石化四廠化工儀表基礎培訓(液位計)

1、單擊此處編輯副標題單擊此處編輯副標題單擊此處編輯副標題單擊此處編輯副標題石化四廠石化四廠曹洪槐曹洪槐液位計液位計 一、一、差壓式液位計二、浮筒式液位計三、超聲波液位計四、雷達液位計 由于液柱的靜壓與液位成正比，因此利用壓力表測量基準面上液柱的靜壓就可測得液位。根據(jù)被測介質的密度及液體測量范圍計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。差壓式液位計普及范圍廣，容易校準，故障率低。受介質密度和溫度影響較大，所以常常精度比較差。對于具有腐蝕性或含有結晶顆粒以及粘度大、易凝固的介質，引壓導管易被腐蝕或堵塞，影響測量精度，應用法蘭式壓力（差壓）變送器。實際生產中，應用最多的是電容

2、式ROSEMOUNT3051系列差壓變送器。 差壓式液位計敏感元件為金屬膜盒，它直接與被測介質接觸，省去引壓導管，從而克服導管的腐蝕和阻塞問題。膜盒經毛細管與變送器的測量室相通，它們所組成的密閉系統(tǒng)內充以硅油，作為傳壓介質。為了毛細管經久耐用，其外部均套有金屬蛇皮保護管。1）零點遷移問題 采用差壓式液位計測量液位時，由于安裝位置不同，一般情況下均會存在零點遷移的問題。下面分無遷移、正遷移和負遷移3種情況進行討論。 無遷移 如右圖所示，被測介質黏度較小，無腐蝕，無結晶，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，如果被測液體的密度為則作用于差壓變送器正、負壓室的差壓為 pplp2Hg 當液體由H0變化到最高液位HHomax時，p由零變化到最大差壓pmax，變送器對應的輸出為 420 mA，當H0時，P0，差壓變送器未受任何附加靜壓，當H達到最大時， P也達到最大值。 。 正遷移:如右圖所示u正壓室：u負壓室：u壓差：u當H=0時，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：正負遷移的實質是改變變送器的零點，同時改變量程的上下限，而量程范圍不變。1210ghgHPP220ghPPBgHhhggHPPP1

4、1221)( 負遷移:如右圖所示有些介質對儀表會產生腐蝕作用，或者氣相部分會產生冷凝使導管內的凝液隨時間而變，這些情況下，往往采用在正、負壓室與取壓點之間分別安裝隔離罐或冷凝罐的方法。因此，負壓側引壓導管也有一個附加的靜壓作用于變送器，使得被測液位H0時，壓差不等于零正壓室：負壓室：差壓：當H=0時，差壓的輸出并不為零，而是-B。為使H=0時，差變的輸出為4mA，就要消除-B的影響。稱之為量程遷移。由于要遷移的時為負值，所以稱為負遷移。220ghPP法蘭液位變送器校驗:圖1-2校驗前檢查:穩(wěn)壓電源確定是否為24V DC。確認電源線及信號線極性是否正確。確認兩只法蘭放在同一水平面上，變送器豎直安

5、裝。確認法蘭連接密封良好。進行打壓校驗使用375手操器與變送器正確連線，打開電源，進入ONLINE通訊界面，讀出變送器的量程范圍，做好記錄，與臺賬進行核對，核實變更情況。2. 如變送器量程為-1000KPa, ，如圖1-2連接，使用標準壓力信號發(fā)生器對變送器進行5點打壓，即100 KPa、75 KPa、50 KPa、25 KPa、0KPa。記錄變送器對應的輸出值（對應4-20mA輸出）。故障現(xiàn)象及處理：故障現(xiàn)象及處理：1、液位波動較大（1）介質波動大或氣化嚴重（2）上引壓管或下引壓管不暢通（3）毛細管有破損介質泄漏（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、零點未調整（4）電路板故障（5）毛細管被擠壓造成管路堵塞浮筒式液位計浮筒式液位計：浮筒式液位計屬于變浮力液位計，當被測液面位置變化時，浮筒浸沒體積變化，所受浮力也變化，通過測量浮力變化確定出液位的變化量。 杠桿的末端吊有內筒，浮筒隨介質的浮力F1變化而升降，這個浮力作用在杠桿1上，使杠桿系統(tǒng)以軸封膜片為支點而產生微小偏轉（軸封膜片一方面作為杠桿的支點，另一方面起密封作用）。帶動杠桿2轉動 ，傳感器將偏移量經信號處理及轉換電路轉換成420mA標準信號輸出，即完成變換過程。 當液位為高度H時，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，扭力管產生的角位移也隨之變化，傳感器將角位移的變化量轉化為4-20mA電流輸出。u浮筒液位計的校驗浮筒液位計的校驗浮筒液位計的校驗有掛重法和水校法u 掛重法：（1）測量液位時 被?？潭?%時，應掛重為 W掛重=W浮筒 被?？潭?5%時，應掛重為 W掛重=W浮筒-1/4(/4D2gh) 被?？潭?0%時，應掛重為 W掛重=W浮筒-1/2(/4D2gh) 被?？潭?5%時，應掛重為 W掛重=W浮筒-3/4(/4D2gh) 被校刻度100%時，應掛重為 W掛重=W浮筒-(/4D2gh)u水校法u在浮筒上

