工业过程中的流体水平测量方法

通过先进的自动化处理系统，更严格的过程控制和严格的监管要求，需要准确可靠的测量系统的需求增加。

通过提高水平测量的准确性，可以减少化学过程的可变性，从而有助于提高产品质量，降低成本和废物。在电子报告，准确性和可靠性方面，为电子记录提供的法规是更严格的。使用新的要求满足这些要求水平测量技术。

过渡水平测量技术

瞄准镜是工业环境中最古老，最简单的级别测量技术。

视镜受许多限制，因为它是手工测量的。用于建造视景玻璃的材料可能会发生灾难性的故障，造成人员危险，环境危害，甚至火灾/爆炸。如果有密封，可能会导致堆积或泄漏，阻碍视线。

毫无疑问，在任何安装中，视线玻璃都很容易最弱，需要通过先进的方法更换。

一些人水平测量方法基于比重，这是一种常用于感测水平表面的物理性质。这些装置由简单的浮点组成，其比重在处理流体的比较和顶部空间蒸气之间，其将根据上升和落落在表面上。水平测量基于静水压头测量。

在涉及更复杂的物理原则的情况下，使用更高级的技术，该技术使用计算机进行计算进行计算。在这种技术中，数据以可以由机器从传感器读取到控制系统的格式的格式发送。来自换能器的输出信号的各种格式是模拟电压，电流回路和数字信号。虽然模拟电压的设置和记录很简单，但它们受到严重干扰和噪声问题的影响。

4-20 mA电流回路是工业通信中最古老、最简单的形式，也是目前最常见的输出机制。通过电流回路的信号可以以最小的衰减传输较长的距离。

最强大的数字信号格式是基于Hart、Honeywell DE、基金会现场总线、Profibus和RS-232等协议。然而，像RS-232这样的旧协议仅对短距离有效。最新的发射机信号的特点是无线能力，允许信号在非常长的距离上传输而没有任何退化。

超声波，激光和雷达等高级技术所需的更先进的数字编码格式需要数字计算机智能来格式化代码。这种先进的需求以及对复杂的数字校准方案和通信能力的需求已经为新的趋势铺平了跨越基于微处理器的计算机的新趋势（图1）。

图1。电平测量确定相对于工艺流体储存容器的底部顶部的电平的位置。可以使用各种技术，由流体的特性及其工艺条件决定。

已建立的水平传感技术

在本文涉及的所有场景中，与过程流体相比，前空间中存在的蒸汽的密度被认为是可忽略的值。另一个假设是罐中只有一个均匀的工艺流体。可以使用以下一些技术多级应​​用程序一种容器由两种或两种以上的非混相流体共享。

玻璃水平仪表

玻璃量规已经被使用了2个多世纪，现在有多种设计，有装甲的，也有非装甲的。它们是可用来测量液位的最简单的方法。其最大的优势是其设计提供的清晰可见性，而玻璃的脆弱性可能导致溢出或危及人员安全是其缺点。

浮子

浮子的工作背后的原理是将一个浮力物体放置，在工艺流体和顶空蒸汽之间具有比重，在罐中并连接机械装置以记录其位置。浮子停留在过程中的顶部，但沉入顶部空间的底部。即使液体的表面可以由浮子位于浮点，读取浮动仍然造成问题。

在早期浮动系统中使用皮带轮，胶带，电缆和齿轮等机械部件以记录水平。目前，磁铁装备的浮子更受欢迎。这水平测量早期浮子系统通过多个簧片开关和电阻器网络提供模拟或数字格式。这意味着发射机输出的变化是以离散步骤的形式出现的。因此，这些设备不能区分台阶之间的水平，而连续的水平测量设备能够。

静水装置

置换器，鼓泡和差压变送器

起泡器，差压发射器和置换器是所有不同的静水压测量装置。温度的变化会导致液体的变化是液体的比重;类似地，压力的变化也会影响液体上存在的蒸汽的比重。由于这些变化，减少了测量的准确性。

