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技術文章
就目前國內液位計應用現狀分析下未來液位測量技術的發展前景
閱讀次數：855 發布時間：2019/12/4 13:50:07
就目前國內液位計應用現狀分析下未來液位測量技術的發展前景
進入21世紀，隨著我國改革開放的不斷深入，經濟得到迅猛發展，我國已經成為驅動世界經濟發展的發動機，而推動經濟發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的發展，對常見罐體容器內液位高度的測量越來越得到人們的重視。現在我們很多傳統的油罐液位的計量還都按照國家技術監督局20世紀90年代早前實施的JJGl014-89罐內液體產品的相關技術的規范，但是此規范方法早己落后，已經適應不了現代高精度計量產品的的發展?1。因為現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液位高度測量的一大熱點。
由于我國幅員遼闊，發展液位測量技術不僅僅利用在罐體的油位測量方面，在現在工業生產的方方面面都很重要，都能體現它巨大的潛在利用價值。如今成熟的液位測量技術不僅應用在江河、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方面也起到很好的預防作用。
近些年來，隨著科學技術的快速發展，新技術層出不窮的運用到罐體的液位測量領域，液位的測量也經歷了從單純的手工檢尺的機械測量到現在智能化的實時自動測量，特別是微處理器在工業智能領域的廣泛運用，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，現有的傳統液位測量儀表技術還遠不能適應油罐油位計量的發展。為此研發一款真正實用、價格便宜、智能化的產品是當前油罐計量發展的必然趨勢，同時也是石油部門的迫切需求。
1．2國內外研究現狀和發展趨勢液位測量技術在工業中的應用由來己久，應用的范圍也很廣泛，但一直以來，在液位測量應用領域，真正實J習、安全、可靠、智能化的液位測量產品卻比較少。主要因為創新技術投入較少，相關研發資金投入不足，但隨著當今電子技術飛速發展，液位測量技術已經發生了翻天覆地的變化，眾多高校、企業、科研院所投入大量資金研發新型液位測量裝置，使得傳統的機械式、機電式、光電式等液位測量技術改頭換面，在未來的工業測量中顯現出巨大的發展潛力。
工業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展和測量技術的不斷創新，其中的超聲波液位測量法是這里面發展最快的液位測量方法，具有非接觸、測試方法靈活等優點。隨著嵌入式系統的快速發展，智能化、高精度的超聲波液位測量儀器開始涌現而出，活躍在液位測量領域。
由于在液位測量方面國外研究的較早，技術較成熟，目前成熟的國外產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，其區別于傳統的單量程檢測，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軟件算法，測量精度得到很大提高。反觀國內，我國主要因為研究起步較晚，所以與國外的液位測量技術相比，國內測量技術和產品仍存在較大差距，主要表現在智能測量時精度低、穩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品的發展主要靠引進國外現有產品消化吸收后自己仿造，沒有自己的知識產權，技術較落后，產品也比較粗糙，壽命較短，但隨著國家經濟的發展，科研資金的投入，各大企業和科研院校相繼研制出實用可靠的液位測量產品，國內液位測量裝置的精度比較低，一般只有±2mm，盲區最小為30mm左右，且系統通訊方式較為單一。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油的密度，另外一個大于罐體內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生的磁場相遇時會產生一個反饋的脈沖，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生變化，因為其獨特的測量方法，工業中常可用作警戒開關。
(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，檢測相關的壓強差，通過相關的壓強差對應其液位的高度，這種液位計常用來檢測不規則容器內的液面邊界測量。
(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變化，從而問接轉變了電容量的變化，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，并將電磁信號轉化為液位信號。雷達測量液位的優點是精度高，但是受外界環境影響較大，當被測環境處于震蕩時，測量誤差就會變大，并且穩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、末級整形后觸發控制器的定時器計時，最終得到測量的渡越時間，利用相關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，各有優點和缺點，隨著我國電子技術迅猛發展，科研經費的投入，越來越多的液位測量儀器投入生產，總的發展趨勢有以下幾點：
1)高精度：隨著很多新技術的發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，成為企業和科研機構競相追逐的目標，也成為占領市場的唯一手段。
2)低功耗：現在我國經濟的迅速發展，使我國成為一個能源消耗大國，對工業測量儀器的功耗控制也成為每個企業在研發產品時必須要考慮的問題，在強調低碳環保的今天，低功耗指標己經成為現代工業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展趨勢，現在的儀器測量廣i品已經可以開始實現實時數據存儲和顯示，還可以長距離的無線傳輸和遠程監控。
4)安全和可靠性：高精度的測量產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外無損檢測技術的發展，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，已經越來越多的出現在了液位測量領域，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構，可以在復雜條件下測量具有酸堿性的液體，隨著大量新技術和方法的投入運用，相信超聲波液位測量技術會成為未來液位測量的主要發展的趨勢之一。
