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技術(shù)文章
就目前國內(nèi)液位計應用現(xiàn)狀分析下未來液位測量技術(shù)的發(fā)展前景
閱讀次數(shù)：870 發(fā)布時間：2019/12/4 13:50:07
就目前國內(nèi)液位計應用現(xiàn)狀分析下未來液位測量技術(shù)的發(fā)展前景
進入21世紀，隨著我國改革開放的不斷深入，經(jīng)濟得到迅猛發(fā)展，我國已經(jīng)成為驅(qū)動世界經(jīng)濟發(fā)展的發(fā)動機，而推動經(jīng)濟發(fā)展的重要動力就是能源，隨之而來的就是對石油化工品的大量的消耗，對石油的大量消耗隨之帶動了油罐行業(yè)的發(fā)展，對常見罐體容器內(nèi)液位高度的測量越來越得到人們的重視�，F(xiàn)在我們很多傳統(tǒng)的油罐液位的計量還都按照國家技術(shù)監(jiān)督局20世紀90年代早前實施的JJGl014-89罐內(nèi)液體產(chǎn)品的相關(guān)技術(shù)的規(guī)范，但是此規(guī)范方法早己落后，已經(jīng)適應不了現(xiàn)代高精度計量產(chǎn)品的的發(fā)展?1。因為現(xiàn)代石油化工部門使用裝儲油的罐體都比較大，哪怕微小的測量誤差都會影響到整體液位的測量精度，所以如何提高罐內(nèi)液位的精度同時還要保證測量設備的可靠性，逐漸成為當今密封容器內(nèi)液位高度測量的一大熱點。
由于我國幅員遼闊，發(fā)展液位測量技術(shù)不僅僅利用在罐體的油位測量方面，在現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)的方方面面都很重要，都能體現(xiàn)它巨大的潛在利用價值。如今成熟的液位測量技術(shù)不僅應用在江河、水庫等水位的測量：在了解水情，預防自然災害等保護國家財產(chǎn)方面也起到很好的預防作用。
近些年來，隨著科學技術(shù)的快速發(fā)展，新技術(shù)層出不窮的運用到罐體的液位測量領(lǐng)域，液位的測量也經(jīng)歷了從單純的手工檢尺的機械測量到現(xiàn)在智能化的實時自動測量，特別是微處理器在工業(yè)智能領(lǐng)域的廣泛運用，使得液位測量的可靠性和智能化進一步得到提升，但是雖然新型的液位測量儀器層出不窮，但均未在罐體的液位測量領(lǐng)域得到全面的推廣，主要的原因存在四個方面：1)精度問題，2)價格問題，3)安全問題，4)可靠性問題。由此可見，現(xiàn)有的傳統(tǒng)液位測量儀表技術(shù)還遠不能適應油罐油位計量的發(fā)展。為此研發(fā)一款真正實用、價格便宜、智能化的產(chǎn)品是當前油罐計量發(fā)展的必然趨勢，同時也是石油部門的迫切需求。
1．2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢液位測量技術(shù)在工業(yè)中的應用由來己久，應用的范圍也很廣泛，但一直以來，在液位測量應用領(lǐng)域，真正實J習、安全、可靠、智能化的液位測量產(chǎn)品卻比較少。主要因為創(chuàng)新技術(shù)投入較少，相關(guān)研發(fā)資金投入不足，但隨著當今電子技術(shù)飛速發(fā)展，液位測量技術(shù)已經(jīng)發(fā)生了翻天覆地的變化，眾多高校、企業(yè)、科研院所投入大量資金研發(fā)新型液位測量裝置，使得傳統(tǒng)的機械式、機電式、光電式等液位測量技術(shù)改頭換面，在未來的工業(yè)測量中顯現(xiàn)出巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/span>
工業(yè)中常見的液位測量主要分為接觸式液位測量和非接觸式的液位測量兩大類，其中包括超聲波測量法、雷達測量法、浮體式測量法、磁致伸縮測量法等，由于無損檢測的快速發(fā)展和測量技術(shù)的不斷創(chuàng)新，其中的超聲波液位測量法是這里面發(fā)展最快的液位測量方法，具有非接觸、測試方法靈活等優(yōu)點。隨著嵌入式系統(tǒng)的快速發(fā)展，智能化、高精度的超聲波液位測量儀器開始涌現(xiàn)而出，活躍在液位測量領(lǐng)域。
