液位測(cè)量方法比較

關(guān)于液位測(cè)量方法比較2液位測(cè)量必要性在油氣儲(chǔ)運(yùn)過程中，精確測(cè)定儲(chǔ)油大罐中的液位高度，是正確計(jì)算儲(chǔ)油量、確定庫存、計(jì)算輸量的重要措施。在油氣生產(chǎn)中，特別是在油氣集輸儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)中，石油、天然氣與伴生污水要在各種生產(chǎn)設(shè)備和罐器中分離、存儲(chǔ)與處理，物位的測(cè)量與控制，對(duì)于保證正常生產(chǎn)和設(shè)備安全是至關(guān)重要的，否則會(huì)產(chǎn)生重大的事故。例如油罐液位測(cè)量控制不好，會(huì)出現(xiàn)抽空或溢油“冒頂”事故；油氣分離器液位偏高或偏低會(huì)出現(xiàn)“跑油”、“竄氣”事故，嚴(yán)重影響后序設(shè)備的生產(chǎn)和安全；電脫水器中油水界面高了會(huì)破壞電場(chǎng)．低了會(huì)使放水中帶油，影響生產(chǎn)。第2頁,共37頁，2024年2月25日，星期天3物位的基本概念物位——指容器中的液體介質(zhì)的液位、固體的料位或顆粒物的料位和兩種不同液體介質(zhì)分界面的總稱。液位——容器中的液體介質(zhì)的高低料位——容器中固體或顆粒狀物質(zhì)的堆積高度界位——兩種不溶液體介質(zhì)的分界面的高低第3頁,共37頁，2024年2月25日，星期天4檢測(cè)方法的分類按測(cè)量方式可以分為連續(xù)測(cè)量和定點(diǎn)測(cè)量。按其工作原理可分為下列幾種類型：(1)直讀式它根據(jù)流體的連通性原理來測(cè)量液位。(2)浮力式

它根據(jù)浮子高度隨液位高低而改變或液體對(duì)浸沉在液體中的浮筒（或稱沉筒）的浮力隨液位高度變化而變化的原理來測(cè)量液位。前者稱為恒浮力式，后者稱為變浮力式。(3)差壓式（靜壓式）它根據(jù)液柱或物料堆積高度變化對(duì)某點(diǎn)上產(chǎn)生的靜（差）壓力的變化的原理測(cè)量物位。(4)電氣式它根據(jù)把物位變化轉(zhuǎn)換成各種電量變化的原理來測(cè)量物位。(5)核輻射式它根據(jù)同位素射線的核輻射透過物料時(shí)，其強(qiáng)度隨物質(zhì)層的厚度變化而變化的原理來測(cè)量液位。(6)聲學(xué)式它根據(jù)物位變化引起聲阻抗和反射距離變化來測(cè)量物位第4頁,共37頁，2024年2月25日，星期天5直接測(cè)量法直接測(cè)量是一種最為簡(jiǎn)單、直觀的測(cè)量方法，它是利用連通器的原理，將容器中的液體引入帶有標(biāo)尺的觀察管中，通過標(biāo)尺讀出液位高度。玻璃管液位計(jì)。第5頁,共37頁，2024年2月25日，星期天6人工檢尺液位測(cè)量人工檢尺液位測(cè)量是對(duì)各種儲(chǔ)罐內(nèi)的液體進(jìn)行體積和質(zhì)量測(cè)定的種基本方法。具有操作簡(jiǎn)單、計(jì)量準(zhǔn)確、無須輔助設(shè)備的特點(diǎn)，仍是目前各油田原油集輸過程中的一種主要計(jì)量方法。檢尺測(cè)量時(shí)，先對(duì)罐內(nèi)液位高度進(jìn)行測(cè)定，再根據(jù)罐的橫截面積或大罐容積表，計(jì)算罐內(nèi)液體體積和質(zhì)量。檢尺測(cè)量的工具是鋼卷尺，其下端帶有銅質(zhì)重錘。為方便量油操作，在罐頂設(shè)有量油口。量油口下裝有量油管，管子底端鉆有孔眼與液體連通。設(shè)置量油管的目的是為了減小罐內(nèi)液面波動(dòng)對(duì)量油的影響。第6頁,共37頁，2024年2月25日，星期天7磁翻轉(zhuǎn)液位計(jì)磁翻轉(zhuǎn)液位計(jì)結(jié)構(gòu)牢固、工作可靠、顯示醒目。由于被測(cè)液體被完全密封，使用磁耦合傳動(dòng)，因而可以測(cè)量高溫、高壓及不透明的粘性液體，如原油、污水等。缺點(diǎn)是經(jīng)長(zhǎng)期使用后，磁鋼磁性退化，翻板軸磨損易造成指示錯(cuò)誤．故應(yīng)定期檢查與校正。第7頁,共37頁，2024年2月25日，星期天8浮力法

