船舶液位检测与控制种类、原理及发展趋势

轮机工程测试技术作业1船舶液位检测与控制种类、原理及发展趋势[摘要]：现代经济和国际贸易的发展直接带动了远洋运输业的进步。同时也对现代船舶的制造提出了更高的要求。液位计正是适应了现代船舶大型化，专业化和自动化的发展需要、能够更好地满足船用锅炉水位自动控制的需要。本文对现在船用液位计进行简单介绍并结合常用的液位计的工作原理分析现在船用锅炉水位的自动控制要求。着重介绍了液位计及其在锅炉水位中的自动化控制过程并根据实际需要对其的应用领域进行了扩展使其能够更好地为人们生活和生产服务。关键词:液位计水位控制船用锅炉【Abstract】:Moderneconomyandthedevelopmentofinternationaltrade,directlytotheoceanshippingindustryprogress.Atthesametime,alsoformodernshipmanufacturinghasputforwardhigherrequirements.Liquidlevelrelayisadaptedtothemodernshipislargechange,specializationandautomationdevelopmentneed,canbettermeettheneedsofmarineboilerwaterlevelautomaticcontrolneeds.Thepresentmarineboilerwasintroduced,andfromliquidlevelrelayworkcharacteristics,analysisofthepresentmarineboilerwaterlevelautomaticcontrolrequirement.Introducedliquidlevelrelayanditsapplicationinboilerwaterlevelautomaticcontrolinprocess,andaccordingtotheactualneedsoftheapplicationdomainisextended,sothatitcanbetterforpeoplelifeandproductionservices.Keywords:liquidlevelrelaywaterlevelcontrollerMarineboiler锅炉水位测量方法，连通器式、差压式，其他液位测量方法：电容式、浮子式、气泡式、超声波式船舶液位检测与控制种类、原理一．电容式液位计电容式液位计工作原理：采用测量电容的变化来测量液面的高低的。它是一根金属棒插入盛液容器内，金属棒作为电容的一个极，容器壁作为电容的另一极。两电极间的介质即为液体及其上面的气体。由于液体的介电常数ε1和液面上的介电常数ε2不同，比如：ε1》ε2，则当液位升高时，两电极间总的介电常数值随之加大因而电容量增大。反之当液位下降，ε值减小，电容量也减小。所以，可通过两电极间的电容量的变化来测量液位的高低。电容液位计的灵敏度主要取决于两种介电常数的差值，而且，只有ε1和ε2的恒定才能保证液位测量准确，因被测介质具有导电性，所以金属棒电极都有绝缘层覆盖。传感器无机械可动部分，结构简单、可靠；精确度高；检测端消耗电能小，动态响应快；维护方便，寿命长。被测介质需为导电率不低于10－3S／M的非结晶导电液体。被测液体的介电常数不稳定会引起误差。电容式液位计一般用于调节池、清水池测量。（注：液化气是否会对测量造成影响未知待确定）2.电容式物位计在应用中应注意的几个问题选型由于被测介质的不同，电容式物位传感器有不同的型式。（1）测量导电液体的电容物位传感器，容器（规则）和液体作为电容器的一个电轮机工程测试技术作业2极，插入的金属电极作为另一电极，绝缘套管作为中间介质，三者组成圆筒形电容器。