置换器基于Archimedes原则。图2显示了置于容器中的固体材料柱。

图2。位移级别仪表在Archimedes原则上运行。支撑材料柱（置换器）所需的力通过移位的过程流体的重量而降低。力传感器测量支撑力并将其报告为模拟信号。

置换器的密度总是大于处理流体的密度，使得它从罐的最低水平延伸到需要测量的最高水平。该柱由于工艺流体升高而取代了液体的体积;移位的体积等于柱的横截面积和置换器中的工艺流体水平的产物。

浮力，其幅度等于移位体积的乘积和过程流体密度，施加在置换器上的向上推力，这使得能够抵抗引力力所需的力。连接到发射器的换能器监视此更改，并将力的变化转换为等级。

图3显示了一个气泡型传感器。

图3。通过测量储存容器底部附近的静水压力，鼓泡器感测过程流体深度。

这喷水式饮水口方法用于在大气压下工作的血管。吹扫气体在汲取管中携带，其开口端靠近容器的开口进入罐中。吹扫气体通常是空气，但在某些情况下，在存在与工艺流体或污染的氧化反应的危险中，使用干燥的氮。

由于气体流过汲取管出口，管压升高，直到它比出口处的液体水平产生的静液压压力大。从汲取管的端部到表面的过程流体密度及其深度等于由a监测的压力压力传感器连接到管子。

图4描述了压差液位传感器。

图4。差压传感器通过测量罐底部和血管压力之间的流体之间的总压力差来监测过程流体水平。

在该传感器中，罐底部的总压力与血管中的头部或静压之间的差异表示为水平。类似于起泡器方法，流体密度的乘积和容器中的流体的高度给出静压压力差。大气压被认为是参考。为了在大气压下保持顶部空间，顶部提供通风口。

不像泡泡器，DP传感器可以在容器中使用，只需将参考端口连接到容器中高于最大填充水平的端口。对液体清洗或起泡器的需求取决于工艺的物理条件和/或与工艺连接有关的变送器的位置。

负载细胞

设置有用于检测支撑构件中的轻微失真的一个或多个传感器的机械支撑支架或构件被称为负载电池或应变仪。由于负载电池上的力，构件的轻微弯曲产生输出信号的变化。校准称重传感器以使测量范围从分数盎司到吨。必须将负载电池放置在容器的支撑结构中以测量水平。随着血管中的过程流体水平增加，负载电池上的力增加。通过了解血管的几何形状和流体的比重，可以将称重传感器的已知输出转换成流体水平。

尽管由于其非接触操作而在许多应用中广泛使用负载电池，但根据负载电池的要求，设计血管支撑结构和连接管道的费用以及连接管道是显着的缺点。除了测量所需的净或产品重量之外，管道，容器和由容器支撑的连接结构的重量通过称重传感器统称。

净重的倾斜是非常差的是由总重量引起的，这意味着净重仅是总重量的少量百分比。除此之外，由于加热，侧载，刚性管道，风力荷载和与推翻防止硬件的绑定引起的支撑结构的生长也可以显示为水平。因此，需要通过初始血管支撑和管道系统保持负载电池加权系统的要求，失败的性能可以快速降低。

磁场水平指标

磁性电平仪表适用于瞄准眼镜的替代品。虽然它们类似于浮法装置，但是磁性表面水平的通信发生磁性地发生磁性。在这种情况下，浮子是一组强永磁体，其在辅助柱中通过两个工艺连接连接到容器上。

浮子被柱子横向限制，所以它保持靠近腔室的侧壁。浮子的位置根据液位上下移动，液位用磁化的梭形或条形图来表示，显示浮子的位置，从而表示液位。

对于该技术，工作室壁，辅助柱应由非磁性材料制成。欧洲杯足球竞彩大多数制造商提供的浮法设计对于大量浮法材料以及测量的流体的比重进行了优化，是IT丙烷，油，酸，水，丁烷或两个流体之间的界面。欧洲杯足球竞彩