由于在液位測量方面國外研究的較早，技術(shù)較成熟，目前成熟的國外產(chǎn)品可以對非常微弱的信號進行處理，可以識別多重回波，除此之外，對于無線的傳輸和無人的監(jiān)控操作也很成熟[41，例如：超聲波液位測量裝置，具有誤差小，抗干擾，量程大等優(yōu)點，最大量程為60m；荷蘭的Enraf公司研制的的ATG854伺服液位測量精度為±lmm；西門子公司研制的7ML5221超聲波液位測量儀，測量精度高達0．08％FS，最大測量量程15m；Magmetrol公司研制的超聲波液位計Echtel—F，其區(qū)別于傳統(tǒng)的單量程檢測，不僅具有多個量程檢測的能力還有超增益的功能，通過增加檢波能力的相關(guān)軟件算法，測量精度得到很大提高。反觀國內(nèi)，我國主要因為研究起步較晚，所以與國外的液位測量技術(shù)相比，國內(nèi)測量技術(shù)和產(chǎn)品仍存在較大差距，主要表現(xiàn)在智能測量時精度低、穩(wěn)定性不好以及外圍輔助功能較差等多方面差距。一開始我國液位測量產(chǎn)品的發(fā)展主要靠引進國外現(xiàn)有產(chǎn)品消化吸收后自己仿造，沒有自己的知識產(chǎn)權(quán)，技術(shù)較落后，產(chǎn)品也比較粗糙，壽命較短，但隨著國家經(jīng)濟的發(fā)展，科研資金的投入，各大企業(yè)和科研院校相繼研制出實用可靠的液位測量產(chǎn)品，國內(nèi)液位測量裝置的精度比較低，一般只有±2mm，盲區(qū)最小為30mm左右，且系統(tǒng)通訊方式較為單一。當前，目前有各類的液體液位測量方法，這些測量方法各有優(yōu)點和弊端。以下針對各類當今常見液位測量的方法簡單作以說明：
(1)磁致伸縮測量法。主要測量儲罐內(nèi)的油水和油氣的兩個分界面，磁致伸縮儀器通常有二個浮子，二個浮子的密度不一樣，其中一個小于罐體內(nèi)油的密度，另外一個大于罐體內(nèi)油的密度但小于水的密度，浮予會隨著液面上下移動，分別檢測二個不同的界面，即油水和油氣界面，二個浮子里面都有一個磁鐵，儀器的頂部會產(chǎn)生一個檢測脈沖，沿著導波管由上向下傳播，當電流磁場與浮子里的磁體產(chǎn)生的磁場相遇時會產(chǎn)生一個反饋的脈沖，知道二個脈沖之間的時間差即可確定浮子的位置，從而可知液位高度。
(2)音叉液位計測量法 。音叉液位測量法也是一種比較常用的方法，將音叉安放在安置點讓其震動，當液位升到安置點時，音又的頻率和震動幅度發(fā)生變化，因為其獨特的測量方法，工業(yè)中�？捎米骶溟_關(guān)。
(3)伺服液位計法。它和浮子液位測量的原理相似，其測量原理是檢測浮子浮力變化，浮子的重量由其他傳感器來測量，常見的比如力傳感器等。
(4)差壓式液位變送器測量法。主要利用液體的壓強原理，檢測相關(guān)的壓強差，通過相關(guān)的壓強差對應其液位的高度，這種液位計常用來檢測不規(guī)則容器內(nèi)的液面邊界測量。
(5)電容式測量法。電容型的液位傳感器，可看做是一個受液位影響的電容器，電容器作為探測電路的一部分，其自身可以充放電，其同軸的兩個金屬筒相當于電容器的兩個金屬板。因為液位的變化將影響傳感器本身的電容器參數(shù)變化，從而問接轉(zhuǎn)變了電容量的變化，此方法靈敏度較好，精度較高。
(6)雷達液位計法 。雷達發(fā)射脈沖信號，當信號碰到液體表面時反射回來，被雷達接收器接收，并將電磁信號轉(zhuǎn)化為液位信號。雷達測量液位的優(yōu)點是精度高，但是受外界環(huán)境影響較大，當被測環(huán)境處于震蕩時，測量誤差就會變大，并且穩(wěn)定性也會受很大影響，因此，雷達法不適合工作在嚴苛的工作環(huán)境。
(7)超聲波液位計測量法 。主要利用超聲波脈沖法，首先由超聲波液位計的傳感器發(fā)射脈沖，當脈沖遇到液體和空氣的分界面時脈沖返回，返回的微弱脈沖被超聲波傳感器接收，通過接收電路將信號放大、濾波、末級整形后觸發(fā)控制器的定時器計時，最終得到測量的渡越時間，利用相關(guān)公式可求得液位的高度，該方法測試靈活，用途廣泛。
