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测量流体液位的十几种方法及其工作原理

来源:编辑::发表时间:2018-02-25 10:28:32

  测量流体液位的十几种方法及其工作原理

 
        先进的自动化处理系统的需求、对过程控制越来越严格的要求以及日益严格的管理环境促使过程工程师寻求更精确可靠的液位测量系统。改进的水平测量精度使得可以减少化学过程的可变性,从而提高产品质量,降低成本,减少废物。法规,特别是电子记录的规定,对准确性、可靠性和电子报告提出了严格的要求。较新的水平测量技术有助于满足这些要求。
 
过渡段液位测量技术
        当然,最简单、最古老的工业级测量仪器是视镜。手工测量眼镜的方法总是有一些局限性。用于其透明度的材料可能遭受灾难性的破坏,随之而来的是环境侮辱、人员的危险条件和/或火灾和爆炸。密封容易泄漏,如果存在,密封会使可见水平模糊。可以毫不保留地说,传统的瞄准镜是任何安装中最薄弱的环节。因此,它们正在被更先进的技术迅速取代。
 
        其他级别的检测设备包括基于比重的仪器,最常用的物理特性来检测水平面。一个简单的漂浮物在流程流体和顶空蒸汽之间有一个特定的重力,浮在水面上,精确地跟随上升和下降。静压头测量也被广泛用来推断水位。
 
        当涉及到更复杂的物理原理时,新兴技术经常使用计算机来实行计算。这要求从传感器到控制或监控系统以机器可读的格式发送数据。用于计算机自动化的有用换能器输出信号格式是电流环、模拟电压和数字信号。模拟电压是简单的设置和处理,但可能有严重的噪声和干扰问题。4-20 mA电流回路(在回路中的电流随水平测量)是最常见的输出机构今天。电流环可以在较远的距离上传输信号,而退化较少。编码在任何协议中的数字信号(例如,基金会现场总线、HART、霍尼韦尔、PROFIBUS和RS)是最可靠的,但较旧的技术,如RS - 232只能处理有限的距离。新的无线功能可以在最新的发射机信号中找到,允许它们在几乎没有退化的情况下被远距离发送。
 
        至于更先进的测量技术(如超声波、雷达和激光),更复杂的数字编码格式需要数字计算机智能来格式化代码。将这一要求与先进的通信能力和数字校准方案相结合,说明了在几乎所有级别的测量产品中嵌入微处理器计算机的趋势(见图1)。
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液位测量确定液位相对于工艺流体贮存容器顶部或底部的位置。可以利用各种技术,由流体的特性及其工艺条件决定。
        建立了液位检测技术
        在这篇文章中,大家将假定顶空(通常是空气)中的蒸汽密度与工艺流体相比可以忽略不计。大家还假设油箱内只有一个均匀的工艺流体。其中一些技术可用于两个或多个不混溶流体共用容器的多级应用。
 
        漂浮。浮体的工作原理是将浮体与特定的重力放置在处理液和顶空蒸汽中间,然后将机械装置连接到其位置。浮子下沉到底部的蒸气,漂浮在工艺流体的顶部。虽然浮子本身是解决液体表面定位问题的基本方法,但读取浮子的位置(即实际液位测量)仍然存在问题。早期的浮子系统使用诸如电缆、磁带、滑轮和齿轮等机械部件来进行交流。装有磁铁的浮子现在很流行。
 
        早期的浮子液位变送器通过电阻和多簧片开关网络提供模拟模拟或离散水平测量,这意味着变送器的输出在离散的步骤中变化。不同于连续液位测量装置,它们不能区分阶梯之间的电平值。
水平位移计操作按阿基米德定律
        液压设备。置换剂,起泡,和差压变送器静压测量装置都。因此,温度的任何变化都会引起液体比重的变化,因为液体的压力会影响液体中的比重。这两种方法都降低了测量精度。
        置换工作的阿基米德原理。如图2所示,一列的固体材料(置换)是悬浮在容器。置换的密度总是大于过程流体(它会沉在液体的过程),必须从最低级别要求至少在最高水平延伸到被测。当液位升高的过程中,柱排出的流体体积等于柱的横截面面积乘以过程流体水平位移。浮力等于
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        这个位移量乘以流体密度向上推动置换过程,减少所需的支撑对重力的牵引力。变送器与变送器相连,监测并将这种变化与水平联系起来。
气泡式水位传感器如图3所示。这种技术用于在大气压下工作的容器。一种浸入管,其开口端靠近容器底部带有吹扫气体(通常为空气),但当在处理流体中有污染或氧化反应危险时,可使用惰性气体,如干氮气)。当气体流向下降管出口时,管内的压力上升,直到克服出口液位产生的静水压力。这个压力等于过程流体的密度乘以它从浸入管末端到表面的深度,并由连接到管子的压力传感器监测。
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        差压(DP)液位传感器如图4所示。基本测量是罐底总压差(液体静压头压力加容器内静压)和容器内静压或封头压力。与涌泉,静水压力差等于过程流体密度乘以流体高度的容器。图4中的单元使用大气压力作为参考。顶部的通风口保持与大气压力相等的顶空压力。
相反,起泡,DP传感器可用于通风(加压)容器。所需的是将参考端口(低压侧)连接到容器的最大填充水平之上的端口。液体清洗或起泡可能仍然是必要的,根据过程的物理条件和/或发射机的位置相对于过程连接。
 
        负载细胞。称重传感器或应变计装置本质上是机械支撑部件或支架,配备有一个或多个传感器,用于检测支撑构件中的小变形。在负载细胞变化的力,支架弯曲小,导致输出信号的变化。校准的称重传感器已制成能力,从分数盎司到吨不等。
 
        为了测量液位,压力容器必须与容器的支撑结构相结合。当工艺流体充满容器时,负载单元上的力增大。知道容器的几何形状(特别是它的横截面积)和流体的比重,将负载单元的已知输出转换为流体水平是很简单的事情。
 
        虽然负载单元由于其非接触性,在许多应用中都是有利的,但它们很昂贵,而且容器支撑结构和连接管道必须围绕浮动单元的负载单元的要求而设计。除了所需的净重量或产品重量外,由容器支撑的容器、管道和连接结构的总重量将由称重传感器系统称重。这个总重量往往造成一个很穷的翻领的净重,这意味着净重量是一个很小的百分比的总重量。最后,由不均匀加热引起的支撑结构的生长(例如早晨到傍晚的阳光)可以反映为水平,如侧向荷载、风荷载、刚性管道和防倾覆硬件的捆绑(用于底部安装的称重传感器)。总之,在整个容器支撑和管道设计中,称重传感器称重系统的要求必须是首要考虑的,否则性能很快就会退化。
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