進入21世紀，隨著我國改革開放的不斷深入，經濟得到迅猛發展，我國已經成為驅動世界經濟發展的發動機，而推動經濟發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的發展，對常見罐體容器內液位高度的測量越來越得到人們的重視。現在我們很多傳統的油罐液位的計量還都按照國家技術監督局20世紀90年代早前實施的JJGl014-89罐內液體產品的相關技術的規范，但是此規范方法早己落后，已經適應不了現代高精度計量產品的的發展?1。因為現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液位高度測量的一大熱點。
由于我國幅員遼闊，發展液位測量技術不僅僅利用在罐體的油位測量方面，在現在工業生產的方方面面都很重要，都能體現它巨大的潛在利用價值。如今成熟的液位測量技術不僅應用在江河、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方面也起到很好的預防作用。
近些年來，隨著科學技術的快速發展，新技術層出不窮的運用到罐體的液位測量領域，液位的測量也經歷了從單純的手工檢尺的機械測量到現在智能化的實時自動測量，特別是微處理器在工業智能領域的廣泛運用，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，現有的傳統液位測量儀表技術還遠不能適應油罐油位計量的發展。為此研發一款真正實用、價格便宜、智能化的產品是當前油罐計量發展的必然趨勢，同時也是石油部門的迫切需求。
1．2國內外研究現狀和發展趨勢液位測量技術在工業中的應用由來己久，應用的范圍也很廣泛，但一直以來，在液位測量應用領域，真正實J習、安全、可靠、智能化的液位測量產品卻比較少。主要因為創新技術投入較少，相關研發資金投入不足，但隨著當今電子技術飛速發展，液位測量技術已經發生了翻天覆地的變化，眾多高校、企業、科研院所投入大量資金研發新型液位測量裝置，使得傳統的機械式、機電式、光電式等液位測量技術改頭換面，在未來的工業測量中顯現出巨大的發展潛力。
工業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展和測量技術的不斷創新，其中的超聲波液位測量法是這里面發展最快的液位測量方法，具有非接觸、測試方法靈活等優點。隨著嵌入式系統的快速發展，智能化、高精度的超聲波液位測量儀器開始涌現而出，活躍在液位測量領域。
由于在液位測量方面國外研究的較早，技術較成熟，目前成熟的國外產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，其區別于傳統的單量程檢測，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軟件算法，測量精度得到很大提高。反觀國內，我國主要因為研究起步較晚，所以與國外的液位測量技術相比，國內測量技術和產品仍存在較大差距，主要表現在智能測量時精度低、穩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品的發展主要靠引進國外現有產品消化吸收后自己仿造，沒有自己的知識產權，技術較落后，產品也比較粗糙，壽命較短，但隨著國家經濟的發展，科研資金的投入，各大企業和科研院校相繼研制出實用可靠的液位測量產品，國內液位測量裝置的精度比較低，一般只有±2mm，盲區最小為30mm左右，且系統通訊方式較為單一。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油的密度，另外一個大于罐體內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生的磁場相遇時會產生一個反饋的脈沖，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生變化，因為其獨特的測量方法，工業中常可用作警戒開關。
(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，檢測相關的壓強差，通過相關的壓強差對應其液位的高度，這種液位計常用來檢測不規則容器內的液面邊界測量。
(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變化，從而問接轉變了電容量的變化，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，并將電磁信號轉化為液位信號。雷達測量液位的優點是精度高，但是受外界環境影響較大，當被測環境處于震蕩時，測量誤差就會變大，并且穩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、末級整形后觸發控制器的定時器計時，最終得到測量的渡越時間，利用相關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，各有優點和缺點，隨著我國電子技術迅猛發展，科研經費的投入，越來越多的液位測量儀器投入生產，總的發展趨勢有以下幾點：
1)高精度：隨著很多新技術的發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，成為企業和科研機構競相追逐的目標，也成為占領市場的唯一手段。
2)低功耗：現在我國經濟的迅速發展，使我國成為一個能源消耗大國，對工業測量儀器的功耗控制也成為每個企業在研發產品時必須要考慮的問題，在強調低碳環保的今天，低功耗指標己經成為現代工業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展趨勢，現在的儀器測量廣i品已經可以開始實現實時數據存儲和顯示，還可以長距離的無線傳輸和遠程監控。
4)安全和可靠性：高精度的測量產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外無損檢測技術的發展，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，已經越來越多的出現在了液位測量領域，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構，可以在復雜條件下測量具有酸堿性的液體，隨著大量新技術和方法的投入運用，相信超聲波液位測量技術會成為未來液位測量的主要發展的趨勢之一。
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