1、微波物位計(jì)

　　微波物位計(jì)(俗稱雷達(dá)物位計(jì))利用回波測(cè)距原理,其喇叭狀或桿式天線向被測(cè)物料面發(fā)射微披,微被傳播到不同相對(duì)介電率的物料表面時(shí)會(huì)產(chǎn)生反射,并被天線所接收。發(fā)射波與接收波的時(shí)間差與物料面與天線的距離成正比，測(cè)出傳播時(shí)間即可得知距離。由于微波是電磁波，以光速傳播且不受介質(zhì)特性影響，所以在一些有溫度、壓力、蒸汽等場(chǎng)合,超聲物位計(jì)不能正常工作,而微植物位計(jì)可以使用。在石油及石化領(lǐng)域有較廣闊的應(yīng)用前景。

　　微波物位計(jì)有兩種工作模式。

　　(1)脈沖波方式:其工作模式與超聲物位計(jì)相似,天線周期地發(fā)射微波脈沖,并接收物料面回披,同時(shí)對(duì)回披信號(hào)進(jìn)行分析處理,確認(rèn)有效回波,據(jù)之計(jì)算物位。**度約為0.2~0.3%F.S.。一般中檔以下的微植物位計(jì)都用此方式。原來(lái)生產(chǎn)起聲物位計(jì)的廠家大多采用此方式生產(chǎn)微植物位計(jì)。如:Vega、E+H、Siemens-Milltronics等。濕度傳感器探頭, ,不銹鋼電熱管 PT100傳感器, ,鑄鋁加熱器,加熱圈  流體電磁閥

　　(2)調(diào)頻連續(xù)波方式(FMCW):天線發(fā)射的微波是頻率被線性調(diào)制的連續(xù)披,當(dāng)回波被天線接收到時(shí),天線發(fā)射頻率已經(jīng)改變。根據(jù)回波與發(fā)射肢的頻率差可以計(jì)算出物料面的距離。FMCW方式測(cè)量線路較復(fù)雜,價(jià)格較高,但測(cè)量**度較高,可以達(dá)0.1%F.s.,甚至更高。同時(shí)干擾回波也較易去除,一般較**的產(chǎn)晶都采用此方案。概況物位測(cè)量技術(shù)發(fā)展及我國(guó)物位儀表工業(yè)

　　微波物位計(jì)剛進(jìn)入市場(chǎng)時(shí),曾被寄予過(guò)高的期望,實(shí)用中發(fā)現(xiàn)局限性也很大。普通的微波物位計(jì)要求被測(cè)物料為ε1>4,精密型的可低至ε2>2。ε1>2的介質(zhì)因反射波微弱而不能穩(wěn)定測(cè)量,而石化系統(tǒng)中有些介電常數(shù)ε1低的介質(zhì),如:液化氣等,就得不到穩(wěn)定的測(cè)量結(jié)果,必須加導(dǎo)披管來(lái)集中能量。概況物位測(cè)量技術(shù)發(fā)展及我國(guó)物位儀表工業(yè)

　　另外,大多數(shù)脈沖式微披物位計(jì)采用的微披頻率為5.8GHz,其輻射角較大,在儲(chǔ)罐中除了液面回波外,還會(huì)產(chǎn)生其它干擾回披,使接收回被復(fù)雜,難以確認(rèn)液面回披。在臥式罐或拱頂罐內(nèi)使用時(shí),由于頂部會(huì)對(duì)反射、披產(chǎn)生聚焦效應(yīng),形成多次回波,故不能安裝在罐中心位置。在測(cè)量固態(tài)物料時(shí),更會(huì)產(chǎn)生各種干擾回波,故大多數(shù)微披物位計(jì)不能用于測(cè)固態(tài)物位。概況物位測(cè)量技術(shù)發(fā)展及我國(guó)物位儀表工業(yè)

　　針對(duì)這些問(wèn)題,有的公司(如Siemens)開發(fā)了采用更高頻率(24GHz)的微波物位計(jì),其發(fā)射指向角小于10°,這樣能量集中,不但能測(cè)得更遠(yuǎn)距離(45m),而且信噪比高,可以測(cè)量低介電率的介質(zhì)(ε1〉1.7)。由于內(nèi)置了先進(jìn)的回披處理軟件,可以用于測(cè)量固態(tài)物料物位,甚至可以測(cè)量粉狀水泥的物位。

　　2.導(dǎo)波式微波物位計(jì)

