石化四廠化工儀表基礎(chǔ)培訓(xùn)(液位計(jì))

1、單擊此處編輯副標(biāo)題單擊此處編輯副標(biāo)題單擊此處編輯副標(biāo)題單擊此處編輯副標(biāo)題石化四廠石化四廠曹洪槐曹洪槐液位計(jì)液位計(jì) 一、一、差壓式液位計(jì)二、浮筒式液位計(jì)三、超聲波液位計(jì)四、雷達(dá)液位計(jì) 由于液柱的靜壓與液位成正比，因此利用壓力表測(cè)量基準(zhǔn)面上液柱的靜壓就可測(cè)得液位。根據(jù)被測(cè)介質(zhì)的密度及液體測(cè)量范圍計(jì)算出壓力或壓差范圍，再選用量程、精確度等性能合適的壓力表或差壓表。差壓式液位計(jì)普及范圍廣，容易校準(zhǔn)，故障率低。受介質(zhì)密度和溫度影響較大，所以常常精度比較差。對(duì)于具有腐蝕性或含有結(jié)晶顆粒以及粘度大、易凝固的介質(zhì)，引壓導(dǎo)管易被腐蝕或堵塞，影響測(cè)量精度，應(yīng)用法蘭式壓力（差壓）變送器。實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)用最多的是電容

2、式ROSEMOUNT3051系列差壓變送器。 差壓式液位計(jì)敏感元件為金屬膜盒，它直接與被測(cè)介質(zhì)接觸，省去引壓導(dǎo)管，從而克服導(dǎo)管的腐蝕和阻塞問題。膜盒經(jīng)毛細(xì)管與變送器的測(cè)量室相通，它們所組成的密閉系統(tǒng)內(nèi)充以硅油，作為傳壓介質(zhì)。為了毛細(xì)管經(jīng)久耐用，其外部均套有金屬蛇皮保護(hù)管。1）零點(diǎn)遷移問題 采用差壓式液位計(jì)測(cè)量液位時(shí)，由于安裝位置不同，一般情況下均會(huì)存在零點(diǎn)遷移的問題。下面分無(wú)遷移、正遷移和負(fù)遷移3種情況進(jìn)行討論。 無(wú)遷移 如右圖所示，被測(cè)介質(zhì)黏度較小，無(wú)腐蝕，無(wú)結(jié)晶，并且氣相部分不冷凝，變送器安裝高度與容器下部取壓位置在同一高度。 將差壓變送器的正、負(fù)壓室分別與容器下部和上部的取壓Pl、P2相

3、連接，如果被測(cè)液體的密度為則作用于差壓變送器正、負(fù)壓室的差壓為 pplp2Hg 當(dāng)液體由H0變化到最高液位HHomax時(shí)，p由零變化到最大差壓pmax，變送器對(duì)應(yīng)的輸出為 420 mA，當(dāng)H0時(shí)，P0，差壓變送器未受任何附加靜壓，當(dāng)H達(dá)到最大時(shí)， P也達(dá)到最大值。 。 正遷移:如右圖所示u正壓室：u負(fù)壓室：u壓差：u當(dāng)H=0時(shí)，差壓輸出并不為零，其值為u其遷移量為正值，所以稱為正遷移。011pgHghP011pgHghP0pP gHghPPP11ghC1u綜上所述：正負(fù)遷移的實(shí)質(zhì)是改變變送器的零點(diǎn)，同時(shí)改變量程的上下限，而量程范圍不變。1210ghgHPP220ghPPBgHhhggHPPP1

4、1221)( 負(fù)遷移:如右圖所示有些介質(zhì)對(duì)儀表會(huì)產(chǎn)生腐蝕作用，或者氣相部分會(huì)產(chǎn)生冷凝使導(dǎo)管內(nèi)的凝液隨時(shí)間而變，這些情況下，往往采用在正、負(fù)壓室與取壓點(diǎn)之間分別安裝隔離罐或冷凝罐的方法。因此，負(fù)壓側(cè)引壓導(dǎo)管也有一個(gè)附加的靜壓作用于變送器，使得被測(cè)液位H0時(shí)，壓差不等于零正壓室：負(fù)壓室：差壓：當(dāng)H=0時(shí)，差壓的輸出并不為零，而是-B。為使H=0時(shí)，差變的輸出為4mA，就要消除-B的影響。稱之為量程遷移。由于要遷移的時(shí)為負(fù)值，所以稱為負(fù)遷移。220ghPP法蘭液位變送器校驗(yàn):圖1-2校驗(yàn)前檢查:穩(wěn)壓電源確定是否為24V DC。確認(rèn)電源線及信號(hào)線極性是否正確。確認(rèn)兩只法蘭放在同一水平面上，變送器豎直安

