浮盤式液位計(jì)的測(cè)量原理及如何進(jìn)行安裝

前言

液體化工生產(chǎn)中有一類非常重要的設(shè)備——儲(chǔ)罐，雖然這些儲(chǔ)罐不直接參與生產(chǎn)，但其承擔(dān)著生產(chǎn)物料的進(jìn)出儲(chǔ)存功能。儲(chǔ)罐內(nèi)物料液位的準(zhǔn)確與否直接關(guān)系著生產(chǎn)的決策，運(yùn)行的平穩(wěn)，產(chǎn)品的效益，因此對(duì)儲(chǔ)罐液位儀表的要求很嚴(yán)格，要求其準(zhǔn)確可靠故障率低。

儲(chǔ)罐液位儀表的選型

為提高場(chǎng)地使用率節(jié)省用地面積，液體化工企業(yè)在倉(cāng)儲(chǔ)建設(shè)中普遍建設(shè)高度在幾米乃至十幾米的大容積儲(chǔ)罐，如此大范圍的液位測(cè)量給儀表的選型帶來(lái)困難，傳統(tǒng)側(cè)裝式的液位檢測(cè)儀表測(cè)量范圍無(wú)法適應(yīng)儲(chǔ)罐液位檢測(cè)的要求。

考慮到液體儲(chǔ)存的危險(xiǎn)性，處于安全的目的大多數(shù)液體儲(chǔ)罐都是無(wú)壓容器，即儲(chǔ)罐頂部不承受壓力或通過呼吸器等設(shè)備與大氣環(huán)境相通。這樣的狀況可從儲(chǔ)罐的頂部安裝液位檢測(cè)儀表，現(xiàn)有的儲(chǔ)罐液位檢測(cè)主要使用了雷達(dá)液位計(jì)和浮盤液位計(jì)兩種方式。

雷達(dá)液位計(jì)價(jià)格昂貴維護(hù)復(fù)雜，主要用于承壓儲(chǔ)罐液位檢測(cè)，且雷達(dá)液位計(jì)的測(cè)量原理決定了使用中易受被測(cè)液體氣相介質(zhì)的影響，會(huì)出現(xiàn)液位死數(shù)、失靈、報(bào)錯(cuò)等故障。雷達(dá)液位計(jì)安裝在儲(chǔ)罐的頂部，給日常的維護(hù)維修帶來(lái)不便。

浮盤式液位計(jì)，是一個(gè)純機(jī)械液位測(cè)量?jī)x表，其構(gòu)造簡(jiǎn)單可靠，顯示機(jī)構(gòu)安裝在儲(chǔ)罐底部的指示窗內(nèi)方便人員觀察，維護(hù)維修也很方便，安裝調(diào)試簡(jiǎn)單價(jià)格便宜，因此在常壓儲(chǔ)罐的液位檢測(cè)中得到廣泛的應(yīng)用。

現(xiàn)場(chǎng)儲(chǔ)罐液位測(cè)量使用的浮盤液位計(jì)如圖所示：

浮盤式液位計(jì)測(cè)量原理

浮盤液位計(jì)同樣是基于阿基米德原理制成的恒浮力式液位計(jì)，其核心部件是一個(gè)扁圓形的內(nèi)部中空的金屬盤。運(yùn)行中金屬盤始終漂浮于被測(cè)液體的液面上，液體高度的變化就轉(zhuǎn)變成為浮盤高度的變化，通過一定的機(jī)械轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)把浮盤的高度傳遞到儲(chǔ)罐外部，通過顯示裝置即可得出浮盤的高度即被測(cè)液體的液位高度。

浮盤液位計(jì)構(gòu)造

根據(jù)各部分的功能浮盤液位計(jì)可大體可以分為五部分：測(cè)量部分、轉(zhuǎn)換部分、顯示及遠(yuǎn)傳變送部分、附屬表體部件。

測(cè)量部分

測(cè)量部分即浮盤，浮盤上部中心處及兩側(cè)分別設(shè)置拉環(huán)，運(yùn)行中浮盤漂浮在液體的液面之上，從而把液體的高度轉(zhuǎn)換為浮盤的高度。

儲(chǔ)罐內(nèi)部浮盤安裝如圖所示：

轉(zhuǎn)換部分

轉(zhuǎn)換部分是通過一些機(jī)械部件，把浮盤的高度變化轉(zhuǎn)換為一個(gè)具體的機(jī)械量的位移。主要機(jī)構(gòu)是多個(gè)靜滑輪組成的滑輪組，通過滑輪組的轉(zhuǎn)換把這種機(jī)械量位移傳遞到儲(chǔ)罐的底部便于觀察的位置。轉(zhuǎn)換部分是浮盤液位計(jì)中最復(fù)雜的部分，主要由鋼絲繩、滑輪組、導(dǎo)向槽、鋼尺、碼尺、重錘等部件組成一個(gè)把浮盤高度傳遞到儲(chǔ)罐底部顯示窗里的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)。

轉(zhuǎn)換部分的連接順序是：鋼絲繩一端接入浮盤頂端的拉環(huán)上，鋼絲繩通過靜滑輪延伸到儲(chǔ)罐外導(dǎo)向槽中，接入帶有指示長(zhǎng)度的鋼帶（鋼帶上可以設(shè)置數(shù)字碼尺）末端，然后鋼帶通過儲(chǔ)罐底部的顯示窗內(nèi)的靜滑輪在傳遞到儲(chǔ)罐外部的導(dǎo)向槽內(nèi)，在碼尺鋼帶的始端即零液位高度端接入一沒有碼尺的窄鋼帶，通過導(dǎo)向槽頂端的靜滑輪傳遞下去，在鋼帶的末端接入一平衡重錘。導(dǎo)向槽是轉(zhuǎn)換部分的重要組成部分，其內(nèi)部設(shè)有三個(gè)槽盒，通過頂部的兩個(gè)靜滑輪和底部顯示窗的一個(gè)靜滑輪，實(shí)現(xiàn)碼尺之間的連接轉(zhuǎn)換把儲(chǔ)罐內(nèi)浮盤高度的真實(shí)的傳遞到顯示窗中。

