1、石化四厂石化四厂曹洪槐曹洪槐 一、一、差压式液位计二、浮筒式液位计三、超声波液位计四、雷达液位计 由于液柱的静压与液位成正比，因此利用压力表测量基准面上液柱的静压就可测得液位。根据被测介质的密度及液体测量范围计算出压力或压差范围，再选用量程、精确度等性能合适的压力表或差压表。差压式液位计普及范围广，容易校准，故障率低。受介质密度和温度影响较大，所以常常精度比较差。对于具有腐蚀性或含有结晶颗粒以及粘度大、易凝固的介质，引压导管易被腐蚀或堵塞，影响测量精度，应用法兰式压力（差压）变送器。实际生产中，应用最多的是电容式ROSEMOUNT3051系列差压变送器。差压式液位计敏感元件为金属膜盒，它直接与
2、被测介质接触，省去引压导管，从而克服导管的腐蚀和阻塞问题。膜盒经毛细管与变送器的测量室相通，它们所组成的密闭系统内充以硅油，作为传压介质。为了毛细管经久耐用，其外部均套有金属蛇皮保护管。1）零点迁移问题 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。下面分无迁移、正迁移和负迁移3种情况进行讨论。无迁移 如右图所示，被测介质黏度较小，无腐蚀，无结晶，并且气相部分不冷凝，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Pl、P2相连接，如果被测液体的密度为则作用于差压变送器正、负压室的差压为 pplp2Hg 当液体由H
3、0变化到最高液位HHomax时，p由零变化到最大差压pmax，变送器对应的输出为 420 mA，当H0时，P0，差压变送器未受任何附加静压，当H达到最大时，P也达到最大值。正迁移:如右图所示u正压室：u负压室：u压差：u当H=0时，差压输出并不为零，其值为u其迁移量为正值，所以称为正迁移。011pgHghP011pgHghP0pP gHghPPP11ghC1u综上所述：正负迁移的实质是改变变送器的零点，同时改变量程的上下限，而量程范围不变。1210ghgHPP220ghPPBgHhhggHPPP11221)(负迁移:如右图所示有些介质对仪表会产生腐蚀作用，或者气相部分会产生冷凝使导管内的凝液随
4、时间而变，这些情况下，往往采用在正、负压室与取压点之间分别安装隔离罐或冷凝罐的方法。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H0时，压差不等于零正压室：负压室：差压：当H=0时，差压的输出并不为零，而是-B。为使H=0时，差变的输出为4mA，就要消除-B的影响。称之为量程迁移。由于要迁移的时为负值，所以称为负迁移。220ghPP法兰液位变送器校验:图1-2校验前检查:稳压电源确定是否为24V DC。确认电源线及信号线极性是否正确。确认两只法兰放在同一水平面上，变送器竖直安装。确认法兰连接密封良好。进行打压校验使用375手操器与变送器正确连线，打开电源，进入ONLINE通
5、讯界面，读出变送器的量程范围，做好记录，与台账进行核对，核实变更情况。2.如变送器量程为-1000KPa,，如图1-2连接，使用标准压力信号发生器对变送器进行5点打压，即100 KPa、75 KPa、50 KPa、25 KPa、0KPa。记录变送器对应的输出值（对应4-20mA输出）。故障现象及处理：故障现象及处理：1、液位波动较大（1）介质波动大或气化严重（2）上引压管或下引压管不畅通（3）毛细管有破损介质泄漏（4）膜盒损坏（5）伴热温度过高2、显示不变化（1）联通阀未打开（2）引压管线堵塞（3）量程、零点未调整（4）电路板故障（5）毛细管被挤压造成管路堵塞浮筒式液位计浮筒式液位计：浮筒式液