　　導(dǎo)旋式微植物位測(cè)量技術(shù)是微披物位計(jì)的一種變型,英文名稱是Time Domain Reflectometry(時(shí)域反射法)或簡(jiǎn)稱TDR,也俗稱導(dǎo)波雷達(dá),通常采用脈沖波方式工作。與微波物位計(jì)不同點(diǎn)在于微波脈沖不是通過(guò)空間傳播,而是通過(guò)一根(或兩根)從罐頂伸入、直達(dá)罐底的導(dǎo)波體傳播。導(dǎo)波體可以是金屬硬桿或柔,性金屬纜繩。微披脈沖沿桿或纜的外側(cè)向下傳播,在被測(cè)物料表面上被反射,回披被天線接收,由發(fā)射脈沖與回波脈沖的時(shí)間差即可計(jì)算出傳播距離。它可以測(cè)量的范圍包括液體和固體的物位,以及非導(dǎo)電液體與導(dǎo)電液體的分界面。概況物位測(cè)量技術(shù)發(fā)展及我國(guó)物位儀表工業(yè)

　　和微波物位計(jì)一樣，反射信號(hào)的強(qiáng)度取決于被測(cè)物料的介電率或?qū)щ娐省５珜?dǎo)波式可以測(cè)量更低介電率的物料。其導(dǎo)波體由單根的金屬桿或纜、或現(xiàn)金根或兩根平行的桿或纜、或同軸管構(gòu)成。

　　雙桿(纜)及同鈾管式導(dǎo)波體由于電場(chǎng)能量集中,易受外部結(jié)構(gòu)影響,可以測(cè)量較低介電常數(shù)的介質(zhì)(ε1>.5)。但在桿之間(或管內(nèi)部)容易積料,積料上會(huì)產(chǎn)生虛假回液,故主要用于液體介質(zhì)。

　　單桿(纜)式可以用于液體介質(zhì),而且因?yàn)椴灰追e料,也可以用于粉狀或顆粒狀固態(tài)物料。

　　導(dǎo)波式微波物位計(jì)雖然喪失了非接觸的優(yōu)點(diǎn),但在下列應(yīng)用領(lǐng)域有其獨(dú)特優(yōu)勢(shì):

　　(1)低介電常數(shù)的液體,如:液化氣、輕質(zhì)汽油等。如果用普通微波式液位計(jì),因其介電常數(shù)低、反射信號(hào)弱導(dǎo)致不能穩(wěn)定工作,也必須加導(dǎo)波管來(lái)集中能量,一樣是接觸式。而導(dǎo)旋式價(jià)格低,工作更穩(wěn)定,安裝也方便。

　　(2)同時(shí)測(cè)量油罐中的泊位及油一水界位或類似場(chǎng)合。但必須注意,上層液體必須是非導(dǎo)電的,下層液體必須是導(dǎo)電的或介電常數(shù)較大的。

　　(3)測(cè)量固態(tài)物位,特別是粉狀物位或介電常數(shù)很低的塑料粒子(如聚乙烯)的物位。與超聲波及微波物位計(jì)相比,工作穩(wěn)定可靠。

　　(4)高溫、高壓的準(zhǔn)位測(cè)量。如鍋爐汽包及加熱器水位。這種高溫、高壓同時(shí)存在的場(chǎng)合能解決的手段不多,通常是用浮筒液位計(jì)(電動(dòng)或氣動(dòng))。但由于有活動(dòng)部件,工作可靠性受影響。現(xiàn)導(dǎo)披式微披物位計(jì)己能做到耐高壓34.5MPa(在20℃時(shí))。同時(shí)耐高溫高壓的可達(dá)到200℃(在29MPa時(shí)),及450℃(在13.5MPa時(shí))。由于其探頭部分就是同軸金屬管,所以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,價(jià)格低,對(duì)電子式浮筒液位計(jì)形成了很大競(jìng)爭(zhēng)。

　　雖然導(dǎo)波式微波物位計(jì)是接觸式的,但價(jià)格較低,又有上述優(yōu)點(diǎn),所以也作為一種受歡迎的測(cè)量方法得到發(fā)展。生產(chǎn)廠家也逐漸增多,有KROHNE、E+H、Magnetrol、K-Tek等。

　　3.超聲物位計(jì)

　　超聲被測(cè)量物位主要利用回披測(cè)距原理,技術(shù)發(fā)展已較成熟,應(yīng)用也積累了很多經(jīng)驗(yàn)。近年來(lái)的主要發(fā)展是增加通訊功能,特別是各種現(xiàn)場(chǎng)通訊協(xié)議的選項(xiàng),如:Profibus-DP、A-B公司的Remote I/O、Modbus RTU、Device net,還能通過(guò)調(diào)制解調(diào)器經(jīng)過(guò)電話線遠(yuǎn)傳,價(jià)格下降,加速了普及。

