超聲波檢測方案

根據超聲波的特性，有通過聲波穿過不同介質的透射速度來判斷液面和泡沫的高度，或者同樣采用水蒸氣對超聲波的衰減來判斷2種方式。但無論是哪一種方式，都要面臨光的透射和反射的問題。聲濕透射系數口和聲強反射系數β計算式為

式中，Z1為反射聲阻抗；Z2為透射聲阻抗。當2介質的特征聲阻抗相差很遠時，即不論Z1＞Z2，還是Z2＞Z1，則可得聲強的透射系數a趨近于0，而聲強的反射系數口趨近于1，幾乎無透射聲波，而產生全反射。空氣的聲阻抗較小，因此當超聲波從空氣中垂直入射到容器外壁面時，大部分的聲波被反射回來，入射的聲波在內壁反射一次，無論是采用透射法，還是回聲法，有用的信號波也難以出壁，建議采用內置式進行檢測。內置式回射法是測取從發射到接收到回聲的時間間隔來獲取信號，這種方式結構緊湊，布線方便，信號獲取容易。由于其距離小，而且速度隨密度變化不是很大，所以檢測的時間差別不會很明顯。

采用超聲波傳感器的特點是超聲波傳感器信號獲取容易，傳感器以及信號處理電路成熟，無論是分體式還是發射頭和接收探頭共體式的型號頗多，安裝容易便捷。超聲波傳感器對環境沒有選擇，能耐酸，耐壓。

紅外線檢測方案

水蒸氣對紅外線有很強的吸收作用，在紅外區有2個波長的紅外線很容易被水吸收(1．63μm和1．9μm，對于主要成分是水的液體高度紅外線強度會降低很多。泡沫段有2個因素會導致紅外線的強度降低：一方面泡沫的沫本身是水，會吸收部分紅外線；另外一方面泡沫是由許多小泡組成，其表面形狀不規則，所以絕大部分的紅外線發生折射和反射，從而使得到達紅外線接收探頭的強度很弱。對于泡沫段以上的氣體部分，紅外線的強度隨高度的增加而變強。如果采用以上2個波長附近的紅外線，被水的吸收量很小，主要是由于光的散射和折射、反射等光學性質使之減弱，檢測的信號曲線如圖3。同時紅外線還可以避開自然光的影響。

采用紅外線檢測，其布置按圖4給出的2種方式。

a)  內置式 

在容器的內部布置一根絲杠和與之平行的光桿固定傳感裝置，在小型電機的帶動下，傳感裝置上下移動便可以測量出各個位置的信號情況。傳感器裝置為左邊一個紅外線的發射裝置(紅外線發光二極管)，右邊一個紅外線接收裝置(紅外線光敏三極管)。

b)  外置式   

結構與內置式相似，只是需要采用透明容器；另外對容器的形狀有一定的要求：紅外線會在入射到射出需要光路直，接收裝置才能檢測到信號，就要求容器的內外壁面是平面，才能保證光線的垂直射入和射出。由于紅外線在固體中的透射率不是很高，所以能量衰減比較嚴重，其檢測到的信號強度總體下降很多，但不會影響結果。

該方案的特點是信號在液面處的變化明顯，能準確地判斷出液面和泡沫的位置高度。但此種測試尚無成熟、成套的傳感器，信號處理電路需自主研發完成。另外，對外置式而言，由于紅外線的穿透能力弱，對容器材料有所要求，因為部分材料對紅外線的吸收能力比較強。

測量電導率法檢測

根據天然氣及積液的成分特點，水含有一定雜質，有一定的導電能力，根據泡沫檢測筒內不同高度的導電率的不同來判定容器內該高度處液體的成分，其結構同樣可以設計成如圖4a所示。理論上測量出來的液體電阻率如圖5。

由于液體的成分密度比較均勻，所以其電阻率也比較穩定；泡沫段的密度隨著高度的增加，密度有所變化，導電能力下降，所以電阻率逐漸變高；隨著高度的繼續增加，在泡沫的上界面會有一個突變；氣體段的水汽含量隨高度增加逐漸降低，最后趨于穩定。

測量液體的導電率不需要特殊的傳感器裝置，只要求耐腐蝕的導電體就可以測量，方便快捷，成本低廉，結構簡單。但要控制測試電壓，還要保證電極的距離，絕對要避免產生電弧。同樣存在布線的問題，如何布線才能做到保證容器的強度和密封效果是關鍵。

通過分析可以看出，3種檢測方案在理論上均可實現對泡沫高度的檢測，結合檢測方法的特點及泡排井生產的實際，建議采用內置式回射法檢測。