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20种液位计工作原理及常见故障分析

给排水处理技术与应用2018-12-23 21:35:57

本文通过对常用20种液位计工作原理的解读,从各液位计安装使用及注意事项的分析,来判断液位计可能出现的故障现象以及如何来处理,让仪表人系统的了解液位计,从而为遇到工况能够在选择液位计上,做出准确的判断提供依据。


常见液位计种类

1、磁翻板液位计

2、浮球液位计

3、钢带液位计

4、雷达物位计

5、磁致伸缩液位计

6、射频导纳液位计

7、音叉物位计

8、玻璃板/玻璃管液位计

9、静压式液位计

10、压力液位变送器

11、电容式液位计

12、智能电浮筒液位计

13、浮标液位计

14、浮筒液位变送器

15、电接点液位计

16、磁敏双色电子液位计

17、外测液位计

18、静压式液位计

19、超声波液位计

20、差压式液位计(双法兰液位计)


常用液位计的工作原理

1、磁翻板液位计

磁翻板液位计:又叫磁浮子液位计,磁翻柱液位计。


原理:连通器原理,根据浮力原理和磁性耦合作用研发而成,当被测容器中的液位升降时,浮子内的永久磁钢通过磁耦合传递到磁翻柱指示面板,使红白翻柱翻转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,面板上红白交界处为容器内液位的实际高度,从而实现液位显示。


2、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,使串连入电路的元件(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。


3、钢带液位计

它是利用力学平衡原理设计制作的。当液位改变时,原有的力学平衡在浮子受浮力的扰动下,将通过钢带的移动达到新的平衡。液位检测装置(浮子)根据液位的情况带动钢带移动,位移传动系统通过钢带的移动策动传动销转动,进而作用于计数器来显示液位的情况。


4、雷达液位计

雷达液位计是基于时间行程原理的测量仪表,雷达波以光速运行,运行时间可以通过电子部件被转换成物位信号。探头发出高频脉冲并沿缆式探头传播,当脉冲遇到物料表面时反射回来被仪表内的接收器接收,并将距离信号转化为物位信号。


5、磁致伸缩液位计

磁致伸缩液位计的传感器工作时,传感器的电路部分将在波导丝上激励出脉冲电流,该电流沿波导丝传播时会在波导丝的周围产生脉冲电流磁场。在磁致伸缩液位计的传感器测杆外配有一浮子,此浮子可以沿测杆随液位的变化而上下移动。在浮子内部有一组永久磁环。当脉冲电流磁场与浮子产生的磁环磁场相遇时,浮子周围的磁场发生改变从而使得由磁致伸缩材料做成的波导丝在浮子所在的位置产生一个扭转波脉冲,这个脉冲以固定的速度沿波导丝传回并由检出机构检出。通过测量脉冲电流与扭转波的时间差可以精确地确定浮子所在的位置,即液面的位置。


6、射频导纳液位计

射频导纳料位仪由传感器和控制仪表组成,传感器可采用棒式、同轴或缆式探极安装于仓顶。传感器中的脉冲卡可以把物位变化转换为脉冲信号送给控制仪表,控制仪表经运算处理后转换为工程量显示出来,从而实现了物位的连续测量。


7、音叉物位计

音叉式物位控制器的工作原理是通过安装在音叉基座上的一对压电晶体使音叉在一定共振频率下振动。当音叉与被测介质相接触时,音叉的频率和振幅将改变,这些变化由智能电路来进行检测,处理并将之转换为一个开关信号。


8、玻璃板液位计(玻璃管液位计)

玻璃板式液位计是通过法兰与容器连接构成连通器,透过玻璃板可直接读得容器内液位的高度。


9、压力液位变送器

压力式液位计采用静压测量原理,当液位变送器投入到被测液体中某一深度时,传感器迎液面受到的压力的同时,通过导气不锈钢将液体的压力引入到传感器的正压腔,再将液面上的大气压Po与传感器的负压腔相连,以抵消传感器背面的Po,使传感器测得压力为:ρ.g.H,通过测取压力P,可以得到液位深度。