　　超聲物位計(jì)應(yīng)用有優(yōu)勢(shì)的領(lǐng)域是:

　　塊狀、顆粒狀及粉狀的固態(tài)物位測(cè)量。這些領(lǐng)域中超聲波是優(yōu)選的技術(shù)。冶金、礦山、選煤、建材、電力等工業(yè)都有大量料倉(cāng),超聲波非接觸的測(cè)量方法比傳統(tǒng)的重錘探測(cè)式不但安裝方便、工作可靠、維護(hù)量少,價(jià)格也有競(jìng)爭(zhēng)性。經(jīng)過(guò)多年應(yīng)用后,國(guó)內(nèi)電廠及選煤廠輸煤系統(tǒng)中煤倉(cāng)料位幾乎都使用超聲物位計(jì)。

　　干式氣柜等大量程位置測(cè)量,又有防爆要求的,也是超聲波占優(yōu)勢(shì)的領(lǐng)域,*大量程達(dá)90m(如上海真如煤氣站)。

　　隨著對(duì)環(huán)境保護(hù)的重視,污水處理項(xiàng)目增多。一體型超聲物位計(jì)以其使用方便、工作可靠、價(jià)格也低廉而得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。還開發(fā)了專門用于環(huán)保行業(yè)的有多種功能的超聲物位計(jì),如:能對(duì)集水井中多達(dá)五個(gè)泵進(jìn)行控制，并可計(jì)算泵送體積;根據(jù)不同時(shí)間段電費(fèi)率的不同來(lái)控制泵經(jīng)濟(jì)運(yùn)行;能檢測(cè)隔柵前后液位差;能檢測(cè)明渠流量。所以在國(guó)內(nèi)，超聲物位計(jì)也成了污水處理中的優(yōu)選物位儀表。

　　4.大型儲(chǔ)罐液位精密測(cè)量

　　石油和石化系統(tǒng)有大量?jī)?chǔ)罐需測(cè)液位,并且據(jù)之計(jì)算庫(kù)存,**度要求高(±1～2mm),量程大(15m或更高),形成一個(gè)專門的需求領(lǐng)域。

　　以往,用得較多的是鋼帶浮于被位計(jì),它是用恒力彈簧來(lái)平衡浮子重力的自力式浮于液位計(jì),除了就地指示外,還可將被位信號(hào)電傳,**度約2-3mm,不能達(dá)到計(jì)量級(jí)的要求(lmn),一般用于監(jiān)控或內(nèi)部結(jié)算。這類產(chǎn)品應(yīng)用已有五十年以上歷史,國(guó)外目前應(yīng)用仍很廣。國(guó)內(nèi)聲譽(yù)不太好,其原因大都是安裝不規(guī)范,加上沒有很好維護(hù),并不是原理或結(jié)構(gòu)上的問(wèn)題,只要加強(qiáng)日常維護(hù)就能可靠使用。因?yàn)椴⒉皇撬械膬?chǔ)罐都要**測(cè)量到1mm,所以鋼帶液位計(jì)仍有廣泛的應(yīng)用市場(chǎng)。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠有北京自動(dòng)化儀表四廠、大連儀表五廠及上海自儀五廠等。

　　國(guó)內(nèi)用得較多的還有光導(dǎo)電子液位計(jì),它是用重錘平衡浮子重力的浮于液位計(jì),與鋼帶浮子液位計(jì)屬同一類型。雖然其用光電轉(zhuǎn)換方法讀碼帶**度很高,但浮子跟蹤擅位還是靠被位變化引起的浮于浮力變化來(lái)帶動(dòng)伺服系統(tǒng)。由于系統(tǒng)靜摩擦的存在,靈敏度不可能很高,也需要較好的安裝及維護(hù)。從理論上講,不會(huì)比鋼帶液位計(jì)更高。

　　達(dá)到計(jì)量級(jí)要求**度必須在1mm以內(nèi)。目前有三種測(cè)量技術(shù)可以達(dá)到此要求。

　　(1)伺服型浮子液位計(jì):它是一個(gè)用可逆馬達(dá)來(lái)帶動(dòng)浮子自動(dòng)跟蹤液面變化的自動(dòng)伺服式液位計(jì)。測(cè)量液面的**度可達(dá)0.7mm,靈敏度可達(dá)0.1mm。同時(shí)還能測(cè)量油水界面