当容器为非导电体时，需另加一个接地极，其下端浸至被测容器底部，上端与安装法兰有可靠的导电连接，以使二电极中有一个与大地及仪表地线相连，保证仪表正常测量。（2）测量非导电液体的电容物位传感器，当用于较稀的非导电液体（如轻油等）时，可采用一金属电极，外部同轴套上一金属管，相互绝缘固定，以被测介质为中间绝缘物质构成同轴套筒形电容器。（3）当测量粉状非导电固体料位和粘滞性非导电液体液位时，可采用金属电极直接插入圆筒型容器的中央，将仪表地线与容器相连，以容器作为外电极，料或液体作为绝缘介质构成圆筒型电容器。所以应根据现场实际情况，即被测介质的性质（导电特性、粘滞性）、容器类型（规则/非规则金属罐、规则/非规则非金属罐），选择合适的电容液位计。3.常见故障有二种：（1）传感器漏电（对于导电介质用传感器，绝缘层磨损时会漏电）；（2）电路损坏。判定方法：（1）用万用表电阻档测量传感器引线与大地间电阻，若阻值无限大，则传感器不漏电；否则传感器漏电需更换。（2）将传感器断电，拆掉传感器引线，通电用手触摸电路传感器端子，同时观察输出电流：若电流有变化，则电路板没有损坏；否则电路板损坏，需更换。如果被测介质是导电的粘滞性介质，当液位下降时，由于电极套管上仍粘附一层被测介质，因此会造成虚假的液位指示，在这种情况下应定期清洗探头。而在测量粘滞性非导电液体时，当液位下降后，光电极上会附上一薄层介质，但这不影响仪表的正常测量。二.超声波式液位计1.超声波液位计原理超声波液位计原理超声波液位计原理超声波物位计安装于容器上部在电子单元的控制下，探头向被测物体发射一束超声波脉冲。声波被物体表面反射，部分反射回波由探头接收并转换为电信号。从超声波发射到被重新被接收，其时间与探头至被测物体的距离成正比。电子单元检测该时间，并根据已知的声速计算出被测距离。通过减法运算就可得出物位值。由于温度对声速具有影响，所以仪表应测量温度，以修正声速。2.对于密闭容器内的挥发性的液体的液位测量，应注意那些事项？应注意两点：a容器内气体声速可能与空气中的声速不同，如液位计不能对声速进行修正，则会出现一定的误差；b挥发性的液体会在超声波液位计探头表面凝结，阻挡声波的收发，要求液位计具有可变功率控制功能。3.对于液面剧烈波动的液体，如何使用超声波液位计进行液位测量？有三种可行的办法：a选用具有自动功率控制功能的超声波液位计b选用更大量程的超声波液位计c在液体中加入塑料管，测量塑料管内液位4.特点：优点:可做非接触式测量;为无流动阻挠测量,无压力损失;可测量非导电性液体,对无阻挠测量的电磁超声波液位计是一种补充。缺点:传播时间法只能用于清洁液体和气体;而多普勒法只能用于测量含有一定量悬浮颗粒和气泡的液体。轮机工程测试技术作业3三.差压式液位计由于液柱的静压与液位成正比，因此利用压力表测量基准面上液柱的静压就可测得液位。根据被测介质的密度及液体测量范围计算出压力或压差范围，再选用量程、精确度等性能合适的压力表或差压表。普及范围广，容易校准。受介质密度和温度影响很大，所以常常精度比较差，而为消除这些影响，需要很多其他测试仪表，结果搭建一套完善的静压测量系统价格很高。四.雷达液位计1.雷达液位计的测量原理雷达液位计采用发射—反射—接收的工作模式。雷达液位计的天线发射出电磁波，这些波经被测对象表面反射后，再被天线接收，电磁波从发射到接收的时间与到液面的距离成正比，关系式如下：D=CT/2式中D——雷达液位计到液面的距离C——光速T——电磁波运行时间雷达液位计记录脉冲波经历的时间，而电磁波的传输速度为常数，则可算出液面到雷达天线的距离，从而知道液面的液位。在实际运用中，雷达液位计有两种方式即调频连续波式和脉冲波式。采用调频连续波技术的液位计，功耗大，须采用四线制，电子电路复杂。而采用雷达脉冲波技术的液位计，功耗低，可用二线制的24VDC供电，容易实现本质安全，精确度高，适用范围更广。