準確的來說液位測量有液位開關(guān)(開關(guān)量輸出)和液位計(模擬量輸出). 分類有磁翻版,成本低,直觀,大多數(shù)國產(chǎn).
浮球式的主要是通過磁簧開關(guān)和浮球開關(guān)來作用 又分為連桿浮球和線纜浮球 超音波和雷達波式的 靜電容式的(主要用在料位) 振動式的 (主要用在料位) 壓力式的 電阻式的 光學式的 電極式的 阻旋式的 (主要用在料位) 詳細原理沒有多寫 一般要根據(jù)現(xiàn)場的介質(zhì) 環(huán)境 安裝方式 以及要求來選擇 所有的產(chǎn)品沒有的,只能說現(xiàn)場的產(chǎn)品. 概述 流量測量方法和儀表的種類繁多,分類方法也很多。至今為止,可供工業(yè)用的流量儀表種類達60種之多。品種如此之多的原因就在于至今還沒找到一種對任何流體、任何量程、任何流動狀態(tài)以及任何使用條件都適用的流量儀表。
這60多種流量儀表,每種產(chǎn)品都有它特定的適用性,也都有它的局限性。按測量對象劃分就有封閉管道和明渠兩大類;按測量目的又可分為總量測量和流量測量,其儀表分別稱作總量表和超聲波液位計。 總量表測量一段時間內(nèi)流過管道的流量,是以短暫時間內(nèi)流過的總量除以該時間的商來表示,實際上超聲波液位計通常亦備有累積流量裝置,做總量表使用,而總量表亦備有流量發(fā)訊裝置。因此,以嚴格意義來分超聲波液位計和總量表已無實際意義。
按測量原理分有力學原理、熱學原理、聲學原理、電學原理、光學原理、原子物理學原理等。 本文按照目前zui流行、zui廣泛的分類法,即分為:容積式超聲波液位計、差壓式超聲波液位計、浮子超聲波液位計、渦輪超聲波液位計、電磁超聲波液位計、流體振蕩超聲波液位計中的渦街超聲波液位計、質(zhì)量超聲波液位計和插入式超聲波液位計來分別闡述各種超聲波液位計的原理、特點、應(yīng)用概況及國內(nèi)外的發(fā)展情況。
差壓式超聲波液位計 差壓式超聲波液位計是根據(jù)安裝于管道中流量檢測件產(chǎn)生的差壓,已知的流體條件和檢測件與管道的幾何尺寸來計算流量的儀表。 差壓式超聲波液位計由一次裝置(檢測件)和二次裝置(差壓轉(zhuǎn)換和流量顯示儀表)組成。通常 浮子超聲波液位計,又稱轉(zhuǎn)子超聲波液位計,是變面積式超聲波液位計的一種,在一根由下向上擴大的垂直錐管中,圓形橫截面的浮子的重力是由液體動力承受的,從而使浮子可以在錐管內(nèi)自由地上升和下降。 浮子超聲波液位計是僅次于差壓式超聲波液位計應(yīng)用范圍zui寬廣的一類超聲波液位計,特別在小、微流量方面有舉足輕重的作用。 80年代中期,日本、西歐、美國的銷售金額占流量儀表的15%~20%。我國產(chǎn)量1990年估計在12~14萬臺,其中95%以上為玻璃錐管浮子超聲波液位計。
特點: 玻璃錐管浮子超聲波液位計結(jié)構(gòu)簡單
,使用方便,缺點是耐壓力低,有玻璃管易碎的較大風險; 適用于小管徑和低流速; 壓力損失較低。 容積式超聲波液位計 容積式超聲波液位計,又稱定排量超聲波液位計,簡稱PD超聲波液位計,在流量儀表中是精度zui高的一類。它利用機械測量元件把流體連續(xù)不斷地分割成單個已知的體積部分,根據(jù)測量室逐次重復(fù)地充滿和排放該體積部分流體的次數(shù)來測量流體體積總量。 容積式超聲波液位計按其測量元件分類,可分為橢圓齒輪超聲波液位計、刮板超聲波液位計、雙轉(zhuǎn)子超聲波液位計、旋轉(zhuǎn)活塞超聲波液位計、往復(fù)活塞超聲波液位計、圓盤超聲波液位計、液封轉(zhuǎn)筒式超聲波液位計、濕式氣量計及膜式氣量計等。 優(yōu)點: 計量精度高; 安裝管道條件對計量精度沒有影響; 可用于高粘度液體的測量; 范圍度寬; 直讀式儀表無需外部能源可直接獲得累計,總量,清晰明了,操作簡便。 缺點: 結(jié)果復(fù)雜,體積龐大; 被測介質(zhì)種類、口徑、介質(zhì)工作狀態(tài)局限性較大; 不適用于高、低溫場合; 大部分儀表只適用于潔凈單相流體; 產(chǎn)生噪聲及振動。
