物位儀表與儲罐測量技術(shù)（轉(zhuǎn)）
2022-11-14
物位測量設(shè)備用來確定儲罐、容器、筒倉或其它任何適宜容器中的流體和/或顆粒狀固體的高度。近來，VDC市場調(diào)研公司發(fā)現(xiàn)，2004年全球過程工業(yè)物位測量設(shè)備的市場總值為13.2億美元，其中儲罐計量系統(tǒng)大約占3.27億美元。大批檢測技術(shù)被用于測量物位—一個被廣泛測量的過程變量。
物位測量傳感器分為兩類：點位開關(guān)與連續(xù)物位計。一些技術(shù)在這兩類傳感器上都有使用。點位是指物料到達、高于或低于容器中某個特定點，此類設(shè)備用來指示容器是滿、空還是處于中間某個位置。連續(xù)物位計則能提供物料位于容器內(nèi)任何位置上的信息。
相對于過程控制，儲罐計量(ITG)是指對庫存存儲和保管交接等應(yīng)用進行的物位測量。很多ITG系統(tǒng)都比過程物位測量儀表具有更大的測量范圍和更高的測量精度。
不同技術(shù)的出貨情形
這里，出貨的過程設(shè)備包括連續(xù)與點位測量設(shè)備，但不包括只能提供點測量的振動式產(chǎn)品。
靜壓式液位計是迄今為止全球出貨金額******的過程物位測量設(shè)備，其中絕大部分都是連續(xù)測量設(shè)備。這種設(shè)備中最簡單的是靜壓式探頭設(shè)備，它通過測量儲罐底部的壓力來確定敞口儲罐中的液位，這是因為密度已知液體任何點上的壓強，都由該點之上的液體高度確定。
而另一方面，差壓式設(shè)備是最普遍的連續(xù)液位測量設(shè)備。在應(yīng)用當(dāng)中，差壓式傳感器的高壓部分與儲罐底部相連，低壓部分則與密閉儲罐頂部空出的部位相連。如果液體密度恒定，則測得的壓強差就指示了實際的液位。如果液體密度不恒定，則液體成分或工作溫度的改變會使某些重力發(fā)生變化，從而產(chǎn)生錯誤的讀數(shù)，這就需要對其進行修正。
對接下來的5年，VDC公司預(yù)計靜壓式設(shè)備的全球市場份額將會下降，但下降不會太多。壓力式傳感預(yù)計仍將是過程物位測量領(lǐng)域的主導(dǎo)技術(shù)。這種技術(shù)已經(jīng)使用了很長時間，甚至一些主要的供應(yīng)商也擔(dān)心其被取代，但其實并沒有這么快。
靜壓式液位測量技術(shù)持久占據(jù)主導(dǎo)地位，根據(jù)具體應(yīng)用的不同，這可被歸結(jié)于很多因素。靜壓式液位測量一些具有吸引力的特點包括：
1)較低的產(chǎn)品和/或維護成本；
2)易于安裝；
3)堅固耐用；
4)高可靠性(經(jīng)過長期驗證的)；
5)較寬的介質(zhì)兼容性；以及
6)用戶熟悉度
其中，成本可能是最主要因素。例如，2004年，只有占全球連續(xù)物位測量市場1%份額的聲波/超聲波產(chǎn)品擁有較低的平均售價，而其他產(chǎn)品的成本則相對較高。
非接觸式微波/雷達產(chǎn)品占據(jù)了全球ITG市場的******份額，2004年此類設(shè)備在海運和非海運應(yīng)用中的出貨金額占全球ITG設(shè)備總出貨金額的60%多，而靜壓式儲罐計的出貨金額則低于6%。
自從1976年由Saab海洋電子公司推出并應(yīng)用在油輪上以來，非接觸式微波/雷達產(chǎn)品已經(jīng)廣泛用于各類ITG應(yīng)用。例如，在1991年，這些產(chǎn)品約占全美ITG市場的10%，到1997年達到大約14%，2002年則為22%。
