三種典型液位測(cè)量裝置的對(duì)比分析

李 信

（山西漳澤電力長(zhǎng)治發(fā)電有限責(zé)任公司，山西長(zhǎng)治046021）

0 引言

火電機(jī)組自動(dòng)化程度越來(lái)越高，對(duì)液位測(cè)量?jī)x表提出了更高的要求，如多功能、智能化、可靠、精度高、免維護(hù)等。現(xiàn)在火電廠中液位測(cè)量裝置種類(lèi)較多，這里選取了磁致伸縮液位計(jì)、雷達(dá)液位計(jì)和差壓變送器三種具有代表性的液位計(jì)，對(duì)其性能原理與應(yīng)用現(xiàn)狀作一對(duì)比。

1 工作原理

1.1 磁致伸縮式液位計(jì)工作原理

如圖1所示，磁致伸縮式液位計(jì)根據(jù)磁致伸縮原理設(shè)計(jì)，其在一個(gè)非磁性傳感管內(nèi)裝有一根磁致伸縮線，在頂端裝一個(gè)壓磁傳感器，每秒發(fā)出10個(gè)電流脈沖信號(hào)，并開(kāi)始計(jì)時(shí)，電流脈沖同磁性浮子在磁致伸縮線上產(chǎn)生一個(gè)扭應(yīng)力波，沿磁致伸縮線向兩端傳送。測(cè)量壓磁傳感器收到這個(gè)扭應(yīng)力波信號(hào)的起始脈沖和返回扭應(yīng)力波間的時(shí)間間隔，來(lái)判斷浮子位置，即得被測(cè)液位，轉(zhuǎn)變?yōu)槌杀壤?～20 mA信號(hào)輸出。

圖1 磁致伸縮式液位計(jì)工作原理

1.2 導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)測(cè)量原理

如圖2所示，導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)由發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)沿導(dǎo)波桿向下傳送的電磁脈沖波，遇到介電常數(shù)大的液體表面時(shí)被反射，計(jì)算脈沖波的傳導(dǎo)時(shí)間，而得到液位位置。

圖2 導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)測(cè)量原理

1.3 差壓變送器測(cè)量原理

如圖3所示，差壓變送器傳感器是雙側(cè)壓力作用在隔離膜片上，通過(guò)密封液傳導(dǎo)至測(cè)量元件，經(jīng)壓-電轉(zhuǎn)換器，處理為標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)輸出。

圖3 差壓變送器測(cè)量原理

2 分析與比較

2.1 原理比較

（1）磁致伸縮液位計(jì)是根據(jù)磁浮子位置測(cè)得液位，測(cè)量影響因素為介質(zhì)密度，介電常數(shù)、氣相組分、工作溫度、壓力對(duì)測(cè)量沒(méi)有影響。

（2）導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)測(cè)量的影響因素為介電常數(shù)、氣相組分，溫度、壓力對(duì)測(cè)量也有一定影響。

（3）差壓變送器是根據(jù)壓差變化測(cè)量液位，影響測(cè)量結(jié)果的因素很多：1）腔體真空或負(fù)壓產(chǎn)生虛假讀數(shù)；2）管路內(nèi)氣泡帶來(lái)干擾；3）容器內(nèi)水的密度改變導(dǎo)致測(cè)量誤差。

2.2 特性比較

（1）磁致伸縮液位計(jì)特性：

1）可靠性強(qiáng)：由于磁致伸縮液位計(jì)采用波導(dǎo)原理，整個(gè)變換器封閉在不銹鋼管內(nèi)，和測(cè)量介質(zhì)無(wú)接觸，無(wú)機(jī)械可動(dòng)部分，故無(wú)摩擦、無(wú)磨損，傳感器工作可靠，壽命長(zhǎng)。

2）精度高：由于磁致伸縮液位計(jì)用波導(dǎo)脈沖工作，通過(guò)測(cè)量起始脈沖和終止脈沖的時(shí)間來(lái)確定被測(cè)位移量，因此測(cè)量精度高，分辨率優(yōu)于0.01%FS，這是用其他傳感器難以達(dá)到的精度。