應(yīng)用概況: 容積式超聲波液位計與差壓式超聲波液位計、浮子超聲波液位計并列為三類使用量zui大的超聲波液位計,常應(yīng)用于昂貴介質(zhì)(油品、天然氣等)的總量測量。 工業(yè)發(fā)達國家近年PD超聲波液位計(不包括家用煤氣表和家用水表)的銷售金額占流量儀表的13%~23%;我國約占20%,1990年產(chǎn)量(不包括家用煤氣表)估計為34萬臺,其中橢圓齒輪式和腰輪式分別約占70%和20%。 渦輪超聲波液位計 渦輪超聲波液位計,是速度式超聲波液位計中的主要種類,它采用多葉片的轉(zhuǎn)子(渦輪)感受流體平均流速,從而且推導(dǎo)出流量或總量的儀表。 一般它由傳感器和顯示儀兩部分組成,也可做成整體式。 渦輪超聲波液位計和容積式超聲波液位計、科里奧利質(zhì)量超聲波液位計稱為超聲波液位計中三類重復(fù)性、精度*的產(chǎn)品,作為類型超聲波液位計之一,其產(chǎn)品已發(fā)展為多品種、多系列批量生產(chǎn)的規(guī)模。 優(yōu)點: 高精度,在所有超聲波液位計中,屬于zui的超聲波液位計; 重復(fù)性好; 元零點漂移,抗*力好; 范圍度寬; 結(jié)構(gòu)緊湊。 缺點: 不能長期保持校準特性; 流體物性對流量特性有較大影響。 應(yīng)用概況: 渦輪超聲波液位計在以下一些測量對象獲得廣泛應(yīng)用:石油、有機液體、無機液、液化氣、天然氣和低溫流體統(tǒng)在歐洲和美國,渦輪超聲波液位計在用量上是僅次于孔板超聲波液位計的天然計量儀表,僅荷蘭在天然氣管線上就采用了2600多臺各種尺寸,壓力從0.8~6.5MPa的氣體渦輪超聲波液位計,它們已成為優(yōu)良的天然氣計量儀表。 電磁超聲波液位計 電磁超聲波液位計是根據(jù)法拉弟電磁感應(yīng)定律制成的一種測量導(dǎo)電性液體的儀表。 電磁超聲波液位計有一系列優(yōu)良特性,可以解決其它超聲波液位計不易應(yīng)用的問題,如臟污流、腐蝕流的測量。
70、80年代電磁流量在技術(shù)上有重大突破,使它成為應(yīng)用廣泛的一類超聲波液位計,在流量儀表中其使用量百分數(shù)不斷上升。 優(yōu)點: 測量通道是段光滑直管,不會阻塞,適用于測量含固體顆粒的液固二相流體,如紙漿、泥漿、污水等; 不產(chǎn)生流量檢測所造成的壓力損失,節(jié)能效果好; 所測得體積流量實際上不受流體密度、粘度、溫度、壓力和電導(dǎo)率變化的明顯影響; 流量范圍大,口徑范圍寬; 可應(yīng)用腐蝕性流體。 缺點: 不能測量電導(dǎo)率很低的液體,如石油制品; 不能測量氣體、蒸汽和含有較大氣泡的液體; 不能用于較高溫度。 應(yīng)用概況: 電磁超聲波液位計應(yīng)用領(lǐng)域廣泛,大口徑儀表較多應(yīng)用于給排水工程;中小口徑常用于高要求或難測場合,如鋼鐵工業(yè)高爐風口冷卻水控制,造紙工業(yè)測量紙漿液和黑液,化學工業(yè)的強腐蝕液,有色冶金工業(yè)的礦漿;小口徑、微小口徑常用于醫(yī)藥工業(yè)、食品工業(yè)、生物化學等有衛(wèi)生要求的場所。 渦街超聲波液位計 渦街超聲波液位計是在流體中安放一根非流線型游渦發(fā)生體,流體在發(fā)生體兩側(cè)交替地分離釋放出兩串規(guī)則地交錯排列的游渦的儀表。 渦街超聲波液位計按頻率檢出方式可分為:應(yīng)力式、應(yīng)變式、電容式、熱敏式、振動體式、光電式及超聲式等。 渦街超聲波液位計是屬于zui年輕的一類超聲波液位計,但其發(fā)展迅速,目前已成為通用的一類超聲波液位計。 優(yōu)點: (1)結(jié)構(gòu)簡單牢固; (2)適用流體種類多; (3)精度較高; (4)范圍度寬; (5)壓損小。 缺點:
準確的來說液位測量有液位開關(guān)(開關(guān)量輸出)和液位計(模擬量輸出). 分類有磁翻版,成本低,直觀,大多數(shù)國產(chǎn).