VEGAPULS雷达液位计采用脉冲微波技术，其天线系统发射出频率为6.3GHz、持续时间为0.8ns的脉冲波束，接着暂停278ns，在脉冲发射暂停期间，天线系统将作为接收器，接收反射波，同时进行回波图像数据处理，给出指示和电信号。2.雷达液位计的特点(1)雷达液位计采用一体化设计，无可动部件，不存在机械磨损，使用寿命长。(2)雷达液位计测量时发出的电磁波能够穿过真空，不需要传输媒介，具有不受大气、蒸气、槽内挥发雾影响的特点，能用于挥发的介质如粗苯的液位测量。(3)雷达液位计几乎能用于所有液体的液位测量。电磁波在液位表面反射时，信号会衰减，当信号衰减过小时，会导致雷达液位计无法测到足够的电磁波信号。导电介质能很好地反射电磁波，对VEGAPULS雷达液位计，甚至微导电的物质也能够反射足够的电磁波。介电常数大于1.5的非导电介质(空气的介电常数为1.0)也能够保证足够的反射波，介电常数越大，反射信号越强。在实际应用中，几乎所有的介质都能反射足够的反射波。(4)采用非接触式测量，不受槽内液体的密度、浓度等物理特性的影响。(5)测量范围大，最大的测量范围可达0~35m，可用于高温、高压的液位测量。(6)天线等关键部件采用高质量的材料，抗腐蚀能力强，能适应腐蚀性很强的环境。雷达液位计发射能量很低的极短的微波脉冲通过天线系统发射并接收。雷达波以光速运行。运行时间可以通过电子部件被转换成物位信号。一种特殊的时间延伸方法可以确保极短时间内稳定和精确的测量。即使工况比较复杂的情况下，存在虚假回波，用最新的微处理技术和调试软件也可以准确的分析出物位的回波。输入：天线接收反射的微波脉冲并将其传输给电子线路，微处理器对此信号进行处理，识别出微脉冲在物料表面所产生的回波。正确的回波信号识别由智能软件完成，精度可达轮机工程测试技术作业4到毫米级。距离物料表面的距离D与脉冲的时间行程T成正比：D=C×T/2其中C为光速因空罐的距离E已知，则物位L为：L=E-D输出：通过输入空罐高度E（=零点），满罐高度F（=满量程）及一些应用参数来设定，应用参数将自动使仪表适应测量环境。对应于4－20mA输出。应用介质：λSKD系列智能雷达物位计适用于对液体、浆料及颗粒料的物位进行非接触式连续测量，适用于温度、压力变化大；有惰性气体及挥发存在的场合。λ采用微波脉冲的测量方法，并可在工业频率波段范围内正常工作。波束能量较低，可安装于各种金属、非金属容器或管道内，对人体及环境均无伤害。五.双浮球式液位计双浮球式液位计采用双浮球控制水位能够更好的满足船舶辅锅炉的需要，其本身的安全性，经济性，便捷性和可靠性更能突出其在辅锅炉水位控制中的优势地位。双浮球式液位计采用绝缘耐高温耐高压材料制造而成使其能够适应船舱内各种恶劣的环境。同时也确保了其在工作过程中的稳定性和安全性。双浮球式液位计不仅可以在现代船舶使用而且可以应用到工业农业的水位自动控制系统中。经过实践证明双浮球式液位继电器能够更好地为人们的生产和生活服务节约资源提高效率。液位检测的发展现状和趋势由于液位检测应用领域的不同性能指标和技术要求也有差异，但适用有效的测量成为共同的发展趋势随着电子技术及计算机技术的发展液位检测的自动控制成为其今后的发展趋势控制过程的自动化处理以及监控软件良好的人机界面操作人员在监控计算机上能根据控制效果及时修运行参数这样能有效地减少工人的疲劳和失误提高生产过程的实时性、安全性。随着计算机控制技术应用的普及、可靠性的提高及价格的下降液位检测的微机控制必将得到更加广泛的应用。参考文献：[1]刘明伟船舶电力拖动.北京人民交通出版社2010年[2]潘汝良.机工业务与值班.北京人民交通出版社大连海事大学出版社2003年[3]孙旭清.船舶电气设备.大连大连海事大学出版社2011年[4]李世臣徐善林轮机自动化大连海事大学出版社2010年[5]内燃机测试技术课件