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浮球液位變送器是一種特別普遍在使用的液位儀表，尤其是在在煉油、化工生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)， 浮球液位變送器是液位測(cè)量*的儀表之一。雖然目前液位變器品類繁多，基于各種不同測(cè)量機(jī)制研發(fā)出新型儀表不斷問(wèn)世，但是對(duì)于高粘度、高溫而測(cè)量范圍較小的場(chǎng)合，依然沒(méi)有開(kāi)創(chuàng)性的測(cè)量方案，仍然需要浮球液位變送器這類的傳統(tǒng)液位計(jì)才可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、可靠的液位測(cè)量， 其他物位儀表則很難滿足要求。不斷改進(jìn)浮球液位變送器， 提高其使用性能， 就十分有意義。本文針對(duì)浮球液位變送器的浮球， 分析了浮球液位變送器在現(xiàn)場(chǎng)的使用環(huán)境， 通過(guò)計(jì)算推導(dǎo)，通過(guò)向浮球內(nèi)充液的方法對(duì)其改進(jìn)， 改進(jìn)其制造工藝，進(jìn)而提高儀表的使用性能。


 

　　1 浮球液位變送器工作原理簡(jiǎn)介

　　多數(shù)浮球液位變送器由檢測(cè)機(jī)構(gòu)部件和電路轉(zhuǎn)換部件組成(見(jiàn)圖1)。檢測(cè)部分由浮球、球桿、平衡錘、法蘭、中心軸等組成， 電路轉(zhuǎn)換部分由傳感器、放大器、電流轉(zhuǎn)換及指示表組成。
　　以中心軸為支點(diǎn)， 由檢測(cè)元件浮球、球桿、平衡錘構(gòu)成杠桿平衡系統(tǒng)， 當(dāng)液位變化時(shí)浮球受到浮力隨之變化， 其變化量經(jīng)球桿、中心軸傳動(dòng)， 使傳感器產(chǎn)生角位移， 輸出電信號(hào)， 經(jīng)放大， 轉(zhuǎn)換成與被測(cè)液位成線性的4 -20mADC 的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)， 進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳送， 從而實(shí)現(xiàn)對(duì)液位的檢測(cè)。
　　浮球液位變送器還可以附有現(xiàn)場(chǎng)指示功能， 多采用百分比現(xiàn)場(chǎng)指示， 0 %、100 %分別對(duì)應(yīng)4mA 、20mA 。浮球液位變送器的相關(guān)指標(biāo)為:測(cè)量范圍0-1200mm ， 工作溫度-20 ℃-450 ℃， 工作壓力≤6 .3Mpa ， 精度1 級(jí)， 浮球的大運(yùn)行角度:35°防爆標(biāo)志:d ⅡBT5 ， ib ⅡCT6 .
 

　　2 需要解決的問(wèn)題

　　在浮球液位變送器中， 浮球作為一個(gè)關(guān)鍵的檢測(cè)元件， 起著非常重要的作用， 它是否正常工作直接影響儀表能否穩(wěn)定的輸出。多數(shù)化工過(guò)程均為連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程， 液位變送器安裝在被測(cè)容器(如塔、罐、釜等)上， 一旦浮球被損壞， 不能正常工作， 就要停車進(jìn)行檢修， 給生產(chǎn)造成較大損失。所以， 對(duì)于檢測(cè)元件———浮球應(yīng)在性能上多進(jìn)行研究， 以提高其使用壽命， 保證生產(chǎn)安全、平穩(wěn)。
　　國(guó)內(nèi)外浮球液位變送器生產(chǎn)商， 對(duì)浮球的制造工藝多采用兩個(gè)半球?qū)付桑?沒(méi)有采取其他的措施。我們可以采用在浮球內(nèi)充少量水(或其他液體)， 浮球的重量沒(méi)有較大增加， 對(duì)測(cè)量沒(méi)有影響，但在高溫高壓的情況下， 球內(nèi)液體(如水)就會(huì)產(chǎn)生飽和蒸汽， 形成飽和蒸汽壓， 在一定條件下， 飽和蒸汽壓可以達(dá)到外部工作壓力， 抵消外部較大的工作壓力， 使浮球內(nèi)外壓力處于平衡， 保證浮球在受到外力時(shí)不會(huì)凹陷或變形， 使浮球正常工作。如圖2 所示， 當(dāng)P外=P內(nèi)時(shí)， 則浮球內(nèi)外表面受力互相抵消， 球面就不易受外力而發(fā)生變形、凹陷等問(wèn)題。

