前言

工業(yè)液位測量儀表類型眾多形式各異，有復(fù)雜的高科技儀表也有構(gòu)造簡單的機械儀表。長期以來受生產(chǎn)廠商的誤導(dǎo)，使用者常常存在認(rèn)識誤區(qū)，認(rèn)為高科技的儀表就要比簡單的儀表性能優(yōu)越，導(dǎo)致在液位儀表選型中一味的使用價格昂貴的儀表但實際效果并不理想，甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如結(jié)構(gòu)簡單的機械儀表，因此我們要根據(jù)實際的使用條件來合理選擇液位儀表。

 

液位儀表的分類

工業(yè)現(xiàn)場使用的液位儀表根據(jù)不同的測量機理主要分為：液面法（雷達(dá)、超聲波）、靜壓法（壓力/差壓傳感器）、介電常數(shù)法（射頻導(dǎo)納、電容、音叉）、變浮力法（浮筒）和恒浮力法（浮球、浮筒、浮盤、磁致伸縮、伺服）五大類。每一類都會衍生出多種測量儀表，針對不同的工藝環(huán)境而使用，實際使用中*直觀*簡單的液位儀表是浮子液位計。浮子液位計的本體能夠在現(xiàn)場直觀醒目的顯示出真實的液位，外部安裝遠(yuǎn)傳信號處理器就可實現(xiàn)液位遠(yuǎn)傳功能。

 

浮子液位計測量原理

浮子液位計是基于恒浮力原理制成的液位檢測儀表，其核心部件是一個內(nèi)部中空的不銹鋼金屬浮子。基于不同的液體密度廠家制造出高度不同的浮子，保證浮子在液體中能夠剛剛飄浮露出上部的圓弧形頂部空間，始終保證浮子漂浮在液面之上，這樣介質(zhì)的液位變化就會引起浮子的高度變化，只要檢測出浮子的高度就可知介質(zhì)的液位。

 

實際使用中的液體介質(zhì)密度會隨著物料組分和溫度變化出現(xiàn)一些偏差，偏離正常的理論密度。由于浮子在液面上有一個弧形的頂部空間作為緩沖，液體密度較小偏離正常值，浮子所受浮力有輕微的變化，重新進(jìn)行力的平衡，浮子露出液面的高度會有小幅度的變化，只要滿足浮子不全部淹沒于液面以下，浮子就能真實的反映出液體的液面高度。

 

由于浮子具有一定的介質(zhì)密度變化自適應(yīng)的特點，因此其浮子的高度真實的表征了液體的高度，在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用非常普遍。

 

浮子液位計的構(gòu)造

浮子高度的檢測是通過磁性傳導(dǎo)來實現(xiàn)的，根據(jù)液位計磁性材質(zhì)所在位置的不同，浮子液位計分為內(nèi)裝式液位計和外裝式液位計兩種類型。

 

現(xiàn)場使用的浮子液位計如圖：

 

內(nèi)裝式浮子液位計

內(nèi)裝式浮子液位計，本身不設(shè)置測量筒，浮子直接安裝于液體的容器中，適用于被測液體無壓力的開口容器或微壓的密封儲罐的液位測量，如：零位罐、地下池的液位檢測。浮子液位計從這些容器池的上部安裝，因此內(nèi)裝式浮子液位計也叫頂裝式浮子液位計。

 

浮子直接安裝于液體的容器中，浮子的高度始終在地面以下，人員無法觀察浮子的高度。浮子本身不帶有磁性，其頂端固定一細(xì)長的金屬傳導(dǎo)桿，傳導(dǎo)桿伸入地面以上的保護筒中，傳導(dǎo)桿的頂端安裝一磁性的金屬小球，當(dāng)?shù)投说臏y量浮子在液面*低時，傳導(dǎo)桿頂部的磁性浮球正處于外部護套筒的*低端。在護套筒外表面安裝就地指示的紅白磁性轉(zhuǎn)珠面板，磁珠受導(dǎo)桿頂部的磁球磁性影響反轉(zhuǎn)而出現(xiàn)顏色變化，由此能夠指示出浮子的高度即液體的液位高度。