浮力法測(cè)液位是依據(jù)力平衡原理，通常借助浮子一類的懸浮物，浮子做成空心剛體，使它在平衡時(shí)能夠浮于液面。當(dāng)液位高度發(fā)生變化時(shí)，浮子就會(huì)跟隨液面上下移動(dòng)。因此測(cè)出浮子的位移就可知液位變化量。浮子式液位計(jì)按浮子形狀不同，可分為浮子式、浮筒式等等；按機(jī)構(gòu)不同可分為鋼帶式、杠桿式等。第8頁,共37頁，2024年2月25日，星期天9鋼帶浮子式液位計(jì)直讀式鋼帶浮子式液位計(jì)，這是一種最簡(jiǎn)單的液位計(jì)，一般只能就地顯示。第9頁,共37頁，2024年2月25日，星期天10浮筒式液位計(jì)

浮筒式液位計(jì)屬于變浮力液位計(jì)，當(dāng)被測(cè)液面位置變化時(shí)，浮筒浸沒體積變化，所受浮力也變化，通過測(cè)量浮力變化確定出液位的變化量。

液位高度變化與彈簧變形量成正比。彈簧變形量可用多種方法測(cè)量，既可就地指示，也可用變換器(如差動(dòng)變壓器)變換成電信號(hào)進(jìn)行遠(yuǎn)傳控制。 圖中：1-浮筒；2-彈簧；3-差動(dòng)變壓器。第10頁,共37頁，2024年2月25日，星期天11靜壓式液位計(jì)

依據(jù)液體重量所產(chǎn)生的壓力進(jìn)行測(cè)量。由于液體對(duì)容器底面產(chǎn)生的靜壓力與液位高度成正比，因此通過測(cè)容器中液體的壓力即可測(cè)算出液位高度。

第11頁,共37頁，2024年2月25日，星期天12多用直接測(cè)量容器底部壓力的方法。如圖所示，測(cè)壓儀表通過導(dǎo)壓管與容器底部相連，由測(cè)壓儀表的壓力指示值，便可推知液位的高度。

其關(guān)系為式中

P—測(cè)壓儀表指示值H—液位的高度ρ—液體的密度g—重力加速度

壓力表測(cè)量液位原理

敞口容器第12頁,共37頁，2024年2月25日，星期天13式中P0、P+——分別是液面上部介質(zhì)壓力和液面以下H深度的液體壓力。測(cè)量容器底部壓力，除與液面高度有關(guān)外，還與液面上部介質(zhì)壓力有關(guān)，其關(guān)系為密閉容器第13頁,共37頁，2024年2月25日，星期天14零點(diǎn)遷移（1）壓力表安裝位置與容器底部不在同一高度（2）導(dǎo)壓管存在液柱無遷移特征：差壓變送器的正壓室取壓口正好與容器的最低液位（Hmin=0）處于同一水平位置。作用于變送器正、負(fù)壓室的差壓ΔP與液位高度H的關(guān)系為ΔP=Hρg。當(dāng)H=0時(shí)，正負(fù)壓室的差壓ΔP=0，變送

器輸出信號(hào)為4mA當(dāng)H=Hmax時(shí)，差壓ΔPmax=ρgHmax，

變送器的輸出信號(hào)為20mA，第14頁,共37頁，2024年2月25日，星期天15負(fù)遷移

差壓變送器的正、負(fù)壓室的壓力分別為

正、負(fù)壓室的壓差為當(dāng)被測(cè)液位H=0時(shí)，ΔP=-（h2-h1）ρ2g<0，使變送器在H=0時(shí)輸出電流小于4mA；H=Hmax時(shí)，輸出電流小于20mA密封容器上層氣體為可凝結(jié)蒸汽

差壓變送器高度改變，但只要正負(fù)取壓點(diǎn)位置間距離(h2-h1)不變，其遷移量不變。

第15頁,共37頁，2024年2月25日，星期天16正遷移

變送器的安裝位置與容器的最低液位（H=0）不在同一水平位置

正、負(fù)壓室的壓力分別為正、負(fù)壓室的壓差為

當(dāng)被測(cè)液位H=0時(shí)，ΔP=h1ρg>0，從而使變送器在H=0時(shí)輸出電流大于4mA；H=Hmax時(shí)，輸出電流大于20mA。第16頁,共37頁，2024年2月25日，星期天17（a）無遷移

（b）負(fù)遷移

（c）正遷移0500042020007000ΔP(Pa)-20003000I0(mA)固定差壓=2000Pa某壓力變送器的測(cè)量范圍：0~5000Pa，第17頁,共37頁，2024年2月25日，星期天18遷移彈簧的作用