5、裝。確認(rèn)法蘭連接密封良好。進(jìn)行打壓校驗(yàn)使用375手操器與變送器正確連線，打開電源，進(jìn)入ONLINE通訊界面，讀出變送器的量程范圍，做好記錄，與臺(tái)賬進(jìn)行核對(duì)，核實(shí)變更情況。2. 如變送器量程為-1000KPa, ，如圖1-2連接，使用標(biāo)準(zhǔn)壓力信號(hào)發(fā)生器對(duì)變送器進(jìn)行5點(diǎn)打壓，即100 KPa、75 KPa、50 KPa、25 KPa、0KPa。記錄變送器對(duì)應(yīng)的輸出值（對(duì)應(yīng)4-20mA輸出）。故障現(xiàn)象及處理：故障現(xiàn)象及處理：1、液位波動(dòng)較大（1）介質(zhì)波動(dòng)大或氣化嚴(yán)重（2）上引壓管或下引壓管不暢通（3）毛細(xì)管有破損介質(zhì)泄漏（4）膜盒損壞（5）伴熱溫度過高2、顯示不變化（1）聯(lián)通閥未打開（2）引壓管線堵

6、塞（3）量程、零點(diǎn)未調(diào)整（4）電路板故障（5）毛細(xì)管被擠壓造成管路堵塞浮筒式液位計(jì)浮筒式液位計(jì)：浮筒式液位計(jì)屬于變浮力液位計(jì)，當(dāng)被測(cè)液面位置變化時(shí)，浮筒浸沒體積變化，所受浮力也變化，通過測(cè)量浮力變化確定出液位的變化量。 杠桿的末端吊有內(nèi)筒，浮筒隨介質(zhì)的浮力F1變化而升降，這個(gè)浮力作用在杠桿1上，使杠桿系統(tǒng)以軸封膜片為支點(diǎn)而產(chǎn)生微小偏轉(zhuǎn)（軸封膜片一方面作為杠桿的支點(diǎn)，另一方面起密封作用）。帶動(dòng)杠桿2轉(zhuǎn)動(dòng) ，傳感器將偏移量經(jīng)信號(hào)處理及轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成420mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出，即完成變換過程。 當(dāng)液位為高度H時(shí)，浮筒的浸沒深度為H x，作用在杠桿上的力為 Fx W A（Hx）g式中 W 浮筒的重量 A

7、浮筒的截面積； x 浮筒上移的距離； 被測(cè)液體的密度。 液位高度變化，作用在杠桿上的力也跟著變化，扭力管產(chǎn)生的角位移也隨之變化，傳感器將角位移的變化量轉(zhuǎn)化為4-20mA電流輸出。u浮筒液位計(jì)的校驗(yàn)浮筒液位計(jì)的校驗(yàn)浮筒液位計(jì)的校驗(yàn)有掛重法和水校法u 掛重法：（1）測(cè)量液位時(shí) 被?？潭?%時(shí)，應(yīng)掛重為 W掛重=W浮筒 被?？潭?5%時(shí)，應(yīng)掛重為 W掛重=W浮筒-1/4(/4D2gh) 被校刻度50%時(shí)，應(yīng)掛重為 W掛重=W浮筒-1/2(/4D2gh) 被?？潭?5%時(shí)，應(yīng)掛重為 W掛重=W浮筒-3/4(/4D2gh) 被?？潭?00%時(shí)，應(yīng)掛重為 W掛重=W浮筒-(/4D2gh)u水校法u在浮筒上

8、標(biāo)注（水校）液位刻度浮筒下引管中心位置為零點(diǎn)（0%）刻度位置；水校量程L=（實(shí)際密度/水的密度）浮筒長(zhǎng)度，從零點(diǎn)位置向上L高度為滿量程（100%）刻度；將L分為4等分，在浮筒上標(biāo)注出來(lái)。u灌水到零位線，調(diào)試棒插入表頭標(biāo)有“0%”的孔，然后拿出，液晶顯示屏上出現(xiàn)“S-L0”閃爍時(shí)，將調(diào)試棒插入標(biāo)有“100%”的孔作確認(rèn)，液晶顯示屏為0%，零點(diǎn)調(diào)整結(jié)束u灌水到50%線，調(diào)試棒插入表頭標(biāo)有“0%”的孔，然后拿出，液晶顯示屏上出現(xiàn)“S-50”閃爍時(shí)，將調(diào)試棒插入標(biāo)有“100%”的孔作確認(rèn)，液晶顯示屏為50%，50%調(diào)整結(jié)束u灌水到量程線，調(diào)試棒插入表頭標(biāo)有“0%”的孔，然后拿出，液晶顯示屏上出現(xiàn)“S-