從以上幾種介紹的液位測量的方法來看，各有優(yōu)點和缺點，隨著我國電子技術(shù)迅猛發(fā)展，科研經(jīng)費的投入，越來越多的液位測量儀器投入生產(chǎn)，總的發(fā)展趨勢有以下幾點：
1)高精度：隨著很多新技術(shù)的發(fā)展和檢測方法的進步，在盡量保證儀器低成本的條件下，如何達到國外頂尖的液位測量精度，成為企業(yè)和科研機構(gòu)競相追逐的目標，也成為占領(lǐng)市場的唯一手段。
2)低功耗：現(xiàn)在我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展，使我國成為一個能源消耗大國，對工業(yè)測量儀器的功耗控制也成為每個企業(yè)在研發(fā)產(chǎn)品時必須要考慮的問題，在強調(diào)低碳環(huán)保的今天，低功耗指標己經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)對測量設備的基本要求。
3)智能化：從簡單的人工檢尺機械式的測量到機電一體化再到全部智能化，智能化儀器儀表儼然成為液位測量儀器的發(fā)展趨勢，現(xiàn)在的儀器測量廣i品已經(jīng)可以開始實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)存儲和顯示，還可以長距離的無線傳輸和遠程監(jiān)控。
4)安全和可靠性：高精度的測量產(chǎn)品還要有較高的可靠性，一般還都要具備一定的防爆等級，在較復雜的條件下能正常的工作，才能讓設計出的產(chǎn)品可以使用在更廣泛的場合和范圍，更利于其推廣。
總體上隨著最近國內(nèi)外無損檢測技術(shù)的發(fā)展，采用智能化高精度的超聲波液位計來測量液位的方法作為非接觸液位測量的典型代表，已經(jīng)越來越多的出現(xiàn)在了液位測量領(lǐng)域，這種測量方法不與被測液體直接接觸，不破壞封閉罐體的整體結(jié)構(gòu)，可以在復雜條件下測量具有酸堿性的液體，隨著大量新技術(shù)和方法的投入運用，相信超聲波液位測量技術(shù)會成為未來液位測量的主要發(fā)展的趨勢之一。
進入21世紀，隨著我國改革開放的不斷深入，經(jīng)濟得到迅猛發(fā)展，我國已經(jīng)成為驅(qū)動世界經(jīng)濟發(fā)展的發(fā)動機，而推動經(jīng)濟發(fā)展的重要動力就是能源，隨之而來的就是對石油化工品的大量的消耗，對石油的大量消耗隨之帶動了油罐行業(yè)的發(fā)展，對常見罐體容器內(nèi)液位高度的測量越來越得到人們的重視�，F(xiàn)在我們很多傳統(tǒng)的油罐液位的計量還都按照國家技術(shù)監(jiān)督局20世紀90年代早前實施的JJGl014-89罐內(nèi)液體產(chǎn)品的相關(guān)技術(shù)的規(guī)范，但是此規(guī)范方法早己落后，已經(jīng)適應不了現(xiàn)代高精度計量產(chǎn)品的的發(fā)展?1。因為現(xiàn)代石油化工部門使用裝儲油的罐體都比較大，哪怕微小的測量誤差都會影響到整體液位的測量精度，所以如何提高罐內(nèi)液位的精度同時還要保證測量設備的可靠性，逐漸成為當今密封容器內(nèi)液位高度測量的一大熱點。
由于我國幅員遼闊，發(fā)展液位測量技術(shù)不僅僅利用在罐體的油位測量方面，在現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)的方方面面都很重要，都能體現(xiàn)它巨大的潛在利用價值。如今成熟的液位測量技術(shù)不僅應用在江河、水庫等水位的測量：在了解水情，預防自然災害等保護國家財產(chǎn)方面也起到很好的預防作用。
