钻井作业泥浆罐液位传感器

超声波液位计是一台博采众长，吸取了国内多种物位仪优点，实现了全数字化、人性化设计理念的通用型物位仪，具有完善的液/物位测控功能，超声波液位计主芯片采用进口工业级单片机，数字温度补偿和宽电压输入稳压等，相关专用集成电路，超声波液位计具有抗干扰性强，可任意设置上下限节点及在线输出调节，并带有现场显示，由于为非接触式检测方式，较其它仪器更卫生，更耐潮湿、粉尘、高湿、腐蚀气体等恶劣环境，具有高可靠，无污染，性能稳定，价格低廉等特点，因此可广泛应用于与物体，料位，液位测控相关的各个领域。

工作原理：

超声波液位计工作原理如图所示，超声波液位计一般采用收发合一的陶瓷超声波换能器，声波的发射和接收都由同一个探头完成，探头向被测液面发射超声波信号，超声波由探头经传播介质传播至被测液面，在液面上形成反射，反射波沿原路径传播至探头，被探头接收。

主要特点：

·电路设计从电源部分起就选用高质量的电源模块，元器件选择进口高稳定可靠的器件，完全可以替代同类型国外进口仪表。

·砖利的声波智能技术软件可进行智能化回波分析，无需任何调试及其它的特殊步骤，此技术具有动态思维、动态分析的功能。

·声波智能砖利技术，使仪表的精度大大提高，液位精度达到0.3％，能够抗各种干扰波。

·非接触式仪表，不跟液体直接接触，因此故障率低。仪表提供多种安装方式，用户完全可以通过本手册进行仪表标定。

·仪表的所有输入、输出线均具有防雷、防短路的保护功能。

技术指标:

测量范围：      0～15m（根据实测量程选定）

盲    区：      0.25m～0.6m

测距精度：      0.3%（标准条件）

测距分辨率：    1mm

压    力：      常压

仪表显示：      自带LCD显示液位或空间距离

模拟输出：      4～20mA

数字输出：      RS485、Modbus协议或定制协议

供电电压：      DC24V/AC220V，防雷装置内置

环境温度：      －20℃～＋60℃

防护等级：      IP65

外形尺寸：

安装方法：

超声波液位计开敞环境下一般采用支架安装方式，用仪表自带法兰固定；池或罐在安装位置上割一个略大于探头直径（60mm）的圆孔，将仪表放入，然后将法兰自下而上旋紧；安装必须保证仪表的探头面与被测液面水平。

1）探头发射面到低液位的距离，应小于选购仪表的量程。

2）探头发射面到高液位的距离，应大于选购仪表的盲区。

3）探头的发射面应该与液体表面保持平行。

4）探头的安装位置应尽量避开正下方进、出料口等液面剧烈波动的位置。

5）若池壁或罐壁不光滑，仪表安装位置需离开池壁或罐壁0.5m以上。 

6）若探头发射面到高液位的距离小于选购仪表的盲区，需加装延伸管，延伸管管径大于120mm，长度0.35m～0.50m，垂直安装，内壁光滑，罐上开孔应大于延伸管内径，或者将管子通至罐底，管径大于100mm，管底留孔保持延伸管内液面与罐内等高。

安装注意事项：

1）仪表在室外安装建议加装遮阳板以延长仪表使用寿命。

2）电线、电缆保护管，要注意密封防止积水。

3）仪表虽然自身带有防雷器件，但仪表在多雷地区使用时，建议在仪表的进出线端另外安装专用的防雷装置。

4）仪表在特别炎热、寒冷的地方使用，即周围环境温度有可能超出仪表的工作要求时，建议在液位仪周围加设防高、低温装置。

泥浆罐液位传感器在钻井作业中应用探讨：

介绍石油和地质勘探钻井中常用的泥浆罐液位传感器，包括磁翻柱液位计、雷达液位计、超声波液位计的工作原理、安装方式、适用范围、技术指标等。为泥浆罐液位传感器选型提供参考。

泥浆是钻井液的俗称，是石油和地质勘探钻井作业的“血液”，主要由水、黏土和化学添加剂组成，作为钻井作业的润滑剂与冷却剂，可以平衡地层压力。钻井泥浆罐是泥浆循环系统配制泥浆的容器，作用是负荷从钻井井口到泥浆泵中的泥浆，泥浆罐的振动筛、除泥器等装置，能分离出泥浆中较大的岩屑，通过混配装置保持钻井液密度基本稳定，以适应钻井工艺要求。泥浆液位的变化直接反映钻井作业工况，泥浆液位实时监测能预防井涌或漏失，可以避免重大事故，对钻井安全作业有着重大意义。

常见的泥浆罐液位传感器有hualu/华陆磁翻柱液位计、雷达液位计和超声波液位计。

1 磁翻柱液位计

磁翻柱液位计（图1）采用磁性藕合隔离器密闭结构，常用于石油化工生产过程中的液位测量与控制。常见的磁翻板液位计有顶装式、侧装型、保温型、防腐型等。

1.1 工作原理

hualu/华陆磁翻柱液位计采用具有磁性的浮子元件进行测量，当泥浆罐中的液面升高时，传感器磁性浮子随着液面增加而上浮，通过磁耦合转达至磁翻柱指示器，使红、白色翻柱转动，液面升高时翻柱翻转成红色，液面降低时翻柱翻转成白色。红色与白色更迭的标尺表示液位实际距离，实现泥浆液位测量。

