1、微波物位計

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

　　微波物位計有兩種工作模式。

　　(1)脈沖波方式:其工作模式與超聲物位計相似,天線周期地發射微波脈沖,并接收物料面回披,同時對回披信號進行分析處理,確認有效回波,據之計算物位。**度約為0.2~0.3%F.S.。一般中檔以下的微植物位計都用此方式。原來生產起聲物位計的廠家大多采用此方式生產微植物位計。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)調頻連續波方式(FMCW):天線發射的微波是頻率被線性調制的連續披,當回波被天線接收到時,天線發射頻率已經改變。根據回波與發射肢的頻率差可以計算出物料面的距離。FMCW方式測量線路較復雜,價格較高,但測量**度較高,可以達0.1%F.s.,甚至更高。同時干擾回波也較易去除,一般較**的產晶都采用此方案。概況物位測量技術發展及我國物位儀表工業

　　微波物位計剛進入市場時,曾被寄予過高的期望,實用中發現局限性也很大。普通的微波物位計要求被測物料為ε1>4,精密型的可低至ε2>2。ε1>2的介質因反射波微弱而不能穩定測量,而石化系統中有些介電常數ε1低的介質,如:液化氣等,就得不到穩定的測量結果,必須加導披管來集中能量。概況物位測量技術發展及我國物位儀表工業

　　另外,大多數脈沖式微披物位計采用的微披頻率為5.8GHz,其輻射角較大,在儲罐中除了液面回波外,還會產生其它干擾回披,使接收回被復雜,難以確認液面回披。在臥式罐或拱頂罐內使用時,由于頂部會對反射、披產生聚焦效應,形成多次回波,故不能安裝在罐中心位置。在測量固態物料時,更會產生各種干擾回波,故大多數微披物位計不能用于測固態物位。概況物位測量技術發展及我國物位儀表工業

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

　　2.導波式微波物位計

　　導旋式微植物位測量技術是微披物位計的一種變型,英文名稱是Time Domain Reflectometry(時域反射法)或簡稱TDR,也俗稱導波雷達,通常采用脈沖波方式工作。與微波物位計不同點在于微波脈沖不是通過空間傳播,而是通過一根(或兩根)從罐頂伸入、直達罐底的導波體傳播。導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向下傳播,在被測物料表面上被反射,回披被天線接收,由發射脈沖與回波脈沖的時間差即可計算出傳播距離。它可以測量的范圍包括液體和固體的物位,以及非導電液體與導電液體的分界面。概況物位測量技術發展及我國物位儀表工業

　　和微波物位計一樣，反射信號的強度取決于被測物料的介電率或導電率。但導波式可以測量更低介電率的物料。其導波體由單根的金屬桿或纜、或現金根或兩根平行的桿或纜、或同軸管構成。

　　雙桿(纜)及同鈾管式導波體由于電場能量集中,易受外部結構影響,可以測量較低介電常數的介質(ε1>.5)。但在桿之間(或管內部)容易積料,積料上會產生虛假回液,故主要用于液體介質。

　　單桿(纜)式可以用于液體介質,而且因為不易積料,也可以用于粉狀或顆粒狀固態物料。

　　導波式微波物位計雖然喪失了非接觸的優點,但在下列應用領域有其獨特優勢:

　　(1)低介電常數的液體,如:液化氣、輕質汽油等。如果用普通微波式液位計,因其介電常數低、反射信號弱導致不能穩定工作,也必須加導波管來集中能量,一樣是接觸式。而導旋式價格低,工作更穩定,安裝也方便。

　　(2)同時測量油罐中的泊位及油一水界位或類似場合。但必須注意,上層液體必須是非導電的,下層液體必須是導電的或介電常數較大的。

　　(3)測量固態物位,特別是粉狀物位或介電常數很低的塑料粒子(如聚乙烯)的物位。與超聲波及微波物位計相比,工作穩定可靠。

　　(4)高溫、高壓的準位測量。如鍋爐汽包及加熱器水位。這種高溫、高壓同時存在的場合能解決的手段不多,通常是用浮筒液位計(電動或氣動)。但由于有活動部件,工作可靠性受影響。現導披式微披物位計己能做到耐高壓34.5MPa(在20℃時)。同時耐高溫高壓的可達到200℃(在29MPa時),及450℃(在13.5MPa時)。由于其探頭部分就是同軸金屬管,所以結構簡單,價格低,對電子式浮筒液位計形成了很大競爭。

