摘 要：液位變送器是在制漿造紙中常見的一種儀表，用于檢測漿池、漿槽、白液槽、化學(xué)藥品儲存槽等的液位。液位計(jì)能否準(zhǔn)確測量直接影響到生產(chǎn)的正常運(yùn)行，因此液位的檢測和控制尤其重要，液位變送器在制漿造紙中廣泛應(yīng)用并發(fā)揮著日益重要的作用。本文通過講述液位變送器的工作原理、應(yīng)用維護(hù)和校準(zhǔn)等方面的知識，給制漿造紙儀表技術(shù)人員參考和借鑒。
物位是指容器之間的垂直距離，也是指兩種不相溶的液體形成的分界面，在工業(yè)生產(chǎn)中常用法蘭式液位變送器、超聲波液位計(jì)、雷達(dá)液位計(jì)、核輻射料位計(jì)和磁致伸縮液位計(jì)來檢測物位。物位檢測的結(jié)果通常是用長度單位m、mm或測量范圍的百分?jǐn)?shù)顯示。
1 液位計(jì)在制漿造紙中的應(yīng)用
在制漿造紙生產(chǎn)線中常用法蘭式液位計(jì)、投入式液位計(jì)、雷達(dá)液位計(jì)、超聲波液位計(jì)、放射源料位計(jì)和磁性伸縮桿式液位計(jì)來測量液位。
1.1 制漿造紙生產(chǎn)線中的液位計(jì)選型和應(yīng)用
(1）由于木漿、黑液、堿液或綠液介質(zhì)容易堵塞和結(jié)垢，因此木漿或黑液等介質(zhì)的液位和壓力測量通常選用法蘭式壓力變送器。另外根據(jù)安裝位置和設(shè)備密閉空間等情況選用單法蘭式壓力變送器或者雙法蘭式壓力變送器。另外由于木漿或黑液介質(zhì)中容易結(jié)垢或堵塞，一般在法蘭式壓力變送器前安裝一次閥方便拆下膜片進(jìn)行清理除垢，同時在法蘭短管中需安裝沖洗閥，用于定期沖洗液位計(jì)法蘭短管介質(zhì)，確保取壓暢通，測量準(zhǔn)確。
(2）對于蒸汽或者水介質(zhì)一般選用差壓變送器，比如冷凝水罐、汽水分離器、冷凝水槽等設(shè)備選用差壓變送器來測量液位。差壓變送器的液位測量一般取決于測量管路和差壓變送器安裝是否正確。
(3）對于腐蝕性化學(xué)品、涂料和二氧化氯等介質(zhì)，由于腐蝕性強(qiáng)、黏稠性大，一般選用法蘭式壓力變送器，隔膜材質(zhì)一般選用雙相鋼、鈦和鉭材質(zhì)。
(4）對于蒸煮塔、木片倉、浸漬塔、低壓喂料器等，需要測量木片或者木片混合物料位，一般選用放射源料位計(jì)來測量料位。
(5）對于廢液儲存槽、廢水池、集水溝和木片儲存槽等，一般選用超聲波或雷達(dá)液位計(jì)測量液位。
2 制漿造紙中常用液位計(jì)的種類和工作原理
2.1 制漿造紙中常用液位計(jì)的種類
(1）常用于各類化學(xué)品或水儲罐的直讀式液位計(jì)，如玻璃管液位計(jì)。
(2）常用于測量儲漿槽或白水槽的靜壓式物位計(jì)，如智能型膜片式液位計(jì)或者差壓式液位計(jì)。
(3）常用于檢測水溝液位的浮子式液位儀表，如浮筒式液位變送器。
(4）常用于漿料或者黑液等液位的電阻式、電容式物位計(jì)。
(5）常用于檢測木片料位的放射源式液位計(jì)。
(6）常用于檢測化學(xué)品儲罐、水池液位的雷達(dá)式液位計(jì)和超聲波式液位計(jì)。
2.2 制漿造紙常用液位計(jì)的工作原理
(1）玻璃管式液位計(jì)：根據(jù)連通器工作原理來測量液位，與被測桶槽的介質(zhì)連通，并通過玻璃管上標(biāo)識的刻度來直接顯示液位的高低。
(2）吹氣式液位計(jì)：由導(dǎo)壓管、差壓變送器和轉(zhuǎn)子流量計(jì)組成，將導(dǎo)壓管插入容器底部，然后氣源經(jīng)過過濾器和減壓閥后以恒定的流量氣體通過導(dǎo)壓管端口處，由導(dǎo)壓管浸在容器底部的端口對外吹氣而在液體介質(zhì)中產(chǎn)生氣包，這時壓力變送器上所測的壓力與冒泡端口處液位高度的壓力相等。則H=P H/ρg。
(3）差壓式液位計(jì)：是由于容器內(nèi)的液位改變時，液柱產(chǎn)生靜壓也會相應(yīng)地發(fā)生變化,△P=P A-P B=Hρg即H=△P/ρg，如圖1所示。