　　國(guó)外已經(jīng)應(yīng)用的這類產(chǎn)品生產(chǎn)廠家有荷蘭ENRAF公司、德國(guó)E+H公司、日本東京計(jì)裝(株)等。國(guó)內(nèi)大連第五儀表廠開發(fā)了樣機(jī),但未投入生產(chǎn)。

　　(2)計(jì)量級(jí)微搜液位計(jì):瑞典Saab公司較早就推出了聲稱達(dá)1mm**度的計(jì)量級(jí)雷達(dá)，國(guó)內(nèi)也應(yīng)用了不少。但在實(shí)際中是否能達(dá)到，看法尚不一致。*近E+H公司也推出了帶平面及拋物面天線的micropilot S系列雷達(dá),聲稱也能達(dá)到1mm**度,主要用于儲(chǔ)罐油位測(cè)量。由于量程大,無(wú)可動(dòng)部件,是非接觸測(cè)量,對(duì)原油、調(diào)青等粘度較大液體也能可靠測(cè)量。同時(shí)其測(cè)量**度確實(shí)也在不斷提高,價(jià)格也在下降。所以其在儲(chǔ)罐液位測(cè)量中的份額將會(huì)不斷增加。

　　(3)磁致伸縮液位計(jì):美國(guó)MTS公司的磁致伸縮液位計(jì)也是能達(dá)到計(jì)量級(jí)精度的儀表,其**度可達(dá)0.05%FS或0.5mm(兩者取其大者)。儀表結(jié)構(gòu)類似于磁浮子被位計(jì)。一根硬管或柔性管從罐頂通到底部,帶磁鋼的浮子沿披導(dǎo)管隨液面上下移動(dòng)。測(cè)量時(shí),電流脈沖在磁浮子位置的導(dǎo)管內(nèi)的波導(dǎo)管上激發(fā)出一個(gè)應(yīng)力脈沖,沿波導(dǎo)管以聲速傳播到頂部電子盒中的測(cè)量部,被轉(zhuǎn)換成電脈沖。根據(jù)應(yīng)力脈沖的傳播時(shí)間可以測(cè)定出液面位置。如果有**個(gè)浮子,適當(dāng)選擇比重,使其浮在油一水界面上,則同時(shí)能測(cè)出油一水界面位置。還可以根據(jù)要求在導(dǎo)桿長(zhǎng)度方向安置五個(gè)溫度傳感器，可以測(cè)量五個(gè)點(diǎn)的溫度。這對(duì)儲(chǔ)罐精密計(jì)量特別有利。只要一臺(tái)長(zhǎng)量程數(shù)字型的磁致伸縮液位計(jì)(M-digtai),再加上一個(gè)精密壓力變送器、PC機(jī)以及適當(dāng)軟件，就能組成一套HIMS(混合型)儲(chǔ)罐計(jì)量系統(tǒng)。和用其他方法(伺服型)組成同類系統(tǒng)相比，成本低，安裝方便，工作可靠性高。

　　磁致伸縮液位計(jì)除了浮子是可動(dòng)部件外，其他均是固態(tài)電子組件，可靠性高，平均無(wú)故障工作時(shí)間(MTBF)可達(dá)27年(美國(guó)太空總署測(cè)定)。其主要缺點(diǎn)是目前*長(zhǎng)工作長(zhǎng)度僅為18m(柔性纜式)。除MTS外，美國(guó)K-Tek公司也有同類產(chǎn)品，但沒有柔性纜式的。

　　另外，在加油站等臥式儲(chǔ)罐中的液位計(jì)量幾乎都是磁致伸縮測(cè)量油位、油水界面及五個(gè)溫度點(diǎn)，以數(shù)字方式與計(jì)算機(jī)或電子單元通訊。生產(chǎn)廠家較多，除MTS外，還有Veeder-Root、EMCO等公司，后兩者是專門做加油計(jì)量系統(tǒng)的。

　　二、我國(guó)的物位儀表工業(yè)及市場(chǎng)

　　八十年代中期以來(lái),隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和自動(dòng)化程度的提高,對(duì)物位儀表的需要在品種上及數(shù)量上都急劇增加。這時(shí)國(guó)外的物位儀表廠商看好中國(guó)市場(chǎng),并開始進(jìn)入。為了提高自己的生產(chǎn)能力,我國(guó)開始引進(jìn)技術(shù)。