3）安全性好：磁致伸縮液位計(jì)測(cè)量時(shí)無(wú)需開(kāi)啟罐蓋，避免了人工測(cè)量所存在的不安全因素；防爆性能高，本安防爆，使用安全，特別適用于對(duì)化工原料和易燃液體的測(cè)量。

4）易于安裝和維護(hù)：磁致伸縮液位計(jì)一般通過(guò)罐頂已有管口進(jìn)行安裝，特別適用于地下儲(chǔ)罐和已投運(yùn)儲(chǔ)罐，在安裝過(guò)程中不影響正常生產(chǎn)。

5）便于系統(tǒng)自動(dòng)化工作：磁致伸縮液位計(jì)的二次儀表采用標(biāo)準(zhǔn)輸出信號(hào)，便于計(jì)算機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，容易實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)工作，提高整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的自動(dòng)化程度。

（2）導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)特性：1）對(duì)液體、顆粒及漿料連續(xù)物位測(cè)量不受介質(zhì)變化、溫度變化、稀有氣體及蒸汽、粉塵、泡沫等的影響。2）液體量程小于15 m時(shí)，測(cè)量精度為±5 mm；量程大于15 m時(shí)，測(cè)量精度為5 mm±0.05%。3）量程60 m，耐250℃高溫、40 kg高壓，適用于爆炸危險(xiǎn)區(qū)域。4）對(duì)蒸汽和泡沫有很強(qiáng)的抑制能力，測(cè)量不受影響。5）頂部和底部具有盲區(qū)。

（3）差壓液位計(jì)特性：1）常規(guī)差壓液位計(jì)在許多應(yīng)用中，在液體之上有額外的蒸氣壓力。由于蒸氣壓力不是液位測(cè)量的一部分，需要使用引壓管和有密封件的毛細(xì)管來(lái)抵消它的存在。2）電子遠(yuǎn)傳技術(shù)采用數(shù)字結(jié)構(gòu)取代機(jī)械部件，響應(yīng)速度更快，測(cè)量精度也有所提高。3）天氣寒冷時(shí)裝置通常需要伴熱或保溫，要檢查引壓管漏水、冷凝、蒸發(fā)和堵塞。4）距離過(guò)長(zhǎng)的毛細(xì)管會(huì)使壓力傳輸變得誤差過(guò)大，同時(shí)安裝過(guò)程要求較高。

設(shè)備特性比較如表1所示。

表1 設(shè)備特性比較

2.3 工況干擾比較

實(shí)際應(yīng)用中常見(jiàn)工況產(chǎn)生干擾和影響的情況如表2所示。

表2 實(shí)際應(yīng)用中常見(jiàn)工況產(chǎn)生干擾和影響的情況

2.4 適用范圍比較

三種測(cè)量方式的適用范圍如表3所示。

3 結(jié)論

由對(duì)比分析可知：

（1）磁致伸縮液位計(jì)適用于電廠所有工況，精度極高，穩(wěn)定性很好，安裝與維護(hù)量很小，基本不需要維護(hù)。在電廠高加、低加、凝汽器、除氧器等容器設(shè)備以及其他輔機(jī)工位，如油站、化水等均適用。其憑借環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、安裝方便、高精度、低成本、免維護(hù)的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，在當(dāng)今液位測(cè)量領(lǐng)域占較大優(yōu)勢(shì)。

（2）導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)適合的工況較好，對(duì)溫度和環(huán)境要求較高，對(duì)于安裝空間有一定的要求。安裝要求避開(kāi)進(jìn)料口，以免產(chǎn)生虛假反射。不能安裝在拱形罐的中心處（否則傳感器收到的虛假回波會(huì)增強(qiáng)），也不能距離罐壁很近，最佳安裝位置在容器半徑的1/2處。只有物料處于頂部盲區(qū)和底部盲區(qū)之間時(shí)，才能保證罐內(nèi)物位的可靠測(cè)量，滿足精度要求。調(diào)試較方便，運(yùn)行和維護(hù)量不大。

（3）差壓變送器適合的工況有限，而且傳感器零漂移嚴(yán)重；測(cè)量偏差大，長(zhǎng)期工作穩(wěn)定性差，精度較低，受環(huán)境影響較大；安裝及維護(hù)量較大，無(wú)論是正常運(yùn)行還是例行維護(hù)，工作量都較大，現(xiàn)在基本作為一個(gè)備用選擇。