储油罐液位测量方法分析

张晓北

摘要：介绍了几种常用的油罐液位测量技术，对这几种油罐测量技术进行了比较。结果表明，每种测量技术都有不同的适用范围，现场应根据油品类型和实际情况，选用合适的测量技术。

关键词：油罐液位测量方法分析

1引言

储油罐液位测量主要是对油品的液位、体积和重量等参数进行直接或间接测量。早期液位测量大多采用机械原理，近年来随着电子技术的应用，逐步向机电一体化方向发展，并且发展了许多新的测量原理，在传统原理中也渗透了电子技术及微机技术，结构上和功能上都有了很大的提高。随着油罐液位测量技术的不断发展，测量方法和测量仪表类型也随之增多。

2储油罐液位测量技术现状

目前国内外在液位测量方面采用的技术和产品很多，传统的液位传感器按其采用的测量技术及使用方法已经多达十余种，比较实用的油罐液位测量技术和方法有人工检尺、浮体式液位测量仪表、伺服式液位计、雷达液位计、静压式液位测量法以及超声波液位计。

2.1人工检尺

人工检尺这种测量方法可作为其它液位计性能校验的工具之一。即采用带有重锤的米制钢带卷尺或者有刻度的标尺计量，手工记录读数，人工查表换算，最后得到油量数据。这种方法不仅劳动强度大，同时存在不安全因素。人工检尺的方法液位测量一般有±2mm的人为误差。

2.2浮体式液位测量仪表

浮体式液位测量仪表分为浮筒式与浮子式。

浮筒式液位计是在滑轮组上用钢丝绳一端挂浮球，另一端挂重锤，通过浮球与重锤的运动距离达到液位测量的目的。其缺点是钢丝绳与滑轮间存在滑动摩擦力，回位误差较大，特别是在钢丝绳和滑轮生锈时，回位误差更大，甚至无法测量。

在浮子式液位计中钢带浮子式液位计在原理及使用方面更为典型，钢带浮子式液位计是一种最简单的液位测量装置，由一根不锈钢管和一个空心球组成。不锈钢管内部装有若干个干簧继电器，空心球内装有一块永久磁铁，当空心球随着液位上下运动时，空心球的运动被干簧继电器转换为相应的液位。20世纪60年代到80年代初期，开始研制和使用各种钢带浮子式液位计。由于滑轮机械装置的摩擦力和钢带重量，这类液位计的测量误差为±4～10mm。

钢带浮子式液位计机构简单、价格低,但是只能测量液位，传动部件多，可靠性较差，在罐内安装，维护困难。钢带浮子式液位计不能用于存储腐蚀性液体的储罐，仅适用于清洁液体液面的连续测量，不宜在脏污液体中使用，因为该种测量仪表可动部件的机械可动部分的摩擦阻力也会影响测量的准确性。

2.3伺服式液位计

伺服式液位计采用浮力平衡原理，主要基于阿基米德原理，并采用高精度力传感器和高精度伺服电机系统和测量磁鼓，通过测量浮子所受浮力的增减所引起的钢丝拉力的变化，由控制器发出指令，伺服电机以一定的步幅带动测量磁鼓转动，并带动浮子不断地跟踪液位的变化，同时，计数器记录了伺服电机的转动步数，并自动地计算出测量浮子的位移量，即液位的变化量。

伺服式液位计不仅可以测量介质液位，同时还具有密度测量功能、油水界面测量功能、介质的平均密度和密度分布测量功能。

伺服式液位计缺点是当测量介质粘稠度较高，存在挂壁及粘黏的特性时，伺服液位计在测量上会存在较大的测量误差，不太适合应用在此类介质的液位测量上。

2.4雷达液位计

雷达液位计主要采用了基于FMCW频率调制连续波的测量技术，测量雷达波的反射波与发射波之间时间信号，通过智能回波分析系统，将时间信号的测量转变为对频率信号的测量，结合纯数字处理技术，获得液位的测量。

由于雷达液位计使用微波测量，而微波的传播速率几乎不受温度变化的影响，所以雷达液位计完全适合高温介质的物位测量。而且雷达液位计为非接触式测量，可测量有毒介质、粘稠液体。

易挥发性气体和惰性气体对雷达液位计的测量均没有影响，但液体介质的相对介电常数、液体的湍流状态、气泡大小等特性，将衰减微波信号，应引起足够的重视。当介质的相对介电常数小到一定值时，雷达波的有效反射信号衰减过大，会导致液位计无法工作，因此被测介质的相对介电常数必须大于产品所要求的最小值。

2.5静压式液位测量法

静压式液位计是利用液体压强的原理，检测液体底部压强和标准大气压的压差。随着半导体技术的发展，半导体表面扩散工艺在该传感器平衡电桥中得到应用，通过液体底部压强使半导体扩散硅薄膜产生形变，引起电桥不平衡，电路输出与液位高度相对应的电压，而获取液位信号。静压式液位计适用于液面边界测量和位式测量，能广泛应用于形状不规则容器内的液面边界测量。静压式液位计的缺点是容易受介质密度和温度影响，精度稍差。

2.6超声波液位计

超声波液位计是由微处理器控制的数字物位仪表。在测量中脉冲超声波由传感器发出，声波经物体表面反射后被同一传感器接收，转换成电信号。并由声波的发射和接收之间的时间来计算传感器到被测物体的距离。无机械可动部分，可靠性高，安装简单、方便，属于非接触测量，且不受液体的粘度、密度等影响精度比较低。

超声波液位计的缺点是测试容易有盲区。不可以测量压力容器，不能测量易挥发性介质。

3储油罐液位测量技术发展趋势

在今后的工程应用中，储油罐液位测量将会应用越来越多的新技术，特别是随着各种新型传感器的研制成功，应用新型传感器的液位测量技术将会更加精确、经济。液位测量技术也将趋于小型化、微型化和智能化。

液位计的选择，应考虑成本、测量精度、介质的介电常数和波动状况、罐体内的雾化和蒸汽状况等，每一种测量技术都各有优势，今后多种液位计并存的趋势将继续存在。

具体的工程实践中，针对储油罐，有时业主不仅要求有从传感器取出的4～20mA模拟量信号，还会要求有从液位开关取出来的开关量信号，用于卸油泵或者供油泵的启停连锁。所以往往储油罐上是多种测量原理并存的情况。

雷达液位计测量精度较高，无需定期维修和重新标定，不受恶劣环境影响，优点很多，所以基于微波技术的雷达液位计无疑是非接触型油罐液位测量装置的重要发展趋势之一。

参考文献

[1]贾春阳。谈谈几种储罐测量技术[J]。中国计量，1999，（4）:38-39。

[2]刘伟华，涂亚庆。一种新型超声波液位测量方法及系统[J]。仪表技术，1997.（3）：11-12。

[3]李冬梅。国内外液位计量仪表技术发展动向[J]。仪器仪表用户，2002,9（3）：5-7

作者简介

姓名：张晓北，工作单位：青岛鸿瑞电力工程咨询有限公司，职务：热控工程师。