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(jī)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(shí)際效果并不理想，甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如結(jié)構(gòu)簡單的機(jī)械儀表，因此我們要根據(jù)實(shí)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(jī)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(shí)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(shí)的液位，外部安裝遠(yuǎn)傳信號處理器就可實(shí)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(shí)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(shí)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(diǎn)，因此其浮子的高度真實(shí)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(shí)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(hù)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(hù)套筒的*低端。在護(hù)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(shí)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(hù)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(diǎn)，遇到磁浮子的磁性時觸點(diǎn)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(diǎn)在釋放，此點(diǎn)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?。如果無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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)、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(diǎn)飄逸，此時要進(jìn)行調(diào)整。遠(yuǎn)傳變送器的零點(diǎn)、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(shí)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(shí)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(diǎn)校準(zhǔn)

確認(rèn)浮子處于*低時，調(diào)整變送器的零點(diǎn)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(diǎn)、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(diǎn)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(hù)改進(jìn)

外裝式浮子液位計在實(shí)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(hù)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(diǎn)：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(hù)工作，盡量減少液位計的故障率，使其處于*佳運(yùn)行狀態(tài)。