢管， 连接管处采用拉孔焊接， 内部无划痕。 安装方式可选择侧装和顶装， 本体下端密封。

         （ 2 ） 指示新颖、 醒目， 测量范围比较大。

 

2.3 雷达液位计

         雷达液位计是利用chao高频电磁波经天线向被测容器的液面发射， 当电磁波碰到液面后反射回来，仪表检测出发射波及回波的时差， 从而计算出液面高度。

         雷达液位计主要技术指标：

         测量范围： 0~40 m ；

         精度： ±1 mm 。

 

雷达液位计特点：

         （ 1 ） 适用于大型立罐和球罐等测量。

         （ 2 ） 仪表精度分为工业测量级和计量级精度，可满足不同测量和计量的要求。 安装简单， 但其下方不得存在遮挡物体， 否则会影响微波的发射和接收， 通常安装在罐顶， 价格高。

         （ 3 ） 被测介质的相对介电常数、 液位的湍流状态、 介质中气泡的大小， 均会对测量结果产生影响。

 

2.4 超声波液位计

采用超声波测量液位的方法很多， 如脉冲回波法、 共振法、 频差法以及声衰减法等， 其中应用较广泛的是脉冲回波法。 脉冲回波法的基本工作原理

是： 声波换能器由脉冲信号激励发出超声波， 超声波通过介质传播到达液面， 形成反射波， 反射波再经介质传播返回到换能器， 换能器把声信号转换成电信号， 由二次仪表测出从发射声波到接收到信号所需的时间， 再根据超声波在介质中传播速度和换能器的安装高度， 计算出液位高度。

 

超声波液位计主要技术指标：

         测量范围： 0~50 m ；

         精度： ±1 mm 。

超声波液位计特点：

         （ 1 ） 适用于液体、 颗粒状、 粉状物料以及黏稠性的、 有毒的物料的料位测量。

         （ 2 ） 对腐蚀性介质考虑选用防腐探头。

         （ 3 ） 可用于压力容器和常压容器。

         （ 4 ） 不宜用于温度变化较大的工艺过程。

         （ 5 ） 不适合挥发性很强的石油产品液位测量，液体表面的悬浮物及泡沫会影响声波的反射强度。

         （ 6 ） 真空系统的储罐不能用超声波液位计。

 

2.5 差压液位计

         压强可以用液位高度和液体密度的乘积来表示。 差压液位计就是通过测量压强来获得液位的。此外， 还可测量介质的质量、 体积和密度。 早期由于静压变送器的测量精度比较低， 受环境温度影响比较大， 所以差压液位计并未被广泛采用。 近些年由于变送器和计算机技术的发展， 差压液位计受到了一定程度的欢迎。

式中 p —— — 指示压力；

ρ —— — 介质密度；

h —— — 液位高度。

差压液位计特点：

         （ 1 ） 安装简单， 无可动部件， 工作可靠， 日常使用维护量小。

         （ 2 ） 测量介质的密度、 质量精度较高， 测量液位精度一般。

         （ 3 ） 大风引起的气压变化会影响测量精度。

         （ 4 ） 不能用于测量介质分层的储罐液位。

         （ 5 ） 尤其适用于远传信号和远程监控。

 

 

 

3 用户需求

         液位计是水箱必不可少的测量仪表。 用户对水箱液位监控一般要求就地、 远传两种。就地液位计安装在现场， 能够直观、 醒目地看到液位， 供巡检时检查或与 DCS 比对。 用户一般倾向于选用重锤浮球式液位计或者不带远传功能的磁翻板液位计。

 

         远传液位计通过液位变送器将液位的变化转换成标准电流信号， 远传至操作控制室供二次仪表或计算机装置进行集中显示、 报警或自动控制。 磁翻板液位计、 雷达液位计、 超声波液位计和差压液位计均可设置远传功能， 其中差压液位计**适用于远传。

 

4 经济性

         经济性是选用液位计时需考虑的一个重要指标。 重锤浮球式液位计和磁翻板液位计价格比较便宜， 差压式液位计比前两种贵些； 雷达液位计和超声波液位计价格比较高。但是大量程下，差压式液位计便宜，磁翻板液位计价格和雷达差不多，甚至有时候超过雷达液位计。

 

5 结论

         上述常用液位计均能满足水箱液位测量要求，也均有使用。

 

         对于就地液位计， 一般可选用重锤浮球式或者不带远传功能的磁翻板液位计。 重锤浮球式液位计显示醒目， 但存在一定的机械磨损。 

 

         对于远传液位计， 通常选用磁翻板液位计带远传和差压式液位计。 超声波液位计和雷达液位计在技术上存在着相当的优势， 但其价格昂贵， 对使用环境要求较高。 如果用户要求计量精度高而投资又不受限制， 则可以采用超声波或者雷达液位计。