浮球式的主要是通過磁簧開關(guān)和浮球開關(guān)來作用 又分為連桿浮球和線纜浮球 超音波和雷達波式的 靜電容式的(主要用在料位) 振動式的 (主要用在料位) 壓力式的 電阻式的 光學式的 電極式的 阻旋式的 (主要用在料位) 詳細原理沒有多寫 一般要根據(jù)現(xiàn)場的介質(zhì) 環(huán)境 安裝方式 以及要求來選擇 所有的產(chǎn)品沒有的,只能說現(xiàn)場的產(chǎn)品. 概述 流量測量方法和儀表的種類繁多,分類方法也很多。至今為止,可供工業(yè)用的流量儀表種類達60種之多。品種如此之多的原因就在于至今還沒找到一種對任何流體、任何量程、任何流動狀態(tài)以及任何使用條件都適用的流量儀表。
這60多種流量儀表,每種產(chǎn)品都有它特定的適用性,也都有它的局限性。按測量對象劃分就有封閉管道和明渠兩大類;按測量目的又可分為總量測量和流量測量,其儀表分別稱作總量表和超聲波液位計。 總量表測量一段時間內(nèi)流過管道的流量,是以短暫時間內(nèi)流過的總量除以該時間的商來表示,實際上超聲波液位計通常亦備有累積流量裝置,做總量表使用,而總量表亦備有流量發(fā)訊裝置。因此,以嚴格意義來分超聲波液位計和總量表已無實際意義。
按測量原理分有力學原理、熱學原理、聲學原理、電學原理、光學原理、原子物理學原理等。 本文按照目前zui流行、zui廣泛的分類法,即分為:容積式超聲波液位計、差壓式超聲波液位計、浮子超聲波液位計、渦輪超聲波液位計、電磁超聲波液位計、流體振蕩超聲波液位計中的渦街超聲波液位計、質(zhì)量超聲波液位計和插入式超聲波液位計來分別闡述各種超聲波液位計的原理、特點、應(yīng)用概況及國內(nèi)外的發(fā)展情況。
差壓式超聲波液位計 差壓式超聲波液位計是根據(jù)安裝于管道中流量檢測件產(chǎn)生的差壓,已知的流體條件和檢測件與管道的幾何尺寸來計算流量的儀表。 差壓式超聲波液位計由一次裝置(檢測件)和二次裝置(差壓轉(zhuǎn)換和流量顯示儀表)組成。通常 浮子超聲波液位計,又稱轉(zhuǎn)子超聲波液位計,是變面積式超聲波液位計的一種,在一根由下向上擴大的垂直錐管中,圓形橫截面的浮子的重力是由液體動力承受的,從而使浮子可以在錐管內(nèi)自由地上升和下降。 浮子超聲波液位計是僅次于差壓式超聲波液位計應(yīng)用范圍zui寬廣的一類超聲波液位計,特別在小、微流量方面有舉足輕重的作用。 80年代中期,日本、西歐、美國的銷售金額占流量儀表的15%~20%。我國產(chǎn)量1990年估計在12~14萬臺,其中95%以上為玻璃錐管浮子超聲波液位計。
特點: 玻璃錐管浮子超聲波液位計結(jié)構(gòu)簡單
,使用方便,缺點是耐壓力低,有玻璃管易碎的較大風險; 適用于小管徑和低流速; 壓力損失較低。 容積式超聲波液位計 容積式超聲波液位計,又稱定排量超聲波液位計,簡稱PD超聲波液位計,在流量儀表中是精度zui高的一類。它利用機械測量元件把流體連續(xù)不斷地分割成單個已知的體積部分,根據(jù)測量室逐次重復(fù)地充滿和排放該體積部分流體的次數(shù)來測量流體體積總量。 容積式超聲波液位計按其測量元件分類,可分為橢圓齒輪超聲波液位計、刮板超聲波液位計、雙轉(zhuǎn)子超聲波液位計、旋轉(zhuǎn)活塞超聲波液位計、往復(fù)活塞超聲波液位計、圓盤超聲波液位計、液封轉(zhuǎn)筒式超聲波液位計、濕式氣量計及膜式氣量計等。 優(yōu)點: 計量精度高; 安裝管道條件對計量精度沒有影響; 可用于高粘度液體的測量; 范圍度寬; 直讀式儀表無需外部能源可直接獲得累計,總量,清晰明了,操作簡便。 缺點: 結(jié)果復(fù)雜,體積龐大; 被測介質(zhì)種類、口徑、介質(zhì)工作狀態(tài)局限性較大; 不適用于高、低溫場合; 大部分儀表只適用于潔凈單相流體; 產(chǎn)生噪聲及振動。