图5显示了磁性液位计。

图5。磁性电平测量仪使用磁耦合梭子来定位腔室内的浮动位置。

磁场水平指标能够承受高压，高温和腐蚀性液体。对于预计累积超大浮法室和高浮力浮子的应用，可以使用。像Haseall欧洲杯足球竞彩oy C-276这样的塑料材料如Kynar或特殊合金，可用于制造工艺连接，法兰和腔室。蒸汽夹套的极端条件，用于液体沥青，用于液氮和制冷剂的温度设计或用于闪光应用的过大腔室需要特殊的腔室配置。

当处理高温、高压、腐蚀性流体和低比重应用时，可以使用金属和合金，如铬镍铁合金和蒙乃尔合金。此外，这些仪表还可以配备导波雷达和磁致伸缩发射器，以方便将本地指示转换为4-20 mA输出和相应的数字通信，可以发送到控制系统或控制器。

电容发射器

电容变送器是基于过程流体和空气的介电常数(ᶓ)之差。油的介电常数范围从1.8到5，而纯乙二醇的介电常数是37。对于水溶液，它的变化范围是50到80。

基本操作原理基于电容的方差，本身就是基于液位的变化。电容的变化由连接到发射器和工艺流体的绝缘杆引起，或者通过耦合到发射器和参考探针或容器的未绝缘杆。

电容中的比例升高，因为流体水平升高并填充板之间的安培。使用电容桥梁测量整体电容，这提供了连续的水平测量。

电容发射器如图6所示。

图6。电容电平传感器测量由水平变化产生的两个板之间的电容变化。有两个版本，一个用于具有高介电常数（a）的流体，另一个用于具有低介电常数（b）的那些。

现代技术

飞行时间（TOF）测量由当前的液位测量技术使用。在这些装置中，测量液位与传感器处的参考点或放置在容器顶部附近的发射器之间的距离。参考点处的脉冲波由系统产生，该系统通过导体或蒸气空间传输。然后将该波反射关闭液体表面并在参考点重新传递到拾取点。

总行程时间由电子计时电路测量。到液体表面的距离是用传播时间除以波的速度的两倍得到的。所有这些技术的主要区别在于用于测量的脉冲类型。像微波、超声波和光这样的技术对这种测量非常有效。

磁致伸缩层发射器

使用磁体限制浮子以确定液位的益处已经被证明已经证明已经证明了。此外，磁致伸缩是一种建立的技术，以实现浮子的位置的精确记录。磁致伸缩变送器可用于取代机械链路以确定使用电线定位浮动并报告其位置的扭转波的速度。

磁致伸缩系统中的浮子(图7)包含一系列永磁体。

图7。磁致伸缩水平变送器使用电线中扭转波的速度来产生水平测量

在发射器处，传感器线连接到压电陶瓷传感器，并且在传感器管的相对端处，附接张力夹具。有两种方法可以将传感器管放置：一个是通过浮子中心的孔，另一个是将其放置在非磁性浮子室外的浮子旁边。

发射器通过传感器线发送短电流脉冲以定位浮子，从而在其长度上设置磁场。同时打开定时电路。

这个磁场立即与浮子磁铁产生的磁场相互作用，导致电流流过导线时产生扭转力。这个扭转被传递到压电陶瓷传感器以特定的速度。当传感器检测到张力波时，就会产生电信号。这个信号通知了波到达的定时电路，因此，定时电路停止了。从电流脉冲开始到波到达之间的时间间隔(TOF)是由定时电路测量的。

可以基于此信息准确地确定浮点位置，并且发射机将此信息显示为一个水平的信号。这种测量方法的主要优点是信号速度是已知的，并且随着压力和温度等过程变量而恒定。此外，信号不受波束发散、虚假回波和泡沫的影响。另一个优点是没有许多可移动部件，只有浮子是唯一可移动部件。

