液位计就是用来测量并显示罐体内液位高度的,液位计的种类非常多。常用液位计有:玻璃管液位计、磁翻板液位计、静压液位计、差压式液位计、浮球液位计、雷达液位计、等;测量物位的有超声波物位计和放射性物位计等。
从测量原理上来说可以分为接触式测量与非接触式测量、压力式原理测量等。下面逐一介绍各种液位计的工作原理及应用。
1:玻璃管液位计
原理:玻璃管液位计是基于连通器原理设计的,由玻璃管及液位计主体构成的,液体通路是经接管用法兰或锥管螺纹与被测容器连接构成连通器,透过玻璃管观察到的液面与容器内的液面相同即液位高度。
按HG21592标准生产的液位计,其两端的针型阀不仅起截止阀的作用,其内部的钢球具有逆止阀的功能,当液位计发生意外破损泄漏时,钢球可在介质压力作用下自动关闭液体通道,防止液体大量外流起到安全保护作用,前提是罐内压力>0.2Mpa。液位计改变零件的材料或增加一些附属部件即可达到防腐、保温、防霜、照明等功能。
由于玻璃管易碎,一般玻璃管液位计都会带护套以保护玻璃管,有的液位计还会带取样阀,用于取样罐内液体,或者检修时放尽玻璃管液位计内的液体。
一般推荐玻璃管液位计长度不要超过2米,如果要测量超过2m高的液位的话,推荐采用多段交错安装,如下图所示:
适用范围及特点:
玻璃管液位计具有结构简单、经济实用、安装方便、工作可靠、使用寿命长等优点。
但是缺点也很明显:内表面易沾污,造成读数困难,不便于远传和调节。
作为基本的液位指示液位计,该产品广泛运用于在最简单液位测量场合和自动化程度不很高的大型工程项目中液位的测量和监测。
玻璃管液位计安装要按照以下步骤:
(1)液位计安装前,请小心的拆开箱子,以免因为箱子上的钉子弄碎玻璃。然后安装的时候不要过重的敲击玻璃管液位计本体。不要有过大的振动。
(2)液位计安装后,当介质温度很高时,不要马上开启阀门,应预热20-30分钟,待玻璃管有一定温度后,再缓慢开启阀门。
阀门开启程序:先缓慢开启上阀门,再缓慢开启下阀门,使被测介质慢慢进入玻璃管内。
(3)液位计在使用中,应定期清洗玻璃管内外壁污垢,以保持液位显示清晰。清洗程序:先关闭与容器连接的上、下阀门,打开排污阀,放净玻璃管内残液,使用适当清洗剂或采用长杆毛刷拉擦方法,清除管内壁污垢。
2:磁翻板液位计
根据浮力原理和磁性耦合作用原理工作的。当被测容器中的液位升降时,磁翻板液位计主导管中的浮子也随之升降,浮子内的永久磁钢通过磁耦合传递到现场指示器,驱动红、白翻柱翻转180°,当液位上升时,翻柱由白色转为红色,当液位下降时,翻柱由红色转为白色,指示器的红、白界位处为容器内介质液位的实际高度,从而实现液位的指示。
可就地显示和远程控制。用于远程控制时,浮球中的磁体和传感器(磁簧开关)作用,使串联入电路的元件(如定值电阻)的数量发生变化,进而使仪表电路系统的电学量发生改变。也就是使磁性浮子位置的变化引起电学量的变化。
通过检测电学量的变化来反映容器内液位的情况。可以直接输出电阻值信号,也可以配合使用变送模块,输出电流值(4~20mA)信号;同时配合其他转换器,输出电压信号或者开关信号。从而实现电学信号的远程传输、分析与控制。
磁翻板液位计具有就地显示的直读式特性。不需多组液位计组合。
由于具有磁性耦合隔离器密闭结构。尤其适用于易燃、易爆和腐蚀有毒液位检测。从而使原复杂环境的液位检测手段变得简单和可靠安全。
根据安装位置的不同有侧装式磁翻板液位计,顶装式液位计。
相关标准:HG/T 21584磁性液位计