應(yīng)用概況: 容積式超聲波液位計與差壓式超聲波液位計、浮子超聲波液位計并列為三類使用量zui大的超聲波液位計,常應(yīng)用于昂貴介質(zhì)(油品、天然氣等)的總量測量。 工業(yè)發(fā)達國家近年PD超聲波液位計(不包括家用煤氣表和家用水表)的銷售金額占流量儀表的13%~23%;我國約占20%,1990年產(chǎn)量(不包括家用煤氣表)估計為34萬臺,其中橢圓齒輪式和腰輪式分別約占70%和20%。 渦輪超聲波液位計 渦輪超聲波液位計,是速度式超聲波液位計中的主要種類,它采用多葉片的轉(zhuǎn)子(渦輪)感受流體平均流速,從而且推導(dǎo)出流量或總量的儀表。 一般它由傳感器和顯示儀兩部分組成,也可做成整體式。 渦輪超聲波液位計和容積式超聲波液位計、科里奧利質(zhì)量超聲波液位計稱為超聲波液位計中三類重復(fù)性、精度*的產(chǎn)品,作為類型超聲波液位計之一,其產(chǎn)品已發(fā)展為多品種、多系列批量生產(chǎn)的規(guī)模。 優(yōu)點: 高精度,在所有超聲波液位計中,屬于zui的超聲波液位計; 重復(fù)性好; 元零點漂移,抗*力好; 范圍度寬; 結(jié)構(gòu)緊湊。 缺點: 不能長期保持校準特性; 流體物性對流量特性有較大影響。 應(yīng)用概況: 渦輪超聲波液位計在以下一些測量對象獲得廣泛應(yīng)用:石油、有機液體、無機液、液化氣、天然氣和低溫流體統(tǒng)在歐洲和美國,渦輪超聲波液位計在用量上是僅次于孔板超聲波液位計的天然計量儀表,僅荷蘭在天然氣管線上就采用了2600多臺各種尺寸,壓力從0.8~6.5MPa的氣體渦輪超聲波液位計,它們已成為優(yōu)良的天然氣計量儀表。 電磁超聲波液位計 電磁超聲波液位計是根據(jù)法拉弟電磁感應(yīng)定律制成的一種測量導(dǎo)電性液體的儀表。 電磁超聲波液位計有一系列優(yōu)良特性,可以解決其它超聲波液位計不易應(yīng)用的問題,如臟污流、腐蝕流的測量。
70、80年代電磁流量在技術(shù)上有重大突破,使它成為應(yīng)用廣泛的一類超聲波液位計,在流量儀表中其使用量百分數(shù)不斷上升。 優(yōu)點: 測量通道是段光滑直管,不會阻塞,適用于測量含固體顆粒的液固二相流體,如紙漿、泥漿、污水等; 不產(chǎn)生流量檢測所造成的壓力損失,節(jié)能效果好; 所測得體積流量實際上不受流體密度、粘度、溫度、壓力和電導(dǎo)率變化的明顯影響; 流量范圍大,口徑范圍寬; 可應(yīng)用腐蝕性流體。 缺點: 不能測量電導(dǎo)率很低的液體,如石油制品; 不能測量氣體、蒸汽和含有較大氣泡的液體; 不能用于較高溫度。 應(yīng)用概況: 電磁超聲波液位計應(yīng)用領(lǐng)域廣泛,大口徑儀表較多應(yīng)用于給排水工程;中小口徑常用于高要求或難測場合,如鋼鐵工業(yè)高爐風口冷卻水控制,造紙工業(yè)測量紙漿液和黑液,化學工業(yè)的強腐蝕液,有色冶金工業(yè)的礦漿;小口徑、微小口徑常用于醫(yī)藥工業(yè)、食品工業(yè)、生物化學等有衛(wèi)生要求的場所。 