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浮球式液位計原理、分類及檢定方法的探討
點擊次數：237 發布時間：2016-3-19
一、本文概述
石油化工企業的生產現場會使用了大量的液位計及界面計，這些用于測量介質液位的儀表統稱為液位計。液位計作為一種重要的過程儀表，無論維持生產的過程控制系統中還是使用在保證安全的緊急關斷系統中，對于企業的穩定生產與安全生產，作用都是非常重要的。鑒于此，對于液位計的檢定工作就顯得特別重要。只有保證了液位計的準確可靠才能保證其在工程中的使用并發揮其重要作用。本文則是分別從液位計的測量原理、分類出發，詳細論述了液面型及界面型浮球式液位計的檢定方法及注意事項。重點闡述了液面型液位計與被測介質密度差異的修正以及用水做檢定介質時水的密度與被測介質密度差異的修正。
二、浮力式液位計原理及分類
液位計是工業過程測量和控制系統中用以指示和控制液位的儀表。當一個物體放在液體中時，液體對它有一個向上的浮力。浮力的大小等于物體排開液體的重量，浮力式液位計就是基于這個原理工作的。液位計按照工作原理可分為：直讀式、浮力式、靜壓式、電磁式、超聲波式和輻射式等。浮力式液位計又分為恒浮力式液位計（如浮球式液位計）和變浮力式液位計。我們這里只探討用于石油工業中zui多的恒浮力式液位計的檢定方法。在工業生產中，常常需要測量容器內的固體料位、液體液位和兩種不相混合物料的分界界面位置，我們把這種測量統稱為物位測量。相應的把測量固體料位的儀表稱料位計，測量液位的儀表稱液面型液位計，測量分界面位置的儀表稱界面型液位計。
三、液面型液位計的檢定方法探討
1.液位計的安裝要求
1.1液位計數據參數的核實
浮球式液位計安裝前必須與數據表（設計要求）核實各項參數。zui主要的檢查項目包括：位號、量程、準確度等級、被測介質密度、輸出信號類型（石油工業中大多為4～20mA輸出，本文僅以此輸出信號為例）、被測介質的溫度和壓力等。
1.2傳感器零位的位置確定
石油工業中的液位計量程的確定是以罐體zui底部為基準來確定的，如200～1200mm。這里的200mm是指液位計外筒與罐體連接的下法蘭（以下簡稱下法蘭，液位計外筒與罐體連接的上法蘭簡稱上法蘭）水平中心線距離罐底的距離。當我們將液位計安裝后必須檢查傳感器零位是否距離罐底部200mm，即零位應與下法蘭中心在同一水平線上。這一點非常重要。
1.3變送器測量范圍的確定
變送器的測量范圍即內部參數的數值。變送器的測量范圍下限一般為0mm，上限為液位計上下兩法蘭之間的距離。如液位計量程為200～1200mm，那么變送器的測量范圍應設定下限LRV為Omm，上限URV為1000mm。這里大家應注意變送器的測量范圍與液位計量程不是一個概念。如變送器帶液晶顯示，當液位到達下法蘭時，我們如何使液晶顯示為200mm輸出為4mA呢？大多數廠家在菜單里都有此功能，以K—TEK生產的液位計為例，其菜單里有液位計偏移量的設定，我們可以將此數值改為200。如果此項小數點前只有兩位，那么可以先將單位改成cm，將液位計偏移量改為20，然后再將單位改成mm即可。
1.4浮球磁性點位置的確認
浮球磁性點位置的確認非常重要，對于檢定工作也非常關鍵，目前也沒有相關文獻提出非常好的辦法。為此這里提出幾個方法與各位共同探討。方法一：由于浮球在工作時一直浮在介質中上下運動，根據阿基米德定律，可以用電子秤測量得到浮子質量，接下來對浮球排開介質的體積V建立數學模型。用游標卡尺測量出球半徑，即可求出為浮球磁性點到浮球底部的實際高度h。由于浮球上是一圈磁性帶，很難測出其磁性點。可以根據廠家給出的數據h’來與h比較，那么就會得到一個差值△h。這個值我們作為修正的一個分量。方法二：由于我們的石油工業中用到的液位計其測量的介質密度一般在（0.8～1.0）×103kg/m3范圍內，因此我們可以用0.8×103kg/m3密度的酒精來配制合適密度的混合溶液：溶液配比完成后，為了驗證混合溶液是否為我們需要的密度的液體，可用相應準確度等級的密度計進行驗證。然后將浮球放入盛有標準液體的量筒中，實驗得出矗。理論上磁性點應該與液面重合，實際有可能存在差異，因此需要進行修正差值△h。
