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电容式液位计的原理、使用注意事项以及故障判别

       随着科学技术的不断进步,自动化系统在化工生产领域的应用也越来越广泛。在化工生产中实现自动化的过程中各种智能仪表的应用起到了很大的作用,其中智能型液位计就像生产过程中的眼睛一样,为工业生产过程保驾护航,提供及时准确的信息。

       目前采用的液位计的种类繁多,主要有:电容式液位计、雷达液位计、超声波液位计、压力式液位计等,液位检测在许多控制领域已较为普遍,各种方式都要根据其需要设计完成,其结构、量程和精度适用于各自不同的场合,大多结构较为复杂,制造成本偏高。电容式液位计以其出色的精度,抗干扰性和对介质、环境的要求不高的特点在近年来受到很大的应用。本文针对电容式液位计原理、使用以及在生产中出现的各种问题的介绍来说明液位计在化工生产的应用。


一、电容式液位计原理
电容式液位变送器是利用测量电容的变化达到测量物位高度的一种仪表,测量原理如下图所示:
电容式液位计原理


其中:

1是直径d的导电圆柱体


2是绝缘材料
3是测量筒或容器壁内电极1和测量筒壁3形成一个同轴电容C
C=K1*h2+h2*h1
H=h1+h2
C=K1*(H-h1)+k2*h1=k1*H+(K2-K1)*h1
其中:h1为液面高度
K1*h2为气体部分形成的圆柱电容
K2*h1为液体部分形成的圆柱电容
K1、K2是与被测介质性质和容器结构有关的常数


由此可见,1与3之间的电容C与液位h1成线性关系,检测探极电容C的变化即可测量液位高度。

电容式液位计电路框图如下:


电容式液位计电路框图


可调电容C0是位抵消C中由气体部分所形成的电容K1*H而设置的调节电容。激励源产生一个所需要的特定激励信号来驱动电容检测电路、差动电容检测电路将C与C0的差压值转换成一个微弱的小电流H。H∝C-C0=K1*H+(K2-K1)*h1-C0调整C0=K1*H则有H∝(K2-K1)*h2因此H是与液位高低h2成线性比例的小电流,将H放大即可得到与液位高低h成线性比例的4~20mA.DC电流信号。



二、电容式液位计的使用注意事项
在化工生产过程中环境较为恶劣,变送器前后盖及接线处必须完全密封,防止雨水及腐蚀气体进入。
(1)运输,开箱验收,安装过程中必须小心防止损坏传感器绝缘层。
开箱检查:开箱后先检查传感器有无损伤,然后通电检查,通电后调整调零电容使仪表的输出电流为4mA.DC。用于握住传感器,仪表指示应增大,表面仪表工作正常。如果通电后仪表无电流输出,应检查电源是否接反,信号处理器引线是否松动、脱落。
(2)型号与技术规格:
 仪表的型号和主要技术规格都打印在外壳分铭牌上,收到货时核对一下是否原定货时的规格相符合。来函来电时,应告知铭牌上的型号,出厂编号和传感器探极长度。
(3)运输时注意事项:
为防止仪表受到损伤,变送器在运到用户使用地点之前请不要打开包装。运输过程必须小心防止损坏传感器绝缘层。
(4)存放时注意事项:
仪表到达之后应及时安装,以免变送器中的信号处理器的绝缘性能降低,金属部件受到腐蚀等。如需要存放请注意下列事项:
1、可能的条件下不打开包装箱存放。
2、存放的地点应具备下列条件;防雨防潮,机械震动小,壁面碰撞冲击,温度在-40℃-+80℃,理想温度25℃左右。
3、存在放已经使用过的物位变送器之前,应把变送器传感器及外壳的液体或附着的固体小心清除干净。
4、如果不放在室外,变送器的性能就要受到影响。因此一旦变送器搬到安装地点,就要尽快安装起来。
(5)安装注意事项:
电容式液位计是利用电容量的变化来测量容器内介质物位的测量仪器,测量的过程主要就是依赖两个电极之间的电容量变化,也就是说电容液位计的灵敏度是取决于两个介质,气体、和液体的介电常数的差值。电容液位计的测量必须保证两个介质的介电常数保持一致,否则介电常数变化会直接导致误差的产生。
   1、露天安装时,探头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。
   2、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.
   3、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。
   4、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。
   5、对单线软件探极,多余部分可以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。


   6、在容器内有搅拌或液体可能产生大量气泡时,为保护探极和避免液体波动及气泡而产生的虚假液位,可能容器内放置已内径>80mm金属或非金属管,管的下端应开口货流进液孔,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。



三、常见故障判别
(1)在使用过程中,如果仪表无电流输出,应检查信号处理器“+”,“-引出线是否松动,脱落,仪表指示表头固定螺纹及固定柱是否松有动,接触不良。如果出现以上的问题应该立即进行加固。
(2)如果仪表指示为零,用手握金属工具,如镊子、螺丝刀等,接触信号处理器“传感器”端子,仪表指示应增大,否则表明仪表信号处理器损坏。此时要进行仪表信号处理器的更换。
(3)如果仪表指示打满,将信号处理器“传感器”引线取下,若仪表指示灯依然打满,表明信号处理器损坏,若仪表指示回零,则可能是传感器绝缘不良。绝缘不好时应该立即更换传感器。
(4)检查传感器方法:将传感器引出线从信号处理器取下。用500V摇表或500型万用表“x10k”档测量传感器引出线与金属塔壁间电阻,应大于10M欧,否则表明传感器绝缘不良。
(5)干扰的判别与消除:如仪表在试验室工作正常而在现场出现指示值上下波动固定的指示某一液位值,则可判断仪表受到干扰。在仪表的电源线两端并联电解电容(容量约220微法,耐压大于50伏)即可消除。
(6)电容式液位计出现波动时首先要考虑是否液位真的出现波动,此时就应该与工艺进行协商解决,如果不是液位的波动造成的液位计的波动则要考虑干扰的影响以及接地是否良好,附近是否有干扰源,是否有电气焊进行作业,是否有电气焊进行作业,是否有大型电气设备的影响。
(7)一般在处理电容式液位计有一种简单地判定步骤,如下图所示:
电容式液位计故障判定步骤



四、结束语


电容式液位计作为一种比较成熟的测量液位的方式,电容式液位计广泛用于石油、化工、冶金、电力、造纸、制药等各个领域,化工厂:检测涤纶氨纶、酸、碱等化工原料的液位;液压机械:检测润滑油液位;粮食部门:检测食用油液位;油田:检测成品油液位。在未来电容式液位计也将为人类进步与发展起到很大的作用。

 

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