該技術(shù)在美國及整個北美的市場份額要遠低于其全球市場份額。這主要是因為，在海運業(yè)出貨的ITG系統(tǒng)主要是應(yīng)用在新建的船舶上，而目前的船舶建造則主要集中在世界的其他地區(qū)，尤其是亞洲和環(huán)太平洋國家和地區(qū)。2004年，ITG系統(tǒng)在北美海運應(yīng)用上的出貨量不到全球市場份額的2%。而亞太地區(qū)的出貨量則幾乎占了全球總出貨量的73%，其余則主要是在歐洲市場。
非接觸式微波/雷達物位測量設(shè)備安裝于儲罐頂部，它向下發(fā)送微波信號至儲罐中物料的表面，然后接收器接收反射回來的信號。根據(jù)發(fā)射和接收信號的差別，系統(tǒng)就能計算出儲罐中的物位。
這里有如下兩種調(diào)制方法：
1)脈沖系統(tǒng)是測量由發(fā)射脈沖到接收到回波的時間。通過發(fā)射與接收脈沖之間的延時即可直接計算出物位；
2)調(diào)頻連續(xù)波(FMCW)發(fā)射方案，是將頻率已改變的回波信號與發(fā)射的微波信號混合，由于其頻率不同(因為調(diào)頻)，因此混合信號的頻率與到物料表面的距離成正比。
所采用的微波頻率對雷達物位計的性能有很大影響。高頻短波長的信號，對蒸汽、泡沫和污染物極為敏感。在24GHz的頻率上，即使是少量的水蒸氣也能吸收微波信號。低頻長波長和寬波束角的信號，則會從儲罐壁和攪拌器上返回許多干擾回波?，F(xiàn)已知******頻率為10GHz左右。
非接觸式微波/雷達設(shè)備完全或相對不易遇到其它許多技術(shù)可能面臨的測量問題，如：
3)與物料密度相關(guān)；
4)與物料介電常數(shù)有關(guān)；
5)易受灰塵影響；
6)維護強度高；
7)在真空下不能工作；
8)易受壓力影響；
9)易受介質(zhì)與傳感器之間的環(huán)境(如泡沫和變化密度的蒸汽等)影響；
10)易受量程的影響；以及
11)易受溫度的影響等。
該技術(shù)的非接觸特性尤其適合用來測量粗糙或遭腐蝕的物質(zhì)。迄今為止，大多數(shù)ITG系統(tǒng)都是用于石油天然氣行業(yè)?；完懟膽?yīng)用，包括精煉。在2004年的全球ITG系統(tǒng)市場當(dāng)中，上述應(yīng)用所占份額超過87%，其中絕大多數(shù)出貨的產(chǎn)品都是采用非接觸式微波/雷達技術(shù)的。
非接觸式微波/雷達技術(shù)設(shè)備價格較高，這是阻止它獲得更廣泛應(yīng)用的一個障礙。對于過程物位測量應(yīng)用，情況更是如此，其中2004年該技術(shù)大約只占全球出貨量的6%。然而，其價格正在下降，以滿足過程和ITG系統(tǒng)的應(yīng)用；預(yù)計在接下來的5年里，采用該技術(shù)的產(chǎn)品平均售價將會有很大降低。
影響因素包括采用低成本器件、提供簡化功能產(chǎn)品，和提高低價位產(chǎn)品的產(chǎn)量。提高產(chǎn)量將導(dǎo)致更大的規(guī)模經(jīng)濟效益。此外，更多廠家正在進入這一市場，從而進一步加大了價格競爭壓力。
高增長的市場
