物位儀表與儲罐測量技術（轉(zhuǎn)載）

物位儀表與儲罐測量技術
指南與市場趨勢：各種各樣的技術應用于物位測量這一極其重要的過程變量。
　　物位測量設備用來確定儲罐、容器、筒倉或其它任何適宜容器中的流體和/或顆粒狀固體的高度。近來，VDC市場調(diào)研公司發(fā)現(xiàn)，2004年全球過程工業(yè)物位測量設備的市場總值為13.2億美元，其中儲罐計量系統(tǒng)大約占3.27億美元。大批檢測技術被用于測量物位—一個被廣泛測量的過程變量。
　　物位測量傳感器分為兩類：點位開關與連續(xù)物位計。一些技術在這兩類傳感器上都有使用。點位是指物料到達、高于或低于容器中某個特定點，此類設備用來指示容器是滿、空還是處于中間某個位置。連續(xù)物位計則能提供物料位于容器內(nèi)任何位置上的信息。

　　相對于過程控制，儲罐計量（ITG）是指對庫存存儲和保管交接等應用進行的物位測量。很多ITG系統(tǒng)都比過程物位測量儀表具有更大的測量范圍和更高的測量精度。
　　不同技術的出貨情形
　　這里，出貨的過程設備包括連續(xù)與點位測量設備，但不包括只能提供點測量的振動式產(chǎn)品。
　　靜壓式液位計是迄今為止全球出貨金額最大的過程物位測量設備，其中絕大部分都是連續(xù)測量設備。這種設備中最簡單的是靜壓式探頭設備，它通過測量儲罐底部的壓力來確定敞口儲罐中的液位，這是因為密度已知液體任何點上的壓強，都由該點之上的液體高度確定。
　　而另一方面，差壓式設備是最普遍的連續(xù)液位測量設備。在應用當中，差壓式傳感器的高壓部分與儲罐底部相連，低壓部分則與密閉儲罐頂部空出的部位相連。如果液體密度恒定，則測得的壓強差就指示了實際的液位。如果液體密度不恒定，則液體成分或工作溫度的改變會使某些重力發(fā)生變化，從而產(chǎn)生錯誤的讀數(shù)，這就需要對其進行修正。
　　對接下來的5年，VDC公司預計靜壓式設備的全球市場份額將會下降，但下降不會太多。壓力式傳感預計仍將是過程物位測量領域的主導技術。這種技術已經(jīng)使用了很長時間，甚至一些主要的供應商也擔心其被取代，但其實并沒有這么快。

　　靜壓式液位測量技術持久占據(jù)主導地位，根據(jù)具體應用的不同，這可被歸結(jié)于很多因素。靜壓式液位測量一些具有吸引力的特點包括：
　　■  較低的產(chǎn)品和/或維護成本；
　　■  易于安裝；
　　■  堅固耐用；
　　■  高可靠性（經(jīng)過長期驗證的）；
　　■  較寬的介質(zhì)兼容性；以及
　　■  用戶熟悉度
　　其中，成本可能是最主要因素。例如，2004年，只有占全球連續(xù)物位測量市場1%份額的聲波/超聲波產(chǎn)品擁有較低的平均售價，而其他產(chǎn)品的成本則相對較高。
　　非接觸式微波/雷達產(chǎn)品占據(jù)了全球ITG市場的最大份額，2004年此類設備在海運和非海運應用中的出貨金額占全球ITG設備總出貨金額的60%多，而靜壓式儲罐計的出貨金額則低于6%。
　　自從1976年由Saab海洋電子公司推出并應用在油輪上以來，非接觸式微波/雷達產(chǎn)品已經(jīng)廣泛用于各類ITG應用。例如，在1991年，這些產(chǎn)品約占全美ITG市場的10%，到1997年達到大約14%，2002年則為22%。
　　該技術在美國及整個北美的市場份額要遠低于其全球市場份額。這主要是因為，在海運業(yè)出貨的ITG系統(tǒng)主要是應用在新建的船舶上，而目前的船舶建造則主要集中在世界的其他地區(qū)，尤其是亞洲和環(huán)太平洋國家和地區(qū)。2004年，ITG系統(tǒng)在北美海運應用上的出貨量不到全球市場份額的2%。而亞太地區(qū)的出貨量則幾乎占了全球總出貨量的73%，其余則主要是在歐洲市場。