1.5浮球安裝就位
傳感器、變送器、浮球等原件確認完成后，將浮球裝入液位計外筒。由于浮球與被測介質密度的差異而產生的高差修正，這里介紹兩個方法：方法一：將變送器的量程由原來的LRV、uRV改為LRV+△h、URV+△h。將偏移量減去△h即可。方法二：將傳感器上移△h。方法一較方法二，簡單方便，工作量小。
2.檢定實例
現有一液位計被測介質密度為O.85×103kg/m3，輸出信號為4～20mA。測量范圍200～1200mm，準確度等級0.25級。廠家提供的h’為172mm。檢定如下：
2.1核對儀表信息參數無誤。
2.2將傳感器零點與下法蘭中心線對齊。
2.3用酒精和水配制好0.85×103kg/m3密度的標準液體。根據廠家提供的h’在浮球上標注出其位置，然后用游標卡尺向浮子底部標注出刻度，便于讀數。把浮球放入配制好的標準液體中讀出h為170mm，那么△h為2mm。
2.4變送器量程設置。4mA輸出點，LRV=2mm；20mA輸出點，URV=1200一200+2=1002mm。
2.5安裝好浮球。
2.6用配置好的0.85×103kg/m3密度的標準液體進行檢定。檢定點分5點：200，450，700，950，1200mm。輸出分別為4，8，12，16，20mA。誤差不超過±0.04mA為合格。過±0.04mA為合格。
2.7也可以用潔凈的水作為檢定介質。但是需要知道由于水的密度與被測介質的密度差引起的高差。具體做法是將浮球放入盛有潔凈水的量筒中讀出其高度值hw，由于水與被測介質密度差引起的高差值△h’=h-hw，則檢定點就變成了：200mm-△h’、450mm-△h’、700mm-△h’、950mm-△h’、1200mm-△h’。輸出分別為4，8，12，16，20mA。誤差不超過±0.04mA為合格。
四、結論與認識
綜上所述，本文提及的浮球式液面型液位計的檢定方法是較為全面且符合實際的。其用途也是非常突出的，尤其是在維持生產的過程控制系統中以及使用在保證安全的緊急關斷系統中均能發揮其重要作用。
石油化工企業的生產現場會使用了大量的液位計及界面計，這些用于測量介質液位的儀表統稱為液位計。液位計作為一種重要的過程儀表，無論維持生產的過程控制系統中還是使用在保證安全的緊急關斷系統中，對于企業的穩定生產與安全生產，作用都是非常重要的。鑒于此，對于液位計的檢定工作就顯得特別重要。只有保證了液位計的準確可靠才能保證其在工程中的使用并發揮其重要作用。本文則是分別從液位計的測量原理、分類出發，詳細論述了液面型及界面型浮球式液位計的檢定方法及注意事項。重點闡述了液面型液位計與被測介質密度差異的修正以及用水做檢定介質時水的密度與被測介質密度差異的修正。
二、浮力式液位計原理及分類
液位計是工業過程測量和控制系統中用以指示和控制液位的儀表。當一個物體放在液體中時，液體對它有一個向上的浮力。浮力的大小等于物體排開液體的重量，浮力式液位計就是基于這個原理工作的。液位計按照工作原理可分為：直讀式、浮力式、靜壓式、電磁式、超聲波式和輻射式等。浮力式液位計又分為恒浮力式液位計（如浮球式液位計）和變浮力式液位計。我們這里只探討用于石油工業中zui多的恒浮力式液位計的檢定方法。在工業生產中，常常需要測量容器內的固體料位、液體液位和兩種不相混合物料的分界界面位置，我們把這種測量統稱為物位測量。相應的把測量固體料位的儀表稱料位計，測量液位的儀表稱液面型液位計，測量分界面位置的儀表稱界面型液位計。
三、液面型液位計的檢定方法探討
1.液位計的安裝要求
1.1液位計數據參數的核實
浮球式液位計安裝前必須與數據表（設計要求）核實各項參數。zui主要的檢查項目包括：位號、量程、準確度等級、被測介質密度、輸出信號類型（石油工業中大多為4～20mA輸出，本文僅以此輸出信號為例）、被測介質的溫度和壓力等。
1.2傳感器零位的位置確定