 

為防止液體的晃動對浮子產(chǎn)生橫向的沖擊波動，內(nèi)裝式浮子液位計在安裝法蘭處設(shè)有一個縮徑的限位孔，廠家提供帶有消波的鏤空金屬筒已減輕浮子在容器中的橫向波動性，用戶根據(jù)現(xiàn)場情況而定。

 

外裝式浮子液位計

外裝式浮子液位計，浮子不直接安裝于液體的容器中，通過一個連通器的測量筒與容器的側(cè)壁相連。因此也叫做側(cè)裝式浮子液位計，主要用于地面以上的儲罐、臥罐、塔器的液位測量。

 

外裝式浮子液位計的浮子安裝在測量筒中，測量筒的外部安裝有現(xiàn)場指示的紅白磁珠面板，人員觀察方便，因此測量筒中的浮子不用另設(shè)傳導(dǎo)桿，浮子上部圓弧金屬筒中內(nèi)置磁鐵，浮子的高度通過磁性傳導(dǎo)到外面的面板磁珠上，從而能夠指示出液體的高度。

 

浮子液位計內(nèi)浮子的結(jié)構(gòu)如下圖所示：

 

遠(yuǎn)傳測量變送器

如果浮子液位計的液位信號需要遠(yuǎn)傳到控制室顯示，那么只需在浮子液位計面板的側(cè)面安裝遠(yuǎn)傳測量桿即可實現(xiàn)，內(nèi)裝式和外裝式浮子液位計的遠(yuǎn)傳測量桿的型號和安裝位置相同。

 

遠(yuǎn)傳測量桿也叫磁浮子變送器，其通過一個與測量筒同樣長的電路板，線性的把浮子的變化轉(zhuǎn)換為電阻值，然后經(jīng)過變送器電路板進(jìn)行處理輸出4—20mA信號。

 

電阻測量電路板安裝在一個不銹鋼的護套管內(nèi)，電路板由相同阻值的電阻串聯(lián)而成，每個電阻的末端與電路板電源進(jìn)線間并聯(lián)一個干簧管，干簧管內(nèi)部有一個對磁性敏感的小觸點，遇到磁浮子的磁性時觸點吸合，此干簧管以下的所有電阻被短路，電路板的電阻值變小使變送器輸出電流變大。磁浮子上升或下降后干簧管的觸點在釋放，此點的電阻恢復(fù)功能。

 

下圖為浮子液位計的遠(yuǎn)傳測量桿

 

安裝注意事項

內(nèi)裝式浮子液位計

為防止被測液體的晃動對浮子產(chǎn)生橫向的沖擊波動，內(nèi)裝式浮子液位計在安裝法蘭處設(shè)有一個縮徑的限位孔，但這樣的措施只能適應(yīng)液體輕微晃動的情況。

現(xiàn)場安裝內(nèi)裝式浮子液位計要遠(yuǎn)離容器的液體進(jìn)出口，選擇液體波動*小的角落安裝。廠家提供帶有消波的鏤空金屬筒已減輕浮子在容器中的橫向波動性，用戶可根據(jù)現(xiàn)場情況選用。

 

內(nèi)裝浮子結(jié)構(gòu)如圖所示：

 

外裝式浮子液位計

外裝式浮子液位計的測量筒是一個與容器側(cè)壁連接的連通器，為保證使用安全和維修方便，外裝式浮子液位計與容器之間的上下連接管應(yīng)安裝手閥，浮子液位計測量筒下部應(yīng)該安裝安全可靠的排污泄壓閥。

外裝式浮子液位計測量筒中的被測液體裸露在容器外部，若是易冷凝結(jié)晶的物質(zhì)，則需在測量筒外部進(jìn)行伴熱保溫措施。

 

遠(yuǎn)傳變送器的安裝

浮子液位計遠(yuǎn)傳測量桿的安裝要把測量桿內(nèi)干簧管的位置緊貼測量筒的內(nèi)側(cè)，遠(yuǎn)傳桿的固定要使用不導(dǎo)磁的金屬卡，嚴(yán)禁使用鐵絲等易導(dǎo)磁的金屬物固定，特別是有保溫措施的外裝式浮子液位計防止保溫材料用鐵絲固定。

