常見問題

物位儀表與儲(chǔ)罐測(cè)量技術(shù)

物位測(cè)量設(shè)備用來確定儲(chǔ)罐、容器、筒倉(cāng)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(chǎng)調(diào)研公司發(fā)現(xiàn)，2004年全球過程工業(yè)物位測(cè)量設(shè)備的市場(chǎng)總值為13.2億美元，其中儲(chǔ)罐計(jì)量系統(tǒng)大約占3.27億美元。大批檢測(cè)技術(shù)被用于測(cè)量物位—一個(gè)被廣泛測(cè)量的過程變量。

物位測(cè)量傳感器分為兩類：點(diǎn)位開關(guān)與連續(xù)物位計(jì)。一些技術(shù)在這兩類傳感器上都有使用。點(diǎn)位是指物料到達(dá)、高于或低于容器中某個(gè)特定點(diǎn)，此類設(shè)備用來指示容器是滿、空還是處于中間某個(gè)位置。連續(xù)物位計(jì)則能提供物料位于容器內(nèi)任何位置上的信息。

相對(duì)于過程控制，儲(chǔ)罐計(jì)量(ITG)是指對(duì)庫存存儲(chǔ)和保管交接等應(yīng)用進(jìn)行的物位測(cè)量。很多ITG系統(tǒng)都比過程物位測(cè)量儀表具有更大的測(cè)量范圍和更高的測(cè)量精度。

不同技術(shù)的出貨情形

這里，出貨的過程設(shè)備包括連續(xù)與點(diǎn)位測(cè)量設(shè)備，但不包括只能提供點(diǎn)測(cè)量的振動(dòng)式產(chǎn)品。

靜壓式液位計(jì)是迄今為止全球出貨金額最大的過程物位測(cè)量設(shè)備，其中絕大部分都是連續(xù)測(cè)量設(shè)備。這種設(shè)備中最簡(jiǎn)單的是靜壓式探頭設(shè)備，它通過測(cè)量?jī)?chǔ)罐底部的壓力來確定敞口儲(chǔ)罐中的液位，這是因?yàn)槊芏纫阎后w任何點(diǎn)上的壓強(qiáng)，都由該點(diǎn)之上的液體高度確定。

而另一方面，差壓式設(shè)備是最普遍的連續(xù)液位測(cè)量設(shè)備。在應(yīng)用當(dāng)中，差壓式傳感器的高壓部分與儲(chǔ)罐底部相連，低壓部分則與密閉儲(chǔ)罐頂部空出的部位相連。如果液體密度恒定，則測(cè)得的壓強(qiáng)差就指示了實(shí)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(huì)使某些重力發(fā)生變化，從而產(chǎn)生錯(cuò)誤的讀數(shù)，這就需要對(duì)其進(jìn)行修正。

對(duì)接下來的5年，VDC公司預(yù)計(jì)靜壓式設(shè)備的全球市場(chǎng)份額將會(huì)下降，但下降不會(huì)太多。壓力式傳感預(yù)計(jì)仍將是過程物位測(cè)量領(lǐng)域的主導(dǎo)技術(shù)。這種技術(shù)已經(jīng)使用了很長(zhǎng)時(shí)間，甚至一些主要的供應(yīng)商也擔(dān)心其被取代，但其實(shí)并沒有這么快。

靜壓式液位測(cè)量技術(shù)持久占據(jù)主導(dǎo)地位，根據(jù)具體應(yīng)用的不同，這可被歸結(jié)于很多因素。靜壓式液位測(cè)量一些具有吸引力的特點(diǎn)包括：

1)較低的產(chǎn)品和/或維護(hù)成本；

2)易于安裝；

3)堅(jiān)固耐用；

4)高可靠性(經(jīng)過長(zhǎng)期驗(yàn)證的)；

5)較寬的介質(zhì)兼容性；以及

6)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(cè)量市場(chǎng)1%份額的聲波/超聲波產(chǎn)品擁有較低的平均售價(jià)，而其他產(chǎn)品的成本則相對(duì)較高。

非接觸式微波/雷達(dá)產(chǎn)品占據(jù)了全球ITG市場(chǎng)的最大份額，2004年此類設(shè)備在海運(yùn)和非海運(yùn)應(yīng)用中的出貨金額占全球ITG設(shè)備總出貨金額的60%多，而靜壓式儲(chǔ)罐計(jì)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(yīng)用在油輪上以來，非接觸式微波/雷達(dá)產(chǎn)品已經(jīng)廣泛用于各類ITG應(yīng)用。例如，在1991年，這些產(chǎn)品約占全美ITG市場(chǎng)的10%，到1997年達(dá)到大約14%，2002年則為22%。

該技術(shù)在美國(guó)及整個(gè)北美的市場(chǎng)份額要遠(yuǎn)低于其全球市場(chǎng)份額。這主要是因?yàn)?，在海運(yùn)業(yè)出貨的ITG系統(tǒng)主要是應(yīng)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(guó)家和地區(qū)。2004年，ITG系統(tǒng)在北美海運(yùn)應(yīng)用上的出貨量不到全球市場(chǎng)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(chǎng)。