10、电容式液位计

电容式液位计是采用测量电容的变化来测量液面的高低的。它是一根金属棒插入盛液容器内,金属棒作为电容的一个极,容器壁作为电容的另一极。两电极间的介质即为液体及其上面的气体。由于液体的介电常数ε1和液面上的介电常数ε2不同,比如:ε1>ε2,则当液位升高时,电容式液位计两电极间总的介电常数值随之加大因而电容量增大。反之当液位下降,ε值减小,电容量也减小。所以,电容式液位计可通过两电极间的电容量的变化来测量液位的高低。


11、智能电浮筒液位计

智能电浮筒液位计是根据阿基米德定律和磁藕合原理设计而成的液位测量仪表,仪表可用来测量液位、界位和密度,负责上下限位报警信号输出。


12、浮标液位计

它是利用力学平衡原理设计制作的。当液位改变时,原有的力学平衡在浮子受浮力的扰动下,将通过钢带(绳)的移动达到新的平衡。液位检测装置(浮子)根据液位的情况带动钢带(绳)移动,位移传动系统通过钢带(绳)的移动带动现场指示装置,进而在显示装置上显示液位的情况。


13、浮筒液位变送器

浮筒浸没在浮筒室内的液体中,与扭力管系统刚性连接,扭力管系统承受的力是浮筒自重减去浮筒所受的浮力的净值,在这种合力作用下的扭力管扭转一定角度。浮筒室内液体的位置、密度或界位高低的变化引起浸没在液体中的浮筒受到的浮力变化,从而使扭管转角也随之变化。该变化被传递到与扭力管刚性连接的传感器,使传感器输出电压变化,继而被电子部件放大并转换为4~20mA电流输出。浮筒液位变送器采用微控制器与相关的电子线路测量过程变量,提供电流输出,驱动LCD显示及提供HART通信能力。


14、电接点液位计

电接点水位计根据水与汽电阻率不同而设计。测量筒的电极在水中对筒体的阻抗小。在汽中对筒体的阻抗大。随着水位的变化,电极在水中的数量产生变化。转换成电阻值的变化。传送到二次仪表,从而实现水位的显示、报警、保护联锁等功能。


15、磁敏双色电子液位计

磁敏电子双色液位计是选用优质不锈钢及进口电子元件制造,显示部位采用高亮度LED双色发光管,组成柱状显示屏,通过LED光柱的红绿变化,可实现液位上、下限报警和控制。


16、外测液位计

外测液位计是一种利用声纳测距原理,“微振动分析”技术从容器外测量液位的仪表。将两个小巧的外测液位计超声波传感器一个安装在罐体的底部,另一个安装在罐体的侧壁来进行密度变化的补偿。外测液位计传感器的信号经过微处理器转变,输出到本地显示或用户控制系统。可以计算出罐内液体的高度和罐内液体的容积。


17、静压式液位计

静压式液位变送器,将扩散硅充油芯体封装在不锈钢壳体内,前端防护帽起保护传感器膜片的作用,也能使液体流畅地接触到膜片,防水导线与外壳密封连接,通气管在电缆内与外界相连,内部结构防结露设计。


18、超声波液位计

超声波液位计/物位计是由一个完整的超声波传感器和控制电路组成。通过超声波传感器发射的超声波经液体表面反射,返回需要的时间用与计算,通过温度传感器对超声波传输过程中的温度影响进行修正,换算成液面距超声波传感器的距离,通过液晶显示并输出4mA-20mADC模拟信号,实现现场仪表远程读取。


19、差压式液位计(双法兰液位计)

差压液位变送器就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。


液位计安装使用及注意事项


玻璃管液位计的安装和使用注意事项:

这种液位计在运输安装时要谨防机械撞击,以免玻璃破碎,这是必须小心的。


液位计都有各自的规格和型号,一定要选一个适合的型号,比如说一些介质要用无色透光式液位计,还有一些可能就要用要带蒸汽夹套的液位计,用来保温作用。湿度传感器探头,,不锈钢电热管PT100传感器,铸铝加热器,加热圈流体电磁阀。


