2.7 压力式液位计
2.7.1 概述
压力式液位计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
式中 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
2.7.2 常用压力式液位计分类
常用压力式液位计分类如下:
(1)静压式。
1)投入式静压液位计。
2)静压式液位计。
(2)差压式液位计。
2.7.3 常用压力式液位计原理
1.投入式静压液位计
图2.6 投入式静压液位计
测量开口容器液位高度,采用的两线制投入式液位计是由一个内置毛细软管的特殊导气电缆、一个抗压接头和一个探头组成,如图2.6所示。投入式液位计的探头构造是一个不锈钢筒芯,底部带有膜片,并由一个带孔的塑料外壳罩住。液位测量实际上就是在测探头上的液体静压与实际大气压之差,然后再由传感器(附着在不锈钢薄膜上)和电子元件将该压差转换成4～20mA输出信号。
投入式液位计(静压式水位计)广泛应用于城市供排水、污水处理、地下水、水库、河道、海洋等水位监测领域。
投入式液位计特点如下:
(1)结构简单:无任何可动或弹性元件,因此可靠性极高,维护量极少。
(2)安装方便:内装式结构尤其显示出这一特点,无须任何专用工具(图2.7)。
图2.7 投入式液位计安装方式
(3)调整方便:零位、量程两个电位器可在液位检测有效范围内任意进行零点迁移或量程的改变,两个调整互不影响。
(4)用途广泛:适用于高温、高压、强腐蚀等介质的液位测量。
2.静压式液位计
静压式液位计测量开口容器液位高度,可以通过压力变送器测量容器底部压力值来反映液位的高度值,如图2.8所示。
图2.8 静压式液位计工作原理
测量高温、高黏度、易结晶、易沉淀和强腐蚀等介质的液位时,采用单法兰液位变送器,它是一种直接安装在管道或容器上的现场变送器,如图2.9所示。由于隔离膜片直接与液体介质相接触,无须将正压侧用导压管引出,因此可以测压力和密度,然后将其转换成DC4～20mA信号输出。
3.差压式液位计
对于密闭容器中的液位测量,可用差压法进行测量,它可在测量过程中消除液面上部气压及气压波动对示值的影响,如图2.10所示为差压式液位计测量原理。
对于密闭容器中的高温、高黏度、易结晶、易沉淀和强腐蚀等介质的液位时,采用双法兰液位变送器,通过测量容器两个不同点处的压力差来计算容器内物体液位(差压)的仪表,如图2.11所示。它的敏感元件为金属膜盒,它直接与被测介质接触,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。
图2.9 单法兰液位变送器
图2.10 差压式液位计测量原理
图2.11 双法兰液位变送器
2.7.4 选型
(1)根据测量对象选择:如被测介质的物理和化学性质,以及工作压力和温度、安装条件、液位变化的速度等。
(2)根据测量和控制要求:如测量范围、测量(或控制)精确度、显示方式、现场指示、远距离指示、与计算机的接口、安全防腐、可靠性及施工方便性。
(3)根据从功能上来选择,压力式水位计有数字信号输出、频率信号输出或模拟信号输出。
2.7.5 投入式液位计安装注意事项
(1)投入式液位计通常投入直径大于水位计直径的PVC管、钢管,管道固定在水中,不同高度打若干小孔,以便水通畅进入管内。或者在底部加装阻尼装置,以过滤泥沙或消除动态压力和波浪对测量的影响。
(2)测量静态水位时,水位计要投到容器底部但不要接触底部的泥沙或淤泥。
(3)投入式液位计不能在超高温、超量程、强磁场环境严重影响液位计的精度和使用寿命。投入式液位计不能在以上环境使用。
(4)严禁用硬物碰触压力传感器膜片。
(5)投入式液位计安装方向为垂直,DATA-51系列水位计安装位置应远离出入口及振动源。
(6)接线按照厂家提供的接线说明进行连接。
(7)安装过程中不能堵塞导气管。
(8)安装中发现异常,立即关掉电源检查。
2.7.6 投入式液位计使用和维护
(1)定期清洗:清除液位计上附着的杂物。
(2)清洗液位计引压孔时,可使用三氯乙烯或酒精注入引压孔到其高度1/2处浸泡5min左右,然后轻微晃动、重复多次,直到清洗干净位止。
(3)清洁变送器压力接口和引压孔时,忌用硬度过大的刷子或金属工具,以避免损伤敏感芯子及压力接口螺纹。
(4)投入式液位计清洗后重新安装,因安装深度会有一定的变动,必须再次对二次仪表的检测值进行矫正,以确保采样数据的正确性。
2.7.7 投入式液位计常见故障处理
(1)先检查电源是否接对,如发现接法不正确应依照操作手册进行修改。
(2)用三电压表量测24V与O/P之间电压,电压应在13～36V之间,若电压不正常应查看线路或相关设备是否异常。
(3)应先确认第(2)项正常后,再于4～20mA回路串一只毫安电表,检查电流是否正常,若电流值不正常应更换新品或联系液位计生产厂家。