　　雖然導波式微波物位計是接觸式的,但價格較低,又有上述優點,所以也作為一種受歡迎的測量方法得到發展。生產廠家也逐漸增多,有KROHNE、E+H、Magnetrol、K-Tek等。

　　3.超聲物位計

　　超聲被測量物位主要利用回披測距原理,技術發展已較成熟,應用也積累了很多經驗。近年來的主要發展是增加通訊功能,特別是各種現場通訊協議的選項,如:Profibus-DP、A-B公司的Remote I/O、Modbus RTU、Device net,還能通過調制解調器經過電話線遠傳,價格下降,加速了普及。

　　超聲物位計應用有優勢的領域是:

　　塊狀、顆粒狀及粉狀的固態物位測量。這些領域中超聲波是優選的技術。冶金、礦山、選煤、建材、電力等工業都有大量料倉,超聲波非接觸的測量方法比傳統的重錘探測式不但安裝方便、工作可靠、維護量少,價格也有競爭性。經過多年應用后,國內電廠及選煤廠輸煤系統中煤倉料位幾乎都使用超聲物位計。

　　干式氣柜等大量程位置測量,又有防爆要求的,也是超聲波占優勢的領域,*大量程達90m(如上海真如煤氣站)。

　　隨著對環境保護的重視,污水處理項目增多。一體型超聲物位計以其使用方便、工作可靠、價格也低廉而得到越來越廣泛的應用。還開發了專門用于環保行業的有多種功能的超聲物位計,如:能對集水井中多達五個泵進行控制，并可計算泵送體積;根據不同時間段電費率的不同來控制泵經濟運行;能檢測隔柵前后液位差;能檢測明渠流量。所以在國內，超聲物位計也成了污水處理中的優選物位儀表。

　　4.大型儲罐液位精密測量

　　石油和石化系統有大量儲罐需測液位,并且據之計算庫存,**度要求高(±1～2mm),量程大(15m或更高),形成一個專門的需求領域。

　　以往,用得較多的是鋼帶浮于被位計,它是用恒力彈簧來平衡浮子重力的自力式浮于液位計,除了就地指示外,還可將被位信號電傳,**度約2-3mm,不能達到計量級的要求(lmn),一般用于監控或內部結算。這類產品應用已有五十年以上歷史,國外目前應用仍很廣。國內聲譽不太好,其原因大都是安裝不規范,加上沒有很好維護,并不是原理或結構上的問題,只要加強日常維護就能可靠使用。因為并不是所有的儲罐都要**測量到1mm,所以鋼帶液位計仍有廣泛的應用市場。國內生產廠有北京自動化儀表四廠、大連儀表五廠及上海自儀五廠等。

　　國內用得較多的還有光導電子液位計,它是用重錘平衡浮子重力的浮于液位計,與鋼帶浮子液位計屬同一類型。雖然其用光電轉換方法讀碼帶**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帶動伺服系統。由于系統靜摩擦的存在,靈敏度不可能很高,也需要較好的安裝及維護。從理論上講,不會比鋼帶液位計更高。

　　達到計量級要求**度必須在1mm以內。目前有三種測量技術可以達到此要求。

　　(1)伺服型浮子液位計:它是一個用可逆馬達來帶動浮子自動跟蹤液面變化的自動伺服式液位計。測量液面的**度可達0.7mm,靈敏度可達0.1mm。同時還能測量油水界面

　　國外已經應用的這類產品生產廠家有荷蘭ENRAF公司、德國E+H公司、日本東京計裝(株)等。國內大連第五儀表廠開發了樣機,但未投入生產。

　　(2)計量級微搜液位計:瑞典Saab公司較早就推出了聲稱達1mm**度的計量級雷達，國內也應用了不少。但在實際中是否能達到，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,聲稱也能達到1mm**度,主要用于儲罐油位測量。由于量程大,無可動部件,是非接觸測量,對原油、調青等粘度較大液體也能可靠測量。同時其測量**度確實也在不斷提高,價格也在下降。所以其在儲罐液位測量中的份額將會不斷增加。