渦街超聲波液位計 渦街超聲波液位計是在流體中安放一根非流線型游渦發(fā)生體,流體在發(fā)生體兩側(cè)交替地分離釋放出兩串規(guī)則地交錯排列的游渦的儀表。 渦街超聲波液位計按頻率檢出方式可分為:應(yīng)力式、應(yīng)變式、電容式、熱敏式、振動體式、光電式及超聲式等。 渦街超聲波液位計是屬于zui年輕的一類超聲波液位計,但其發(fā)展迅速,目前已成為通用的一類超聲波液位計。 優(yōu)點: (1)結(jié)構(gòu)簡單牢固; (2)適用流體種類多; (3)精度較高; (4)范圍度寬; (5)壓損小。 缺點:
(1)不適用于低雷諾數(shù)測量; (2)需較長直管段; (3)儀表系數(shù)較低(與渦輪超聲波液位計相比); (4)儀表在脈動流、多相流中尚缺乏應(yīng)用經(jīng)驗。 超聲超聲波液位計 超聲超聲波液位計是通過檢測流體流動對超聲束(或超聲脈沖)的作用以測量流量的儀表。 根據(jù)對信號檢測的原理超聲超聲波液位計可分為傳播速度差法(直接時差法、時差法、相位差法和頻差法)、波束偏移法、多普勒法、互相關(guān)法、空間濾法及噪聲法等。 超聲超聲波液位計和電磁超聲波液位計一樣,因儀表流通通道未設(shè)置任何阻礙件,均屬*超聲波液位計,是適于解決流量測量困難問題的一類超聲波液位計,特別在大口徑流量測量方面有較突出的優(yōu)點,近年來它是發(fā)展迅速的一類超聲波液位計之一。 優(yōu)點: 可做非接觸式測量; 為無流動阻撓測量,無壓力損失; 可測量非導(dǎo)電性液體,對無阻撓測量的電磁超聲波液位計是一種補充。 缺點: 傳播時間法只能用于清潔液體和氣體;而多普勒法只能用于測量含有一定量懸浮顆粒和氣泡的液體; 多普勒法測量精度不高。 應(yīng)用概況: 傳播時間法應(yīng)用于清潔、單相液體和氣體。典型應(yīng)用有工廠排放液、:怪液、液化天然氣等; 氣體應(yīng)用方面在高壓天然氣領(lǐng)域已有使用良好的經(jīng)驗; 多普勒法適用于異相含量不太高的雙相流體,例如:未處理污水、工廠排放液、臟流程液;通常不適用于非常清潔的液體。 科里奧利質(zhì)量超聲波液位計 科里奧利質(zhì)量超聲波液位計(以下簡稱CMF)是利用流體在振動管中流動時,產(chǎn)生與質(zhì)量流量成正比的科里奧利力原理制成的一種直接式質(zhì)量流量儀表。 我國CMF的應(yīng)用起步較晚,近年已有幾家制造廠(如太行儀表廠)自行開發(fā)供應(yīng)市場;還有幾家制造廠組建合資企業(yè)或引用*生產(chǎn)系列儀表。 明渠超聲波液位計 與前述幾種不同,它是在非滿管狀敞開渠道測量自由表面自然流的流量儀表。 非滿管態(tài)流動的水路稱作明渠,測量明渠中水流流量的稱作明渠超聲波液位計(open channel flowmeter)。 明渠超聲波液位計除圓形外,還有U字形、梯形、矩形等多種形狀。 明渠超聲波液位計應(yīng)用場所有城市供水引水渠;火電廠引水和排水渠、污水治理流入和排放渠;工礦企業(yè)水排放以及水利工程和農(nóng)業(yè)灌溉用渠道。