6、位计属于变浮力液位计，当被测液面位置变化时，浮筒浸没体积变化，所受浮力也变化，通过测量浮力变化确定出液位的变化量。杠杆的末端吊有内筒，浮筒随介质的浮力F1变化而升降，这个浮力作用在杠杆1上，使杠杆系统以轴封膜片为支点而产生微小偏转（轴封膜片一方面作为杠杆的支点，另一方面起密封作用）。带动杠杆2转动，传感器将偏移量经信号处理及转换电路转换成420mA标准信号输出，即完成变换过程。当液位为高度H时，浮筒的浸没深度为H x，作用在杠杆上的力为 Fx W A（Hx）g式中 W 浮筒的重量 A 浮筒的截面积；x 浮筒上移的距离；被测液体的密度。液位高度变化，作用在杠杆上的力也跟着变化，扭力管产生的角位移
7、也随之变化，传感器将角位移的变化量转化为4-20mA电流输出。u浮筒液位计的校验浮筒液位计的校验浮筒液位计的校验有挂重法和水校法u 挂重法：（1）测量液位时 被校刻度0%时，应挂重为 W挂重=W浮筒 被校刻度25%时，应挂重为 W挂重=W浮筒-1/4(/4D2gh)被校刻度50%时，应挂重为 W挂重=W浮筒-1/2(/4D2gh)被校刻度75%时，应挂重为 W挂重=W浮筒-3/4(/4D2gh)被校刻度100%时，应挂重为 W挂重=W浮筒-(/4D2gh)u水校法u在浮筒上标注（水校）液位刻度浮筒下引管中心位置为零点（0%）刻度位置；水校量程L=（实际密度/水的密度）浮筒长度，从零点位置向上L
8、高度为满量程（100%）刻度；将L分为4等分，在浮筒上标注出来。u灌水到零位线，调试棒插入表头标有“0%”的孔，然后拿出，液晶显示屏上出现“S-L0”闪烁时，将调试棒插入标有“100%”的孔作确认，液晶显示屏为0%，零点调整结束u灌水到50%线，调试棒插入表头标有“0%”的孔，然后拿出，液晶显示屏上出现“S-50”闪烁时，将调试棒插入标有“100%”的孔作确认，液晶显示屏为50%，50%调整结束u灌水到量程线，调试棒插入表头标有“0%”的孔，然后拿出，液晶显示屏上出现“S-HI”闪烁时，将调试棒插入标有“100%”的孔作确认，液晶显示屏为100%，量程调整结束u灌水至0%、25%、50%、75
9、%、100%，检查仪表测量是否准确Fisher DLC3000型浮筒液位计校验1 Offline2 Online3 Frequency Device4 UtilityOnline1 Process Variables2 Diag/Service3 Basic Setup4 Detailed Setup5 ReviewBasic Setup1 Setup Wizard2 Sensor Calibrate3 PV SetupSensor Calibrate1 Mark Dry Coupling2 Two Point3 Wet/Dry Cal4 Single Point5 Trim PV Zero6
10、 Weight-based Cal Fisher DLC3000型浮筒液位计标定有两点标定、零点/量程标定及单点标定这三种方法：A、两点标定。选择浮筒的上下限作为标定范围，灌水至浮筒测量液位的下限值进行标定，输出为4mA；然后灌水至腹痛测量液位的上限值进行标定，输出为20mA。B、零点/量程标定。若液位的改变可令浮筒完全脱离液面和完全浸入液面，但实际液位不知道，可用此方法标定。输入系统介质密度，调整液位至液面完全脱离浮筒标定；再调整液面使浮筒完全侵入，进行标定。C、单点标定。调整液位至一个已知位置，最好此时浮筒完全浸入，以当前PV值作为输入标定值。以上三种方法A最为准确，C精准度不如A和B方法
11、C应用于不可能降低或升高液面的情况下，此方法要求零点已标定好。u常见液位计常见故障及分析常见液位计常见故障及分析：1、指示最大（最小）：低压侧（高压侧）隔离液泄漏、膜片坏。毛细管损坏，低压侧（高压侧）引压阀没开或堵塞。2、指示偏大（偏小）：低压侧（高压侧）引压阀开度过小，放空堵头漏，仪表迁移量没计算准确，组态未设置好，仪表没有校验好。3、指示不变化：电路板损坏，膜盒损坏，正负引压毛细管同时损坏，强制信号未取消。4、仪表无指示：信号线脱落或虚接、电源保险烧、安全栅损坏，电路板损坏。超声波液位计利用波在介质中的传播特超声波液位计利用波在介质中的传播特性。性。因此，在容器底部或顶部安装超声波发射器和