(4）磁致伸縮液位變送器：由測量管、浮子和電子變送器三部分組成；磁桿內(nèi)部為磁致伸縮線，外部為保護(hù)管；浮子內(nèi)部為永久磁鐵，如圖2所示。浮子隨著液位的上升而上升、液位的下降而下降，并通過永久磁鐵而形成磁場；變送器定時發(fā)出電流脈沖信號沿著磁致伸縮線向下傳播，浮子向下運(yùn)動時也產(chǎn)生一個磁場，當(dāng)兩個磁場相遇時會產(chǎn)生扭應(yīng)力波并通過磁致伸縮線形成一個返回的電子脈沖。然后通過處理器將測量脈沖起始和返回所用的時間并把它們轉(zhuǎn)換成液位的高度，從而測出液位。
(5）恒浮力式液位計(jì)：典型的恒浮力式液位計(jì)為浮子式液位計(jì)，如圖3所示。
(6）電極式水位計(jì)：電極式水位計(jì)是一種電阻式液位計(jì)。它的測量部分由連通管和電阻組成，根據(jù)測量需要可以在連通管上安裝多個電極。每個電極通過特殊工藝處理與管道形成絕緣，同時每個電極通過電線引出，而連通管作為一個公共電極與每個電極相連。當(dāng)水位達(dá)到某一電極位置時，因?yàn)樗哂袑?dǎo)電性使其和該電極連通，使相應(yīng)的氖燈發(fā)光，從而通過燈光所在的位置而測出水位。如圖4所示。
(7）核輻射式液位計(jì)：射源發(fā)出輻射，射線穿透罐壁材料時被衰減，隨著液面的變化，探棒處的輻射劑量率會相應(yīng)地變化，探棒將輻射轉(zhuǎn)化為電信號。核輻射式液位計(jì)一般由放射源、射源保護(hù)器、探棒和變送器組成。
(8）超聲波物位儀：聲波可以在氣體、液體、固體中傳播，聲波在穿透截止時會被吸收而衰減，氣體吸收#強(qiáng)，衰減#大；固體吸收#小，衰減#小，聲波在穿透不同密度介質(zhì)的分界面處還會產(chǎn)生反射，超聲波液位計(jì)是根據(jù)聲波從發(fā)射至接收反射回波的時間間隔與物位高度成比例的原理來檢查物位的。
3 制漿造紙常用的液位計(jì)安裝注意事項(xiàng)和校準(zhǔn)方式
3.1 智能膜片式液位變送器安裝注意事項(xiàng)和校準(zhǔn)方式
3.1.1 膜片式液位變送器的使用注意事項(xiàng)
(1）變送器在使用前需要對型號規(guī)格進(jìn)行確認(rèn)，確認(rèn)銘牌上的型號規(guī)格與所要求的儀表一致。
(2）變送器避免安裝在溫度變化大、熱輻射強(qiáng)的區(qū)域；避免安裝在腐蝕性環(huán)境中，盡量安裝在沖擊少和振動小的場所。
3.1.2 膜片式液位變送器的安裝事項(xiàng)
(1）在變送器周邊施工時，應(yīng)避免焊接電流通過變送器，不能將電機(jī)接地線搭接在儀表設(shè)備上。
(2）確保使用的墊圈內(nèi)徑大于隔膜密封內(nèi)徑，如果使用的墊圈內(nèi)徑小于隔膜密封內(nèi)徑，會影響膜片的正常工作，引起誤差。
(3）在安裝過程中注意不要損傷膜片的表面，由于膜片從法蘭面凸起1毫米，如果將膜片面朝下會損傷膜片表面。
(4）不要扭曲擠壓毛細(xì)管，也不要對毛細(xì)管施加過大的壓力。
(5）進(jìn)行液位測量時，#低液位（零點(diǎn)）應(yīng)設(shè)在距高壓側(cè)膜片密封部中心50mm以上的位置。
(6）在安裝法蘭隔膜時，需要根據(jù)變送器所標(biāo)識的HIGH、LOW所示，安裝在桶槽液位計(jì)的高、低壓側(cè)。
(7）為避免溫差引起的誤差，可將毛細(xì)管束在一起。
(8）變送器本部盡可能安裝在高壓側(cè)遠(yuǎn)傳法蘭隔膜密封安裝部下方離之600～1300m m處，以便毛細(xì)管封入液形成正落差壓盡可能地加在變送器的本體上，如果不能達(dá)到tuijian高度，可以按以下公式計(jì)算高度：
h=[(P-P 0)×dHg/ds]×7.5×10-3[mm]
H—高壓側(cè)過程連接與變送器之間的垂直高度（m m），h≤0:將變送器安裝在高壓側(cè)過程連接下方h(m m)以上的位置；h≥0:將變送器安裝在高壓側(cè)過程連接下方h(m m)以下的位置；P—槽罐壓力；P 0—變送器#小壓力。
3.1.3 電源電壓與負(fù)載電阻的關(guān)系
在儀表回路中，外接負(fù)載電阻應(yīng)保證250～600歐姆范圍內(nèi)，才能保證回路通訊正常，如圖5。
