液位計量儀在選煤廠藥劑罐液位測量中的研究及應用

鄭鋼豐，谷 俊，査佳偉

(安徽理工大學 材料科學與工程學院，安徽 淮南 232001)

在容器中液體介質的高低稱為液位，液位測量在工業生產中非常普遍，應用領域也非常廣。例如：自來水水位的測量和控制，油田、煉油廠的油罐和儲油槽油位的測量，以及選煤廠的藥劑罐液位測量等。以前普遍使用人工檢尺法進行液位測量，近年隨著技術的發展，高精度液位計已經逐步取代人工檢尺法[1]。作為生產監控的重要手段，液位測量技術對于保證生產過程中各種裝置的正常運轉非常關鍵。準確的液位測量能夠指導生產、提高生產效率、降低成本消耗。同時通過準確的液位測量能及時監控生產現場各種裝置的液位動態，保證安全生產，提高產品質量。液位測量常用方法有液位計法、靜壓測量法、混合測量法[2]。選煤廠根據不同的儲存物質選擇不同類型的罐體，進行準確的液位測量十分關鍵[3]。

容器中液位的非接觸、全自動的液位測量方法有著廣泛的應用前景和市場需求。常用的非接觸測量方法有超聲波、激光測量等[4]。國外液位儀朝著機電一體化發展，已有超聲波液位計、雷達液位計、激光液位計的研制[5]。其中超聲波液位計和雷達液位計已廣泛運用在油品儲罐的液位計量中[6]。國內陳俊、惠晶研制出一種數字式高精度液位計量儀，可對玻璃試管及透明塑膠管內的有色或無色液體進行全自動的高精度計量，實現了對玻璃試管等透明器皿內液位的精確、快捷、非接觸測量，可根據容器的內徑和被測液體的密度換算出液體的容積或質量，并且能對測量數據進行分析、保存和實時顯示[7]。衛開夏、李斌、朱信誠提出了一種采用四電極液位測量方法，通過測量傳感器輸出電壓和輸入的激勵電壓的比值來計算液位高度。對傳感器液位測量與被測液體電導率關系的理論分析，表明此方法測量液位與被測液體電導率不相關，因而可用于對電導率變化的液體液位進行測量。將此新型液位測量方法移植到非滿管電磁流量測量中，用于對非滿管液位的測量，可使得電磁流量傳感器能夠實現對非滿管污水流量的測量[8]。徐鴻、郭鵬、田振華利用Quasi-Scholte模態和A0模態導波的傳播特性設計液位測量實驗，采用一激一收壓電傳感器布置方式，頻率130 kHz的2.5周期漢寧窗調制正弦波作為檢測信號，結果表明液位與導波傳播時間呈線性關系，能夠用于容器內液位測量[9]。天津先導技術開發公司研制的磁耦式雙色顯示液位計利用不同色帶可明顯顯示液位的高低，已被廣泛運用在石油、工業等領域中[10]。

由于選煤廠的各種藥劑罐體體積較大，高度也較高，難以通過已有的液位測量裝置來判斷藥劑罐體內的液位高度，因此如何通過一種較為經濟、合理而又簡易的方式，較為直觀準確地得知各個密封罐中的液位狀況是一個亟待解決的技術問題。

1 液位計量儀的結構

為了密封罐中的液位狀況指示效果較為準確，設計一種簡易液位計量儀，結構如圖1所示。

1—刻度尺；2—液位指示部件；3—繩子；4—滑輪；5—開孔；6—漂浮物；7—密封罐體；8—液體

本液位計量儀由刻度尺、液位指示部件、繩子、滑輪、漂浮物等組成。其中，漂浮物為由防腐材料制作的浮標球，滑輪懸伸在密封罐體的側壁外側；液位指示部件為圓錐狀的鉛垂體。而且密封罐體的側壁上設有與液位指示部件相配合的刻度尺，刻度范圍與密封罐體內液面的波動范圍相對應，且刻度線在刻度尺的刻度范圍內均勻分布。

2 工作原理及特點

2.1 工作原理

密封罐體內部裝有一定量的液體。密封罐體的上端設置開孔，開孔的旁側安裝一個固定滑輪，此滑輪懸伸至密封罐體的側壁外側，用繩狀物繞過滑輪上的溝槽而將漂浮物和液位指示部件聯接在一起。在密封罐體有滑輪一側的豎直側壁上裝一個刻度尺，懸掛在刻度尺一側的繩狀物依次穿過固定滑輪和所述開孔，繩子的兩端分別連接著液位指示部件(鉛垂體)和漂浮物(浮標球)。