非接觸式微波/雷達產(chǎn)品預(yù)計將是過程物位測量和ITG應(yīng)用中增長最快的產(chǎn)品。而ITG市場中的接觸/制導(dǎo)式微波/雷達產(chǎn)品和聲波/超聲波系統(tǒng)甚至預(yù)計將有更高的增長。不過聲波/超聲波技術(shù)現(xiàn)在只占全球ITG市場很小的份額(小于1%)。
2004年，接觸/制導(dǎo)式微波/雷達產(chǎn)品大約占全球物位測量設(shè)備市場的4%，以及全球ITG市場的大約3%。這是最近才推出的一項新的物位測量技術(shù)。VDC第一個意識到Bindicator和Krohne公司的這類產(chǎn)品1997年在過程物位測量上的應(yīng)用，以及BartonInstrumentSystem公司的產(chǎn)品2002年在ITG上的應(yīng)用。
接觸/制導(dǎo)式微波/雷達物位測量設(shè)備可以測量液體、糊料、漿料、粉末以及其他特殊顆粒材料的物位。2004年，此項技術(shù)在過程固體和液體物位測量應(yīng)用上的出貨量上分別占據(jù)全球份額的8.8%和3.1%。
該類產(chǎn)品(有些被稱為射頻或時域反射計)安裝在儲罐頂部，沿插入罐內(nèi)物料中的傳輸線或波導(dǎo)發(fā)射無線電或低頻微波信號。與非接觸式微波/雷達物位測量設(shè)備一樣，接觸式微波/雷達設(shè)備也有脈沖和頻率調(diào)制兩種類型。
和非接觸式產(chǎn)品相比，接觸式微波/雷達物位計在較低的無線電和微波頻率上工作，且成本更低，卻擁有許多同樣的優(yōu)點。此外，它們通常還擁有更大的安裝靈活性與更少的安裝成本，且其使用還不受美國聯(lián)邦通信委員會或其他國家的類似政府監(jiān)管機構(gòu)的許可限制。
這種全電子設(shè)備可在超短或超長距離內(nèi)進行測量，且不易受灰塵、空氣運動、溫度或壓力波動的影響。
另一方面，壓在傳輸線或波導(dǎo)上的重物也會引起虛假讀數(shù)。此外，此類產(chǎn)品還難以測量介電常數(shù)極低的塑料材料(如EPS珠)的物位。但是，它對塑料球和塑料片的測量效果卻很好。
物位測量傳感器分為兩類：點位開關(guān)與連續(xù)物位計。一些技術(shù)在這兩類傳感器上都有使用。點位是指物料到達、高于或低于容器中某個特定點，此類設(shè)備用來指示容器是滿、空還是處于中間某個位置。連續(xù)物位計則能提供物料位于容器內(nèi)任何位置上的信息。
相對于過程控制，儲罐計量(ITG)是指對庫存存儲和保管交接等應(yīng)用進行的物位測量。很多ITG系統(tǒng)都比過程物位測量儀表具有更大的測量范圍和更高的測量精度。
不同技術(shù)的出貨情形
這里，出貨的過程設(shè)備包括連續(xù)與點位測量設(shè)備，但不包括只能提供點測量的振動式產(chǎn)品。
靜壓式液位計是迄今為止全球出貨金額******的過程物位測量設(shè)備，其中絕大部分都是連續(xù)測量設(shè)備。這種設(shè)備中最簡單的是靜壓式探頭設(shè)備，它通過測量儲罐底部的壓力來確定敞口儲罐中的液位，這是因為密度已知液體任何點上的壓強，都由該點之上的液體高度確定。
而另一方面，差壓式設(shè)備是最普遍的連續(xù)液位測量設(shè)備。在應(yīng)用當(dāng)中，差壓式傳感器的高壓部分與儲罐底部相連，低壓部分則與密閉儲罐頂部空出的部位相連。如果液體密度恒定，則測得的壓強差就指示了實際的液位。如果液體密度不恒定，則液體成分或工作溫度的改變會使某些重力發(fā)生變化，從而產(chǎn)生錯誤的讀數(shù)，這就需要對其進行修正。