9、HI”閃爍時(shí)，將調(diào)試棒插入標(biāo)有“100%”的孔作確認(rèn)，液晶顯示屏為100%，量程調(diào)整結(jié)束u灌水至0%、25%、50%、75%、100%，檢查儀表測(cè)量是否準(zhǔn)確Fisher DLC3000型浮筒液位計(jì)校驗(yàn)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

10、Coupling2 Two Point3 Wet/Dry Cal4 Single Point5 Trim PV Zero6 Weight-based Cal Fisher DLC3000型浮筒液位計(jì)標(biāo)定有兩點(diǎn)標(biāo)定、零點(diǎn)/量程標(biāo)定及單點(diǎn)標(biāo)定這三種方法： A、兩點(diǎn)標(biāo)定。選擇浮筒的上下限作為標(biāo)定范圍，灌水至浮筒測(cè)量液位的下限值進(jìn)行標(biāo)定，輸出為4mA；然后灌水至腹痛測(cè)量液位的上限值進(jìn)行標(biāo)定，輸出為20mA。 B、零點(diǎn)/量程標(biāo)定。若液位的改變可令浮筒完全脫離液面和完全浸入液面，但實(shí)際液位不知道，可用此方法標(biāo)定。輸入系統(tǒng)介質(zhì)密度，調(diào)整液位至液面完全脫離浮筒標(biāo)定；再調(diào)整液面使浮筒完全侵入，進(jìn)行標(biāo)定。 C、單

11、點(diǎn)標(biāo)定。調(diào)整液位至一個(gè)已知位置，最好此時(shí)浮筒完全浸入，以當(dāng)前PV值作為輸入標(biāo)定值。 以上三種方法A最為準(zhǔn)確，C精準(zhǔn)度不如A和B方法C應(yīng)用于不可能降低或升高液面的情況下，此方法要求零點(diǎn)已標(biāo)定好。u常見液位計(jì)常見故障及分析常見液位計(jì)常見故障及分析：1、指示最大（最?。旱蛪簜?cè)（高壓側(cè)）隔離液泄漏、膜片壞。毛細(xì)管損壞，低壓側(cè)（高壓側(cè)）引壓閥沒開或堵塞。2、指示偏大（偏?。旱蛪簜?cè)（高壓側(cè)）引壓閥開度過小，放空堵頭漏，儀表遷移量沒計(jì)算準(zhǔn)確，組態(tài)未設(shè)置好，儀表沒有校驗(yàn)好。3、指示不變化：電路板損壞，膜盒損壞，正負(fù)引壓毛細(xì)管同時(shí)損壞，強(qiáng)制信號(hào)未取消。4、儀表無(wú)指示：信號(hào)線脫落或虛接、電源保險(xiǎn)燒、安全柵損壞

12、，電路板損壞。 超聲波液位計(jì)利用波在介質(zhì)中的傳播特超聲波液位計(jì)利用波在介質(zhì)中的傳播特性。性。 因此，在容器底部或頂部安裝超聲波發(fā)射器和接收器，發(fā)射出的超聲波在相界面被反射。并由接收器接收，測(cè)出超聲波從發(fā)射到接收的時(shí)間差，便可測(cè)出液位高低 超聲波液位計(jì)按傳聲介質(zhì)不同，可分為氣介式、液介式和固介式三種；按探頭的工作方式可分為自發(fā)自收的單探頭方式和收發(fā)分開的雙探頭方式。相互組合可以得到六種液位計(jì)的方案。(a)氣介式 (b) 液介式 (c)固介式單探頭超聲波液位計(jì) 由上圖看出，超聲波傳播距離為L(zhǎng)，波的傳播速度為C，傳播時(shí)間為t ，則：L是與液位有關(guān)的量，故測(cè)出L便可知液位， L的測(cè)量一般是用接收到的信

13、號(hào)觸發(fā)門電路對(duì)振蕩器的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。 單探頭液位計(jì)使用一個(gè)換能器，由控制電路控制它分時(shí)交替作發(fā)射器與接收器。 雙探頭式則使用兩個(gè)換能器分別作發(fā)射器和接收器，對(duì)于固介式，需要有兩根金屬棒或金屬管分別作發(fā)射波與接收波的傳輸管道。u 超聲波特性超聲波特性1 1 可以在氣體、液體及固體中傳播可以在氣體、液體及固體中傳播 在常溫下空氣中的聲速約為在常溫下空氣中的聲速約為334m334ms s，在水中的聲速約為，在水中的聲速約為1440m1440ms s，而在鋼鐵中約為而在鋼鐵中約為5000m5000ms s。 聲速還與介質(zhì)所處的狀態(tài)聲速還與介質(zhì)所處的狀態(tài)( (如溫度如溫度) )有關(guān)。例如理想氣體的