12、接收器，发射出的超声波在相界面被反射。并由接收器接收，测出超声波从发射到接收的时间差，便可测出液位高低 超声波液位计按传声介质不同，可分为气介式、液介式和固介式三种；按探头的工作方式可分为自发自收的单探头方式和收发分开的双探头方式。相互组合可以得到六种液位计的方案。(a)气介式 (b)液介式 (c)固介式单探头超声波液位计 由上图看出，超声波传播距离为L，波的传播速度为C，传播时间为t ，则：L是与液位有关的量，故测出L便可知液位，L的测量一般是用接收到的信号触发门电路对振荡器的脉冲进行计数来实现。单探头液位计使用一个换能器，由控制电路控制它分时交替作发射器与接收器。双探头式则使用两个换能器分
13、别作发射器和接收器，对于固介式，需要有两根金属棒或金属管分别作发射波与接收波的传输管道。u 超声波特性超声波特性1 1 可以在气体、液体及固体中传播可以在气体、液体及固体中传播 在常温下空气中的声速约为在常温下空气中的声速约为334m334ms s，在水中的声速约为，在水中的声速约为1440m1440ms s，而在钢铁中约为而在钢铁中约为5000m5000ms s。声速还与介质所处的状态声速还与介质所处的状态(如温度如温度)有关。例如理想气体的声速与绝有关。例如理想气体的声速与绝对温度对温度T T的平方根成正比，对于空气来说影响声速的主要因素是温度的平方根成正比，对于空气来说影响声速的主要因素
14、是温度，并可用下式计算声速的近似值，并可用下式计算声速的近似值u 超声波特性超声波特性2 2 声波在介质中传播时会被吸收而衰减，质性质有关：气体中衰减最声波在介质中传播时会被吸收而衰减，质性质有关：气体中衰减最大，液体其次，固体中衰减最小，大，液体其次，固体中衰减最小，声波在介质中传播时衰减的程度还与声波的频率有关，频率越高，声波在介质中传播时衰减的程度还与声波的频率有关，频率越高，声波的衰减也越大，因此超声波比其他声波在传播时的衰减更明显声波的衰减也越大，因此超声波比其他声波在传播时的衰减更明显。20.067vTu超声波特性超声波特性3 3 声波传播时的方向性随声波的频率的升高而变强，发射的
15、声波传播时的方向性随声波的频率的升高而变强，发射的声束也越尖锐，超声波可近似为直线传播，具有很好的方向声束也越尖锐，超声波可近似为直线传播，具有很好的方向性。性。当声波从一种介质向另一种介质传播时，因为两种介质的当声波从一种介质向另一种介质传播时，因为两种介质的密度不同和声波在其中传播的速度不同，在分界面上声波会密度不同和声波在其中传播的速度不同，在分界面上声波会产生反射和折射，声波从液体或固体传播到气体，或相反的产生反射和折射，声波从液体或固体传播到气体，或相反的情况下，几乎全部被反射。情况下，几乎全部被反射。u优点优点：使用范围较广，液位、粉末、块状的物位均可测量，：使用范围较广，液位、粉
16、末、块状的物位均可测量，实现非接触式测量。实现非接触式测量。u缺点缺点：由于探头本身不能承受过高的温度，声速又与介质的：由于探头本身不能承受过高的温度，声速又与介质的温度等有关，并且有些介质对声波吸收能力很强，因而超声温度等有关，并且有些介质对声波吸收能力很强，因而超声波物位计的应用受到一定限制，此外电路比较复杂，价格较波物位计的应用受到一定限制，此外电路比较复杂，价格较高。高。u 适用于有毒、有腐蚀性液体液位的测量，精度一般为0.1级。当测量含有气泡，悬浮物的液位及被测液面有很大波浪时，使用较困难。雷达液位计的测量原理雷达液位计的测量原理 u雷达液位计采用发射反射接收的工作模式。雷达液位计的
17、天线发射出电磁波，这些波经被测对象表面反射后，再被天线接收，电磁波从发射到接收的时间与到液面的距离成正比，关系式如下：D=CT/2 式中 D雷达液位计到液面的距离 C光速 T电磁波运行时间雷达液位计记录脉冲波经历的时间，而电磁波的传输速度为常数，则可算出液面到雷达天线的距离，从而知道液面的液位。u在实际运用中，雷达液位计有两种方式即调频连续波式和脉冲波式。采用调频连续波技术的液位计，功耗大，须采用四线制，电子电路复杂。而采用雷达脉冲波技术的液位计，功耗低，可用二线制的24V DC供电，容易实现本质安全，精确度高，适用范围更广。u雷达液位计的特点雷达液位计的特点 (1)雷达液位计采用一体化设计，