液位计安装后,当容器液体温度很高时,不能马上打开阀门,要预热一段时间,带玻璃管液位计有一定温度之后再开启阀门,目的是防止玻璃热胀冷缩导致破裂。


液位计使用过程中要定期清洗玻璃管内外壁,以免视线模糊,清洗的时候一定要把上下两个阀门关紧,以免容器液体流出,然后再把拆下来的玻璃管用水冲洗,或者用酒精浸泡。安装的时候也要注意要小心,也要有方法。


如果是玻璃管破裂需要更换的话,就要注意拆卸和安装了,当安装好后还要试一下是否会出现渗漏,只有不出现渗漏的情况下才可投入使用。


在使用时要时常检修维护,以免生锈腐蚀导致渗漏,同时要做好使用记录和维修记录。


玻璃板液位计的安装使用注意事项:


在安装时,为了确保自动密封的作用,容器内的液体必须要有一定压力,至少要大于零点二兆帕,在打开上下阀门时,阀杆退出转数不能少于四圈,因为,钢球封门时不至于碰到阀杆的顶端,以免遭到破坏。


在运输以及开箱搬运过程中,一定要注意不要碰到比较硬的东西,以免玻璃板破碎。


同样要注意规格型号,不能安装不合适规格的液位计,有些介质对液位器是有限制的,比如一些对玻璃板或者钢板有腐蚀作用的介质就不能使用。


其他维护清洁,拆洗安装跟玻璃管液位计的方法是差不多的。


磁性浮子液位计的安装使用注意事项:

测量对象要考虑,如被测介质的物理和化学性质以及工作压力、温度、安装条件、液位变化的速度等;再一个就是测量和控制要求,如测量范围、测量精确度、显示方式、现场指示、远距离指示以及与计算机的接口、安全防腐、可靠性、施工方便性等,这些都是要考虑的,只有充分考虑这些,你才能够选择适合使用的。


安装的时候要保证液位计垂直,同时要保证浮子能够活动自如,安装的时候不能安装反了,其他事宜跟玻璃板玻璃管液位计是差不多的。因此,我们只有知道各种液位计的安装使用方法才能够真正的安装好它。


磁翻板液位计的安装使用注意事项:

使用之前,要用校正磁钢把液位计零位以下的小球设置成红色的,其他部位的小球则要设置成白色。


在用户自行添装伴热管路的时候,要选择非导磁的材料,比如说紫铜管之类的材质,而伴热管路的温度则要根据具体的介质来确定。而磁翻板液位计的安装位置,也要注意避开或者远离介质的进出口处,否则会因为局部区域介质的快速变化,影响测量数据的准确性。同时还需要注意的就是,在介质内不要含有固体的杂质,或者说带有磁性的物质,这些都会对浮球的工作造成阻碍。


在磁翻板液位计的周围,也是不允许有带有导磁性的物质接近的,也不要使用铁丝来固定液位计,这样也会影响液位计的正常工作。


在安装的时候,首先要注意的就是打开液位计的底部,将浮球装入,需要注意把带磁性的一端向上,不能装反。


在安装完毕之后,调试时应该首先打开液位计上面的引管阀门,然后缓慢的开启下面的阀门,让介质缓慢平稳的进入检测导管之内,并观察液位计上的红白球翻转是否正常,如果正常的话,把下面的引管阀门关闭,之后打开排污阀,让主导管之内的液体位置逐渐下降,就这样重复操作三次,等到确认液位计的工作正常之后,就可以投入正常的运行工作。


电容式液位计的安装使用注意事项:

露天安装时,探极线不能裸露于容器以外,以免雨天探极线着水出现测量误差。


外壳或接线盒下部的不锈钢过程连接部件,必须可靠与容器外壁连接(接地),其接触电阻不能大于2。


在正常工作中,探极线在容器内不能有较大的摆动幅度,否则会出现信号不稳定现象。


探极线安装时,应尽量远离容器内壁,最小距离不能<100mm。当受条件限制,距离<100mm时,探极线与容器的距离必须保证相对固定。


对单线软探极,多余部分可通过过程联接件上端拉出后剪掉,然后拧紧押金螺栓,而双绞线探极,多余部分可盘扎在被测液面以上,绝对不允许将多余部分盘绕在容器底部或有效测量段。


