物位检测仪表

1、物位检测仪表物位检测仪表编制：刘莉圆编制：刘莉圆2015年年5月月内容概要内容概要一、物位的概念二、物位的分类三、磁翻板液位计四、电接点液位计五、浮筒式液位计六、差压式液位计七、雷达液位计八、液位计选型规范九、练习题一、物位的概念一、物位的概念1.在容器中液体介质的高低叫液位，2.容器中固体或颗粒状物质的堆积高度叫料位3.测量液位的仪表叫液位计，测量料位的仪表叫料位计4.测量两种密度不同液体介质的分界面的仪表叫界面计5.在物位检测中，有时需要对物位进行连续检测，有时只需要测量物位是否达到某一特定位置，用于定点物位测量的仪表称为物位开关 物位测量的目的在于正确地测知容器中所贮藏物质的容量或质量；

2、随时知道容器内物位的高低，对物位上、下限进行报警；连续地监视生产和进行调节，使物位保持在所要求的高度。物位测量对于保证设备的安全运行亦十分重要。二、物位仪表的分类二、物位仪表的分类 在生产过程的物位测量中，不仅有常温、常压、一般性介质的液位、料面、界面的测量，而且还常常会遇到高温、低温、高压、易燃易爆、粘性及多泡沫沸腾状介质的物位测量问题。为满足生产过程物位测量的要求，目前已建立起各种各样的物位测量方法，如直读法、浮力法、静压法、电容法、放射性同位素法、超声波法以及激光法、微波法等。在上述方法中，直读法是直接用与被测容器旁通的玻璃管或带夹缝的玻璃板显示容器中的液位高度，此法直观，结构简单。除此

3、之外，生产过程中应用较广泛的方法是静压法、浮力法和电容法。 1.直读式物位仪表：玻璃管液位计、玻璃板液位计等。2.差压式物位仪表：利用液柱或物料堆积对某定点产生压力的原理而工作。3.浮力式物位仪表：利用浮子高度或浮力随液位高度而变化的原理工作。4.电磁式物位仪表：使物位的变化转换为一些电量的变化，如电容5.核辐射物位仪表：利用射线透过物料时其强度随物质层的厚度而变化的原理6.声波式物位仪表：由于物位的变化引起声阻抗的变化、声波的遮断和声波反射距离的不同，测出这些变化就可测知物位。根据工作原理分为声波遮断式、反射式和阻尼式。7.光学式物位仪表：利用物位对光波的遮断和反射原理工作。三、磁翻板液位计

4、三、磁翻板液位计 3.1 工作原理：磁性翻柱（磁翻柱）液位计是根据磁性耦合原理、阿基米德（浮力定律）等原理巧妙地结合机械传动的特性而开发研制的一种专门用于液位测量的装置。该类型的仪表都有一个容纳浮球的腔体（称为主体管或外壳），腔体通过法兰或其他接口与容器组成一个连通器。这样，仪表的腔体内的液面与容器内的液面是相同高度的，所以腔体内的浮球会随着容器内液面的升降而升降；这时候我们并不能看到液位，所以我们在腔体的外面装了一个翻柱显示器，因为我们在制造浮球时在浮球沉入液体与浮出部分的交界处安装了磁钢，它与浮球随液面升降时，它的磁性透过外壳传递给翻柱显示器，推动磁翻柱翻转180；由于磁翻柱是有红、白两个

5、半圆柱合成的圆柱体，所以翻转180后朝向翻柱显示器外的会改变颜色（液面以下红色、以上白色），两色交界处即是液面的高度。 为了扩大它的使用范围，还可以根据相关标准及要求增加液位变送装置，以输出多种电信号（如：电阻信号、电压信号、或者电流信号）。其中，420mA电流信号是比较常用的一种。比如：在监测液位的同时磁控开关信号可用于对液位进行控制或报警；在翻柱液位计的基础上增加了 420mA 变送传感器，在现场监测液位的同时，将液位的变化通过变送传感器、线缆及仪表传到控制室，实现远程监测和控制。类型适用范围及用途普通型普通型浮子液位计是一种就地显示仪表，广泛应用于石油、化工、电力、轻工、环保等部门,对开