石油工業中的液位計量程的確定是以罐體zui底部為基準來確定的，如200～1200mm。這里的200mm是指液位計外筒與罐體連接的下法蘭（以下簡稱下法蘭，液位計外筒與罐體連接的上法蘭簡稱上法蘭）水平中心線距離罐底的距離。當我們將液位計安裝后必須檢查傳感器零位是否距離罐底部200mm，即零位應與下法蘭中心在同一水平線上。這一點非常重要。
1.3變送器測量范圍的確定
變送器的測量范圍即內部參數的數值。變送器的測量范圍下限一般為0mm，上限為液位計上下兩法蘭之間的距離。如液位計量程為200～1200mm，那么變送器的測量范圍應設定下限LRV為Omm，上限URV為1000mm。這里大家應注意變送器的測量范圍與液位計量程不是一個概念。如變送器帶液晶顯示，當液位到達下法蘭時，我們如何使液晶顯示為200mm輸出為4mA呢？大多數廠家在菜單里都有此功能，以K—TEK生產的液位計為例，其菜單里有液位計偏移量的設定，我們可以將此數值改為200。如果此項小數點前只有兩位，那么可以先將單位改成cm，將液位計偏移量改為20，然后再將單位改成mm即可。
1.4浮球磁性點位置的確認
浮球磁性點位置的確認非常重要，對于檢定工作也非常關鍵，目前也沒有相關文獻提出非常好的辦法。為此這里提出幾個方法與各位共同探討。方法一：由于浮球在工作時一直浮在介質中上下運動，根據阿基米德定律，可以用電子秤測量得到浮子質量，接下來對浮球排開介質的體積V建立數學模型。用游標卡尺測量出球半徑，即可求出為浮球磁性點到浮球底部的實際高度h。由于浮球上是一圈磁性帶，很難測出其磁性點。可以根據廠家給出的數據h’來與h比較，那么就會得到一個差值△h。這個值我們作為修正的一個分量。方法二：由于我們的石油工業中用到的液位計其測量的介質密度一般在（0.8～1.0）×103kg/m3范圍內，因此我們可以用0.8×103kg/m3密度的酒精來配制合適密度的混合溶液：溶液配比完成后，為了驗證混合溶液是否為我們需要的密度的液體，可用相應準確度等級的密度計進行驗證。然后將浮球放入盛有標準液體的量筒中，實驗得出矗。理論上磁性點應該與液面重合，實際有可能存在差異，因此需要進行修正差值△h。
1.5浮球安裝就位
傳感器、變送器、浮球等原件確認完成后，將浮球裝入液位計外筒。由于浮球與被測介質密度的差異而產生的高差修正，這里介紹兩個方法：方法一：將變送器的量程由原來的LRV、uRV改為LRV+△h、URV+△h。將偏移量減去△h即可。方法二：將傳感器上移△h。方法一較方法二，簡單方便，工作量小。
2.檢定實例
現有一液位計被測介質密度為O.85×103kg/m3，輸出信號為4～20mA。測量范圍200～1200mm，準確度等級0.25級。廠家提供的h’為172mm。檢定如下：
2.1核對儀表信息參數無誤。
2.2將傳感器零點與下法蘭中心線對齊。
2.3用酒精和水配制好0.85×103kg/m3密度的標準液體。根據廠家提供的h’在浮球上標注出其位置，然后用游標卡尺向浮子底部標注出刻度，便于讀數。把浮球放入配制好的標準液體中讀出h為170mm，那么△h為2mm。
2.4變送器量程設置。4mA輸出點，LRV=2mm；20mA輸出點，URV=1200一200+2=1002mm。
2.5安裝好浮球。
2.6用配置好的0.85×103kg/m3密度的標準液體進行檢定。檢定點分5點：200，450，700，950，1200mm。輸出分別為4，8，12，16，20mA。誤差不超過±0.04mA為合格。過±0.04mA為合格。
2.7也可以用潔凈的水作為檢定介質。但是需要知道由于水的密度與被測介質的密度差引起的高差。具體做法是將浮球放入盛有潔凈水的量筒中讀出其高度值hw，由于水與被測介質密度差引起的高差值△h’=h-hw，則檢定點就變成了：200mm-△h’、450mm-△h’、700mm-△h’、950mm-△h’、1200mm-△h’。輸出分別為4，8，12，16，20mA。誤差不超過±0.04mA為合格。
四、結論與認識
綜上所述，本文提及的浮球式液面型液位計的檢定方法是較為全面且符合實際的。其用途也是非常突出的，尤其是在維持生產的過程控制系統中以及使用在保證安全的緊急關斷系統中均能發揮其重要作用。