1.2 安装方式

磁翻柱液位计通常采用顶装式安装。选择安装位置时应避开或远离泥浆罐入料口，液位计零位与泥浆罐底部处于同一水平线；当泥浆罐较高时，需增加中间加固材料作为强度支撑。导管和测量管务必保持垂直，上下浮球连杆不得弯曲，需垂直插入。同时加强防腐层的保护，两边可加固定索，保证仪器在恶劣环境下工作稳定。

1.3 适用范围

磁翻柱液位计磁钢驱动翻柱显示，无需能源、结构简单、显示直观、价格便宜。适用于易燃、易爆和腐蚀液位检测。磁翻柱液位计加装磁性开关可配置为电气接点上、下限开关输出；也可通过转换模块配置成变送器二线制4～20 m A标准信号输出，可远距离传输信号。泥浆罐通常选用不锈钢和ABS工程塑料材质外壳。磁翻柱液位计采用接触式安装，长时间使用本体内有介质沉淀物，影响浮子动作甚至卡住，必须不定期清洗主导管并清除结垢物。磁翻柱液位计安装体积较大，不能测量含有较大气泡的液体。

1.4 技术性能

泥浆罐磁翻柱液位计技术性能如表1所示。

2 雷达液位计

雷达液位计（图2）采用发射高频微波脉冲、高频微波脉冲时域反射原理结构，常用于储蓄罐体中的液位测量与监测。雷达液位计分为非接触式的棒式天线雷达、喇叭口天线雷达液位计和接触式的杆、缆、同轴导波雷达液位计。

2.1 工作原理

雷达液位计以时域反射原理为基础，雷达液位计的电磁波脉冲以光速运行，当电磁脉冲遇到介质表面时，电磁脉冲的部分脉冲被反射形成回波，回波沿着发射传播路径回到电磁发射装置，电磁脉冲的传播时间与发射装置距被测介质表面的距离与成正比，雷达液位计可以通过电子元件将运行时间转换成物位信号，经过仪表内部计算得出液位高度。

2.2 安装方式

雷达液位计通常采用法兰连接，盲区一般在30～50cm。雷达液位计安装时必须将传感器轴线垂直介质表面，正下方不能设置障碍物。雷达液位计信号发射区域需避开剧烈搅动区域，以避免虚假波的信号输出。同时需避开进出料口，罐体顶部为拱形时，安装时需避开拱形正上方，下方为锥形时需安装在罐顶中。不可贴罐壁安装，以避开涡流区域。

2.3 适用范围

雷达液位计应用于浆料、小型储蓄罐、腐蚀性液体测量。雷达液位计采用一体化设计，不会由于摩擦和使用而造成损耗，可有效使用寿命较长，数字元件显示清晰直观，法兰或螺纹接口便于后期维护。导波式雷达液位计对蒸汽和泡沫有很强的抑制能力，导波管可以较好克服波幅较大的液面，但泥浆罐中容易有介质附着。非接触式雷达液位计不接触介质，后期维护工作简易。高频脉冲雷达液位计能在恶劣环境下工作，并可保持工作时的稳定性。雷达液位计和其他型号的液位计相比较，价格贵一些。泥浆罐液位随着搅拌、入料会产生波动，雷达液位计会有少数虚假波信号输出。

2.4 技术性能

泥浆罐雷达液位计技术性能如表2所示。

3 超声波液位计

超声波是一种机械波，其特点是频率高、波长短、不易绕射、方向性好。超声波在液、固介质中传播衰退较小，穿透能力强，泥浆是对光不透明的介质，超声波碰到泥浆液面会有显著的反射，超声波液位计（图3）就是利用了它的这一特征。从结构形式上可将超声波液位计分为一体式和分体式两种类型。

3.1 工作原理

hualu/华陆超声波液位计在微处理器的控制下发射超声波，声波在泥浆罐内部传播，当声波遇被测介质表面时，声波会沿着发射路径进行反射，反射的声波有部分被超声波液位计接收，并通过电子器件转换成电信号，依据声波在空气中传播时间（T）来计算超声波液位计与被测介质之间的距离（S）。计算公式：S=C×T/2。式中，C是声波传播速度。

3.2 安装方式

超声波有盲区，安装时必须预留超声波液位计安装位置与泥浆罐顶部的距离。超声波液位计探头需与被测介质面保持平行，发射装置与被测介质之间不得有阻碍物，以保证测量的准确性。发射装置不可安装在入料口上方与强涡流区域，避免声波遇到料物反射。不可贴罐体设备内壁安装，确声波被设备内壁反射会造成声波无法接收。当泥浆罐较高时，可采用分体式超声波液位计。

3.3 适用范围

超声波液位计采用LCD/LED数字式显示，可以直观、清晰地查看液位数据，智能信号处理可以更准确地实施测量，价格适中。传感器探头与内部无机械运动部件，采用非接触式测量不易有介质的附着、留垢，装置小巧便于后期维护。超声波液位计通常采用ABS工程塑料外壳，适用于易爆、腐蚀性等储蓄罐的测量。当泥浆罐较高时可采用分体式超声波液位计，主机可放置泥浆罐体下方。泥浆罐电机搅拌时，泥浆会产生泡沫和波幅，当泥浆表面泡沫和波幅较大时，会吸收超声波脉冲能量，测量会存在一定误差，可加大发射功率或在泥浆罐中加装导波管隔离泡沫以提高测量的准确性。

3.4 技术性能

泥浆罐磁翻柱液位计技术性能如表3所示。

4 结语

近年来，石油和地质勘探装备逐渐走向高端市场，随着钻井技术的发展，石油钻井工程对钻机配套设备的性能、技术水平提出了更高的要求，本文介绍了常用的泥浆罐液位传感器的工作原理、安装方式、适用范围、技术指标等，希望对钻井配套仪表中泥浆罐液位传感器的选型有一定借鉴意义。