14、聲速與絕有關(guān)。例如理想氣體的聲速與絕對(duì)溫度對(duì)溫度T T的平方根成正比，對(duì)于空氣來(lái)說(shuō)影響聲速的主要因素是溫度的平方根成正比，對(duì)于空氣來(lái)說(shuō)影響聲速的主要因素是溫度，并可用下式計(jì)算聲速的近似值，并可用下式計(jì)算聲速的近似值u 超聲波特性超聲波特性2 2 聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)會(huì)被吸收而衰減，質(zhì)性質(zhì)有關(guān)：氣體中衰減最聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)會(huì)被吸收而衰減，質(zhì)性質(zhì)有關(guān)：氣體中衰減最大，液體其次，固體中衰減最小，大，液體其次，固體中衰減最小， 聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)衰減的程度還與聲波的頻率有關(guān)，頻率越高，聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)衰減的程度還與聲波的頻率有關(guān)，頻率越高，聲波的衰減也越大，因此超聲波比其他聲波在傳播時(shí)的衰減更明顯聲

15、波的衰減也越大，因此超聲波比其他聲波在傳播時(shí)的衰減更明顯。20.067vTu超聲波特性超聲波特性3 3 聲波傳播時(shí)的方向性隨聲波的頻率的升高而變強(qiáng)，發(fā)射的聲波傳播時(shí)的方向性隨聲波的頻率的升高而變強(qiáng)，發(fā)射的聲束也越尖銳，超聲波可近似為直線傳播，具有很好的方向聲束也越尖銳，超聲波可近似為直線傳播，具有很好的方向性。性。 當(dāng)聲波從一種介質(zhì)向另一種介質(zhì)傳播時(shí)，因?yàn)閮煞N介質(zhì)的當(dāng)聲波從一種介質(zhì)向另一種介質(zhì)傳播時(shí)，因?yàn)閮煞N介質(zhì)的密度不同和聲波在其中傳播的速度不同，在分界面上聲波會(huì)密度不同和聲波在其中傳播的速度不同，在分界面上聲波會(huì)產(chǎn)生反射和折射，聲波從液體或固體傳播到氣體，或相反的產(chǎn)生反射和折射，聲波從液體

16、或固體傳播到氣體，或相反的情況下，幾乎全部被反射。情況下，幾乎全部被反射。u優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：使用范圍較廣，液位、粉末、塊狀的物位均可測(cè)量，：使用范圍較廣，液位、粉末、塊狀的物位均可測(cè)量，實(shí)現(xiàn)非接觸式測(cè)量。實(shí)現(xiàn)非接觸式測(cè)量。u缺點(diǎn)缺點(diǎn)：由于探頭本身不能承受過高的溫度，聲速又與介質(zhì)的：由于探頭本身不能承受過高的溫度，聲速又與介質(zhì)的溫度等有關(guān)，并且有些介質(zhì)對(duì)聲波吸收能力很強(qiáng)，因而超聲溫度等有關(guān)，并且有些介質(zhì)對(duì)聲波吸收能力很強(qiáng)，因而超聲波物位計(jì)的應(yīng)用受到一定限制，此外電路比較復(fù)雜，價(jià)格較波物位計(jì)的應(yīng)用受到一定限制，此外電路比較復(fù)雜，價(jià)格較高。高。u 適用于有毒、有腐蝕性液體液位的測(cè)量，精度一般為0.1級(jí)。當(dāng)

17、測(cè)量含有氣泡，懸浮物的液位及被測(cè)液面有很大波浪時(shí)，使用較困難。雷達(dá)液位計(jì)的測(cè)量原理雷達(dá)液位計(jì)的測(cè)量原理 u雷達(dá)液位計(jì)采用發(fā)射反射接收的工作模式。雷達(dá)液位計(jì)的天線發(fā)射出電磁波，這些波經(jīng)被測(cè)對(duì)象表面反射后，再被天線接收，電磁波從發(fā)射到接收的時(shí)間與到液面的距離成正比，關(guān)系式如下： D=CT/2 式中 D雷達(dá)液位計(jì)到液面的距離 C光速 T電磁波運(yùn)行時(shí)間雷達(dá)液位計(jì)記錄脈沖波經(jīng)歷的時(shí)間，而電磁波的傳輸速度為常數(shù)，則可算出液面到雷達(dá)天線的距離，從而知道液面的液位。u在實(shí)際運(yùn)用中，雷達(dá)液位計(jì)有兩種方式即調(diào)頻連續(xù)波式和脈沖波式。采用調(diào)頻連續(xù)波技術(shù)的液位計(jì)，功耗大，須采用四線制，電子電路復(fù)雜。而采用雷達(dá)脈沖波技術(shù)