适用范围:
广泛运用于石油加工、食品加工、化工、活性炭投加装置、石灰投加系统、高锰酸钾投加设备、加药设备、制药、电力、造纸、冶金、船舶和锅炉等领域中的液位测量、控制与监测。
优点:磁性浮子液位计可以做到高密封,防泄漏和适用于高温、高压、耐腐蚀的场合。对高温、高压、有毒、有害、强腐蚀介质更显其优越性。
缺点:磁性浮子与介质直接接触,浮球密封要求要严格,不能测量粘性介质。磁性材料如退磁易导致液位计不能正常工作,翻板容易卡死,造成无法远传指示。
3:静压液位计
原理:压力传感器深入或接触被测量液体时,将受到的介质压力P与被测量液体的液位的高度h成正比例,且线性度很高:
即:P=ρgh其中:
ρ:被测量介质的密度(kg/m3)
g:当地的重力加速度(m/s2)
h:被测量液体的高度(m)
对于一定的被测量介质和同一个地点,ρ和g均为常数。很容易得到:h=P/(ρg)
上面的表达式就是液位变送器工作原理中的核心公式。
通过安装在容器底部的变送器探头(上面装有传感器)检测到和液位高度成正比的压力并转换成电信号,传输到储液容器上的转换单元,通过转化把这种和液位高度相关的电信号变成4~20mA的标准信号并输出。
静压液位计有底装式,投入式。
静压液位计仅仅用于罐类与大气相通的液位液位测量,如果罐内有压力则应该采用压差式液位计。
优点: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。普及范围广,容易校准。
缺点:由于其受介质密度和温度影响很大,所以常常精度比较差,而为消除这些影响,需要很多其他测试仪表,结果搭建一套完善的静压测量系统价格很高。
4:差压式液位计
原理:差压液位变送器是通过测量高低压力差,再由转换部件转换成电流信号传送到控制室的电器元件。差压式液位计主要用于密闭有压容器的液位测量。差压的大小同样代表了液位高度的大小。用差压计测量气、液两相之间的差压值来得知液位高低。
用差压变送器测量液位时,由于差压变送器安装的位置不同,正压和负压导压管内充满了液体,这些液体会使差压变送器有一个固定的差压。在液位为零时,造成差压计指示不在零点,而是指示正或负的一个指示偏差。
为了指示正确,消除这个固定偏差,需要把零点进行向下或向上移动,也就是进行'零点迁移'。这个差压值就称为迁移量。如果这个值为正,即称系统为正迁移;如果为负,即系统为负迁移;如果这个值为零时,即为无迁移。
应用范围:
该产品具有可靠的性能和优良的测量水平。一般适用于水基介质、原油或其他液位物位的测量。当使用浸入法测量并控制液位时,使用标准输出信号的液位变送器是很方便的:可以与数控仪表直接联用,而且具有互换性。
优缺点同静压液位计
5:浮球液位计
浮球液位计结构主要基于浮力和静磁场原理设计生产的。带有磁体的浮球(简称浮球)在被测介质中的位置受浮力作用影响:液位的变化导致磁性浮子位置的变化。浮球中的磁体和传感器(磁簧开关)作用,使串联入电路的元件(如定值电阻)的数量发生变化,进而使仪表电路系统的电学量发生改变。也就是使磁性浮子位置的变化引起电学量的变化。
通过检测电学量的变化来反映容器内液位的情况。该液位计可以直接输出电阻值信号,也可以配合使用变送模块,输出电流值(4~20mA)信号;同时配合其他转换器,输出电压信号或者开关信号。从而实现电学信号的远程传输、分析与控制。
注意:被测介质不应含有铁磁性杂质。浮球液位计有以下三种安装方式:
1:侧底安装 2:顶置安装 3:侧侧安装
6:雷达液位计
原理:雷达液位计是一种基于时间行程原理的微波液位计,它是微波(雷达)定位技术的一种运用。它是通过一个可以发射能量波(一般为脉冲信号)的装置发射能量波,能量波遇到障碍物反射,由一个接收装置接收反射信号。根据测量能量波运动过程的时间差来确定物位变化情况。由电子装置对微波信号进行处理,最终转化成与物位相关的电信号。
在微波物位测量设备中,使用的能量波通常是频率为8.3GHz(大多在6GHz左右,也有更高频率的)的高频电磁波。该设备使用的能量波是脉冲能量波。一般脉冲能量波的最大脉冲能量为1mW左右(平均功率为1μW左右),不会对其他设备以及人员造成辐射伤害。
适用范围及特点:
雷达液位计用于对液体、浆料及颗粒料的物位进行非接触连续测量,适用于温度、压力变化大、有惰性气体或蒸汽存在的场合。它采用微波脉冲(PTOF)的测量方法,并可在工业频率波段范围内正常工作。波束能量低,可安装于各种金属、非金属容器或管道内,对人体及环境均无伤害。
优点:
1、无盲区,高精度
2、不需要传输介质,不受压力变化、真空、温度变化、惰性气体、烟尘、蒸汽等环境影响,能用于挥发介质的测量。
3、输出信号为4mA~20mA/HART协议,标定简便、通过数字液晶显示轻松实现现场标定操作,通过软件实现简单的组态设定和编程
4、可用于高温工况,高达200℃过程温度,当采用高温延长天线时可达350℃。
缺点:价格昂贵,仪表需要设置的参数较多;天线不慎沾上介质会报错;如有结冰现象需清理天线;最初安装需要罐类无介质。
7:超声波液位计
超声波液位计是通过一个可以发射能量波(一般为脉冲信号)的装置发射能量波,能量波遇到障碍物反射,由一个接收装置接收反射信号。
根据测量能量波运动过程的时间差来确定物位变化情况。由电子装置对微波信号进行处理,最终转化成与物位相关的电信号。
一次探头向被测介质表面发射超声波脉冲信号,超声波在传输过程中遇到被测介质(障碍物)后反射,反射回来的超声波信号通过电子模块检测,通过专用软件加以处理,分析发射超声波和回波的时间差,结合超声波的传播速度,可以精确计算出超声波传播的路程,进而可以反映出物位的情况。
超声波液位计属于声波,需要有传输介质,所以会受罐内温度压力的影响。
优点:无机械传动部分,可靠性高,属于非接触测量,且不受液体粘度、密度等影响。
缺点:有测量盲区,罐内有压力不推荐采用,不可测易挥发性介质。
8:音叉液位计开关
原理:音叉式物位控制器是一种新型的物位开关。它是利用音叉振动的原理设计制作的。它是在音叉物位开关的感应棒底座,透过压电晶片驱动音叉棒,并且由另外一压电晶片接受振动讯号,使振动讯号得以循环,并且使感应棒产生共振。
当物料与感应棒接触时,振动讯号逐渐变小,直到停止共振时,控制电路会输出电气接点信号。由于感应棒感度由前端向后座依次减弱的自然原理,所以当桶槽内物料与桶周围向上堆积,触及感应棒底座〈后部〉或排料时,均不会产生错误讯号。
简单的说,音叉在压电晶体激励下产生机械振动,这种振动具有一定的频率和振幅。当音叉被液体或固体浸没时,音叉的振动频率和振幅将发生变化。这个频率变化由电子线路检测出来并输出一个开关量。
适用范围及特点:
音叉物位开关是一种新型的物位开关。几乎适用于所有液体介质,同时也适用于测量能自由流动的中等密度的固体粉末或颗粒。由于音叉物位开关基本没有活动部件,机械磨损比较下,因此无需维护和调整,使用简单方便。