几种柜位计在工程中的具体应用

潘亚男

【摘要】钢厂的煤气柜用于稳定企业煤气管网压力。煤气柜活塞的位置常常与进出口管道的阀门联锁，因此柜位的检测关系着煤气柜是否能稳定安全运行。本文针对几种不同形式的柜位计进行简单的性能介绍及对比。

【关键词】煤气柜 活塞高度测量 雷达 激光 光纤

中图分类号：TH134文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）01（c）-0000-00

1引言

煤气柜是一种用来储存低压煤气的辅助设施。钢铁企业普遍设有煤气柜，可以有效的稳定煤气管网压力：当管网压力高于煤气柜的设计压力，煤气就进入煤气柜储存；当管网压力降低时，煤气柜中的煤气补入管网。在煤气柜的运行过程中，控制室通过设在煤气柜上的柜位计对煤气柜的柜位进行监视，并通过煤气进出口管道上的阀门遥控气柜的运行，所以说准确的测量其柜位对稳定管网压力，保证正常生产和正确控制煤气放散都至关重要。

目前，市场上主要有接触式和非接触式两大类柜位计。

2雷达柜位计

雷达柜位计是非接触式柜位计的一种，“发射-反射-接收”是雷达柜位计工作的基本原理（见图一）。雷达测量技术可以测量从发射信号到返回信号的时间差，从而测量距离和物位。雷达测量技术分为脉冲雷达和FMCW雷达。

脉冲雷达以固定频率从天线发射微波，该频率反映了两种不同介电常数材料之间的界面（正在监控的大气和介质），回波通过一个接收器检测，传输时间用于计算物位。FMCW（线性连续调频波）测距雷达的原理是：雷达天线发射信号到介质表面，并连续调频，同时接收器连续接收，发射器和接收器之间的频差与到物体的距离成正比。

图一

3激光柜位计

激光柜位计是也属于非接触式柜位计，它利用激光传感技术，采用时域测量原理，对煤气柜活塞位置进行无接触测量。激光柜位计通过将光速乘以激光脉冲从仪表传输到目标物体并返回所用的时间，电子微处理器进行距离计算。

激光测距的基本公式为：

S——天线与物体之间的距离

C——大气中的光速

t——光波往返所需要的时间

根据测量时间方法的不同，激光测距仪通常可分为脉冲式和相位式两种测量形式。在脉冲式激光测距中，需要测量的只是发射与接收激光的时间间隔、受环境因素影响的大气折射率、环境参数及激光传播速度。相位法激光测距技术，是采用无线电波段频率的激光，进行幅度调制并将正弦调制光往返测距仪与目标物间距离所产生的相位差测定，根据调制光的波长和频率，换算出激光飞行时间，再依次计算出待测距离。

4光纤式柜位计

光纤式柜位计利用力学自平衡原理实现柜位的检测。柜位计由测量单元（包括柜内配重、计量钢丝绳、重锤、主动轮、过渡轮等）、光码变送器、光缆等部分组成（见图二）。当被测煤氣柜界面发生变化时，柜内配重随活塞升降产生位移，通过计量钢丝绳、主动轮、过渡轮将该直线位移转变为角位移，再通过磁耦合，使光码变送器内的光码盘同步转动，输出两组光脉冲，经光缆传送到位于控制室的二次仪表，然后以4～20mA的形式输出，对柜位进行直接显示，并实现上下限报警功能。

图二

5几种柜位计的比较

（1）光纤式柜位计采用光纤进行信号传输，因此传输时不受电磁信号干扰及雷击等因素的影响。雷达/激光柜位计则要在现场加装屏蔽或防浪涌措施，以防信号收到干扰。

（2）光纤式柜位计安装在危险场所，二次表安装在安全场合的操作室，柜位计与二次表之间通过光缆连接，完全做到柜区无电检测，本质安全防爆。雷达/激光柜位计输出4～20mA电流信号，除了现场一次检测仪表要选择隔爆或本质安全型的，其次还要在现场与控制室之间加上安全栅，进行信号隔离。如图三所示：

图三

（3）雷达/激光柜位计，它们采用的是一体式的结构，即天线与变送器组装在一起，安装便捷，检修起来也方便。而光纤式柜位计有很多机械传动部件（如配重、重锤、滑轮等），故障率就会增加，安装也复杂些

6结语

随着科技的日新月异，煤气柜活塞位置的测量装置在推陈出新。每一种的测量方式都有其优缺点：雷达波本身频率高，穿透性能好；激光采用的是点对点的发射，用于直接瞄准定位，且无散射，无错误回波；光纤式柜位计能完全做到无电传输。设计者应该从具体的工况、维护量、以及产品的性价比等角度，去找到最佳的测量解决方式，从而使煤气柜的运行过程更加稳定。

参考文献：

1、杜维，张宏建，乐嘉华 过程检测技术及仪表 化学工业出版社 1998.11

2、中国冶金建设协会 钢铁企业过程检测和控制自动化设计手册 冶金工业出版社 2000.7