3.1.4 智能變送器校準(zhǔn)步驟和方法
液位變送器在投運(yùn)前一般需要進(jìn)行校準(zhǔn)，一般需要進(jìn)行零點(diǎn)、滿量程校準(zhǔn)；需要設(shè)定阻尼、量程、單位、顯示單位等；根據(jù)需要進(jìn)行正負(fù)遷移設(shè)置；儀表回路測試等。
(1）零點(diǎn)調(diào)整：零點(diǎn)調(diào)整有兩種方法，其一通過變送器調(diào)零螺栓進(jìn)行調(diào)整，另一種通過H A R T手操器進(jìn)行零點(diǎn)調(diào)整。進(jìn)行螺栓調(diào)零時需要注意的是調(diào)零后不能立即斷電，如果調(diào)零30 s內(nèi)斷電，零點(diǎn)將恢復(fù)到原始值。
(2）滿量程設(shè)定：將現(xiàn)場桶槽的液位加到滿量程后，可通過顯示器面板上的量程設(shè)定鍵結(jié)合外部調(diào)零螺栓，改變量程的上下限值，也可以通過H A R T手操器進(jìn)行滿量程校準(zhǔn)。
3.2 磁性伸縮液位變送器安裝注意事項(xiàng)和校準(zhǔn)方式
3.2.1 磁性伸縮液位計(jì)安裝注意事項(xiàng)
(1）在磁性伸縮液位計(jì)安裝之前需要對其校準(zhǔn)，確定液位計(jì)測量準(zhǔn)確。
(2）對磁翻板液位計(jì)的浮球進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，根據(jù)浮球質(zhì)量、體積和所測量的介質(zhì)密度確定是否滿足現(xiàn)場要求。
(3）安裝磁翻板液位計(jì)后，在進(jìn)行磁性伸縮變送器的安裝，因磁桿較長，需對磁桿固定牢固，另外還需防止磁桿變形，影響到液位測量。
(4）為了防止磁性伸縮液位變送器所測信號干擾，需在DCS處加裝信號隔離器。
(5）通過磁翻板液位計(jì)排污口排除的液位，使用密度計(jì)對其進(jìn)行測量介質(zhì)密度，確認(rèn)磁性伸縮變送器所測液位是否準(zhǔn)確。
3.2.2 磁性伸縮液位變送器的故障檢查和校準(zhǔn)
(1）根據(jù)磁性伸縮液位變送器輸出電流值檢查是否存在異常，一般情況輸出信號為3.8m A至20.6m A，如果超過此數(shù)值，需要對磁性伸縮液位變送器電子元件進(jìn)行檢查，確認(rèn)是否存在異常。
(2）如果磁性伸縮液位變送器輸出信號波動或者跳動頻繁，需要對線路檢查確定線路無干擾，然后對磁桿進(jìn)行消磁處理，可以通過在磁桿兩端同向或者反向移動進(jìn)行消磁處理。在對磁性伸縮液位變送器校準(zhǔn)過程中需要避免磁體與磁桿方向成90°，從而造成磁桿出現(xiàn)磁化現(xiàn)象。
3.3 放射源式液位計(jì)安裝注意事項(xiàng)和校準(zhǔn)方式
3.3.1 放射源式液位計(jì)安裝注意事項(xiàng)
(1）進(jìn)行液位測量時，探棒需要豎直安裝，如有可能，探測器頭朝下。
(2）放射源的輻射角必須對準(zhǔn)探棒測量范圍，注意探棒上的量程標(biāo)識。
(3）進(jìn)行級聯(lián)安裝時，各臺探棒量程間不能存在間隙。
(4）源盒和探棒的安裝位置必須盡可能靠近容器，必須隔離所有輻射路徑，確保輻射區(qū)內(nèi)無任何人員。
(5）應(yīng)采取防護(hù)措施，確保避免探棒長時間日曬，#好安裝防護(hù)罩。
3.3.2 核輻射式液位計(jì)的校準(zhǔn)
放射源在校準(zhǔn)前需要進(jìn)行簡單的設(shè)定，參數(shù)設(shè)定完成后就可以進(jìn)行標(biāo)定操作。
(1）標(biāo)定的簡單步驟包括：重置標(biāo)準(zhǔn)值、探測器設(shè)置、基本設(shè)置。
⑵ 標(biāo)定：兩點(diǎn)標(biāo)定、單點(diǎn)標(biāo)定、多點(diǎn)標(biāo)定三種標(biāo)定方式。