　　這時(shí)期是我國(guó)石油以及石油化工工業(yè)得到較大發(fā)展的時(shí)期,對(duì)物位儀表產(chǎn)生較大需求,一些鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)抓住了這個(gè)機(jī)遇,發(fā)展了起來(lái)。

　　國(guó)外物位儀表公司與國(guó)內(nèi)有關(guān)廠合資,主要是想借中方幫助進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng),中方則希望通過(guò)合作提高自己的制造能力及產(chǎn)品性能,以及有可能通過(guò)返銷進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)。這幾年的發(fā)展也證明了合資廠比國(guó)內(nèi)企業(yè)更有生存能力。合資廠目前已開始組裝簡(jiǎn)單的電子產(chǎn)品,如電容物位開關(guān)、音叉物位開關(guān)。較復(fù)雜的電子產(chǎn)品仍以代銷為主,真正在國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的還是一些機(jī)械類產(chǎn)品,如磁浮子被位計(jì)及開關(guān)、阻旋開關(guān)等。這類產(chǎn)品機(jī)加工量大,國(guó)內(nèi)加工成本可降低很多,并有能力做好。

　　九十年代以后,國(guó)內(nèi)新建大型工程的自動(dòng)化程度基本上與國(guó)際接軌,因此對(duì)超聲、雷達(dá)、電容式、磁致伸縮等先進(jìn)的物位儀表需求量大增,而且對(duì)產(chǎn)品的可靠性、穩(wěn)定性、**度等要求也更高。八十年代中的引進(jìn)產(chǎn)品到九十年代末與國(guó)外同期產(chǎn)品相比已無(wú)先進(jìn)性可吉,自行開發(fā)也難以在短期內(nèi)見效。故這段時(shí)間的市場(chǎng)情況是**產(chǎn)品基本上是由國(guó)外公司占領(lǐng),中端產(chǎn)品由合資廠或上海自儀五廠等用組裝方式來(lái)供貨。低端產(chǎn)品大多是機(jī)加工量很大的產(chǎn)品,國(guó)外產(chǎn)晶戚本很高,故基本上是國(guó)內(nèi)工廠供貨。在**產(chǎn)品市場(chǎng)上,國(guó)內(nèi)物位儀表行業(yè)并不是完全無(wú)所作為的。有一部分技術(shù)人員領(lǐng)銜組成的民營(yíng)企業(yè),自己開發(fā)并生產(chǎn)較先進(jìn)的物位儀表,有些已有較好效果。如瑞普阿司克儀表公司生產(chǎn)的超聲波物位計(jì)、航天智控工程公司生產(chǎn)的雷達(dá)物位計(jì)及磁致伸縮液位計(jì)、上海德中儀表公司生產(chǎn)的電容物位計(jì)、哈爾檳吳維科技公司生產(chǎn)的用于貯罐精密計(jì)量的磁致伸縮液位計(jì)等.這些產(chǎn)品目前在性能上還不能完全和國(guó)外產(chǎn)品抗衡,規(guī)模也較小,但在不斷提高中,而且價(jià)格低廉,故在市場(chǎng)中已有一席之地。

　　三、結(jié)語(yǔ)

　　我國(guó)物位儀表市場(chǎng)發(fā)展空間較大,但市場(chǎng)分割的基本格局短期內(nèi)不會(huì)有太大變化,一些****產(chǎn)晶近期主要還靠進(jìn)口。由于國(guó)際上的大公司都已進(jìn)軍中國(guó),所以競(jìng)爭(zhēng)也會(huì)更激烈,國(guó)外大公司合盡快建立自己的銷售網(wǎng)絡(luò),減少代理層次來(lái)使直接用戶以更低的價(jià)格得到*新的產(chǎn)品,并得到更好的售后服務(wù)。另外也會(huì)更多地在國(guó)內(nèi)組裝或生產(chǎn)部件以降低成本。國(guó)內(nèi)的企業(yè)除了少數(shù)如上海自儀股份、西儀股份等外,其余都會(huì)很快轉(zhuǎn)為民營(yíng)、可以平等的政策條件競(jìng)爭(zhēng)發(fā)展。相信將和國(guó)外儀表工業(yè)發(fā)展過(guò)程一樣，一批具有專業(yè)知識(shí)，又能在商海中學(xué)會(huì)經(jīng)營(yíng)管理的人創(chuàng)辦的企業(yè)，*終能在競(jìng)爭(zhēng)中勝出。他們的市場(chǎng)份額會(huì)逐步增加，產(chǎn)品的檔次也會(huì)逐漸提高，完全有可能發(fā)展成為我國(guó)物位儀表的骨干企業(yè)。