改變變送器的零點(diǎn)。遷移和調(diào)零

都是使變送器輸出的起始值與被測(cè)量起始點(diǎn)相對(duì)應(yīng)，只不過零點(diǎn)調(diào)整量通常較小，而零點(diǎn)遷移量則比較大。遷移

同時(shí)改變了測(cè)量范圍的上、下限，相當(dāng)于測(cè)量范圍的平移，它不改變量程的大小。第18頁,共37頁，2024年2月25日，星期天19法蘭式差壓變送器測(cè)量液位示意圖1—法蘭式測(cè)量頭；2—毛細(xì)管；3—變送器

單法蘭式

雙法蘭式

法蘭式差壓變送器按其結(jié)構(gòu)形式

為了解決測(cè)量具有腐蝕性或含有結(jié)晶顆粒以及黏度大、易凝固等液體液位時(shí)引壓管線被腐蝕、被堵塞的問題，應(yīng)使用在導(dǎo)壓管入口處加隔離膜盒的法蘭式差壓變送器，如下圖所示。用法蘭式差壓變送器測(cè)量液位第19頁,共37頁，2024年2月25日，星期天20例1．如下圖所示是雙法蘭式差壓變送器測(cè)量密閉容器中有結(jié)晶液體的液位，已知被測(cè)液體的密度ρ=1200kg/m3，液位變化范圍為H為0~950mm，變送器的正、負(fù)壓法蘭中心線距離H0=1800mm，變送器毛細(xì)管硅油密度ρ1=950kg/m3，試確定變送器的量程和遷移量。根據(jù)差壓變送器的量程系列，可選16kPa的量程。差壓變送器需要進(jìn)行負(fù)遷移，負(fù)遷移量為16.758kPa。解：液位的變化范圍為0~950mm時(shí)，差壓的變化量為當(dāng)H=0時(shí)第20頁,共37頁，2024年2月25日，星期天21例2：有兩種密度分別為ρ1=0.8g/cm3，ρ2=1.1g/cm3的液體置于閉口容器中，它們的界面經(jīng)常發(fā)生變化。試考慮能否利用差壓變送器來連續(xù)測(cè)量其界面，若可以利用差壓變送器來測(cè)量，試問：（1）儀表的量程如何選擇；（2）遷移量是多少？

解：可以利用差壓變送器來連續(xù)測(cè)量其界面，如右圖。因ρ2密度比較高，所以用采用法蘭液面計(jì)測(cè)量ρ1、ρ2的界位。液位計(jì)毛細(xì)管內(nèi)充有硅油，其密度為=0.95g/cm3。

（1）儀表的量程是指當(dāng)界位由最低升到最高時(shí)，液面計(jì)上所增加的壓力。故量程為（2）當(dāng)界面最低時(shí)，儀表正、負(fù)室壓的壓力ρ+、ρ-分別為

第21頁,共37頁，2024年2月25日，星期天22所以儀表的遷移量第22頁,共37頁，2024年2月25日，星期天23超聲波法

超聲波液位計(jì)利用波在介質(zhì)中的傳播特性。因此，在容器底部或頂部安裝超聲波發(fā)射器和接收器，發(fā)射出的超聲波在相界面被反射。并由接收器接收，測(cè)出超聲波從發(fā)射到接收的時(shí)間差，便可測(cè)出液位高低。

第23頁,共37頁，2024年2月25日，星期天24分類

超聲波液位計(jì)按傳聲介質(zhì)不同，可分為氣介式、液介式和固介式三種；按探頭的工作方式可分為自發(fā)自收的單探頭方式和收發(fā)分開的雙探頭方式。單探頭液位計(jì)使用一個(gè)換能器，由控制電路控制它分時(shí)交替作發(fā)射器與接收器。雙探頭式則使用兩個(gè)換能器分別作發(fā)射器和接收器，對(duì)于固介式，需要有兩根金屬棒或金屬管分別作發(fā)射波與接收波的傳輸管道。(a)氣介式(b)液介式(c)固介式單探頭超聲波液位計(jì)

第24頁,共37頁，2024年2月25日，星期天25超聲波液位測(cè)量有許多優(yōu)點(diǎn)：與介質(zhì)不接觸，無可動(dòng)部件，電子元件只以聲頻振動(dòng)，振幅小，儀器壽命長(zhǎng)；超聲波傳播速度比較穩(wěn)定，光線、介質(zhì)粘度、濕度、介電常數(shù)、電導(dǎo)率、熱導(dǎo)率等對(duì)檢測(cè)幾乎無影響，因此適用于有毒、腐蝕性或高粘度等特殊場(chǎng)合的液位測(cè)量；不僅可進(jìn)行連續(xù)測(cè)量和定點(diǎn)測(cè)量，還能方便地提供遙測(cè)或遙控信號(hào)；能測(cè)量高速運(yùn)動(dòng)或有傾斜晃動(dòng)的液體的液位，如置于汽車、飛機(jī)、輪船中的液位。第25頁,共37頁，2024年2月25日，星期天26超聲波液位測(cè)量缺點(diǎn)：超聲波儀器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格相對(duì)昂貴；當(dāng)超聲波傳播介質(zhì)溫度或密度發(fā)生變化，聲速也將發(fā)生變化，對(duì)此超聲波液位計(jì)應(yīng)有相應(yīng)的補(bǔ)償措施，否則嚴(yán)重影響測(cè)量精度；有些物質(zhì)對(duì)超聲波有強(qiáng)烈吸收作用，選用測(cè)量方法和測(cè)量?jī)x器時(shí)要充分考慮液位測(cè)量的具體情況和條件。第26頁,共37頁，2024年2月25日，星期天27電學(xué)法