6、口或承压容器中的液位进行连续显示。防腐型特别适合于具有腐蚀性、毒性的液位测量指示。伴热型适用于测量粘度比较大、易结晶的液体介质（该仪表需要使用伴热装置）。高温型适用于容器压力小于10Mpa、温度在-200450之间的液体介质的液位测量。高压型适用于温度为200以下、过程压力高于10Mpa（20Mpa以下）的密闭容器内，测量液体介质的液位情况。高温高压型适用于温度高于200、过程压力高于10Mpa（20Mpa以下）的密闭容器内，测量液体介质的液位情况。防爆型适用于在易燃易爆环境里、需要电信号远程传输的情况，该仪表带420mA电流信号或上下限报警设定的液位变送器等电子装置。顶装型适用于各种地下流动

7、介质储罐，可在地面上显示液位。不适合于强烈振动和强磁的工作场合。3.2选型须知选型须知 需提供被测介质的密度、粘度、温度、腐蚀性、过程压力、安装中心距、连接方式等，如需要远传报警和显示还需提供防爆等级，报警参数等。安装要求a.液位计的测量范围为两个连接法兰的中心距（顶装型除外），其中下连接法兰的中心即为仪表指示的零点；b.应保证设备上的连接法兰的端面具有恰当的平面度、垂直度、中心距，以保证产品的安装和使用；c.浮子室（或者称为主体管）内应保持清洁而不应有杂质，特别是铁磁性物质。当介质不清洁时，应增加吸附或过滤装置，以确保仪表正常工作。d.如测量介质为水或易冷凝介质在冬季还应做好保温伴热工作。3

8、.3安装要求液位计安装前需要简单对液位计进行一下检测：、拆下浮子室法兰将浮子按箭头向上方向（此时浮子内磁钢在其上半部）装入浮子室，重新装上浮子室法兰，注意装好密封垫并均匀紧固；、将液位计下法兰堵死，把洁净水由上连接法兰口缓缓注入浮子室，如果指示器应有液位指示且灵敏无跳动，则液位计显示正常；、如指示器为跟踪指示，可用备用工具磁钢把指示浮子吸起，使之与浮子室内的磁浮子耦合（浮子指示式）或用磁钢自下至上吸引指示器使其指示正确。对于带液位计变送器的液位计其检测方法如下：开启电源，使液位计的变送器预热稳定。打开阀门使液位计进液，并将液位稳定在零位，此时液位计变送器的输出信号应为4mA（或者1V等），如不

9、符，请可以调整变送器模块上的调零电位器，直至输出信号相符位置。将液位升至并稳定在满量程，此时液位计变送器的输出信号应为20mA（或者5V等），如不符，请可以调整变送器模块上的调满电位器，直至输出信号相符位置；注意：调零和调满电位器为精密器件，用力要轻柔、均匀。校验25%、50%、75%量程的显示值，观察输出信号基本性能是否符合要求；调试工作完成，可以投入使用。3.4常见故障及处理序号故障特征产生的原因排除方法1液位升降、仪表无指示浮子漏、损坏、比重不合适、浮子失磁，浮子卡死更换，清理2指示不正常 部分翻柱失磁，磁浮子上下装反更换，上下调换3仪表发生渗漏1、密封件损坏更换密封垫2、焊缝开裂补焊或

10、更换4液位变送器显示异常2、变送器规格不符更换3、变送器电路异常检修线路或返厂四、电接点液位计四、电接点液位计4.1测量原理 电接点液位计是由水位测量筒，电接点和数字显示仪等部分构成，由于水和汽的导电性能差别极大，一般水阻在几十K，汽阻在1M以上，电接点的绝缘子使电接点与水位测量筒外壳绝缘。当水位浸没电接点时，由于水的电阻较底，使电接点与容器外壳接通，通过水和汽阻值的变化，转换成电信号传送至数字显示仪进行处理，然后通过4-20毫安输出到DCS。4.2结构组成4.3电接点水位计常见故障及处理4.3.1汽包水质对电接点水位计的影响：汽包水质对电接点水位计的影响：汽包内的水质结垢，化学腐蚀造成水侧电

11、接点与筒体的“开路”故障。会造成二次表显示水位不准，或水柱间断显示，误发水位报警信号等异常现象。4.3.2水位计的电极挂水影响水位计的电极挂水影响电接点水位计的测量筒因随环境温度的快速冷凝及水浪冲击，造成高处电极炉水沿电极和筒壁溅延，导致电极上形成 “挂水” 短路现象。挂水后形成电极间连通，同样会造成水位显示的错误。4.3.3电极的检修电极的检修1.电极丝扣和压接面，应完好无缺陷；电极表面应清洁、光滑，无裂纹或残斑。2.电极芯对筒壁绝缘电阻，用500V绝缘表测试，应大于20兆欧。3.安装电极时要小心，不得猛烈敲击，以防因机械振动损坏电极。4.电接点的引线应采用耐用高温的氟塑料线，以免造成高温下