刻度尺的刻度根據密封罐體高度的不同而改變。當密封罐體內部的液體裝滿時，浮標球漂浮在密封罐體內部的最上面，與浮標球連在一起的鉛垂體則指示在刻度尺最下端的滿刻度上。假定密封罐的高度為100，則此時鉛垂體所指示的液位就是100；當密封罐體內部沒有液體，即液位為0時，鉛垂體的位置處在刻度尺最上端0刻度上，此時鉛垂體所指示的液位就是0。刻度尺上的刻度線在位于滿刻度和0刻度之間的中間部分自上而下均勻分布，這樣密封罐體內液位的高度就可以隨時通過鉛垂體在刻度尺上所指示的位置而讀出來。

2.2 技術特點

該液位計量儀能確保生產的正常運行，主要具有以下特點：

(1)巧妙地運用了浮標球和鉛垂體的聯動關系，通過浮標球和鉛垂體的位置轉換使密封罐體內的液位較明顯地顯示，有效地節約了測量成本，提高了生產現場的工作效率。

(2)裝置中設有與鉛垂體相配合的刻度尺，不僅提高對密封罐體內液位顯示的準確度，而且使操作人員對密封罐體內的液位狀況更為直觀的認識。

(3)結構簡單，使用維護方便，工作可靠，設備檢修點少，維護費用低；且操作簡單，液位測量的效果好。

(4)所占空間小，不會影響密封罐體內的液體儲存。

3 應用效果

研制的液位計量儀是基于選煤廠藥劑罐的液位測量，淮北選煤廠現場安裝效果如圖2所示。當藥劑罐中液位變化時，浮標球與罐底的相對位置隨之改變，通過滑輪的作用使鉛垂體的位置發生變化后，對照刻度尺的刻度顯示藥劑罐中的液位高度。與選煤廠中原先使用的人工檢尺法相比，大大減少了操作人員的勞動強度及人為誤差。人工檢尺法在選煤廠藥劑罐的液位測量中，由于是人為檢測，必須將藥劑罐打開，罐中液體會造成一定的環境污染，而且操作時的不便會使誤差增大。在用本裝置對選煤廠罐中的液位進行測量不需要開罐，所得出的結果與原先人工檢尺法所獲結果比較，其絕對誤差值由原來的±2.5 mm降低到±1 mm，符合JJG1014—1989《罐內液體石油產品計量技術規范》,因此可替代人工檢尺法對選煤廠藥劑罐進行液位測量。該液位計量儀可在藥劑罐密封的情況下對罐中液位進行準確的測量，從而避免環境污染。其結構簡單，對于檢測結果直觀了然，相比人工檢尺法具有絕對優勢，在選煤廠的實際使用中效果良好。

圖2 計量儀現場安裝效果圖

4 結語

這種液位計量儀是一種用于選煤廠藥劑罐液位測量的裝置，要求所述漂浮物為防腐材料制作的浮標球，且刻度尺上的刻度范圍與密封罐體內液面的波動范圍相對應，并且刻度尺上的刻度線在刻度尺的刻度范圍內均勻分布?；幢边x煤廠浮選車間兩個液位計量計的應用，能夠直觀快捷地測出密封罐體內的液位，測量結果準確，能夠很好地滿足現場生產的需要。但是此裝置只是進行初步設計，并沒有給出裝置的具體尺寸，其具體尺寸要根據生產現場安裝的實際需要來確定。

參考文獻：

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[3] 齊永生,宋生奎,涂亞慶.儲油罐液位測量技術現狀與發展趨勢[J].石油工程建設,2006(4):1-3.

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[6] 李紀扣，司福東.基于數字圖像處理的非接觸式液位測量方法[J].天津科技大學學報,2017(5):64-67.

[7] 陳 俊,惠 晶.數字式高精度液位計量儀的設計和應用[J].實驗技術與管理,2008(9):82-85.

[8] 衛開夏,李 斌,朱信誠.導電性液體新型液位測量方法研究及應用[J].電子測量與儀器學報,2010(10):964-968.

[9] 徐 鴻,郭 鵬,田振華,等.非浸入式超聲導波液位測量方法研究[J].儀器儀表學報,2017 (9):128-136.

[10] 陳曉冬.磁耦式雙色顯示液位計及其應用[J].電子儀器儀表用戶,2000(1):45-47.