物位儀表與儲罐測量技術（轉載）

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市場調研公司發現，2004年全球過程工業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。連續物位計則能提供物料位于容器內任何位置上的信息。

　　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與點位測量設備，但不包括只能提供點測量的振動式產品。
　　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生變化，從而產生錯誤的讀數，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主導地位，根據具體應用的不同，這可被歸結于很多因素。靜壓式液位測量一些具有吸引力的特點包括：
　　■  較低的產品和/或維護成本；
　　■  易于安裝；
　　■  堅固耐用；
　　■  高可靠性（經過長期驗證的）；
　　■  較寬的介質兼容性；以及
　　■  用戶熟悉度
　　其中，成本可能是最主要因素。例如，2004年，只有占全球連續物位測量市場1%份額的聲波/超聲波產品擁有較低的平均售價，而其他產品的成本則相對較高。
　　非接觸式微波/雷達產品占據了全球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/雷達產品已經廣泛用于各類ITG應用。例如，在1991年，這些產品約占全美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，在海運業出貨的ITG系統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，尤其是亞洲和環太平洋國家和地區。2004年，ITG系統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。根據發射和接收信號的差別，系統就能計算出儲罐中的物位。
　　這里有如下兩種調制方法：
　　■  脈沖系統是測量由發射脈沖到接收到回波的時間。通過發射與接收脈沖之間的延時即可直接計算出物位；
　　■  調頻連續波（FMCW）發射方案，是將頻率已改變的回波信號與發射的微波信號混合，由于其頻率不同（因為調頻），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。現已知最佳頻率為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；
　　■  易受介質與傳感器之間的環境（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。迄今為止，大多數ITG系統都是用于石油天然氣行業海基和陸基的應用，包括精煉。在2004年的全球ITG系統市場當中，上述應用所占份額超過87%，其中絕大多數出貨的產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系統的應用；預計在接下來的5年里，采用該技術的產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、提供簡化功能產品，和提高低價位產品的產量。提高產量將導致更大的規模經濟效益。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/雷達產品預計將是過程物位測量和ITG應用中增長最快的產品。而ITG市場中的接觸/制導式微波/雷達產品和聲波/超聲波系統甚至預計將有更高的增長。不過聲波/超聲波&#

25216;術現在只占全球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公司的這類產品1997年在過程物位測量上的應用，以及Barton Instrument System公司的產品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全球份額的8.8%和3.1%。
　　該類產品（有些被稱為射頻或時域反射計）安裝在儲罐頂部，沿插入罐內物料中的傳輸線或波導發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制兩種類型。
　　和非接觸式產品相比，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邦通信委員會或其他國家的類似政府監管機構的許可限制。
　　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。此外，此類產品還難以測量介電常數極低的塑料材料（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。可在-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。本質安全電子插入技術可提供靈敏的調整、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，采用全內反射原理來提高固態傳感器的傳感速度、可靠性與經濟性。該系列產品采用一個光施密特觸發器，給出數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）和連續測量（一個連續監測的動態過程，發射模擬或數字信號）。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，并將測量結果顯示在多功能LCD上。數字通信使其能進行遠程監控。最適合用于液體有無的檢測。www.yokogawa.com