12、电极短路。5.运行中若发现仪表未按规定水位动作报警时，应首先检查测量筒上各电极的接线是否松脱、短路，各电极与筒体是否绝缘，测量筒内的电极是否由于水中的脏物而产生挂水现象。如果上述检查均未发现问题，那么故障可能出在显示仪表上。注意：在汽包第一次加药煮炉时应关闭电接点水位计的液相和气相阀门。注意：在汽包第一次加药煮炉时应关闭电接点水位计的液相和气相阀门。五、浮筒式液位计五、浮筒式液位计5.1测量原理：浮力式液位计应用阿基米德原理，包括恒浮力式、变浮力式两大类。恒浮力式分浮标式与浮球式，都是维持浮力不变，浮标或浮球漂浮在液面上，其位置随着液位高低而变化，当测出浮标的位置时，就能确定液位的高低。如浮标

13、液位计、浮球液位计、磁翻板液位计。变浮力式主要是浮筒液位计，利用浮筒沉浸在液体里，根据浮筒被浸的程度不同，则浮筒所受的浮力不同，只要检测出浮筒所受浮力的变化，就可知液位的高低。阿基米德原理：阿基米德原理是物理学中关于力学的一条基本原理：浸在静止流体中的物体受到流体作用的合力大小等于物体排开的流体的重量，这个合力称为浮力。浮力的大小可用下式计算：F 浮= 液（气）g V 排。F - 浮力 - 液体或气体密度g - 重力加速度V - 物体容积（体积）阿基米德原理说明浸在液体里的物体受到向上的浮力作用，浮力的大小等于被该物体排开的液体的重力。浮力式液位计就是应用了阿基米德原理。5.2结构原理 主要由

14、测量部分和转换部分（放大器）组成，测量部分由浮筒及吊链、传动杆、传动芯轴/扭力管及壳体组成。浮力通过传动杆和传动芯轴/扭力管传递，工作杠杆夹持着传动芯轴并刚性连接到传感器的贴有金属薄膜应变电阻桥路的挠曲梁。一端焊在传递芯轴上的扭力管也起到隔离密封的作用。浮筒为一根两端封闭的长圆形空心金属管，用吊链挂在传动杆一端，由于有一定质量（重量），浮筒可沉浸在液体中，当液位上升时，浮筒的浸没部分增加，它所排开的那部分液体的体积也增加，因此液体作用在浮筒上的浮力变大，测出这一浮力变化即可测出液位。液位变化引起的浮力变化改变了浮筒向下作用力（重力），通过传动杆转换为测量力矩的变化。这个测量力矩作用在传动芯轴并

15、与扭力管的扭力矩相平衡，产生的芯轴微转角位移代表了相应的浮力（液位），微转角位移经工作杠杆将力矩放大并使施加到挠曲梁的力发生变化，应变电阻阻值随之变化，传感器有一个对应液位的测量信号给转换部分（放大器）。0%液位时，浮筒垂直向下的重力最大，随液位升高浮力加大则浮筒重力成线性减少。转换部分主要由放大器的微处理器及电子电路和LCD/操作按键组成，作用是向传感器应变电阻桥路隔离供电并将测量信号隔离放大和数据处理，420mADC 信号给控制室。5.3安装要求 1.仪表在安装前应检查仪表防爆标志、温度组别、及关联设备与使用现场环境是否与说明书规定相符。 2. 仪表安装时，必须拆除套在内筒和杠杆上面的减震

16、胶环。 3. 仪表需调试或维修时，不得改变电器参数及元器件规格、型号等。 4. 仪表安装应牢固可靠，测量室安装必须与地面垂直。 5. 安装时变送器不应受到强烈振动和冲击，特别是对挂有内筒的杠杆，不得大幅度地摆动和拉压，以免破坏仪表精度甚至损坏。 6. 该仪表不参与装置在投产前所进行的气扫，气密，水压等工艺性试验。 7. 仪表外壳必须良好地接地。 8. 仪表不宜安装在有剧烈震动的环境中。5.4浮筒液位计的校准浮筒液位计的校准5.4.1挂重法测液位时：5.4.1挂重法测界面时：5.4.2水校法将变送器按工作状态放置，与装置连接的接口法兰与相应口径压力的盲板法兰连接（也可直接连接在装置上，将根部阀关