　　非接觸式微波/雷達物位測量設備安裝于儲罐頂部，它向下發(fā)送微波信號至儲罐中物料的表面，然后接收器接收反射回來的信號。根據(jù)發(fā)射和接收信號的差別，系統(tǒng)就能計算出儲罐中的物位。
　　這里有如下兩種調(diào)制方法：
　　■  脈沖系統(tǒng)是測量由發(fā)射脈沖到接收到回波的時間。通過發(fā)射與接收脈沖之間的延時即可直接計算出物位；
　　■  調(diào)頻連續(xù)波（FMCW）發(fā)射方案，是將頻率已改變的回波信號與發(fā)射的微波信號混合，由于其頻率不同（因為調(diào)頻），因此混合信號的頻率與到物料表面的距離成正比。
　　所采用的微波頻率對雷達物位計的性能有很大影響。高頻短波長的信號，對蒸汽、泡沫和污染物極為敏感。在24 GHz的頻率上，即使是少量的水蒸氣也能吸收微波信號。低頻長波長和寬波束角的信號，則會從儲罐壁和攪拌器上返回許多干擾回波?，F(xiàn)已知最佳頻率為10 GHz左右。
　　非接觸式微波/雷達設備完全或相對不易遇到其它許多技術可能面臨的測量問題，如：
　　■  與物料密度相關；
　　■  與物料介電常數(shù)有關；
　　■  易受灰塵影響；
　　■  維護強度高；
　　■  在真空下不能工作；
　　■  易受壓力影響；
　　■  易受介質(zhì)與傳感器之間的環(huán)境（如泡沫和變化密度的蒸汽等）影響；
　　■  易受量程的影響；以及
　　■  易受溫度的影響等。
　　該技術的非接觸特性尤其適合用來測量粗糙或遭腐蝕的物質(zhì)。迄今為止，大多數(shù)ITG系統(tǒng)都是用于石油天然氣行業(yè)?；完懟膽茫ň珶挕Ｔ?004年的全球ITG系統(tǒng)市場當中，上述應用所占份額超過87%，其中絕大多數(shù)出貨的產(chǎn)品都是采用非接觸式微波/雷達技術的。
　　非接觸式微波/雷達技術設備價格較高，這是阻止它獲得更廣泛應用的一個障礙。對于過程物位測量應用，情況更是如此，其中2004年該技術大約只占全球出貨量的6%。然而，其價格正在下降，以滿足過程和ITG系統(tǒng)的應用；預計在接下來的5年里，采用該技術的產(chǎn)品平均售價將會有很大降低。
　　影響因素包括采用低成本器件、提供簡化功能產(chǎn)品，和提高低價位產(chǎn)品的產(chǎn)量。提高產(chǎn)量將導致更大的規(guī)模經(jīng)濟效益。此外，更多廠家正在進入這一市場，從而進一步加大了價格競爭壓力。
　　高增長的市場
　　非接觸式微波/雷達產(chǎn)品預計將是過程物位測量和ITG應用中增長最快的產(chǎn)品。而ITG市場中的接觸/制導式微波/雷達產(chǎn)品和聲波/超聲波系統(tǒng)甚至預計將有更高的增長。不過聲波/超聲波&#

25216;術現(xiàn)在只占全球ITG市場很小的份額（小于1%）。
　　2004年，接觸/制導式微波/雷達產(chǎn)品大約占全球物位測量設備市場的4%，以及全球ITG市場的大約3%。這是最近才推出的一項新的物位測量技術。VDC第一個意識到Bindicator和Krohne公司的這類產(chǎn)品1997年在過程物位測量上的應用，以及Barton Instrument System公司的產(chǎn)品2002年在ITG上的應用。