18、无可动部件，不存在机械磨损，使用寿命长。(2)雷达液位计测量时发出的电磁波能够穿过真空，不需要传输媒介，具有不受大气、蒸气、槽内挥发雾影响的特点，能用于挥发的介质如粗苯的液位测量。(3)雷达液位计几乎能用于所有液体的液位测量。电磁波在液位表面反射时，信号会衰减，当信号衰减过小时，会导致雷达液位计无法测到足够的电磁波信号。导电介质能很好地反射电磁波，甚至微导电的物质也能够反射足够的电磁波。介电常数大于1.5的非导电介质(空气的介电常数为1.0)也能够保证足够的反射波，介电常数越大，反射信号越强。在实际应用中，几乎所有的介质都能反射足够的反射波。(4)采用非接触式测量，不受槽内液体的密度、浓度等物
19、理特性的影响。(5)测量范围大，最大的测量范围可达035m，可用于高温、高压的液位测量。(6)天线等关键部件采用高质量的材料，抗腐蚀能力强，能适应腐蚀性很强的环境。(7)功能丰富，具有虚假波的学习功能。输入液面的实际液位，软件能自动地标识出液面到天线的虚假回波，排除这些波的干扰。(8)参数设定方便，可用液位计上的简易操作键进行设定，也可用HART协议的手操器或装有软件的 PC机在远程或直接接在液位计的通信端进行设定，十分方便。u雷达液位计安装的注意事项 雷达液位计能否正确测量，依赖于反射波的信号。如果在所选择安装的位置，液面不能将电磁波反射回雷达天线或在信号波的范围内有干扰物反射干扰波给雷达液
20、位计，雷达液位计都不能正确反映实际液位。因此，合理选择安装位置对雷达液位计十分重要，在安装时应注意以下几点：(1)雷达液位计天线的轴线应与液位的反射表面垂直。(2)槽内的搅拌阀、槽壁的黏附物和阶梯等物体，如果在雷达液位计的信号范围内，会产生干扰的反射波，影响液位测量。在安装时要选择合适的安装位置，以避免这些因素的干扰。(3)喇叭型的雷达液位计的喇叭口要超过安装孔的内表面一定的距离(10mm)。棒式液位计的天线要伸出安装孔，安装孔的长度不能超过100mm。对于圆型或椭圆型的容器，应装在离中心为1/2R(R为容器半径)距离的位置，不可装在圆型或椭圆型的容器顶的中心处，否则雷达波在容器壁的多重反射后
21、，汇集于容器顶的中心处，形成很强的干扰波，会影响准确测量。(4)对液位波动较大的容器的液位测量，可采用附带旁通管的液位计，以减少液位波动的影响。安装完毕以后，可以用软件的 PC机观察反射波曲线图，来判断液位计安装是否恰当，如不恰当，则进一步调整安装位置，直到满意为止。雷达液位计的维护雷达液位计的维护 雷达液位计主要由电子元件和天线构成，无可动部件，在使用中的故障极少。使用中偶尔遇到的问题是，贮槽中有些易挥发的有机物会在雷达液位计的喇叭口或天线上结晶，对它们只要定期检查和清理即可，维护量少。在日常维护中，可以用 PC机(装有VEGA Visual Operating软件)远程观察反射波曲线图，对
22、于后来可能新产生的干扰波，可以利用液位计有识别虚假波的功能，除去这些干扰反射波的影响，保证准确测量。雷达液位计故障现象及处理1、液位波动（1）重新组态探头长度和偏差（2）依靠其他设备确认液位（3）调整阻尼系数（4）重新组态回路值（5）导波管或管壁有干扰物体2、液位输出保持不变，不跟踪液位的变化（1）确认探头长度（2）调整偏置值，已达到精确数值3、无信号（1）检查介质介电常数（2）液位在顶部过渡区，组态时没设置（3）线路板或16针连接器工作不正常（4）检查探头长度组态（5）可能有介质在探头上搭桥（6）介电常数选择不正确4、输出为最大或最小（1）介质不纯，如油带水（2）介质或杂物在探头上搭桥（3）导波杆堵塞（4）有泡沫或粘稠物（5）探头顶部密封处有杂物，如：水、油等