超声波发射器水平

图8显示了超声电平传感器。

图8。超声电平发射器使用声音速度来计算水平

超声波发射器水平可以根据超声脉冲从流体表面到换能器并返回的时间(TOF)来测量换能器与表面之间的距离。

这些发射机的工作频率为数万赫兹，传输时间约为6毫秒/秒。顶空中气体混合物的成分及其温度影响声速(在15°C时空气中的声速为340米/秒)。即使传感器补偿温度，它仅限于大气中的氮或空气测量。

激光电平发射器。

激光电平发射器已设计用于泥浆，不透明液体和散装固体的水平测量。其工作原理与超声波液位传感器类似，但这些传感器测量的是光的速度水平测量，而不是声速（图9）。

图9。激光发射器使用短脉冲激光能量来测量电平

短脉冲通过激光传感器放置在容器的顶部到位于下面的工艺液面;然后将该脉冲反射回检测器。

信号的飞行时间由时序电路测量以计算距离。由于激光器几乎无光且没有虚假回波，因此它们可以通过小于2英寸的空间引导。另一个优点是，即使在蒸汽和泡沫中也能提供精确的测量。

在使用带有障碍物的容器的应用中，可以使用激光发射器进行高达1500英尺的精确测量。在高温或高压应用(如反应堆容器)中，激光必须与专门的视野窗相结合，以将发射器与过程隔离开来。玻璃窗口必须允许激光以最小的衰减和扩散通过，同时也包含工艺条件。

雷达水平变送器

在air-radar系统,微波束从位于容器顶部的喇叭或杆天线向下引导。流体表面将信号反射回天线，并且通过测量往返时间（顶部）的定时电路计算距离。

在雷达技术中，临界因素是液体的介电常数，因为在微波频率下反射的能量随着流体的介电常数而变化。如果ER低，则液体将允许大部分雷达能量通过。对于ER的变化的反射高值，高值高。

另一种类型的发射器是制导波雷达(GWR)发射器(图10)，它提供高度精确和可靠的测量。

在这些发射器中，柔性电缆天线或刚性探针将微波从容器的顶部通信到液位，然后返回到发射器。从较低到更高的ER的变化会导致波反射。

这种方法的效率比引导变速器能够为能量的聚焦路径实现，所以该方法的效率比空气雷达大20倍。通过该方法测量具有1.4和更低的ER值的液体。此外，这些系统允许垂直和水平的安装，通过弯曲导向达90°角。

图10。导波雷达使用一个波导来传导来自流体表面的微波能量。

上述技术的大多数优点，包括超声波，激光和雷达，以及一些限制吉尼斯世界纪录发射器。蒸汽空间气体的成分、压力和温度影响雷达的速度。

它甚至可以在没有任何校准的情况下工作。甚至可以使用GWR测量泡沫层。通过限制波浪，可以避免像罐壁和结构的波束扩散或假回声等问题，使其遵循探头或电缆。

结论

驱动市场的因素基于各种测量技术的趋势。使用复杂的数字电子产品正在增加水平测量和其他传感器的有用性。

现代水平传感器产生可靠的结果，设置易于等待。由于增强的通信，可以将电平测量集成到现有的控制系统中。

现代水平测量系统利用许多材料和合金，以便在酸，油或高压和温度等苛刻的环境中存活恶劣环境。欧洲杯足球竞彩使用新材料使它们能够满欧洲杯足球竞彩足专业要求，例如，可用于PTFE夹套材料组成的组件可用于腐蚀性应用;和电子抛光316不锈钢粘附在清洁度要求。

联系变送器通过使用由这些特殊材料制成的探针可以使用各种应用。欧洲杯足球竞彩

这些信息已经从ABB测量与分析公司提供的材料中获得、审查和修改。欧洲杯足球竞彩

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