常用液位計儀表種類及優缺點分析

概述
流量測量方法和儀表的種類繁多,分類方法也很多。至今為止,可供工業用的流量儀表種類達60種之多。品種如此之多的原因就在于至今還沒找到一種對任何流體、任何量程、任何流動狀態以及任何使用條件都適用的流量儀表。

這60多種流量儀表,每種產品都有它特定的適用性,也都有它的局限性。按測量對象劃分就有封閉管道和明渠兩大類;按測量目的又可分為總量測量和流量測量,其儀表分別稱作總量表和超聲波液位計。

總量表測量一段時間內流過管道的流量,是以短暫時間內流過的總量除以該時間的商來表示,實際上超聲波液位計通常亦備有累積流量裝置,做總量表使用,而總量表亦備有流量發訊裝置。因此,以嚴格意義來分超聲波液位計和總量表已無實際意義。

按測量原理分有力學原理、熱學原理、聲學原理、電學原理、光學原理、原子物理學原理等。

本文按照目前zui流行、zui廣泛的分類法,即分為:容積式超聲波液位計、差壓式超聲波液位計、浮子超聲波液位計、渦輪超聲波液位計、電磁超聲波液位計、流體振蕩超聲波液位計中的渦街超聲波液位計、質量超聲波液位計和插入式超聲波液位計來分別闡述各種超聲波液位計的原理、特點、應用概況及國內外的發展情況。

差壓式超聲波液位計
差壓式超聲波液位計是根據安裝于管道中流量檢測件產生的差壓,已知的流體條件和檢測件與管道的幾何尺寸來計算流量的儀表。

差壓式超聲波液位計由一次裝置（檢測件）和二次裝置（差壓轉換和流量顯示儀表）組成。通常以檢測件形式對差壓式超聲波液位計分類,如孔板超聲波液位計、文丘里超聲波液位計、均速管超聲波液位計等。

二次裝置為各種機械、電子、機電一體式差壓計,差壓變送器及流量顯示儀表。它已發展為三化（系列化、通用化及標準化）程度很高的、種類規格龐雜的一大類儀表,它既可測量流量參數,也可測量其它參數（如壓力、物位、密度等）。

差壓式超聲波液位計的檢測件按其作用原理可分為:節流裝置、水力阻力式、離心式、動壓頭式、動壓頭增益式及射流式幾大類。

檢測件又可按其標準化程度分為二大類:標準的和非標準的。
所謂標準檢測件是只要按照標準文件設計、制造、安裝和使用,無須經實流標定即可確定其流量值和估算測量誤差。

非標準檢測件是成熟程度較差的,尚未列入標準中的檢測件。

差壓式超聲波液位計是一類應用zui廣泛的超聲波液位計,在各類流量儀表中其使用量占居*。近年來,由于各種新型超聲波液位計的問世,它的使用量百分數逐漸下降,但目前仍是zui重要的一類超聲波液位計。

優點:
應用zui多的孔板式超聲波液位計結構牢固,性能穩定可靠,使用壽命長;
應用范圍廣泛,至今尚無任何一類超聲波液位計可與之相比擬;
檢測件與變送器、顯示儀表分別由不同廠家生產,便于規模經濟生產。

缺點:
測量精度普遍偏低;
范圍度窄,一般僅3:1~4:1;
現場安裝條件要求高;
壓損大（指孔板、噴嘴等）。

應用概況:
差壓式超聲波液位計應用范圍特別廣泛,在封閉管道的流量測量中各種對象都有應用,如流體方面:單相、混相、潔凈、臟污、粘性流等;工作狀態方面:常壓、高壓、真空、常溫、高溫、低溫等;管徑方面:從幾mm到幾m;流動條件方面:亞音速、音速、脈動流等。它在各工業部門的用量約占超聲波液位計全部用量的1/4~1/3。

浮子超聲波液位計
浮子超聲波液位計,又稱轉子超聲波液位計,是變面積式超聲波液位計的一種,在一根由下向上擴大的垂直錐管中,圓形橫截面的浮子的重力是由液體動力承受的,從而使浮子可以在錐管內自由地上升和下降。

浮子超聲波液位計是僅次于差壓式超聲波液位計應用范圍zui寬廣的一類超聲波液位計,特別在小、微流量方面有舉足輕重的作用。

80年代中期,日本、西歐、美國的銷售金額占流量儀表的15%~20%。我國產量1990年估計在12~14萬臺,其中95%以上為玻璃錐管浮子超聲波液位計。
特點:
玻璃錐管浮子超聲波液位計結構簡單,使用方便,缺點是耐壓力低,有玻璃管易碎的較大風險;
適用于小管徑和低流速;
壓力損失較低。

