在化工、油氣、食品等行業(yè)中，經(jīng)常需要測(cè)量不同液體之間的分界面的高度，從而精確控制反應(yīng)過程、原料儲(chǔ)量等。
MTS傳感器部門生產(chǎn)的Level Plus系列液位計(jì)采用MTS特有的Temposonics?磁致伸縮傳感技術(shù)，配合特定密度的磁性浮子，可對(duì)不同液體的分界面高度進(jìn)行精確測(cè)量。
市場(chǎng)上測(cè)量液體分界面高度的產(chǎn)品群雄逐鹿，招式各有千秋，小編將一一細(xì)數(shù)，看看哪種測(cè)量原理能拔得頭籌!
一、射頻導(dǎo)納液位計(jì)(電容液位計(jì))
射頻導(dǎo)納液位計(jì)的傳感器是一根帶特氟龍涂層的金屬桿或者柔性金屬纜，需要插入被測(cè)液體內(nèi)。這樣金屬桿(纜)和容納被測(cè)液體的金屬罐壁之間就會(huì)產(chǎn)生電容，這個(gè)電容在射頻電路(頻率達(dá)到300Ghz)下被放大到足夠測(cè)量的電導(dǎo)納值。如果被測(cè)液體分層后形成上層油下稱水的分層，那么會(huì)形成C1、C2和C3三個(gè)電容值。因?yàn)樗膶?dǎo)電性能使C3的值最大，則射頻導(dǎo)納液位計(jì)測(cè)量得到的電容值主要取決于C3的值。因此水位的高度就和C3的值幾乎成正比例關(guān)系。
根據(jù)以上測(cè)量原理，射頻導(dǎo)納測(cè)量分界面的必要條件和局限性：
1、 上層液體不能導(dǎo)電，如苯、碳?xì)浠衔锏?下層被測(cè)液體必須是導(dǎo)電液體，如普通水或者水溶液。
2、 對(duì)分界面測(cè)量精度要求不高。因?yàn)樯蠈佑偷母叨群捅粶y(cè)罐體的形狀等都會(huì)被測(cè)精度影響。
二、導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)
導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)的傳感器也是金屬桿或者金屬纜插入被測(cè)液體內(nèi)。液位計(jì)的電子頭發(fā)射雷達(dá)波脈沖。雷達(dá)波脈沖會(huì)沿著金屬桿或者金屬纜朝向被測(cè)液體傳播，當(dāng)?shù)竭_(dá)介電常數(shù)發(fā)生變化位置時(shí)會(huì)產(chǎn)生反射。液位計(jì)電子頭計(jì)算發(fā)射雷達(dá)波脈沖和接受雷達(dá)波脈沖的時(shí)間差來確定被測(cè)液位的高度。如下圖，如果被測(cè)液體上層油下稱水，則雷達(dá)波分別在從空氣進(jìn)入油的時(shí)候、以及從油進(jìn)入水的時(shí)候分別發(fā)生反射。
從導(dǎo)波雷達(dá)的測(cè)量原理可知其測(cè)量分界面的必要條件：
1、 雷達(dá)波發(fā)生反射的必要條件是介電常數(shù)發(fā)生變化。如果介電常數(shù)的變化很小的話，雷達(dá)波的反射信號(hào)也很小以至于無法測(cè)量。因此導(dǎo)波雷達(dá)測(cè)量分界面要求下層液體的介電常數(shù)比上層液體的要大得多。而介電常數(shù)的大小一般無法通過常規(guī)手段測(cè)量，而且介電常數(shù)大小很容易受到環(huán)境溫度、電磁頻率、罐內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)等影響。這就決定了無法輕易判斷導(dǎo)波雷達(dá)能否和應(yīng)用環(huán)境相適應(yīng)。
2、 為了保持雷達(dá)波穿過上層液體后還有足夠的能量在分界面上還能產(chǎn)生反射，一般要求傳感器是一個(gè)同軸結(jié)構(gòu)。上圖是導(dǎo)波雷達(dá)測(cè)量分界面的安裝要求，左邊是導(dǎo)波雷達(dá)的測(cè)量桿和測(cè)量筒是一個(gè)同軸結(jié)構(gòu)，右圖中導(dǎo)波雷達(dá)的測(cè)量桿安裝在一個(gè)布滿倒液孔的測(cè)量管內(nèi)。同軸結(jié)構(gòu)內(nèi)外的分界面變化有時(shí)無法真正同步會(huì)導(dǎo)致測(cè)量誤差。而且粘性較大的液體會(huì)粘連在同軸結(jié)構(gòu)內(nèi)干擾測(cè)量。
3、 如果要精確測(cè)量被測(cè)液體分界面必須知道上層液體的具體介電常數(shù)。因?yàn)槔走_(dá)波穿過空氣的速度是光速，而穿過上層液體的速度小于光速且和其介電常數(shù)成反比。因?yàn)榻殡姵?shù)不容易測(cè)量且善變，因此導(dǎo)波雷達(dá)很難精確測(cè)量分界面高度。
三、浮筒液位計(jì)
浮筒液位計(jì)測(cè)量分界面一般安裝在罐體的側(cè)面，把被測(cè)液體通過兩個(gè)法蘭口從被測(cè)罐引入測(cè)量筒內(nèi)，同時(shí)測(cè)量通內(nèi)還有一個(gè)浮子通過一些機(jī)械結(jié)構(gòu)和電子頭相連。通過測(cè)量浮子受到浮力的變化來感應(yīng)測(cè)量筒內(nèi)液體的平均密度，從而評(píng)估出被測(cè)分界面的高度(假定測(cè)量筒內(nèi)只有兩種液體)。浮筒液位計(jì)不要求被測(cè)液體的導(dǎo)電性和介電常數(shù)。