對接下來的5年，VDC公司預(yù)計靜壓式設(shè)備的全球市場份額將會下降，但下降不會太多。壓力式傳感預(yù)計仍將是過程物位測量領(lǐng)域的主導(dǎo)技術(shù)。這種技術(shù)已經(jīng)使用了很長時間，甚至一些主要的供應(yīng)商也擔(dān)心其被取代，但其實并沒有這么快。
靜壓式液位測量技術(shù)持久占據(jù)主導(dǎo)地位，根據(jù)具體應(yīng)用的不同，這可被歸結(jié)于很多因素。靜壓式液位測量一些具有吸引力的特點包括：
1)較低的產(chǎn)品和/或維護成本；
2)易于安裝；
3)堅固耐用；
4)高可靠性(經(jīng)過長期驗證的)；
5)較寬的介質(zhì)兼容性；以及
6)用戶熟悉度
其中，成本可能是最主要因素。例如，2004年，只有占全球連續(xù)物位測量市場1%份額的聲波/超聲波產(chǎn)品擁有較低的平均售價，而其他產(chǎn)品的成本則相對較高。
非接觸式微波/雷達產(chǎn)品占據(jù)了全球ITG市場的******份額，2004年此類設(shè)備在海運和非海運應(yīng)用中的出貨金額占全球ITG設(shè)備總出貨金額的60%多，而靜壓式儲罐計的出貨金額則低于6%。
自從1976年由Saab海洋電子公司推出并應(yīng)用在油輪上以來，非接觸式微波/雷達產(chǎn)品已經(jīng)廣泛用于各類ITG應(yīng)用。例如，在1991年，這些產(chǎn)品約占全美ITG市場的10%，到1997年達到大約14%，2002年則為22%。
該技術(shù)在美國及整個北美的市場份額要遠低于其全球市場份額。這主要是因為，在海運業(yè)出貨的ITG系統(tǒng)主要是應(yīng)用在新建的船舶上，而目前的船舶建造則主要集中在世界的其他地區(qū)，尤其是亞洲和環(huán)太平洋國家和地區(qū)。2004年，ITG系統(tǒng)在北美海運應(yīng)用上的出貨量不到全球市場份額的2%。而亞太地區(qū)的出貨量則幾乎占了全球總出貨量的73%，其余則主要是在歐洲市場。
非接觸式微波/雷達物位測量設(shè)備安裝于儲罐頂部，它向下發(fā)送微波信號至儲罐中物料的表面，然后接收器接收反射回來的信號。根據(jù)發(fā)射和接收信號的差別，系統(tǒng)就能計算出儲罐中的物位。
這里有如下兩種調(diào)制方法：
1)脈沖系統(tǒng)是測量由發(fā)射脈沖到接收到回波的時間。通過發(fā)射與接收脈沖之間的延時即可直接計算出物位；
2)調(diào)頻連續(xù)波(FMCW)發(fā)射方案，是將頻率已改變的回波信號與發(fā)射的微波信號混合，由于其頻率不同(因為調(diào)頻)，因此混合信號的頻率與到物料表面的距離成正比。
所采用的微波頻率對雷達物位計的性能有很大影響。高頻短波長的信號，對蒸汽、泡沫和污染物極為敏感。在24GHz的頻率上，即使是少量的水蒸氣也能吸收微波信號。低頻長波長和寬波束角的信號，則會從儲罐壁和攪拌器上返回許多干擾回波?，F(xiàn)已知******頻率為10GHz左右。
非接觸式微波/雷達設(shè)備完全或相對不易遇到其它許多技術(shù)可能面臨的測量問題，如：
3)與物料密度相關(guān)；
4)與物料介電常數(shù)有關(guān)；
5)易受灰塵影響；
6)維護強度高；
7)在真空下不能工作；
8)易受壓力影響；