①兩點(diǎn)標(biāo)定：兩點(diǎn)標(biāo)定（2-Point Calibration）是#常用的標(biāo)定方法。尤其是在棒源標(biāo)定的時候，更適合用兩點(diǎn)標(biāo)定。也可以用于點(diǎn)源和棒探測器的情況下。兩點(diǎn)標(biāo)定主要分成測量本底、空罐標(biāo)定、滿罐標(biāo)定和檢查標(biāo)定結(jié)果四步。
②單點(diǎn)標(biāo)定：當(dāng)無法進(jìn)行滿罐標(biāo)定或不希望滿罐狀態(tài)下射線被完全衰減時，可以進(jìn)行單點(diǎn)標(biāo)定。
③多點(diǎn)標(biāo)定：多點(diǎn)標(biāo)定中標(biāo)定點(diǎn)至少為3個，#多可以輸入10個標(biāo)定點(diǎn)。多點(diǎn)標(biāo)定時，需要知道各個標(biāo)定點(diǎn)的物位高度。多點(diǎn)標(biāo)定適用于各種連續(xù)料位測量。標(biāo)定曲線見圖6。
3.3.3 放射性本底說明
本底是指周圍環(huán)境中天然存在放射性，天然的放射性本底的大小基本不發(fā)生變化。因此，不考慮天然的放射性本底的變化，認(rèn)為本底是常數(shù)。測量到的本底計(jì)數(shù)率的大小與探測器的大小有密切的關(guān)系。如果本底測量發(fā)生錯誤，會導(dǎo)致后續(xù)測量發(fā)生漂移。在測量本底時，必須避免周圍有其他放射源干擾。安裝放射源、探測器完畢后，在空罐、放射源關(guān)閉狀態(tài)下，測量本底。此時，放射源會有少量射線被探測器測量到，測量的本底將會偏大。
(1）空罐標(biāo)定應(yīng)滿足的條件：按照設(shè)計(jì)圖紙安裝放射源、探測器完畢；打開放射源；清空料倉中的物料，如果無法清空，至少應(yīng)保證料位高度低于測量范圍的#低點(diǎn)；如果上述第3條仍無法滿足，那么如果知道當(dāng)時的物位高度，例如20%，則需要調(diào)整低位標(biāo)定點(diǎn)（將零點(diǎn)的0%更改為20%）。但是由此會帶來零點(diǎn)測量的誤差。當(dāng)零點(diǎn)條件滿足后應(yīng)盡快重新標(biāo)定。
(2）單點(diǎn)指數(shù)標(biāo)定說明：如果滿點(diǎn)標(biāo)定無法進(jìn)行，則使用單點(diǎn)標(biāo)定模式。輸入零點(diǎn)的標(biāo)定數(shù)據(jù)以及料倉的內(nèi)徑，以及待測物料的密度，系統(tǒng)自動計(jì)算滿點(diǎn)數(shù)據(jù)作為標(biāo)定數(shù)據(jù)。
(3）多點(diǎn)標(biāo)定說明：測量精度要求較高；料倉形狀不規(guī)則，例如：錐形或平放的柱形；料倉內(nèi)測量路徑上有攪拌器等其他物體。如果無法用料倉待測物加料到不同的高度來進(jìn)行標(biāo)定，也可使用和待測物密度相近的材料來替代，進(jìn)行標(biāo)定。一般用水來作替代品。
(4）調(diào)整低位標(biāo)定點(diǎn)說明：零點(diǎn)標(biāo)定可以影響整個標(biāo)定曲線。因此，調(diào)整零點(diǎn)后，需要對所有的標(biāo)定點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整，以保持標(biāo)定曲線的形狀不發(fā)生變化。出現(xiàn)下面的情況時，需要調(diào)整零點(diǎn)：①以前進(jìn)行過多點(diǎn)標(biāo)定，現(xiàn)在想僅通過零點(diǎn)調(diào)整更新標(biāo)定曲線；②計(jì)算了理論曲線（標(biāo)定點(diǎn)的理論值），通過調(diào)整零點(diǎn)，輸入理論值，更新標(biāo)定曲線。
4 結(jié)論
液位計(jì)是制漿造紙行業(yè)中常見的一種儀器，通過對常見的法蘭式液位變送器、磁性伸縮液位變送器、放射源料位計(jì)等液位儀表的工作原理、安裝注意事項(xiàng)和校準(zhǔn)調(diào)試等各方面知識的介紹，給從事制漿造紙儀表技術(shù)人員參考和借鑒。
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