根據(jù)浮筒液位計(jì)的原理和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，其測(cè)量分界面的必要條件和局限：
1、 只能安裝在被測(cè)罐體側(cè)面，且保證測(cè)量筒內(nèi)沒有空氣。
2、 為了保證測(cè)量的精度必須定期進(jìn)行校準(zhǔn)，因?yàn)楦∽拥诫娮宇^之間的力傳輸結(jié)構(gòu)會(huì)隨著時(shí)間而偏移設(shè)定。
3、 因?yàn)闇y(cè)量筒的狹小結(jié)構(gòu)，被測(cè)液體中的固體或者粘性物質(zhì)會(huì)使浮子卡在測(cè)量筒內(nèi)，無法真正反映分界面高度。
四、雙法蘭液位計(jì)
雙法蘭液位計(jì)通過測(cè)量兩個(gè)固定位置的壓力差來反映兩個(gè)位置之間的液體的平均密度從而間接測(cè)量分界面高度。雙法蘭液位計(jì)也是安裝在罐體的側(cè)面，但是不需要測(cè)量筒，因此解決了上面浮筒液位計(jì)內(nèi)浮子容易卡死的問題。
雙法蘭液位計(jì)通過充油的毛細(xì)管把罐內(nèi)的兩個(gè)壓力值傳輸?shù)诫娮宇^部分。因此雙法蘭液位計(jì)的界面測(cè)量受到以下因素的影響：
1、 環(huán)境溫度變化對(duì)毛細(xì)管內(nèi)油壓有明顯影響，因此長的測(cè)量范圍必須要長的毛細(xì)管，從而導(dǎo)致溫度變化對(duì)測(cè)量精度也影響很大。
2、 必須保證兩個(gè)法蘭之間充滿液體。
3、 毛細(xì)管充油需要特殊的生產(chǎn)技術(shù)，因此測(cè)量范圍對(duì)儀表價(jià)格影響很大。
4、 安裝過程要保證毛細(xì)管不要受到外部機(jī)械沖擊，防止毛細(xì)管受損或者油路堵塞。
五、終極篇 - 磁致伸縮液位計(jì)
磁致伸縮液位計(jì)通過測(cè)量浮在分界面上的磁性浮子的位置來測(cè)量分界面的高度。MTS生產(chǎn)的Level Plus系列液位計(jì)可以實(shí)現(xiàn)測(cè)量誤差控制在1毫米以內(nèi)，最大的測(cè)量范圍可以達(dá)到22米。磁致伸縮液位計(jì)的測(cè)量不依賴于液體的導(dǎo)電性、介電常數(shù)等物理參數(shù)，只是基于不同液體的密度差。密度差和相互不溶解是形成分界面的必要條件。
Level Plus系列
磁致伸縮液位計(jì)只要選擇好特定浮子的密度，安裝后不需要定期的維護(hù)和標(biāo)定就能保證液位計(jì)的長期可靠性和精確性。
磁致伸縮液位計(jì)的應(yīng)用局限性在于不能用于操作粘度很高的液體(建議粘度小于400厘泊)。高粘度液體容易把浮子粘在一個(gè)位置不變，導(dǎo)致磁致伸縮液位計(jì)測(cè)量到的浮子位置不能準(zhǔn)確反映分界面高度。
Level Plus磁致伸縮液位計(jì)應(yīng)用實(shí)例
1、 二硝基甲苯(DNT)和水的分界面
因?yàn)槎趸妆?DNT)相對(duì)于水的比重是，因此在罐內(nèi)是下層液體，因此無法使用射頻導(dǎo)納、導(dǎo)波雷達(dá)。而且因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)的測(cè)量范圍超過4米，因此無法使用浮筒液位計(jì)和雙法蘭液位計(jì)。通過使用Level Plus系列磁致伸縮液位計(jì)可以同時(shí)測(cè)量反應(yīng)罐內(nèi)的液位和分界面高度，從而對(duì)化學(xué)反應(yīng)過程精確控制。
2、 液體白磷和水的分界面
白磷是生產(chǎn)磷酸類物質(zhì)的基本原料。但是因?yàn)榘琢自诳諝馊菀鬃匀唬矣卸荆虼艘话愣純?chǔ)存在具有水封的儲(chǔ)存槽內(nèi)。Level Plus液位計(jì)可以對(duì)水封下的白磷存量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)保證水封的厚度防止白磷和空氣接觸。
3、 大型成品油罐
煉化工廠、燃料輸送系統(tǒng)等都有一些成品油儲(chǔ)罐、轉(zhuǎn)運(yùn)罐等，這些罐子高度都有15～20米高。因?yàn)橛行┏善啡加蜁?huì)吸收空氣中的水分，導(dǎo)致很多罐底都有積水。MTS傳感器生產(chǎn)的Level Plus液位計(jì)可以同時(shí)測(cè)量罐內(nèi)成品油液位和油水分界面的高度，同時(shí)還可以根據(jù)液位計(jì)內(nèi)部的罐容表來計(jì)算罐內(nèi)容量，并且輸出罐內(nèi)的成品油溫度。Level Plus液位計(jì)只通過罐上的一個(gè)測(cè)量孔，就可以同時(shí)輸出液位、分界面高度、罐內(nèi)容量和溫度的測(cè)量結(jié)果，滿足國際石油組織對(duì)成品燃油的交接計(jì)量要求。
