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[導(dǎo)讀]目前市場上最受歡迎的液位傳感器與早期的連續(xù)測量液位傳感器的區(qū)別,在于使用了飛行時間(TOF)測量技術(shù),然后將測量結(jié)果轉(zhuǎn)換為常規(guī)輸出方式。這些新的液位測量傳感器通常安裝在容器的頂部,測量傳感器監(jiān)測點與液面之

目前市場上最受歡迎的液位傳感器與早期的連續(xù)測量液位傳感器的區(qū)別,在于使用了飛行時間(TOF)測量技術(shù),然后將測量結(jié)果轉(zhuǎn)換為常規(guī)輸出方式。這些新的液位測量傳感器通常安裝在容器的頂部,測量傳感器監(jiān)測點與液面之間的距離;從傳感器檢測點發(fā)出一個脈沖波,脈沖波可以穿透容器頂部的氣體或一些實體,到達(dá)液面時發(fā)生反射,反射信號被接收器接收。電子定時電路記錄脈沖波的發(fā)射時間和接收時間,即得出脈沖波飛行時間,然后再乘以脈沖波的速度就可以得出測量距離。這些新興液位測量技術(shù)的主要區(qū)別在于脈沖波的形式不同,例如:超聲波、微波(雷達(dá))和光波。

在油性、酸性、高溫、高壓等極端惡劣的測試環(huán)境下,為了實現(xiàn)液位測量需要用到各種新型材料如合金等。新材料的發(fā)明有助于拓展傳感器的應(yīng)用,如聚四氟乙烯護(hù)套材料可以實現(xiàn)耐腐蝕應(yīng)用、電拋光316不銹鋼可以滿足清潔度要求。

磁致伸縮液位變送器

利用磁浮子測量液位的方法,其優(yōu)勢在前面已經(jīng)描述過。磁致伸縮技術(shù)目前已經(jīng)被證明可以非常準(zhǔn)確的讀取浮子的位置。磁致伸縮液位計的傳感器工作時,(如圖1所示)傳感器的電路部分將在波導(dǎo)絲上激勵出脈沖電流,該電流沿波導(dǎo)絲傳播時會在波導(dǎo)絲的周圍產(chǎn)生脈沖電流磁場。

在磁致伸縮液位計的傳感器測桿外配有一浮子,此浮子可以沿測桿隨液位的變化而上下移動。在浮子內(nèi)部有一組永久磁環(huán)。當(dāng)脈沖電流磁場與浮子產(chǎn)生的磁環(huán)磁場相遇時,浮子周圍的磁場發(fā)生改變從而使得由磁致伸縮材料做成的波導(dǎo)絲在浮子所在的位置產(chǎn)生一個扭轉(zhuǎn)波脈沖,這個脈沖以固定的速度沿波導(dǎo)絲傳回并由檢出機構(gòu)檢出。通過測量脈沖電流與扭轉(zhuǎn)波的時間差可以精確地確定浮子所在的位置,即液面的位置。該技術(shù)的主要優(yōu)點是:脈沖波的速度是已知的;如溫度、壓力等過程變量是恒定的;脈沖信號不會受環(huán)境物質(zhì)影響;脈沖波的發(fā)散性??;不會受到錯誤信號干擾。另一個好處是,唯一的運動部件是磁浮子,隨流面上下移動,工作可靠,壽命長。

超聲波液位變送器

超聲波液位傳感器(如圖2所示),通過計算超聲波發(fā)出時間到接收返回信號的時間差(TOF),乘以超聲波的速度得出傳感器與液體表面間的距離。一般液位變送器中使用的超聲波頻率為上千赫茲,超聲波的傳播速度達(dá)到6米/毫秒。聲波的傳播速度與傳播介質(zhì)的材料組成、溫度等相關(guān)(15℃的空氣中,聲音的傳播速度為340米/秒)。超聲波液位傳感器受溫度的影響產(chǎn)生的偏差,可以通過溫度補償?shù)姆绞絹硇拚?,但是這種溫度補償技術(shù)還僅僅局限在空氣或氮氣介質(zhì)下,并且氣體壓力為大氣壓力。

激光液位變送器

激光器的工作原理和超聲波液位傳感器非常相似,一般被用于散裝顆粒物、料漿和不透明的液體(如污水、牛奶、苯乙烯等)。超聲波液位傳感器使用的是超聲波載體測量液面,而激光液位傳感器使用的是光載體測量液面。(見圖3所示)。

在容器頂部安裝一個激光發(fā)射器,發(fā)射一束激光脈沖后達(dá)到液體表面并反射回來,由探測器搜集反射回來的激光脈沖信號,使用定時電路測量激光脈沖的飛行時間從而換算出距離。由于激光的聚焦性(光束發(fā)散角小于0.2°)且不會出現(xiàn)虛假反射波,可以在煙霧和泡沫的環(huán)境下實現(xiàn)精確測量。激光液位測量系統(tǒng)在障礙物眾多的容器測量環(huán)境中是一個理想的選擇,并且其測量范圍可以達(dá)到1500英尺,在高溫和高壓的環(huán)境下同樣適用。

激光液位測量系統(tǒng)甚至被用在核反應(yīng)堆容器中,激光器通過測量玻璃窗實現(xiàn)無接觸式測量,當(dāng)然玻璃窗的擴散性和光衰減必須在設(shè)計時進(jìn)行考慮。

雷達(dá)液位變送器

雷達(dá)測量系統(tǒng)安裝在容器頂部,向下發(fā)射微波脈沖信號;微波脈沖信號達(dá)到液體表面后反射回去,同時用電路計算微波信號的往返時間,從而計算出傳感器離頁面的距離。但是如果液體的介電常數(shù)太小可能會引起雷達(dá)液位傳感器無法正常檢測液位;如果液體的介電常數(shù)太小,雷達(dá)波可以穿過液體,而反射的雷達(dá)波的能量太小不能被雷達(dá)接收器檢測到。

和超聲波液位測量一樣,雷達(dá)波也會出現(xiàn)發(fā)散而影響測量準(zhǔn)確性;同時容器內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和一些障礙物引起的反射雷達(dá)波也會造成測量錯誤。為了解決這些問題將模糊算法引入雷法發(fā)射器,但是由于容器環(huán)境的不同這些問題可能依然存在。

導(dǎo)波雷達(dá)(GWR)液位測量系統(tǒng)(如圖4所示)可以解決以上問題。導(dǎo)波雷達(dá)液位計采用接觸式的測量方式,利用導(dǎo)波桿探頭(鋼性探針或柔性電纜)來發(fā)射與接收信號,將導(dǎo)波桿探頭安裝在測量罐的頂部,其尾端直達(dá)罐底,發(fā)射信號及反射信號都通過導(dǎo)波桿傳播,信號不會輻射到外部空間中,所以反射信號的質(zhì)量更好。導(dǎo)波雷達(dá)液位測量系統(tǒng)所測量的液體的介電常數(shù)可以低至1.4,在狹小的空間依然可以完成測量,并能適用于高溫和高壓的工況。

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