　　3 以水為例， 計(jì)算浮球的充液量

　　浮球內(nèi)徑:D內(nèi)=113mm D外=115mm
　　浮球高工作溫度:T =450 ℃
　　浮球高工作壓力:P =6 .3MPa
　　球的容積為:V =4/3 πr3 (1)
　　將r =D內(nèi)/2 =113/2mm =0 .0565m
　　代入(1)可得
　　V =4/3 ＊3 .14159 ＊(0 .0565)3 =7 .555 ＊10-4m3
　　我們按浮球液位變送器高溫度、高工作壓力來(lái)進(jìn)行計(jì)算， 通過(guò)計(jì)算該條件下球內(nèi)飽和蒸汽的摩爾數(shù)， 便可以求出充入水的量。
　　由理想氣體狀態(tài)方程PV =nRT 得， n =PV/RT
　　(2)
　　其中R =8 .314J·mol＾（-1） ·K＾（-1）
　　T =450 +273 .15K =723 .15K
　　P =6 .3MPa =6 .3 ＊106Pa
　　∴n =（（6 .3 ＊106 ＊7 .555 ＊10-4）/8 .314 ＊723 .15）mol =0 .792mol
　　已知水的摩爾質(zhì)量為18g mol
　　所以充入水的量為0 .792mol ＊18g mol =14 .26g
 

　　4 浮球內(nèi)充液后對(duì)浮球測(cè)量的誤差分析

　　由式(1)可以計(jì)算出， 浮球的外體積為V′=4/3 π
　　(115/2 )3mm3 =796328 mm3 =796 .328cm3
　　浮球產(chǎn)生的浮力為(設(shè)被測(cè)介質(zhì)為重質(zhì)油， 密度為ρ=0 .90g cm3):
　　F =ρ＊V′=796 .328 ＊0 .90g ≈717g
　　充入水的量與浮力之比為:
　　0 .792 ＊18/717 ＊100 %=1 .988 %
　　由此可見(jiàn)， 充入浮球中14 .26g 的水僅占浮球浮力的百分之一點(diǎn)多， 相當(dāng)于粘附在浮球表面的測(cè)量介質(zhì)， 浮球質(zhì)量可通過(guò)計(jì)算求出:
　　G =(V′-V)ρ′=(796 .328 -755 .5)＊7 .8g =318 .46g
　　加上所充14 .26g 液體， 其總的質(zhì)量為:G =332 .72g 。顯而易見(jiàn)， 浮球和內(nèi)充液體的總重量決定了浮球在測(cè)量時(shí)介質(zhì)的浸入位置接近于半球的中心線。根據(jù)浮球液位變送器工作原理， 通過(guò)調(diào)整平衡錘的力臂可克服包括充入液體在內(nèi)的其他連接件的影響， 使浮球在測(cè)量液位時(shí)達(dá)到良好的平衡， 充入浮球的液體不會(huì)對(duì)浮球測(cè)量帶來(lái)附加誤差。
 

　　5 結(jié)束語(yǔ)

　　通過(guò)上述簡(jiǎn)單的工藝過(guò)程， 可以提高浮球液位變送器的使用性能， 增大它的安全系數(shù)， 同時(shí)， 對(duì)浮球液位變送器又不會(huì)帶來(lái)附加誤差， 是一個(gè)改善浮球性能的有效方法。