　　接觸/制導式微波/雷達物位測量設備可以測量液體、糊料、漿料、粉末以及其他特殊顆粒材料的物位。2004年，此項技術在過程固體和液體物位測量應用上的出貨量上分別占據(jù)全球份額的8.8%和3.1%。
　　該類產(chǎn)品（有些被稱為射頻或時域反射計）安裝在儲罐頂部，沿插入罐內(nèi)物料中的傳輸線或波導發(fā)射無線電或低頻微波信號。與非接觸式微波/雷達物位測量設備一樣，接觸式微波/雷達設備也有脈沖和頻率調(diào)制兩種類型。
　　和非接觸式產(chǎn)品相比，接觸式微波/雷達物位計在較低的無線電和微波頻率上工作，且成本更低，卻擁有許多同樣的優(yōu)點。此外，它們通常還擁有更大的安裝靈活性與更少的安裝成本，且其使用還不受美國聯(lián)邦通信委員會或其他國家的類似政府監(jiān)管機構的許可限制。
　　這種全電子設備可在超短或超長距離內(nèi)進行測量，且不易受灰塵、空氣運動、溫度或壓力波動的影響。
　　另一方面，壓在傳輸線或波導上的重物也會引起虛假讀數(shù)。此外，此類產(chǎn)品還難以測量介電常數(shù)極低的塑料材料（如EPS珠）的物位。但是，它對塑料球和塑料片的測量效果卻很好。
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物位測量技術
　　■  由Emerson Process Management公司提供的Mobrey磁性液位計，據(jù)稱可對所有液體（包括腐蝕性或有毒液體）的液位進行測量，且無需外部電源。該液位計還提供基本的或接口級的低成本冗余?？稍?160－400 °C溫度范圍和壓力等級PN6－PN420（ANSI 150－2500）條件下工作。采用密封盒，而唯一的可移動且與液體接觸的部分為不銹鋼或鈦制浮子，因此降低了維護要求和提高了產(chǎn)品使用壽命。www.emersonprocess.com
　　■  Soliphant M的模塊化設計使Endress+Hauser振動限制開關可以應用于不同場合。它擁有各種電子接口、傳感器設計、封裝、過程控制連接及許可。其新型的短叉幾何設計，適用于小型罐的應用。本質(zhì)安全電子插入技術可提供靈敏的調(diào)整、開關延時與裝配和磨損的診斷。該設備提供緊湊版本（FTM50），及分別配有延伸管和延伸繩的版本（FTM51和FTM52）。www.endress.com
　　■  由Honeywell Sensing and Control提供的液位傳感器系列，采用全內(nèi)反射原理來提高固態(tài)傳感器的傳感速度、可靠性與經(jīng)濟性。該系列產(chǎn)品采用一個光施密特觸發(fā)器，給出數(shù)字輸出以表明有無液體的存在。其符合IP67等級，而且設計是針對極端溫度、壓力、振動和沖擊的情形。www.honeywell.com
　　■  Siemens Milltronics提供了各種各樣用于液體、固體、漿料和交界面的物位測量儀表。根據(jù)測量任務，可分別采用點位測量（當物位低于或高于設定門限時，輸出一個二進制信號）和連續(xù)測量（一個連續(xù)監(jiān)測的動態(tài)過程，發(fā)射模擬或數(shù)字信號）。有各種備選技術，如超聲波、雷達、電容和靜壓等方法。www.siemens.com
　　■由日本橫河電機公司提供的EJX110A差壓變送器，可用來測量液體、氣體或氣流，以及液位、密度和壓力。它能同時精確地測量差壓與線壓，并將測量結(jié)果顯示在多功能LCD上。數(shù)字通信使其能進行遠程監(jiān)控。最適合用于液體有無的檢測。www.yokogawa.com