在容器内有搅拌或液体可能产生大量气泡时,为保护探极线和避免液体波动及气泡而产生的虚假液位,可在容器内放置一内径>80mm金属或非金属管,管的下端应开口获流进液孔,液面以下留排气孔,使用金属管时,应保证探极线在管内位置相当稳定,必要时对探极线加支撑拉直。


浮标液位计的安装使用注意事项

导向钢丝下支承焊接安装:在容器底部按照浮标液位计浮子运动方向要求确定位置,焊接或铆接好固定导向钢丝下支承。如设备不具备焊接条件,可采用重锚固定方式固定导向钢丝下支承。如容器内液面波动不大,可不安装导向钢丝。


导向钢丝的安装

(1)用力使钢丝拉直,并固定在下支承上,注意不要使钢丝有弯曲或打结现象,以免影响浮标上下移动。


(2)导向钢丝通过浮标液位计浮标的导向耳勾,后穿入吊勾螺钉,把钢丝的终端固定并用导线夹头夹紧,并旋紧吊勾螺母,使其处于紧张状况,再将上螺母拼紧,以防松动,然后盖好封盖。


(3)两根导向钢丝要垂直地面,而且相互平行,保证两者之间距离为300mm。


标尺安装。浮标液位计标尺的长度是按用户在订货时所提供的测量范围而确定的,在安装时要求


(1)标尺的连结部分应做到平直、光滑、不应有凹凸现象,以免影响重锤指针的正常运行,或引起测量的误差。


(2)标尺应与贮罐内液面相垂直,不应有倾斜现象,标尺安装的垂直度不能大于5°,以免造成重锤指针卡死,使测量失败。


(3)在焊接标尺脚架(件11)时,应尽量做到安装表面在同一平面上,安装孔在同上直线上,即做到确保标尺的刻度面及重锤指针两侧导向均要平直称为直线,使重锤指针在标尺上灵活升降。注意:二标尺脚架之间互相距离为1米。


浮标连接钢丝及重锤指针的安装:浮标与连接钢丝的一端用导线夹头夹紧固定,然后将连接钢丝的另一端装进事先安装好的两个导向滑轮盒内,并和重锤指针相连接,用导线夹头夹紧固定,最后调整各导向滑轮支架,使连接钢丝与水平垂直,使浮标在导向钢丝上活动灵活,有轻滑感、无卡死、扭曲、打结、打卷或损伤等现象。注意:掌握钢丝的所需长度。


浮标连接钢丝及重锤指针的安装:浮标液位计浮标与连接钢丝的一端用导线夹头夹紧固定,然后将连接钢丝的另一端装进事先安装好的两个导向滑轮盒内,并和重锤指针相连接,用导线夹头夹紧固定,最后调整各导向滑轮支架,使连接钢丝与水平垂直,使浮标在导向钢丝上活动灵活,有轻滑感、无卡死、扭曲、打结、打卷或损伤等现象。


超声波液位计的安装使用注意事项

超声波液位计选择量程:如果测量液体,可以按照标称量程选型。如果是测量固体(请事先咨询厂家销售人员),需要将量程加大如果是松软的物体(比如面粉棉花海绵)将不能使用。如果测量液位有覆盖面大的气泡,也要加大量程气泡厚度超过5cm将不推荐使用。空气中有粉尘或者蒸汽,请事先咨询厂家技术人员要加大量程使用。


超声波液位计选择探头材料,主要看环境是否有腐蚀性:一般的弱酸弱碱环境可以用普通探头,腐蚀性强的,要用防腐的探头。强酸碱的场合,我们还要考虑是否会形成雾气,会形成雾气的场合,还要求加大量程使用。


探头的安装位置,根据发射角和可能产生的虚假反射回波:超声波波束通过探头聚焦,脉冲波束的发射就好像手电筒的光束一样,不同类型不同量程的探头的发射角不同。在发射角内的任何物体,如:管道、容器支架和其他装置,都会造成很强的虚假回波,特别是发射内距离探头最近的几米处。