8、標注（水校）液位刻度浮筒下引管中心位置為零點（0%）刻度位置；水校量程L=（實際密度/水的密度）浮筒長度，從零點位置向上L高度為滿量程（100%）刻度；將L分為4等分，在浮筒上標注出來。u灌水到零位線，調試棒插入表頭標有“0%”的孔，然后拿出，液晶顯示屏上出現(xiàn)“S-L0”閃爍時，將調試棒插入標有“100%”的孔作確認，液晶顯示屏為0%，零點調整結束u灌水到50%線，調試棒插入表頭標有“0%”的孔，然后拿出，液晶顯示屏上出現(xiàn)“S-50”閃爍時，將調試棒插入標有“100%”的孔作確認，液晶顯示屏為50%，50%調整結束u灌水到量程線，調試棒插入表頭標有“0%”的孔，然后拿出，液晶顯示屏上出現(xiàn)“S-

9、HI”閃爍時，將調試棒插入標有“100%”的孔作確認，液晶顯示屏為100%，量程調整結束u灌水至0%、25%、50%、75%、100%，檢查儀表測量是否準確Fisher DLC3000型浮筒液位計校驗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型浮筒液位計標定有兩點標定、零點/量程標定及單點標定這三種方法： A、兩點標定。選擇浮筒的上下限作為標定范圍，灌水至浮筒測量液位的下限值進行標定，輸出為4mA；然后灌水至腹痛測量液位的上限值進行標定，輸出為20mA。 B、零點/量程標定。若液位的改變可令浮筒完全脫離液面和完全浸入液面，但實際液位不知道，可用此方法標定。輸入系統(tǒng)介質密度，調整液位至液面完全脫離浮筒標定；再調整液面使浮筒完全侵入，進行標定。 C、單

11、點標定。調整液位至一個已知位置，最好此時浮筒完全浸入，以當前PV值作為輸入標定值。 以上三種方法A最為準確，C精準度不如A和B方法C應用于不可能降低或升高液面的情況下，此方法要求零點已標定好。u常見液位計常見故障及分析常見液位計常見故障及分析：1、指示最大（最?。旱蛪簜龋ǜ邏簜龋└綦x液泄漏、膜片壞。毛細管損壞，低壓側（高壓側）引壓閥沒開或堵塞。2、指示偏大（偏?。旱蛪簜龋ǜ邏簜龋┮龎洪y開度過小，放空堵頭漏，儀表遷移量沒計算準確，組態(tài)未設置好，儀表沒有校驗好。3、指示不變化：電路板損壞，膜盒損壞，正負引壓毛細管同時損壞，強制信號未取消。4、儀表無指示：信號線脫落或虛接、電源保險燒、安全柵損壞

12、，電路板損壞。 超聲波液位計利用波在介質中的傳播特超聲波液位計利用波在介質中的傳播特性。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，測出超聲波從發(fā)射到接收的時間差，便可測出液位高低 超聲波液位計按傳聲介質不同，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的方案。(a)氣介式 (b) 液介式 (c)固介式單探頭超聲波液位計 由上圖看出，超聲波傳播距離為L，波的傳播速度為C，傳播時間為t ，則：L是與液位有關的量，故測出L便可知液位， L的測量一般是用接收到的信

13、號觸發(fā)門電路對振蕩器的脈沖進行計數(shù)來實現(xiàn)。 單探頭液位計使用一個換能器，由控制電路控制它分時交替作發(fā)射器與接收器。 雙探頭式則使用兩個換能器分別作發(fā)射器和接收器，對于固介式，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。 聲速還與介質所處的狀態(tài)聲速還與介質所處的狀態(tài)( (如溫度如溫度) )有關。例如理想氣體的

