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Endress+Hauser公司物位產品經理 卡斯滕·舒茨
Endress+Hauser公司中國銷售中心物位產品工程師 鄭明山
技術發展到今天，應用于物位連續測量的物理原理多種多樣，因此不難理解，工廠的現場技術人員在為項目做規劃時，往往希望能夠用單一技術解決所有的物位測量，這樣可以大量減少操作失誤和過多培訓，由此節省費用。然而這種放之四海而皆準的技術并非那么容易找到，因為每種技術都有自己的優點和缺陷。
在物位測量時，如果希望每種應用的測量都能夠完美解決，那么在選擇儀表時，應充分考慮現場的工況，比如要測量的介質的性質，在工業運行過程中的過程條件，還有現場的溫度和壓力對測量的影響。有經驗的儀表供應商比如Endress+Hauser 自動化設備有限公司，擁有一批經驗豐富的技術人員，可以根據不同的應用為提供合適的測量儀表。下面的例子用來說明為工廠做規劃選型時，選擇儀表需要考慮的內容。
圖1 選擇何種原理測量分界面完全取決于現場的實際工況，從左至右：界面明顯，應選用導波雷達測量；有乳化層的分界面，應選用電容式物位儀測量；多種混合物界面，應選用放射性儀表。
雷達儀表應用廣泛
在物位測量中，雷達微波技術相對于超聲波有很大的優點。比如Endress+Hauser 公司的非接觸式雷達Micropilot M最高可以承受400度的過程溫度，可以承受從真空到160公斤的過程壓力。而對于導波雷達Levelflex，最高可承受的過程溫度也是400攝氏度，而最高過程壓力甚至可以達到400公斤。 即使在測量過程溫度為200度，過程壓力為50公斤的汽包液位時，由于運用了“氣相測量誤差補償功能”的獨特技術，雷達波在氣相中速度的改變對測量結果仍然不構成任何影響。
微波的固有物理性質是雷達技術的另一個優勢，微波能夠穿透大量的塑料和部分型號的玻璃，因此用雷達儀表測量某些塑料或者玻璃容器內的溶液時，不需要安裝在專門制作的安裝短管中，而是直接安裝在容器外，利用雷達波穿透容器直接進行液位測量(如圖2所示)。
圖2 微波雷達Micropilot M FMR240從容器外測量液位
導波雷達不懼嚴苛工況
當現場的液位由于某種原因產生大量的泡沫時，用導波雷達Levelflex M來測量是最佳選擇，導波雷達由于只有1GHz的頻率，而且有導波纜或者導波桿進行導波，測量效果完全不受泡沫影響。有時候現場需要測量更加復雜的情況時，比如由于多級攪拌引起的劇烈液面波動并伴隨著大量泡沫，此時測量只能選擇壓力儀表或者差壓儀表進行液位測量，其他的特殊工況，比如液體分界面的測量，可能還需要多種不同的測量方法來滿足不同的過程條件。
如果用導波雷達來測量界面時，可以得到三個量的輸出(分界面位置，上層液位高度，總液位)；如果用電容式物位計進行測量，只能輸出界面位置，但是在出現乳化層時仍能夠精確的測量，而導波雷達的微波會因被乳化層吸收而衰減，電容會根據乳化層的的電容值計算出連續液位。如果遇到更復雜的工況，比如上層液體全部是混合物時，只能選用GAMMA射線進行測量。
固體測量的完美解決方案
如果測量固體料位，當進料時，固體表面往往會形成一個安息角，而如果出料時，表面會形成一個下凹的漏斗，使用非接觸式的雷達波或超聲波測量在這種場合時，往往會由于固體表面對波的發散而無法測量到正確信號，而此時導波雷達比如Levelflex M則表現出優越性。當表面安息角過大，而造成物位表面信號過于分散無法測量時，導波雷達是唯一最適合的儀表，這種特殊的工況其測量效果幾乎沒有任何影響(如圖3所示)。
圖3 利用導波雷達Levelflex M測量糖儲罐
輕質的粉末狀固體比如固體二氧化硅粉末，聚苯乙烯，或木屑粉末在濕度不高的情況下，密度和介電常數都很低，在這種情況下，雷達儀表和超聲波儀表都無法保證可靠測量，此時最好的選擇是機械式儀表，現在的機械式儀表也一直在進行技術改進，比如重錘物位計Silopilot M，控制部分已經完全用電子部件替代了機械部件，這其中就包含了代表最新科技的頻率轉換控制器，利用單相供電，帶動三相拖動電機工作。重錘式儀表工作時，不會象雷達或者超聲波那樣受到固料“堆角”的影響，這樣在設計容器的過程結構時，完全不用考慮這些因素所帶來的影響。
在一些極端工況中，比如測量在非常高的固體容器中的水泥或面粉，氣動進料時會引起大量的粉塵和粘附，使用超聲波時由于信號衰減過大而無法測量，但是有一些功能強大的雷達，即使在這種嚴苛的條件下仍然能夠穩定可靠的測量。
在一些測量堅硬固體比如碎石的場合，可以提供具有自清洗功能的超聲波探頭，超聲波探頭可以通過自身的震動來清潔，這樣無須額外的清潔維護。只有分體式超聲波的探頭才具有這種功能，探頭和變送器的距離可以擴展到300米，在現場工況很惡劣的場合，比如碎石機的現場噪音和震動很大，可以通過分體式探頭把變送器安裝在便于調試的地點。
物位測量的特殊工況幾乎無窮無盡，難以一一列舉。在選型時，不能只傾向于選擇“最時髦”的技術，要根據現場的實際情況進行選型，有時候傳統的解決方案比如電容、超聲波、壓力或其他很多機械式儀表才是最佳的選擇。
摘自《自動化博覽》2010年第二期
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號