 

常見故障及處理

浮子液位計在使用中會出現(xiàn)一些故障，主要表現(xiàn)為液位不變化、液位突變、面板指示不準(zhǔn)，遠(yuǎn)傳與現(xiàn)場指示不一致等故障。從磁浮子的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，可把上述故障細(xì)分為以下四部分。

 

一、臟污

浮子外表附著污物是浮子液位計故障的*主要原因。

外裝式浮子液位計

浮子本身帶有磁性，長期使用中液體中的雜質(zhì)會逐漸吸附到浮子外表特別是帶有磁性的外表面，導(dǎo)致浮子外表畸形變大，在測量筒中空間減小，與測量筒內(nèi)壁摩擦力變大，出現(xiàn)浮子卡澀現(xiàn)象，情況嚴(yán)重時會卡在測量筒中，致使浮子液位計的液位不變化或間歇性的液位突變。

磁浮子磁性外表面處吸附的污物減弱了磁性，浮子外部面板磁珠和遠(yuǎn)傳測量桿所受到磁性減弱致使顯示不準(zhǔn)，嚴(yán)重時無法感受磁性而失靈。

測量筒中的液體長期處于不流動的狀態(tài)，液體變質(zhì)污物沉淀增多，加重了磁性浮子外表面和測量筒內(nèi)壁的臟污程度，使磁性浮子上下浮動的摩擦力變大，而出現(xiàn)間歇性畫直線的故障現(xiàn)象。

內(nèi)裝式浮子液位計

雖然測量浮子本身不帶磁性，但長期處于液體中，浮子表面也會吸附一些雜質(zhì)，特別是被測介質(zhì)為污水、污油等臟污液體時，浮子吸附污物的現(xiàn)象很嚴(yán)重。

污物的清理

對待臟污引起的浮子液位計故障的處理沒有根除的法子，只能人工拆卸清洗。外裝式浮子液位計要把儀表前方的手閥關(guān)閉排污泄壓后從測量筒下方的密封法蘭處拆卸，取出浮子用抹布和清水清洗，內(nèi)浮子液位計需要把儀表拆卸放倒對浮子污物進(jìn)行清除。

 

二、面板故障

現(xiàn)場使用的浮子液位計常常會出現(xiàn)面板的磁珠指示不準(zhǔn)確，液位指示不連續(xù)，代表液位的紅色磁珠中有白色顯示，空液位的白色磁珠中有一部分是紅色液位指示，情況糟糕的時候紅白磁珠雜亂不堪。

故障分析：面板使用過久，有的磁珠出現(xiàn)消磁現(xiàn)象，磁珠之間有贓物卡澀，測量筒中的磁球磁性消弱，浮子上升下降太快（卡澀時）面板來不及反應(yīng)。

處理：用一塊小磁鐵或帶有磁性的螺絲刀先確定測量筒內(nèi)磁浮子的高度位置，然后在浮子處向下緩慢畫過面板的磁珠讓其磁珠全部變?yōu)榧t色，對于磁浮子上方的磁珠處理方法也是如此，讓其全部變?yōu)榘咨Ｈ绻麩o法消除檢查面板之間磁珠有無卡澀、變形現(xiàn)象并進(jìn)行處理，若仍無法解決則需更換面板。

現(xiàn)場安裝的外裝式浮子液位計面板顯示不準(zhǔn)

 

三、安裝問題

內(nèi)裝式浮子液位計的安裝一定要做到垂直，否則金屬傳導(dǎo)桿與限位孔的摩擦力變大會出現(xiàn)卡澀現(xiàn)象引起液位顯示不準(zhǔn)。內(nèi)裝式浮子液位計在液體容器內(nèi)晃動嚴(yán)重則需更換安裝地點或加防波管。

外裝式浮子液位計的蒸汽伴熱不能緊靠測量筒及面板和遠(yuǎn)傳測量桿，伴熱線、保溫材料、面板及測量桿不能使用導(dǎo)磁的鐵絲固定。

 