近些年來，隨著科學技術(shù)的快速發(fā)展，新技術(shù)層出不窮的運用到罐體的液位測量領(lǐng)域，液位的測量也經(jīng)歷了從單純的手工檢尺的機械測量到現(xiàn)在智能化的實時自動測量，特別是微處理器在工業(yè)智能領(lǐng)域的廣泛運用，使得液位測量的可靠性和智能化進一步得到提升，但是雖然新型的液位測量儀器層出不窮，但均未在罐體的液位測量領(lǐng)域得到全面的推廣，主要的原因存在四個方面：1)精度問題，2)價格問題，3)安全問題，4)可靠性問題。由此可見，現(xiàn)有的傳統(tǒng)液位測量儀表技術(shù)還遠不能適應油罐油位計量的發(fā)展。為此研發(fā)一款真正實用、價格便宜、智能化的產(chǎn)品是當前油罐計量發(fā)展的必然趨勢，同時也是石油部門的迫切需求。
1．2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢液位測量技術(shù)在工業(yè)中的應用由來己久，應用的范圍也很廣泛，但一直以來，在液位測量應用領(lǐng)域，真正實J習、安全、可靠、智能化的液位測量產(chǎn)品卻比較少。主要因為創(chuàng)新技術(shù)投入較少，相關(guān)研發(fā)資金投入不足，但隨著當今電子技術(shù)飛速發(fā)展，液位測量技術(shù)已經(jīng)發(fā)生了翻天覆地的變化，眾多高校、企業(yè)、科研院所投入大量資金研發(fā)新型液位測量裝置，使得傳統(tǒng)的機械式、機電式、光電式等液位測量技術(shù)改頭換面，在未來的工業(yè)測量中顯現(xiàn)出巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/span>
工業(yè)中常見的液位測量主要分為接觸式液位測量和非接觸式的液位測量兩大類，其中包括超聲波測量法、雷達測量法、浮體式測量法、磁致伸縮測量法等，由于無損檢測的快速發(fā)展和測量技術(shù)的不斷創(chuàng)新，其中的超聲波液位測量法是這里面發(fā)展最快的液位測量方法，具有非接觸、測試方法靈活等優(yōu)點。隨著嵌入式系統(tǒng)的快速發(fā)展，智能化、高精度的超聲波液位測量儀器開始涌現(xiàn)而出，活躍在液位測量領(lǐng)域。
由于在液位測量方面國外研究的較早，技術(shù)較成熟，目前成熟的國外產(chǎn)品可以對非常微弱的信號進行處理，可以識別多重回波，除此之外，對于無線的傳輸和無人的監(jiān)控操作也很成熟[41，例如：超聲波液位測量裝置，具有誤差小，抗干擾，量程大等優(yōu)點，最大量程為60m；荷蘭的Enraf公司研制的的ATG854伺服液位測量精度為±lmm；西門子公司研制的7ML5221超聲波液位測量儀，測量精度高達0．08％FS，最大測量量程15m；Magmetrol公司研制的超聲波液位計Echtel—F，其區(qū)別于傳統(tǒng)的單量程檢測，不僅具有多個量程檢測的能力還有超增益的功能，通過增加檢波能力的相關(guān)軟件算法，測量精度得到很大提高。反觀國內(nèi)，我國主要因為研究起步較晚，所以與國外的液位測量技術(shù)相比，國內(nèi)測量技術(shù)和產(chǎn)品仍存在較大差距，主要表現(xiàn)在智能測量時精度低、穩(wěn)定性不好以及外圍輔助功能較差等多方面差距。一開始我國液位測量產(chǎn)品的發(fā)展主要靠引進國外現(xiàn)有產(chǎn)品消化吸收后自己仿造，沒有自己的知識產(chǎn)權(quán)，技術(shù)較落后，產(chǎn)品也比較粗糙，壽命較短，但隨著國家經(jīng)濟的發(fā)展，科研資金的投入，各大企業(yè)和科研院校相繼研制出實用可靠的液位測量產(chǎn)品，國內(nèi)液位測量裝置的精度比較低，一般只有±2mm，盲區(qū)最小為30mm左右，且系統(tǒng)通訊方式較為單一。當前，目前有各類的液體液位測量方法，這些測量方法各有優(yōu)點和弊端。以下針對各類當今常見液位測量的方法簡單作以說明：
(1)磁致伸縮測量法。主要測量儲罐內(nèi)的油水和油氣的兩個分界面，磁致伸縮儀器通常有二個浮子，二個浮子的密度不一樣，其中一個小于罐體內(nèi)油的密度，另外一個大于罐體內(nèi)油的密度但小于水的密度，浮予會隨著液面上下移動，分別檢測二個不同的界面，即油水和油氣界面，二個浮子里面都有一個磁鐵，儀器的頂部會產(chǎn)生一個檢測脈沖，沿著導波管由上向下傳播，當電流磁場與浮子里的磁體產(chǎn)生的磁場相遇時會產(chǎn)生一個反饋的脈沖，知道二個脈沖之間的時間差即可確定浮子的位置，從而可知液位高度。