　　(3)磁致伸縮液位計:美國MTS公司的磁致伸縮液位計也是能達到計量級精度的儀表,其**度可達0.05%FS或0.5mm(兩者取其大者)。儀表結構類似于磁浮子被位計。一根硬管或柔性管從罐頂通到底部,帶磁鋼的浮子沿披導管隨液面上下移動。測量時,電流脈沖在磁浮子位置的導管內的波導管上激發出一個應力脈沖,沿波導管以聲速傳播到頂部電子盒中的測量部,被轉換成電脈沖。根據應力脈沖的傳播時間可以測定出液面位置。如果有**個浮子,適當選擇比重,使其浮在油一水界面上,則同時能測出油一水界面位置。還可以根據要求在導桿長度方向安置五個溫度傳感器，可以測量五個點的溫度。這對儲罐精密計量特別有利。只要一臺長量程數字型的磁致伸縮液位計(M-digtai),再加上一個精密壓力變送器、PC機以及適當軟件，就能組成一套HIMS(混合型)儲罐計量系統。和用其他方法(伺服型)組成同類系統相比，成本低，安裝方便，工作可靠性高。

　　磁致伸縮液位計除了浮子是可動部件外，其他均是固態電子組件，可靠性高，平均無故障工作時間(MTBF)可達27年(美國太空總署測定)。其主要缺點是目前*長工作長度僅為18m(柔性纜式)。除MTS外，美國K-Tek公司也有同類產品，但沒有柔性纜式的。

　　另外，在加油站等臥式儲罐中的液位計量幾乎都是磁致伸縮測量油位、油水界面及五個溫度點，以數字方式與計算機或電子單元通訊。生產廠家較多，除MTS外，還有Veeder-Root、EMCO等公司，后兩者是專門做加油計量系統的。

　　二、我國的物位儀表工業及市場

　　八十年代中期以來,隨著我國經濟的發展和自動化程度的提高,對物位儀表的需要在品種上及數量上都急劇增加。這時國外的物位儀表廠商看好中國市場,并開始進入。為了提高自己的生產能力,我國開始引進技術。

　　這時期是我國石油以及石油化工工業得到較大發展的時期,對物位儀表產生較大需求,一些鄉鎮企業抓住了這個機遇,發展了起來。

　　國外物位儀表公司與國內有關廠合資,主要是想借中方幫助進入中國市場,中方則希望通過合作提高自己的制造能力及產品性能,以及有可能通過返銷進入國際市場。這幾年的發展也證明了合資廠比國內企業更有生存能力。合資廠目前已開始組裝簡單的電子產品,如電容物位開關、音叉物位開關。較復雜的電子產品仍以代銷為主,真正在國內生產的還是一些機械類產品,如磁浮子被位計及開關、阻旋開關等。這類產品機加工量大,國內加工成本可降低很多,并有能力做好。

　　九十年代以后,國內新建大型工程的自動化程度基本上與國際接軌,因此對超聲、雷達、電容式、磁致伸縮等先進的物位儀表需求量大增,而且對產品的可靠性、穩定性、**度等要求也更高。八十年代中的引進產品到九十年代末與國外同期產品相比已無先進性可吉,自行開發也難以在短期內見效。故這段時間的市場情況是**產品基本上是由國外公司占領,中端產品由合資廠或上海自儀五廠等用組裝方式來供貨。低端產品大多是機加工量很大的產品,國外產晶戚本很高,故基本上是國內工廠供貨。在**產品市場上,國內物位儀表行業并不是完全無所作為的。有一部分技術人員領銜組成的民營企業,自己開發并生產較先進的物位儀表,有些已有較好效果。如瑞普阿司克儀表公司生產的超聲波物位計、航天智控工程公司生產的雷達物位計及磁致伸縮液位計、上海德中儀表公司生產的電容物位計、哈爾檳吳維科技公司生產的用于貯罐精密計量的磁致伸縮液位計等.這些產品目前在性能上還不能完全和國外產品抗衡,規模也較小,但在不斷提高中,而且價格低廉,故在市場中已有一席之地。

　　三、結語

　　我國物位儀表市場發展空間較大,但市場分割的基本格局短期內不會有太大變化,一些****產晶近期主要還靠進口。由于國際上的大公司都已進軍中國,所以競爭也會更激烈,國外大公司合盡快建立自己的銷售網絡,減少代理層次來使直接用戶以更低的價格得到*新的產品,并得到更好的售后服務。另外也會更多地在國內組裝或生產部件以降低成本。國內的企業除了少數如上海自儀股份、西儀股份等外,其余都會很快轉為民營、可以平等的政策條件競爭發展。相信將和國外儀表工業發展過程一樣，一批具有專業知識，又能在商海中學會經營管理的人創辦的企業，*終能在競爭中勝出。他們的市場份額會逐步增加，產品的檔次也會逐漸提高，完全有可能發展成為我國物位儀表的骨干企業。