幾種柜位計在工程中的具體應用

潘亞男

【摘要】鋼廠的煤氣柜用于穩定企業煤氣管網壓力。煤氣柜活塞的位置常常與進出口管道的閥門聯鎖，因此柜位的檢測關系著煤氣柜是否能穩定安全運行。本文針對幾種不同形式的柜位計進行簡單的性能介紹及對比。

【關鍵詞】煤氣柜 活塞高度測量 雷達 激光 光纖

中圖分類號：TH134文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）01（c）-0000-00

1引言

煤氣柜是一種用來儲存低壓煤氣的輔助設施。鋼鐵企業普遍設有煤氣柜，可以有效的穩定煤氣管網壓力：當管網壓力高于煤氣柜的設計壓力，煤氣就進入煤氣柜儲存；當管網壓力降低時，煤氣柜中的煤氣補入管網。在煤氣柜的運行過程中，控制室通過設在煤氣柜上的柜位計對煤氣柜的柜位進行監視，并通過煤氣進出口管道上的閥門遙控氣柜的運行，所以說準確的測量其柜位對穩定管網壓力，保證正常生產和正確控制煤氣放散都至關重要。

目前，市場上主要有接觸式和非接觸式兩大類柜位計。

2雷達柜位計

雷達柜位計是非接觸式柜位計的一種，“發射-反射-接收”是雷達柜位計工作的基本原理（見圖一）。雷達測量技術可以測量從發射信號到返回信號的時間差，從而測量距離和物位。雷達測量技術分為脈沖雷達和FMCW雷達。

脈沖雷達以固定頻率從天線發射微波，該頻率反映了兩種不同介電常數材料之間的界面（正在監控的大氣和介質），回波通過一個接收器檢測，傳輸時間用于計算物位。FMCW（線性連續調頻波）測距雷達的原理是：雷達天線發射信號到介質表面，并連續調頻，同時接收器連續接收，發射器和接收器之間的頻差與到物體的距離成正比。

圖一

3激光柜位計

激光柜位計是也屬于非接觸式柜位計，它利用激光傳感技術，采用時域測量原理，對煤氣柜活塞位置進行無接觸測量。激光柜位計通過將光速乘以激光脈沖從儀表傳輸到目標物體并返回所用的時間，電子微處理器進行距離計算。

激光測距的基本公式為：

S——天線與物體之間的距離

C——大氣中的光速

t——光波往返所需要的時間

根據測量時間方法的不同，激光測距儀通常可分為脈沖式和相位式兩種測量形式。在脈沖式激光測距中，需要測量的只是發射與接收激光的時間間隔、受環境因素影響的大氣折射率、環境參數及激光傳播速度。相位法激光測距技術，是采用無線電波段頻率的激光，進行幅度調制并將正弦調制光往返測距儀與目標物間距離所產生的相位差測定，根據調制光的波長和頻率，換算出激光飛行時間，再依次計算出待測距離。

4光纖式柜位計

光纖式柜位計利用力學自平衡原理實現柜位的檢測。柜位計由測量單元（包括柜內配重、計量鋼絲繩、重錘、主動輪、過渡輪等）、光碼變送器、光纜等部分組成（見圖二）。當被測煤氣柜界面發生變化時，柜內配重隨活塞升降產生位移，通過計量鋼絲繩、主動輪、過渡輪將該直線位移轉變為角位移，再通過磁耦合，使光碼變送器內的光碼盤同步轉動，輸出兩組光脈沖，經光纜傳送到位于控制室的二次儀表，然后以4～20mA的形式輸出，對柜位進行直接顯示，并實現上下限報警功能。

圖二

5幾種柜位計的比較

（1）光纖式柜位計采用光纖進行信號傳輸，因此傳輸時不受電磁信號干擾及雷擊等因素的影響。雷達/激光柜位計則要在現場加裝屏蔽或防浪涌措施，以防信號收到干擾。

（2）光纖式柜位計安裝在危險場所，二次表安裝在安全場合的操作室，柜位計與二次表之間通過光纜連接，完全做到柜區無電檢測，本質安全防爆。雷達/激光柜位計輸出4～20mA電流信號，除了現場一次檢測儀表要選擇隔爆或本質安全型的，其次還要在現場與控制室之間加上安全柵，進行信號隔離。如圖三所示：

圖三

（3）雷達/激光柜位計，它們采用的是一體式的結構，即天線與變送器組裝在一起，安裝便捷，檢修起來也方便。而光纖式柜位計有很多機械傳動部件（如配重、重錘、滑輪等），故障率就會增加，安裝也復雜些

6結語

隨著科技的日新月異，煤氣柜活塞位置的測量裝置在推陳出新。每一種的測量方式都有其優缺點：雷達波本身頻率高，穿透性能好；激光采用的是點對點的發射，用于直接瞄準定位，且無散射，無錯誤回波；光纖式柜位計能完全做到無電傳輸。設計者應該從具體的工況、維護量、以及產品的性價比等角度，去找到最佳的測量解決方式，從而使煤氣柜的運行過程更加穩定。

參考文獻：

1、杜維，張宏建，樂嘉華 過程檢測技術及儀表 化學工業出版社 1998.11

2、中國冶金建設協會 鋼鐵企業過程檢測和控制自動化設計手冊 冶金工業出版社 2000.7