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用高新技术占领制高点国外石化储罐计量仪表发展分析

jhlu3  发表于 2009/7/7 21:28:24      1258 查看 0 回复  [上一主题]  [下一主题]

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近年来,石油和化学工业发展迅速,储罐自动计量的作用显得越来越重要。从20世纪80年代开始,随着微电子、计算机、光纤、超声波、传感器等高科技的迅猛发展,各种新型储罐自动计量技术不断涌现。可以说,储罐自动计量已进入'多功能、高精度'新阶段。 

    世界发达国家储罐计量仪表不但品种齐全、技术先进,而且性能优良,其在发展高精度、多功能计量仪表的同时,着重考虑性能可靠、价格便宜、适应不同需要,强调使用周期长、减少维护费用以及时间浪费,重视尖端技术、先进技术和工艺的应用。

    液位计量仪表国外液位仪表早期大多采用机械原理。近年来随着电子技术的应用,逐步向机电一体化方向发展,同时发展了许多新的测量原理。但是传统原理中也渗透了电子技术及微机技术,结构和功能上都有很大改进。从国外液位仪表发展的技术动向看,智能化液位计、非接触测量方式的液位计、新原理小型液位开关是目前发展的主要热点。

    近年来,液位计领域在应用电子技术的同时,也发展到智能化产品阶段,伺服式液位计应运而生。这类仪表用一个很细的钢丝绳系着一个小的平衡浮子,用安装在罐顶变送器中的一个十分灵敏的重力敏感装置测量浮子的质量,并控制伺服电机动作升降浮子,跟踪液位变化,同时带动信号变 送机构发出远传信号。该液位计跟踪误差可达0.1mm,同时还能补偿液面高低对钢丝绳产生的附加质量的误差,最高精度可达±0.7mm。另外,该液位计还可测量相对密度、界位等计量参数,具有自诊断及通信功能。由于几乎没有传动部件,因此仪表可靠性高,主要适用于储罐的精密计量。

    非接触测量液位计包括超声波液位计、微波液位计、激光液位计、γ射线液位计。超声波液位计是非接触液位计中发展最快的一种。该技术基于超声波在空气中的传播速度及遇到被测物体表面产生反射的原理,超声换能器发射至反射超声波脉冲信号所需的时间,就表示介质与传感器之间的距离。它用一个温度传感器,对温度的变化而使信号的行程时间波动进行补偿。智能化的超声波液位计带有一个功能很强的智能回波分析软件包,可以将搅拌器产生的干扰过滤出来,识别从容器部件与边缘反射的回波和多重回波,分析信号强度和环境温度等有关信息,最后得出行程时间。该液位计即便在有扰动条件下读数也是精确的。新型气密结构、耐腐蚀的超声换能器可测量高达10m的液位,测量精度可达±6mm。

    连续式微波液位计这几年已逐步推向市场。它是采用调频雷达原理,微波发射和接收器安装在罐顶,向液面发射频率调制的微波信号。当接收到回波信号时,由于来回传播的时间延迟,发射频率已改变了。将两者信号混合处理,就能得出与反射面距离成正比的差频信号,然后转换成标准信号输出。目前,智能型微波雷达液位计测量精度可达±1mm。

    激光液位计测量原理与超声波式相同,只是用光波代替声波。即由传感器发射激光照射被测物面,并接收反射光,将从发射至接收到光的时间换算成液位。激光的光束是很窄的,在液位计中通过光学系统转换成约20mm宽的光束,这样即使被测物面很粗糙,漫反射光也能被传感器接收。激光液位计非常适用于开口很狭的容器及高温、高粘度的测量对象。

    γ射线液位计是基于γ射线对不同物质产生不同衰减的理论,将放射源钴60或铯137置于一防护容器内,放在被测容器的一侧,在被测容器的另一侧装有一检测器。当γ射线穿透容器时,接收器接收到的γ射线量的大小取决于射线穿透容器中液体后的衰减量,液位越高,衰减越大,接收器将γ射线量变为光脉冲信号,再由光电倍增管转换为电脉冲信号。γ射线液位计特别适用于传统测量仪表不能解决的测量问题,因为测量件没任何部件与被测物体相接触。

    目前,一些利用新检测原理、新型电子部件构成的小型现场液位开关已大量推向市场,使液位仪表呈现两极发展的趋势。较典型的是利用超声波穿透空气及液体时衰减率的显著差别来检测液面的超声液位开关、利用空气和液体对振动体的阻尼差别来检测液位的振动式液位开关、利用空气和液体电导率的不同来检测液位的电导式液位开关。液位开关信号可现场显示,还能发出控制信号,有的还采用二线制,能直接和计算机接口。

    静压计量仪表该技术是利用压力传感器(变送器)测量罐内液体的静压力,根据储罐几何参数计算出容量和质量。从70年代起,发达国家开始致力于研究各种压力传感器,在传感器的制造工艺、电路补偿及智能化方面作了大量工作。

    美国霍尼维尔公司在总结分析了Class41型扩散硅力敏传感器的基础上,开发研究出ST3000压阻式智能传感器。在工艺上,ST3000的电阻获得不是用扩散法而是用离子注入法实现,这样阻值均匀,一致性好;电路上,采用内外补偿法,即在同一硅片上配置有补偿用的温度元件和静压元件;封装上,传感器芯片与玻璃管直接利用静电封装方法获得。ST3000智能传感器配置差压、静压及温度三种传感元件,可进行输入数据的补偿、标度变换,具有自动采样扫描、自诊断、自动校正等功能,采用微处理器和大规模集成电路,其量程比可达100∶1(最大可达400∶1),精度一般为±0.1%,使用温度范围为-40℃~100℃,并具有数字通讯接口,能与计算机直接连接。

    E+H公司的CERABAR过程压力变送器系列是取代传统变送器及压力表的现代化高精度仪表。CERABAR过程压力变送器采用电容式陶瓷测量元件作为传感器,无中间液,无磨损,极耐过压和压力交替变化,抗冲击能力强,温度稳定性0.1%F.S,长期稳定性0.15%F.S,仪表可输出模拟信号,并与HART协议兼容,可以方便地进行计算机组态。

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