(2)音叉液位計測量法 。音叉液位測量法也是一種比較常用的方法，將音叉安放在安置點讓其震動，當液位升到安置點時，音又的頻率和震動幅度發(fā)生變化，因為其獨特的測量方法，工業(yè)中�？捎米骶溟_關(guān)。
(3)伺服液位計法。它和浮子液位測量的原理相似，其測量原理是檢測浮子浮力變化，浮子的重量由其他傳感器來測量，常見的比如力傳感器等。
(4)差壓式液位變送器測量法。主要利用液體的壓強原理，檢測相關(guān)的壓強差，通過相關(guān)的壓強差對應其液位的高度，這種液位計常用來檢測不規(guī)則容器內(nèi)的液面邊界測量。
(5)電容式測量法。電容型的液位傳感器，可看做是一個受液位影響的電容器，電容器作為探測電路的一部分，其自身可以充放電，其同軸的兩個金屬筒相當于電容器的兩個金屬板。因為液位的變化將影響傳感器本身的電容器參數(shù)變化，從而問接轉(zhuǎn)變了電容量的變化，此方法靈敏度較好，精度較高。
(6)雷達液位計法 。雷達發(fā)射脈沖信號，當信號碰到液體表面時反射回來，被雷達接收器接收，并將電磁信號轉(zhuǎn)化為液位信號。雷達測量液位的優(yōu)點是精度高，但是受外界環(huán)境影響較大，當被測環(huán)境處于震蕩時，測量誤差就會變大，并且穩(wěn)定性也會受很大影響，因此，雷達法不適合工作在嚴苛的工作環(huán)境。
(7)超聲波液位計測量法 。主要利用超聲波脈沖法，首先由超聲波液位計的傳感器發(fā)射脈沖，當脈沖遇到液體和空氣的分界面時脈沖返回，返回的微弱脈沖被超聲波傳感器接收，通過接收電路將信號放大、濾波、末級整形后觸發(fā)控制器的定時器計時，最終得到測量的渡越時間，利用相關(guān)公式可求得液位的高度，該方法測試靈活，用途廣泛。
從以上幾種介紹的液位測量的方法來看，各有優(yōu)點和缺點，隨著我國電子技術(shù)迅猛發(fā)展，科研經(jīng)費的投入，越來越多的液位測量儀器投入生產(chǎn)，總的發(fā)展趨勢有以下幾點：
1)高精度：隨著很多新技術(shù)的發(fā)展和檢測方法的進步，在盡量保證儀器低成本的條件下，如何達到國外頂尖的液位測量精度，成為企業(yè)和科研機構(gòu)競相追逐的目標，也成為占領(lǐng)市場的唯一手段。
2)低功耗：現(xiàn)在我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展，使我國成為一個能源消耗大國，對工業(yè)測量儀器的功耗控制也成為每個企業(yè)在研發(fā)產(chǎn)品時必須要考慮的問題，在強調(diào)低碳環(huán)保的今天，低功耗指標己經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)對測量設備的基本要求。
3)智能化：從簡單的人工檢尺機械式的測量到機電一體化再到全部智能化，智能化儀器儀表儼然成為液位測量儀器的發(fā)展趨勢，現(xiàn)在的儀器測量廣i品已經(jīng)可以開始實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)存儲和顯示，還可以長距離的無線傳輸和遠程監(jiān)控。
4)安全和可靠性：高精度的測量產(chǎn)品還要有較高的可靠性，一般還都要具備一定的防爆等級，在較復雜的條件下能正常的工作，才能讓設計出的產(chǎn)品可以使用在更廣泛的場合和范圍，更利于其推廣。
總體上隨著最近國內(nèi)外無損檢測技術(shù)的發(fā)展，采用智能化高精度的超聲波液位計來測量液位的方法作為非接觸液位測量的典型代表，已經(jīng)越來越多的出現(xiàn)在了液位測量領(lǐng)域，這種測量方法不與被測液體直接接觸，不破壞封閉罐體的整體結(jié)構(gòu)，可以在復雜條件下測量具有酸堿性的液體，隨著大量新技術(shù)和方法的投入運用，相信超聲波液位測量技術(shù)會成為未來液位測量的主要發(fā)展的趨勢之一。
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