18、的液位計(jì)，功耗低，可用二線制的24V DC供電，容易實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全，精確度高，適用范圍更廣。u雷達(dá)液位計(jì)的特點(diǎn)雷達(dá)液位計(jì)的特點(diǎn) (1)雷達(dá)液位計(jì)采用一體化設(shè)計(jì)，無(wú)可動(dòng)部件，不存在機(jī)械磨損，使用壽命長(zhǎng)。 (2)雷達(dá)液位計(jì)測(cè)量時(shí)發(fā)出的電磁波能夠穿過真空，不需要傳輸媒介，具有不受大氣、蒸氣、槽內(nèi)揮發(fā)霧影響的特點(diǎn)，能用于揮發(fā)的介質(zhì)如粗苯的液位測(cè)量。 (3)雷達(dá)液位計(jì)幾乎能用于所有液體的液位測(cè)量。電磁波在液位表面反射時(shí)，信號(hào)會(huì)衰減，當(dāng)信號(hào)衰減過小時(shí)，會(huì)導(dǎo)致雷達(dá)液位計(jì)無(wú)法測(cè)到足夠的電磁波信號(hào)。導(dǎo)電介質(zhì)能很好地反射電磁波，甚至微導(dǎo)電的物質(zhì)也能夠反射足夠的電磁波。介電常數(shù)大于1.5的非導(dǎo)電介質(zhì)(空氣的介電常數(shù)為

19、1.0)也能夠保證足夠的反射波，介電常數(shù)越大，反射信號(hào)越強(qiáng)。在實(shí)際應(yīng)用中，幾乎所有的介質(zhì)都能反射足夠的反射波。 (4)采用非接觸式測(cè)量，不受槽內(nèi)液體的密度、濃度等物理特性的影響。 (5)測(cè)量范圍大，最大的測(cè)量范圍可達(dá)035m，可用于高溫、高壓的液位測(cè)量。 (6)天線等關(guān)鍵部件采用高質(zhì)量的材料，抗腐蝕能力強(qiáng)，能適應(yīng)腐蝕性很強(qiáng)的環(huán)境。 (7)功能豐富，具有虛假波的學(xué)習(xí)功能。輸入液面的實(shí)際液位，軟件能自動(dòng)地標(biāo)識(shí)出液面到天線的虛假回波，排除這些波的干擾。 (8)參數(shù)設(shè)定方便，可用液位計(jì)上的簡(jiǎn)易操作鍵進(jìn)行設(shè)定，也可用HART協(xié)議的手操器或裝有軟件的 PC機(jī)在遠(yuǎn)程或直接接在液位計(jì)的通信端進(jìn)行設(shè)定，十分方便

20、。u雷達(dá)液位計(jì)安裝的注意事項(xiàng) 雷達(dá)液位計(jì)能否正確測(cè)量，依賴于反射波的信號(hào)。如果在所選擇安裝的位置，液面不能將電磁波反射回雷達(dá)天線或在信號(hào)波的范圍內(nèi)有干擾物反射干擾波給雷達(dá)液位計(jì)，雷達(dá)液位計(jì)都不能正確反映實(shí)際液位。因此，合理選擇安裝位置對(duì)雷達(dá)液位計(jì)十分重要，在安裝時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： (1)雷達(dá)液位計(jì)天線的軸線應(yīng)與液位的反射表面垂直。 (2)槽內(nèi)的攪拌閥、槽壁的黏附物和階梯等物體，如果在雷達(dá)液位計(jì)的信號(hào)范圍內(nèi)，會(huì)產(chǎn)生干擾的反射波，影響液位測(cè)量。在安裝時(shí)要選擇合適的安裝位置，以避免這些因素的干擾。(3)喇叭型的雷達(dá)液位計(jì)的喇叭口要超過安裝孔的內(nèi)表面一定的距離(10mm)。棒式液位計(jì)的天線要伸出安裝孔，安裝孔的長(zhǎng)度不能超過100mm。對(duì)于圓型或橢圓型的容器，應(yīng)裝在離中心為1/2R(R為容器半徑)距離的位置，不可裝