四、遠(yuǎn)傳測量桿

遠(yuǎn)傳測量桿安裝不當(dāng)或出現(xiàn)故障會造成遠(yuǎn)傳信號與現(xiàn)場面板指示不一致甚至失靈故障。測量桿內(nèi)的干簧管在長期的使用中，頻繁的吸合和釋放其出現(xiàn)觸點接觸不良或損壞的情況而失去通斷電阻的能力。若測量桿內(nèi)干簧管的觸點沒有緊貼測量筒，磁浮子的磁性對于干簧管的吸力變?nèi)跎踔潦プ饔脮?dǎo)致遠(yuǎn)傳失靈。

 

下圖為測量桿內(nèi)部干簧管的電路

 

浮子液位計遠(yuǎn)傳校準(zhǔn)

浮子液位計遠(yuǎn)傳變送器電路板內(nèi)設(shè)有零點、滿度調(diào)整旋鈕，長期的使用中會出現(xiàn)零飄的現(xiàn)象而使零點飄逸，此時要進(jìn)行調(diào)整。遠(yuǎn)傳變送器的零點、滿度校準(zhǔn)簡單，可在不拆卸儀表的情況下在線校準(zhǔn)。

校準(zhǔn)之前*先讓磁浮子處于液位*低處，外裝式浮子液位計只要切出前方手閥、排污泄壓后即可實現(xiàn)，內(nèi)裝式浮子液位計可以使用人工調(diào)整傳導(dǎo)桿到*低處的方法來實現(xiàn)，也可在工藝液位為零是進(jìn)行。

 

磁浮子遠(yuǎn)傳變送器電路板校準(zhǔn)旋鈕如圖所示：

 

零點校準(zhǔn)

確認(rèn)浮子處于*低時，調(diào)整變送器的零點旋鈕，使其輸出電流為4mA。

 

量程校準(zhǔn)

用一個磁鐵放置于液位計的*高液位處，調(diào)整變送器的旋鈕，使其輸出電流為20nA。

 

零點、滿度確認(rèn)

確認(rèn)調(diào)整：拿掉磁鐵看變送器的輸出是否為4mA，若不是在調(diào)整，然后在放置磁鐵在*高處觀察變送器的輸出為20mA，直到準(zhǔn)確為止。

 

線性度及中間壞點檢測

用磁鐵貼著測量桿緩慢的沿著磁浮子的測量筒從下向上滑動，觀察變送器輸出的電流變化是否均勻，有無跳變現(xiàn)象。如有電流突變，在此處做好標(biāo)記，上下測試幾次確認(rèn)，然后拆卸測量桿的電路板查看此處的干簧管是否損壞，并處理。

 

維護改進(jìn)

外裝式浮子液位計在實際清污中，對于現(xiàn)場安裝環(huán)境惡劣險峻不易拆卸的情況下，進(jìn)行維護改進(jìn)。利用測量筒上部的排氣絲堵，引進(jìn)蒸汽和清水管線，可以在不拆卸磁浮子的情況下進(jìn)行一定程度的除污清洗。

 

操作方法：關(guān)閉浮子液位計前方的上下手閥，開啟排污閥，開啟清水蒸汽注入閥，讓較高壓力的清水或蒸汽沖洗測量筒內(nèi)部的磁浮子，多沖洗幾遍即可清洗干凈。然后在把浮子液位計復(fù)原。

缺點：高溫高壓蒸汽對于磁浮子的磁性有消磁影響，會加速磁浮子的磁性消減，清洗時應(yīng)盡量減小蒸汽吹掃時間。

 

總結(jié)

浮子液位計是一種結(jié)構(gòu)簡單可信度高的液位檢測儀表，在生產(chǎn)中應(yīng)用非常廣泛。浮子液位計故障的*主要原因就是浮子外表附著介質(zhì)中的雜質(zhì)，而致使浮子卡澀，上下浮動性變差。因此使用中儀表人員要定期對浮子進(jìn)行除污清洗維護工作，盡量減少液位計的故障率，使其處于*佳運行狀態(tài)。