17、闭）在排污孔引一根透明软管以观察测量室的水位。注意：校验比水密度大的工作液体的浮筒，注意：校验比水密度大的工作液体的浮筒，不能够校验不能够校验100%时的刻度。时的刻度。5.4.3水校法例题：5.5常见故障及处理办法常见故障及处理办法故障故障现象现象连通管堵塞偏大或偏小疏通浮筒卡住指示无变化轻敲，或拆卸检查扭力管击穿指示异常联系厂家浮筒脱落指示最大重新安装介质密度与设计不符偏高或偏低重新校准仪表冬季浮筒内介质结冰指示无变化增加伴热浮筒破裂指示异常联系厂家六六、差压式液位计、差压式液位计6.1测量原理：静压式液位的测量方法是通过测得液柱高度产生的静压实现液位测量的。其原理如图所示，PA为密闭容器

18、中A点的静压(气相压力)，PB为B点的静压，H为液柱高度，为液体密度。根据流体静力学的原理可知，A、B两点的压力差为gHpppAB如果图中的容器为敞口容器，则pA为大气压，则上式可写为gHppB式中 PB B点的表压力。6.2零点迁移问题 差压式液位计主要用于密闭有压容器的液位测量。由测量原理可知，凡是能够测量差压的仪表都可以用于密闭容器液位的测量。采用差压式液位计测量液位时，由于安装位置不同，一般情况下均会存在零点迁移的问题。 6.2.1无迁移如图所示，变送器安装高度与容器下部取压位置在同一高度。将差压变送器的正、负压室分别与容器下部和上部的取压点P1、P2相连接，如果被测液体的密度为，则作

19、用于差压变送器正、负压室的差压为gHppp21当液位由H=0变化到最高液位H=Hmax时，P由零变化到最大差压Pmax，变送器对应的输出电流为IminImax。变送器的测量范围不需要调整，称为无迁移。 6.2.2正迁移实际测量中，变送器的安装位置有时低于容器下部的取压位置，如图所示，变送器安装高度低于测量下限的距离为h。这时液位高度H与压差p之间的关系式为当H=0时，p=hg0，并且为常数项，作用于变送器使其输出电流大于Imin；当H=Hmax时，最大压差p=Hmaxg+hg，使变送器输出电流大于Imax。这时可以通过调整变送器的零位，使变送器在H=0，p=hg时，其输出为Imin ；当H=H

20、max，最大压差p=Hmaxg+hg时，变送器的输出为Imax ，从而实现变送器输出与液位之间的正常对应关系，此时变送器的测量范围发生变化，但量程仍然为Hmaxg。由于调整的压差p是大于零(作用于正压室)的附加静压，所以称为正迁移。6.2.3负迁移有些时候，差压变送器的负压侧往往增加冷凝罐，灌满隔离液。因此，负压侧引压导管也有一个附加的静压作用于变送器，使得被测液位H=0时，压差不等于零。如图所示，负压导管充满高度为h的被测液体，则此时液位高度H与压差p之间的关系式为由上式可知，当H=0时，p=hg0，作用于变送器会使其输出小于Imin；当H=Hmax时，最大压差p=Hmaxghg，使变送器输

21、出小于Imax 。这时可以通过调整变送器的零位，使变送器在H=0时，p=hg0时，其输出为Imin ;当H=Hmax、最大压差p=Hmaxghg时，变送器的输出为Imax ；变送器的测量范围发生变化，实现了变送器输出与液位之间的正常对应关系，但量程仍然为Hmaxg 。由于调整的压差p是小于零(作用于负压室)的附加静压，则称为负迁移。 6.3法兰式差压液位计当测量具有腐蚀性或含有结晶颗粒，以及粘度大、易凝固等介质的液位时，为解决引压管线腐蚀或堵塞的问题，可以采用法兰式差压变送器。如图所示，变送器的法兰直接与容器上的法兰连接，作为敏感元件的金属膜盒经毛细管与变送器的测量室相连通，在膜盒、毛细管和测量室所组成的封闭系统内充有硅油，