界面测量的改进方案探讨

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1、界面测量的改进方案探讨洪宝庆洪宝庆先生，珠海盈德气体有限公司仪表工程师。关键词：界面测量射频导纳仪导波雷达物位计工业测量技术是一门迅速发展的高新技术，工业测量技术与仪表种类繁多，给实际生产中对测量仪表的选择提供了很大空间，同时也带来了合理选型的难度。合理的选用测控仪表将大大提高系统的控制品质，从而提高生产的稳定性，保证产品质量。一改进的原因本公司回收工段六塔冷凝器分层器的醋酸异丙酯与水的界面测量采用了差压法测量方案，该测量方案的使用情况不是很理想，测量的界面高度由于受到溢流层高度变化、液体温度、酯水分离效果等因素的影响，与实际的界面有较大差距。通过分层器视镜观察界面，要控制界面在视镜

2、可视范围内时，在不同的时间，控制室控制的设定值有较大变化，需要在40%～70％之间进行调整，因此该测量方案有待进一步改进。二现用测量方案1．差压法测量界面的原理差压法测量界面的测量原理如图1所示，由于水和醋酸异丙酯的密度不同，水密度为331g/cm，醋酸异丙酯的密度为0.818g/cm，因此两者相同液位所产生的压力有所差异，通过测量这种压力差异便可得出界面的高度，测量计算公式为：ΔPh=×100%(1)()ρ−ρgH12式中：h——界面高度的百分数；ΔP——变送器测量值；H——界面测量范围；g——工作地点的重力加速度；ρ1——水的密度；ρ2——醋酸异丙酯的密度。由式(1)可知：假设ρ

3、1和ρ2固定不变，则h与ΔP成线性关系，通过差压变送器测量出ΔP即可得出界面的高度h。2．误差产生的原因在实际应用中，主要有两方面的原因使得差压法测量界面产生较大的误差：(1)由于生产负荷的不同，分层器溢流挡板的上部会出现高度不等的溢出层，而测量的差压变送器的量程只有776Pa，这种高度不等的溢流层所产生的大小不等的附加压力对微差压测量带来了较大的误差，而且这种误差不能通过表的安装位置的调整或DCS系统中的控制组态消除；(2)同时ρ1和ρ2受到温度变化和分离效果的影响，会造成更大的测量偏差。三改进方案一——改用射频导纳仪测量界面1．测量原理C0=ε0S/D=ε0S0H0/D式中：ε0

4、——水的介电常数；s——两电极的面积;D——两电极间的距离；S0——单位长度探头极板面积;H0——被测界面的高度。射频导纳仪测界面原理图如图2所示。介质为醋酸异丙酯时，其介电常数为ε1，此时C1=ε1S0H1/D。则仪表测得的总电容为：C=C1+C1=(ε0-ε1)S0H0/D+ε1S0H/D将表的零位调整为LRV=ε1S0H1/D，则界面高度H0为：CDH=0()ε−εS010在这里也存在溢流层高度变化的问题，但是由于水的介电常数ε0为80左右，而醋酸异丙酯的介电常数ε1只有4～5，所以由醋酸异丙酯溢流层所产生的附加电容相比只会产生很小的测量偏差，因此可较为准确地测得界面的高度。以

5、前单纯的电容测量有一个严重的缺陷：测量时间一长，测量探头表面会有附着物，附着物具有阻性和容性，会消耗电路能量，从而产生测量误差。另一个缺点是探头到电路单元之间的电缆相当于一个较大的电容，而且其电容会随着温度而变化，因此会产生额外的测量误差。而射频导纳技术克服了上述缺点。2．射频导纳技术原理射频导纳技术采用了三端Cote-Shield技术，其技术原理为：射频振荡器产生100kHz的射频信号，射频导纳变送器分别测量介质的容性电导(由电容产生)和阻性电导(由附着物电阻产生)，并加以计算处理后测得真实的液位或界面。在电容测量的基础上，将其扩展为一定频率交流电的电导测量，利用介质和附着物之间的

6、不同电特性，将附着物产生的影响进行过滤消除，从而得到真实的电导值，即电容值。四改进方案二——改用导波雷达物位计测量界面1．测量原理第二种改进方案是采用导波雷达(微波)物位计进行界面的测量，该方案比上一方案有更好的界面测量效果。雷达式物位计是以时域反射原理为基础进行测量的，其测量原理如图3所示：时间很短(一般为1ns)的一束低功率雷达脉冲(A)通过传导杆的导向向下传播，雷达波先和泡沫层接触，但几乎没有雷达波被反射。雷达波继续向下传播至醋酸异丙酯层，由于异丙酯介电常数较低，除一小部分雷达波(B)被反射外，其余波继续在介质中传播，直至到达酯水界面，而水的介电常数比异丙酯大得多，几乎为全反射

7、介质，雷达波几乎为全反射(C)。介质的介电常数越高雷达反射效果越显著，所以信号C比B要强很多。通过信号的过滤处理，计算信号A和C的间隔时间即可得出界面的高度。2．主要优点与其他的液位和界面测量手段相比，传导式雷达液位计有着其他形式仪表所不具有的特点和优点，适合于许多传统仪表难以胜任的精确测量，其主要优点如下：(1)雷达信号沿传导杆传导，发射和反射的能量集中，几乎无衰减，使得反射信号强，测量不受泡沫、烟尘、蒸汽等外界因素的影响，也不受温度、压力和介质物性变化