当换能器发射超声波脉冲时,都有一定的发射角。从换能器发射表面到被测介质表面之间,又发射的超声波波束所辐射的区域内,不得有障碍物。因此,选择换能器安装位置时应尽可能的避开障碍物,如人梯、支架、泵阀设备等。无法避开的情况下,可通过程序调整滤掉虚假回波。换能器应与被测介质表面垂直,以保证能接收到反射回波信号。此外,换能器发射面距最高液位需有足够距离,最高液位不得进入测量盲区。


换能器发射超声波脉冲时。都有一定的发射角。从换能器发射表面到被测介质表面之间,又发射的超声波波束所辐射的区域内,不得有障碍物。因此,选择换能器安装位置时应尽可能的避开障碍物,如人梯、支架、泵阀设备等。无法避开的情况下,可通过程序调整滤掉虚假回波。换能器应与被测介质表面垂直,以保证能接收到反射回波信号。此外,换能器发射面距最高液位需有足够距离,最高液位不得进入测量盲区。

雷达液位计的安装使用注意事项

雷达液位计安装注意事项:测量范围从波束触及罐低的那一点开始计算,但在特殊情况下,若罐低为凹型或锥形,当物位低于此点时无法进行测量。若介质为低介电常数当其处于低液位时,罐低可见,此时为保证测量精度,建议将零点定在低高度为C的位置。理论上测量达到天线尖端的位置是可能的,但是考虑到腐蚀及粘附的影响,测量范围的终值应距离天线的尖端至少100mm。对于过溢保护,可定义一段安全距离附加在盲区上。最小测量范围与天线有关。随浓度不同,泡沫既可以吸收微波,又可以将其反射,但在一定的条件下是可以进行测量的。

雷达液位计在使用中要需要注意的事项:

1、雷达液位计测量范围要从它接触到波束时开始计算,但是如果雷达液位计的罐底部位是凹形,则要从它的最低点算起。


2、使用时要注意其介质电常数,如果介质为低介电常数,当其处于低液位时,最好将零点定在低高度为C的位置,这样能够获得更好的测量精度。


3、在测量时要考虑腐蚀及粘附的影响,测量范围的终值应距离天线的尖端至少100mm。


4、天线会对最小测量范围产生影响。


5、设置一段安全距离附加在盲区上,能够起到过溢保护作用。

故障现象及处理

磁翻板液位计

面板无显示:

检查浮子是否损坏、是否消磁

检查面板翻柱是否消磁

远传输出不稳定:

检查线路电压

是否有间歇短路、开路或多点接地

模块电路板故障


钢带液位计

仪表无法正常工作:

检查计数器是否被卡

检查浮子

检查孔带

远传输出不稳定:

检查远传与链轮连接处

模块电路板故障


浮球液位计

现场变化,显示不随液位变化:

检查转轴与变送器是否接触良好

检查电源电压

检查零点、量程

传感器故障

电路板故障

实际液位变化,现场不变化:

外平衡杆与转轴脱开

重锤未调整好

内连接件松动脱落

球杆变形

浮球脱落

浮球破裂

介质汽化


差压式液位计

液位变化较大:

介质波动大或汽化严重

上引压线或下引压线不畅通

介质有结晶

毛细管内传压介质跑损

膜盒损坏

伴热温度过高

显示不变化:

切断阀未打开

引压线堵塞

量程、零点未调整好

膜盒处有杂物堆积

毛细管被挤压不通

电路板故障


导波雷达液位计

液位、输出百分数与回路值波动:

重新组态探头长度和偏差

依靠其他设备确认准确液位

调整阻尼系数

重新组态回路值

不论液位高低,输出为同一数值:

确认探头长度

调整偏置值,已达到精确数值

无液位信号:

检查介质介电常数

液位在顶部过渡区,组态时没有设置

线路板或16针连接器工作不正常

探头长度组态

可能有介质在探头上搭桥

介电常数选择不正确

输出或最大,或最小,不精确:

介质不纯,如油带水

介质或杂物在探头上搭桥

导波杆堵塞

有泡沫或粘稠物

探头顶部密封处有杂物

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