9)易受介質(zhì)與傳感器之間的環(huán)境(如泡沫和變化密度的蒸汽等)影響；
10)易受量程的影響；以及
11)易受溫度的影響等。
該技術(shù)的非接觸特性尤其適合用來測量粗糙或遭腐蝕的物質(zhì)。迄今為止，大多數(shù)ITG系統(tǒng)都是用于石油天然氣行業(yè)?；完懟膽?yīng)用，包括精煉。在2004年的全球ITG系統(tǒng)市場當(dāng)中，上述應(yīng)用所占份額超過87%，其中絕大多數(shù)出貨的產(chǎn)品都是采用非接觸式微波/雷達技術(shù)的。
非接觸式微波/雷達技術(shù)設(shè)備價格較高，這是阻止它獲得更廣泛應(yīng)用的一個障礙。對于過程物位測量應(yīng)用，情況更是如此，其中2004年該技術(shù)大約只占全球出貨量的6%。然而，其價格正在下降，以滿足過程和ITG系統(tǒng)的應(yīng)用；預(yù)計在接下來的5年里，采用該技術(shù)的產(chǎn)品平均售價將會有很大降低。
影響因素包括采用低成本器件、提供簡化功能產(chǎn)品，和提高低價位產(chǎn)品的產(chǎn)量。提高產(chǎn)量將導(dǎo)致更大的規(guī)模經(jīng)濟效益。此外，更多廠家正在進入這一市場，從而進一步加大了價格競爭壓力。
高增長的市場
非接觸式微波/雷達產(chǎn)品預(yù)計將是過程物位測量和ITG應(yīng)用中增長最快的產(chǎn)品。而ITG市場中的接觸/制導(dǎo)式微波/雷達產(chǎn)品和聲波/超聲波系統(tǒng)甚至預(yù)計將有更高的增長。不過聲波/超聲波技術(shù)現(xiàn)在只占全球ITG市場很小的份額(小于1%)。
2004年，接觸/制導(dǎo)式微波/雷達產(chǎn)品大約占全球物位測量設(shè)備市場的4%，以及全球ITG市場的大約3%。這是最近才推出的一項新的物位測量技術(shù)。VDC第一個意識到Bindicator和Krohne公司的這類產(chǎn)品1997年在過程物位測量上的應(yīng)用，以及BartonInstrumentSystem公司的產(chǎn)品2002年在ITG上的應(yīng)用。
接觸/制導(dǎo)式微波/雷達物位測量設(shè)備可以測量液體、糊料、漿料、粉末以及其他特殊顆粒材料的物位。2004年，此項技術(shù)在過程固體和液體物位測量應(yīng)用上的出貨量上分別占據(jù)全球份額的8.8%和3.1%。
該類產(chǎn)品(有些被稱為射頻或時域反射計)安裝在儲罐頂部，沿插入罐內(nèi)物料中的傳輸線或波導(dǎo)發(fā)射無線電或低頻微波信號。與非接觸式微波/雷達物位測量設(shè)備一樣，接觸式微波/雷達設(shè)備也有脈沖和頻率調(diào)制兩種類型。
和非接觸式產(chǎn)品相比，接觸式微波/雷達物位計在較低的無線電和微波頻率上工作，且成本更低，卻擁有許多同樣的優(yōu)點。此外，它們通常還擁有更大的安裝靈活性與更少的安裝成本，且其使用還不受美國聯(lián)邦通信委員會或其他國家的類似政府監(jiān)管機構(gòu)的許可限制。
這種全電子設(shè)備可在超短或超長距離內(nèi)進行測量，且不易受灰塵、空氣運動、溫度或壓力波動的影響。
另一方面，壓在傳輸線或波導(dǎo)上的重物也會引起虛假讀數(shù)。此外，此類產(chǎn)品還難以測量介電常數(shù)極低的塑料材料(如EPS珠)的物位。但是，它對塑料球和塑料片的測量效果卻很好。