非接觸式微波/雷達(dá)物位測(cè)量設(shè)備安裝于儲(chǔ)罐頂部，它向下發(fā)送微波信號(hào)至儲(chǔ)罐中物料的表面，然后接收器接收反射回來的信號(hào)。根據(jù)發(fā)射和接收信號(hào)的差別，系統(tǒng)就能計(jì)算出儲(chǔ)罐中的物位。

這里有如下兩種調(diào)制方法：

1)脈沖系統(tǒng)是測(cè)量由發(fā)射脈沖到接收到回波的時(shí)間。通過發(fā)射與接收脈沖之間的延時(shí)即可直接計(jì)算出物位；

2)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(hào)與發(fā)射的微波信號(hào)混合，由于其頻率不同(因?yàn)檎{(diào)頻)，因此混合信號(hào)的頻率與到物料表面的距離成正比。

所采用的微波頻率對(duì)雷達(dá)物位計(jì)的性能有很大影響。高頻短波長(zhǎng)的信號(hào)，對(duì)蒸汽、泡沫和污染物極為敏感。在24GHz的頻率上，即使是少量的水蒸氣也能吸收微波信號(hào)。低頻長(zhǎng)波長(zhǎng)和寬波束角的信號(hào)，則會(huì)從儲(chǔ)罐壁和攪拌器上返回許多干擾回波?，F(xiàn)已知最佳頻率為10GHz左右。
非接觸式微波/雷達(dá)設(shè)備完全或相對(duì)不易遇到其它許多技術(shù)可能面臨的測(cè)量問題，如：

3)與物料密度相關(guān)；

4)與物料介電常數(shù)有關(guān)；

5)易受灰塵影響；

6)維護(hù)強(qiáng)度高；

7)在真空下不能工作；

8)易受壓力影響；

9)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；

10)易受量程的影響；以及

11)易受溫度的影響等。

該技術(shù)的非接觸特性尤其適合用來測(cè)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?yīng)用，包括精煉。在2004年的全球ITG系統(tǒng)市場(chǎng)當(dāng)中，上述應(yīng)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(dá)技術(shù)的。

非接觸式微波/雷達(dá)技術(shù)設(shè)備價(jià)格較高，這是阻止它獲得更廣泛應(yīng)用的一個(gè)障礙。對(duì)于過程物位測(cè)量應(yīng)用，情況更是如此，其中2004年該技術(shù)大約只占全球出貨量的6%。然而，其價(jià)格正在下降，以滿足過程和ITG系統(tǒng)的應(yīng)用；預(yù)計(jì)在接下來的5年里，采用該技術(shù)的產(chǎn)品平均售價(jià)將會(huì)有很大降低。

影響因素包括采用低成本器件、提供簡(jiǎn)化功能產(chǎn)品，和提高低價(jià)位產(chǎn)品的產(chǎn)量。提高產(chǎn)量將導(dǎo)致更大的規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益。此外，更多廠家正在進(jìn)入這一市場(chǎng)，從而進(jìn)一步加大了價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)壓力。

高增長(zhǎng)的市場(chǎng)

非接觸式微波/雷達(dá)產(chǎn)品預(yù)計(jì)將是過程物位測(cè)量和ITG應(yīng)用中增長(zhǎng)最快的產(chǎn)品。而ITG市場(chǎng)中的接觸/制導(dǎo)式微波/雷達(dá)產(chǎn)品和聲波/超聲波系統(tǒng)甚至預(yù)計(jì)將有更高的增長(zhǎng)。不過聲波/超聲波技術(shù)現(xiàn)在只占全球ITG市場(chǎng)很小的份額(小于1%)。

2004年，接觸/制導(dǎo)式微波/雷達(dá)產(chǎn)品大約占全球物位測(cè)量設(shè)備市場(chǎng)的4%，以及全球ITG市場(chǎng)的大約3%。這是最近才推出的一項(xiàng)新的物位測(cè)量技術(shù)。VDC第一個(gè)意識(shí)到Bindicator和Krohne公司的這類產(chǎn)品1997年在過程物位測(cè)量上的應(yīng)用，以及BartonInstrumentSystem公司的產(chǎn)品2002年在ITG上的應(yīng)用。

接觸/制導(dǎo)式微波/雷達(dá)物位測(cè)量設(shè)備可以測(cè)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(xiàng)技術(shù)在過程固體和液體物位測(cè)量應(yīng)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(shí)域反射計(jì))安裝在儲(chǔ)罐頂部，沿插入罐內(nèi)物料中的傳輸線或波導(dǎo)發(fā)射無線電或低頻微波信號(hào)。與非接觸式微波/雷達(dá)物位測(cè)量設(shè)備一樣，接觸式微波/雷達(dá)設(shè)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(dá)物位計(jì)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(diǎn)。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(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)或其他國(guó)家的類似政府監(jiān)管機(jī)構(gòu)的許可限制。

這種全電子設(shè)備可在超短或超長(zhǎng)距離內(nèi)進(jìn)行測(cè)量，且不易受灰塵、空氣運(yùn)動(dòng)、溫度或壓力波動(dòng)的影響。

另一方面，壓在傳輸線或波導(dǎo)上的重物也會(huì)引起虛假讀數(shù)。此外，此類產(chǎn)品還難以測(cè)量介電常數(shù)極低的塑料材料(如EPS珠)的物位。但是，它對(duì)塑料球和塑料片的測(cè)量效果卻很好。

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