電學(xué)法按工作原理不同又可分為電阻式、電感式和電容式。用電學(xué)法測(cè)量無摩擦件和可動(dòng)部件，信號(hào)轉(zhuǎn)換、傳送方便，便于遠(yuǎn)傳，工作可靠，且輸出可轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的電信號(hào)，與電動(dòng)單元組合儀表配合使甩，可方便地實(shí)現(xiàn)液位的自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制。

第27頁,共37頁，2024年2月25日，星期天28電阻式液位計(jì)

電阻式液位計(jì)既可進(jìn)行定點(diǎn)液位控制，也可進(jìn)行連續(xù)測(cè)量。

所謂定點(diǎn)控制是指液位上升或下降到一定位置時(shí)引起電路的接通或斷開，引發(fā)報(bào)警器報(bào)警。電阻式液位計(jì)的原理是基于液位變化引起電極間電阻變化，由電阻變化反映液位情況。第28頁,共37頁，2024年2月25日，星期天29

該液位計(jì)的兩根電極是由兩根材料、截面積相同的具有大電阻率的電阻棒組成，電阻棒兩端固定并與容器絕緣。整個(gè)傳感器電阻為

該傳感器的材料、結(jié)構(gòu)與尺寸確定后，K1、K2均為常數(shù)，電阻大小與液位高度成正比。連續(xù)測(cè)量的電阻式液位計(jì)原理圖。1-電阻棒；2-絕緣套；3-測(cè)量電橋第29頁,共37頁，2024年2月25日，星期天30電感式液位計(jì)

電感式液位計(jì)利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象，液位變化引起線圈電感變化，感應(yīng)電流也發(fā)生變化。

電感式液位計(jì)既可進(jìn)行連續(xù)測(cè)量，也可進(jìn)行液位定點(diǎn)控制。

傳感器由不導(dǎo)磁管子、導(dǎo)磁性浮子及線圈組成。管子與被測(cè)容器相連通，管子內(nèi)的導(dǎo)磁性浮子浮在液面上，當(dāng)液面高度變化時(shí)，浮子隨著移動(dòng)。線圈固定在液位上下限控制點(diǎn)，當(dāng)浮子隨液面移動(dòng)到控制位置時(shí)，引起線圈感應(yīng)電勢(shì)變化，以此信號(hào)控制繼電器動(dòng)作，可實(shí)現(xiàn)上、下液位的報(bào)警與控制。圖中：1、3-上下限線圈；2-浮子

第30頁,共37頁，2024年2月25日，星期天31電容式液位計(jì)

電容式液位計(jì)利用液位高低變化影響電容器電容量大小的原理進(jìn)行測(cè)量。

電容式液位計(jì)的結(jié)構(gòu)形式很多，有平極板式、同心圓柱式等等。它的適用范圍非常廣泛，對(duì)介質(zhì)本身性質(zhì)的要求不象其它方法那樣嚴(yán)格，對(duì)導(dǎo)電介質(zhì)和非導(dǎo)電介質(zhì)都能測(cè)量，此外還能測(cè)量有傾斜晃動(dòng)及高速運(yùn)動(dòng)的容器的液位。不僅可作液位控制器。還能用于連續(xù)測(cè)量。第31頁,共37頁，2024年2月25日，星期天32檢測(cè)原理

在液位的連續(xù)測(cè)量中，多用同心圓柱式電容器，如右圖。同心圓柱式電容器的電容量：式中：D、d——外電極內(nèi)徑和內(nèi)電極外徑(m)；ε——極板間介質(zhì)介電常數(shù)(F/m)；

L——極板相互重疊的長(zhǎng)度(m)。

液位變化引起等效介電常數(shù)變化，從而使電容器的電容量變化，這就是電容式液位計(jì)的檢測(cè)原理。

圖中：1-內(nèi)電極；2-外電極。第32頁,共37頁，2024年2月25日，星期天33磁電法

利用磁電轉(zhuǎn)換原理進(jìn)行液位測(cè)量的磁致伸縮液位計(jì)是近年來推出的新產(chǎn)品。磁致伸縮液位