射频导纳液位计与导波雷达液位计的区别

在化工、油气、食品等行业中，经常需要测量不同液体之间的分界面的高度，从而精确控制反应过程、原料储量等。

MTS传感器部门生产的Level Plus系列液位计采用MTS特有的Temposonics®磁致伸缩传感技术，配合特定密度的磁性浮子，可对不同液体的分界面高度进行精确测量。

市场上测量液体分界面高度的产品群雄逐鹿，招式各有千秋，小编将一一细数，看看哪种测量原理能拔得头筹！

一、射频导纳液位计（电容液位计）

射频导纳液位计的传感器是一根带特氟龙涂层的金属杆或者柔性金属缆，需要插入被测液体内。这样金属杆（缆）和容纳被测液体的金属罐壁之间就会产生电容，这个电容在射频电路（频率达到300Ghz）下被放大到足够测量的电导纳值。如果被测液体分层后形成上层油下称水的分层，那么会形成C1、C2和C3三个电容值。因为水的导电性能使C3的值最大，则射频导纳液位计测量得到的电容值主要取决于C3的值。因此水位的高度就和C3的值几乎成正比例关系。

根据以上测量原理，射频导纳测量分界面的必要条件和局限性：

1、 上层液体不能导电，如苯、碳氢化合物等;下层被测液体必须是导电液体，如普通水或者水溶液。

2、 对分界面测量精度要求不高。因为上层油的高度和被测罐体的形状等都会被测精度影响。

二、导波雷达液位计

导波雷达液位计的传感器也是金属杆或者金属缆插入被测液体内。液位计的电子头发射雷达波脉冲。雷达波脉冲会沿着金属杆或者金属缆朝向被测液体传播，当到达介电常数发生变化位置时会产生反射。液位计电子头计算发射雷达波脉冲和接受雷达波脉冲的时间差来确定被测液位的高度。如下图，如果被测液体上层油下称水，则雷达波分别在从空气进入油的时候、以及从油进入水的时候分别发生反射。

从导波雷达的测量原理可知其测量分界面的必要条件：

1、 雷达波发生反射的必要条件是介电常数发生变化。如果介电常数的变化很小的话，雷达波的反射信号也很小以至于无法测量。因此导波雷达测量分界面要求下层液体的介电常数比上层液体的要大得多。而介电常数的大小一般无法通过常规手段测量，而且介电常数大小很容易受到环境温度、电磁频率、罐内的化学反应等影响。这就决定了无法轻易判断导波雷达能否和应用环境相适应。

2、 为了保持雷达波穿过上层液体后还有足够的能量在分界面上还能产生反射，一般要求传感器是一个同轴结构。上图是导波雷达测量分界面的安装要求，左边是导波雷达的测量杆和测量筒是一个同轴结构，右图中导波雷达的测量杆安装在一个布满倒液孔的测量管内。同轴结构内外的分界面变化有时无法真正同步会导致测量误差。而且粘性较大的液体会粘连在同轴结构内干扰测量。

3、 如果要精确测量被测液体分界面必须知道上层液体的具体介电常数。因为雷达波穿过空气的速度是光速，而穿过上层液体的速度小于光速且和其介电常数成反比。因为介电常数不容易测量且善变，因此导波雷达很难精确测量分界面高度。

三、浮筒液位计

浮筒液位计测量分界面一般安装在罐体的侧面，把被测液体通过两个法兰口从被测罐引入测量筒内，同时测量通内还有一个浮子通过一些机械结构和电子头相连。通过测量浮子受到浮力的变化来感应测量筒内液体的平均密度，从而评估出被测分界面的高度（假定测量筒内只有两种液体）。浮筒液位计不要求被测液体的导电性和介电常数。

根据浮筒液位计的原理和内部结构，其测量分界面的必要条件和局限：

1、 只能安装在被测罐体侧面，且保证测量筒内没有空气。

2、 为了保证测量的精度必须定期进行校准，因为浮子到电子头之间的力传输结构会随着时间而偏移设定。

3、 因为测量筒的狭小结构，被测液体中的固体或者粘性物质会使浮子卡在测量筒内，无法真正反映分界面高度。

四、双法兰液位计

双法兰液位计通过测量两个固定位置的压力差来反映两个位置之间的液体的平均密度从而间接测量分界面高度。双法兰液位计也是安装在罐体的侧面，但是不需要测量筒，因此解决了上面浮筒液位计内浮子容易卡死的问题。

双法兰液位计通过充油的毛细管把罐内的两个压力值传输到电子头部分。因此双法兰液位计的界面测量受到以下因素的影响：

1、 环境温度变化对毛细管内油压有明显影响，因此长的测量范围必须要长的毛细管，从而导致温度变化对测量精度也影响很大。

2、 必须保证两个法兰之间充满液体。

3、 毛细管充油需要特殊的生产技术，因此测量范围对仪表价格影响很大。

4、 安装过程要保证毛细管不要受到外部机械冲击，防止毛细管受损或者油路堵塞。

五、终极篇 - 磁致伸缩液位计

磁致伸缩液位计通过测量浮在分界面上的磁性浮子的位置来测量分界面的高度。MTS生产的Level Plus系列液位计可以实现测量误差控制在1毫米以内，最大的测量范围可以达到22米。磁致伸缩液位计的测量不依赖于液体的导电性、介电常数等物理参数，只是基于不同液体的密度差。密度差和相互不溶解是形成分界面的必要条件。

Level Plus系列

磁致伸缩液位计只要选择好特定浮子的密度，安装后不需要定期的维护和标定就能保证液位计的长期可靠性和精确性。

磁致伸缩液位计的应用局限性在于不能用于操作粘度很高的液体（建议粘度小于400厘泊）。高粘度液体容易把浮子粘在一个位置不变，导致磁致伸缩液位计测量到的浮子位置不能准确反映分界面高度。

Level Plus磁致伸缩液位计应用实例

1、 二硝基甲苯（DNT）和水的分界面

因为二硝基甲苯（DNT）相对于水的比重是1.52，因此在罐内是下层液体，因此无法使用射频导纳、导波雷达。而且因为现场的测量范围超过4米，因此无法使用浮筒液位计和双法兰液位计。通过使用Level Plus系列磁致伸缩液位计可以同时测量反应罐内的液位和分界面高度，从而对化学反应过程精确控制。

2、 液体白磷和水的分界面

白磷是生产磷酸类物质的基本原料。但是因为白磷在空气容易自然，而且有毒，因此一般都储存在具有水封的储存槽内。Level Plus液位计可以对水封下的白磷存量进行实时监控，同时保证水封的厚度防止白磷和空气接触。

3、 大型成品油罐

炼化工厂、燃料输送系统等都有一些成品油储罐、转运罐等，这些罐子高度都有15～20米高。因为有些成品燃油会吸收空气中的水分，导致很多罐底都有积水。MTS传感器生产的Level Plus液位计可以同时测量罐内成品油液位和油水分界面的高度，同时还可以根据液位计内部的罐容表来计算罐内容量，并且输出罐内的成品油温度。Level Plus液位计只通过罐上的一个测量孔，就可以同时输出液位、分界面高度、罐内容量和温度的测量结果，满足国际石油组织对成品燃油的交接计量要求。
       责任编辑:pj