有人估計1995臺,約占流量儀表整體的1.6%,但是國內(nèi)應(yīng)用尚無估計數(shù)據(jù)。 新工作原理流量儀表的研究和開發(fā) 靜電超聲波液位計(electrostatic flowmeter) 日本東京技術(shù)學院研制適用于石油輸送管線低導(dǎo)電液體流量測量的靜電超聲波液位計。 靜電超聲波液位計的金屬測量管絕緣地與管系連接,測量電容器上靜電荷便可知道測量管內(nèi)的電荷。他們分別作了內(nèi)徑4~8mm銅、不銹鋼等金屬和塑料測量管儀表的實流試驗,試驗表明流量與電荷之間接近于線性。 復(fù)合效應(yīng)流量儀表(combined effects meter) 該儀表的工作原理是基于流體的動量和壓力作用于儀表腔體產(chǎn)生的變形,測量復(fù)合效應(yīng)的變形求取流量。本儀表由美國GMI工程和管理學院開發(fā),已申請兩項。 轉(zhuǎn)速表式流量傳感器(tachmetric flowrate sensor) 它是由俄羅斯科學工程中心工業(yè)儀表公司開發(fā)，是基于懸浮效應(yīng)理論研制的。該儀表已在若干現(xiàn)場成功的應(yīng)用(例如在核電站安裝2000余臺測量熱水流量，連續(xù)使用8年),且還在改進以擴大應(yīng)用領(lǐng)域。 幾種流量儀表應(yīng)用和發(fā)展動向 科里奧利質(zhì)量超聲波液位計(CMF) 國外CMF已發(fā)展30余系列，各系列開發(fā)在技術(shù)上著眼點在于:流量檢測測量管結(jié)構(gòu)上設(shè)計創(chuàng)新;提高儀表零點穩(wěn)定性和度等性能;增加測量管撓度,提高靈敏度;改善測量管應(yīng)力分布,降低疲勞損壞,加強抗振動*力等。 電磁超聲波液位計(EMF) EMF從50年代初進入工業(yè)應(yīng)用以來,使用領(lǐng)域日益擴展,80年代后期起在各國流量儀表銷售金額中已占16%~20%。 我國近年發(fā)展迅速,1994年銷售估計為6500~7500臺。國內(nèi)已生產(chǎn)zui大口徑為2~6m的ENF,并有實流校驗口徑3m的設(shè)備能力。 渦街超聲波液位計(USF) USF在60年代后期進入工業(yè)應(yīng)用,80年代后期起在各國流量儀表銷售金額中已占4%~6%。1992年世界范圍估計銷售量為3.54.8萬臺,同期國內(nèi)產(chǎn)品估計在8000~9000臺。
由上述可知,超聲波液位計發(fā)展到今天雖然已日趨成熟,但其種類仍然極其繁多,至今尚無一種對于任何場合都適用的超聲波液位計。 每種超聲波液位計都有其適用范圍,也都有局限性。這就要求我們: 在選擇儀表時,一定要熟悉儀表和被測對象兩方面的情況,并要兼顧考慮其它因素,這樣測量才會準確; 努力研制新型儀表,使其在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上更加完善。
由上述可知,超聲波液位計發(fā)展到今天雖然已日趨成熟,但其種類仍然極其繁多,至今尚無一種對于任何場合都適用的超聲波液位計。 每種超聲波液位計都有其適用范圍,也都有局限性。這就要求我們: 在選擇儀表時,一定要熟悉儀表和被測對象兩方面的情況,并要兼顧考慮其它因素,這樣測量才會準確; 努力研制新型儀表,使其在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上更加完善。