14、聲速與絕有關。例如理想氣體的聲速與絕對溫度對溫度T T的平方根成正比，對于空氣來說影響聲速的主要因素是溫度的平方根成正比，對于空氣來說影響聲速的主要因素是溫度，并可用下式計算聲速的近似值，并可用下式計算聲速的近似值u 超聲波特性超聲波特性2 2 聲波在介質中傳播時會被吸收而衰減，質性質有關：氣體中衰減最聲波在介質中傳播時會被吸收而衰減，質性質有關：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， 聲波在介質中傳播時衰減的程度還與聲波的頻率有關，頻率越高，聲波在介質中傳播時衰減的程度還與聲波的頻率有關，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 聲波傳播時的方向性隨聲波的頻率的升高而變強，發(fā)射的聲波傳播時的方向性隨聲波的頻率的升高而變強，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。 當聲波從一種介質向另一種介質傳播時，因為兩種介質的當聲波從一種介質向另一種介質傳播時，因為兩種介質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，在分界面上聲波會產生反射和折射，聲波從液體或固體傳播到氣體，或相反的產生反射和折射，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)點優(yōu)點：使用范圍較廣，液位、粉末、塊狀的物位均可測量，：使用范圍較廣，液位、粉末、塊狀的物位均可測量，實現(xiàn)非接觸式測量。實現(xiàn)非接觸式測量。u缺點缺點：由于探頭本身不能承受過高的溫度，聲速又與介質的：由于探頭本身不能承受過高的溫度，聲速又與介質的溫度等有關，并且有些介質對聲波吸收能力很強，因而超聲溫度等有關，并且有些介質對聲波吸收能力很強，因而超聲波物位計的應用受到一定限制，此外電路比較復雜，價格較波物位計的應用受到一定限制，此外電路比較復雜，價格較高。高。u 適用于有毒、有腐蝕性液體液位的測量，精度一般為0.1級。當

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

18、的液位計，功耗低，可用二線制的24V DC供電，容易實現(xiàn)本質安全，精確度高，適用范圍更廣。u雷達液位計的特點雷達液位計的特點 (1)雷達液位計采用一體化設計，無可動部件，不存在機械磨損，使用壽命長。 (2)雷達液位計測量時發(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、槽內揮發(fā)霧影響的特點，能用于揮發(fā)的介質如粗苯的液位測量。 (3)雷達液位計幾乎能用于所有液體的液位測量。電磁波在液位表面反射時，信號會衰減，當信號衰減過小時，會導致雷達液位計無法測到足夠的電磁波信號。導電介質能很好地反射電磁波，甚至微導電的物質也能夠反射足夠的電磁波。介電常數(shù)大于1.5的非導電介質(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，反射信號越強。在實際應用中，幾乎所有的介質都能反射足夠的反射波。 (4)采用非接觸式測量，不受槽內液體的密度、濃度等物理特性的影響。 (5)測量范圍大，最大的測量范圍可達035m，可用于高溫、高壓的液位測量。 (6)天線等關鍵部件采用高質量的材料，抗腐蝕能力強，能適應腐蝕性很強的環(huán)境。 (7)功能豐富，具有虛假波的學習功能。輸入液面的實際液位，軟件能自動地標識出液面到天線的虛假回波，排除這些波的干擾。 (8)參數(shù)設定方便，可用液位計上的簡易操作鍵進行設定，也可用HART協(xié)議的手操器或裝有軟件的 PC機在遠程或直接接在液位計的通信端進行設定，十分方便

20、。u雷達液位計安裝的注意事項 雷達液位計能否正確測量，依賴于反射波的信號。如果在所選擇安裝的位置，液面不能將電磁波反射回雷達天線或在信號波的范圍內有干擾物反射干擾波給雷達液位計，雷達液位計都不能正確反映實際液位。因此，合理選擇安裝位置對雷達液位計十分重要，在安裝時應注意以下幾點： (1)雷達液位計天線的軸線應與液位的反射表面垂直。 (2)槽內的攪拌閥、槽壁的黏附物和階梯等物體，如果在雷達液位計的信號范圍內，會產生干擾的反射波，影響液位測量。在安裝時要選擇合適的安裝位置，以避免這些因素的干擾。(3)喇叭型的雷達液位計的喇叭口要超過安裝孔的內表面一定的距離(10mm)。棒式液位計的天線要伸出安裝孔，安裝孔的長度不能超過100mm。對于圓型或橢圓型的容器，應裝在離中心為1/2R(R為容器半徑)距離的位置，不可裝