容積式超聲波液位計
容積式超聲波液位計,又稱定排量超聲波液位計,簡稱PD超聲波液位計,在流量儀表中是精度zui高的一類。它利用機械測量元件把流體連續不斷地分割成單個已知的體積部分,根據測量室逐次重復地充滿和排放該體積部分流體的次數來測量流體體積總量。

容積式超聲波液位計按其測量元件分類,可分為橢圓齒輪超聲波液位計、刮板超聲波液位計、雙轉子超聲波液位計、旋轉活塞超聲波液位計、往復活塞超聲波液位計、圓盤超聲波液位計、液封轉筒式超聲波液位計、濕式氣量計及膜式氣量計等。

優點:
計量精度高;
安裝管道條件對計量精度沒有影響;
可用于高粘度液體的測量;
范圍度寬;
直讀式儀表無需外部能源可直接獲得累計,總量,清晰明了,操作簡便。

缺點:
結果復雜,體積龐大;
被測介質種類、口徑、介質工作狀態局限性較大;
不適用于高、低溫場合;
大部分儀表只適用于潔凈單相流體;
產生噪聲及振動。

應用概況:
容積式超聲波液位計與差壓式超聲波液位計、浮子超聲波液位計并列為三類使用量zui大的超聲波液位計,常應用于昂貴介質（油品、天然氣等）的總量測量。

工業發達國家近年PD超聲波液位計（不包括家用煤氣表和家用水表）的銷售金額占流量儀表的13%~23%;我國約占20%,1990年產量（不包括家用煤氣表）估計為34萬臺,其中橢圓齒輪式和腰輪式分別約占70%和20%。

渦輪超聲波液位計
渦輪超聲波液位計,是速度式超聲波液位計中的主要種類,它采用多葉片的轉子（渦輪）感受流體平均流速,從而且推導出流量或總量的儀表。

一般它由傳感器和顯示儀兩部分組成,也可做成整體式。 渦輪超聲波液位計和容積式超聲波液位計、科里奧利質量超聲波液位計稱為超聲波液位計中三類重復性、精度*的產品,作為類型超聲波液位計之一,其產品已發展為多品種、多系列批量生產的規模。

優點:
高精度,在所有超聲波液位計中,屬于zui的超聲波液位計;
重復性好;
元零點漂移,抗干擾能力好;
范圍度寬;
結構緊湊。

缺點:
不能長期保持校準特性;
流體物性對流量特性有較大影響。

應用概況:
渦輪超聲波液位計在以下一些測量對象獲得廣泛應用:石油、有機液體、無機液、液化氣、天然氣和低溫流體統在歐洲和美國,渦輪超聲波液位計在用量上是僅次于孔板超聲波液位計的天然計量儀表,僅荷蘭在天然氣管線上就采用了2600多臺各種尺寸,壓力從0.8~6.5MPa的氣體渦輪超聲波液位計,它們已成為優良的天然氣計量儀表。

電磁超聲波液位計
電磁超聲波液位計是根據法拉弟電磁感應定律制成的一種測量導電性液體的儀表。
電磁超聲波液位計有一系列優良特性,可以解決其它超聲波液位計不易應用的問題,如臟污流、腐蝕流的測量。

70、80年代電磁流量在技術上有重大突破,使它成為應用廣泛的一類超聲波液位計,在流量儀表中其使用量百分數不斷上升。

優點:
測量通道是段光滑直管,不會阻塞,適用于測量含固體顆粒的液固二相流體,如紙漿、泥漿、污水等;
不產生流量檢測所造成的壓力損失,節能效果好;
所測得體積流量實際上不受流體密度、粘度、溫度、壓力和電導率變化的明顯影響;
流量范圍大,口徑范圍寬;
可應用腐蝕性流體。

缺點:
不能測量電導率很低的液體,如石油制品;
不能測量氣體、蒸汽和含有較大氣泡的液體;
不能用于較高溫度。

應用概況:
電磁超聲波液位計應用領域廣泛,大口徑儀表較多應用于給排水工程;中小口徑常用于高要求或難測場合,如鋼鐵工業高爐風口冷卻水控制,造紙工業測量紙漿液和黑液,化學工業的強腐蝕液,有色冶金工業的礦漿;小口徑、微小口徑常用于醫藥工業、食品工業、生物化學等有衛生要求的場所。