浮盤液位計(jì)靜滑輪組構(gòu)造如圖所示：

顯示及遠(yuǎn)傳變送部分

導(dǎo)向槽的下端接有一顯示窗，顯示窗內(nèi)有指針及連接預(yù)留底板，指針指向顯示窗內(nèi)的碼尺，碼尺的數(shù)值就為儲(chǔ)罐內(nèi)液體的液位。如果在顯示窗內(nèi)安裝一個(gè)能夠檢測(cè)鋼帶上的數(shù)字編碼檢測(cè)儀器，就可以實(shí)現(xiàn)浮盤液位計(jì)的變送遠(yuǎn)傳，把液位數(shù)值傳遞到控制室內(nèi)。

浮盤液位遠(yuǎn)傳變送器通過光電轉(zhuǎn)換電路讀取碼帶上的數(shù)字編碼縫隙，通過內(nèi)部解碼形成數(shù)字液位信息，通過總線或電流信號(hào)遠(yuǎn)傳到控制室內(nèi)顯示。

浮盤液位變送器安裝如圖所示：

附屬部件

浮盤液位計(jì)的附屬部件除轉(zhuǎn)換部分的各種連接管外，還有一個(gè)關(guān)鍵部分，防止浮盤在儲(chǔ)罐內(nèi)飄動(dòng)搖擺而設(shè)置的限位鋼絲。在浮盤垂直底部的儲(chǔ)罐地面上焊接兩個(gè)固定設(shè)備，在儲(chǔ)罐底部浮盤正上方也設(shè)置兩個(gè)緊固設(shè)備。上下設(shè)備之間用一韌性好不變形的鋼絲從浮盤兩側(cè)面的拉環(huán)中穿過然后分別固定在儲(chǔ)罐的底部和頂部，這樣就浮盤的位置就限定在兩鋼絲之間的垂直空間內(nèi)，以此防止浮盤在儲(chǔ)罐內(nèi)部的擺動(dòng)。

浮盤液位計(jì)安裝調(diào)試

上述浮盤液位計(jì)的構(gòu)造可看出整個(gè)浮盤液位計(jì)其轉(zhuǎn)換部分最為復(fù)雜。浮盤液位計(jì)安裝時(shí)要把各部分的連接做準(zhǔn)確，特別是鋼絲繩與碼尺鋼帶的連接，牽扯到浮盤液位計(jì)的滿度是否準(zhǔn)確，碼尺鋼帶與鋼帶的連接牽扯到浮盤液位計(jì)的零點(diǎn)是否準(zhǔn)確，因此在連接時(shí)要認(rèn)真確認(rèn)被測(cè)儲(chǔ)罐的高度。

浮盤液位計(jì)安裝實(shí)質(zhì)上就是轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)內(nèi)鋼絲繩、碼帶、鋼帶的軟連接。

一、鋼絲繩與碼帶連接

站在儲(chǔ)罐的頂部，從導(dǎo)向槽靜滑輪處把鋼絲繩的一端伸入導(dǎo)向槽內(nèi)，向下

穿入到導(dǎo)向槽底部的顯示窗。為保證鋼絲繩穿入的通暢，可使用一個(gè)重物如螺絲作為重錘，加快鋼絲繩的下落速度。

確認(rèn)儲(chǔ)罐的高度，把多余的碼帶剪掉，使用連接器把鋼絲繩與碼帶最大數(shù)值處進(jìn)行可靠連接。此時(shí)顯示窗內(nèi)指針?biāo)傅拇a帶數(shù)值即為儲(chǔ)罐液位的最大值即液位計(jì)的滿度。

鋼絲繩與碼帶連接的實(shí)物如圖所示：

站在導(dǎo)向槽的頂部，通過人工方式把浮盤液位計(jì)導(dǎo)向槽內(nèi)的鋼絲繩拉到導(dǎo)向槽最高處，當(dāng)碼帶與鋼絲繩的連接器到達(dá)靜滑輪時(shí)停止，用一個(gè)金屬物體固定鋼絲繩防止下滑。

把鋼絲繩的另一端穿過導(dǎo)向連接管后進(jìn)入儲(chǔ)罐頂部的鋼絲繩靜滑輪，然后穿入到儲(chǔ)罐內(nèi)部，為加快鋼絲繩的下滑速度同樣可以在鋼絲繩上栓一重物。鋼絲繩到達(dá)儲(chǔ)罐底部后與浮盤上方中心處的拉環(huán)進(jìn)行連接，調(diào)整鋼絲繩使其完全垂直。剪掉多余的鋼絲繩即完成了鋼絲繩的安裝。

二、碼帶與導(dǎo)向鋼帶的連接

站在儲(chǔ)罐頂部導(dǎo)向槽處，把導(dǎo)向鋼帶通過導(dǎo)向槽上方的靜滑輪向下伸入到導(dǎo)向槽中間槽盒內(nèi)，當(dāng)導(dǎo)向鋼帶到達(dá)導(dǎo)向槽底部的顯示窗后與重錘進(jìn)行可靠連接。

碼帶與導(dǎo)向鋼帶連接如圖所示：

重錘連接完后，站在儲(chǔ)罐頂部把導(dǎo)向鋼帶拉到導(dǎo)向槽頂部，當(dāng)重錘到達(dá)導(dǎo)向槽上方的靜滑輪時(shí)停止，用一物體擋住重錘防止下滑。然后把導(dǎo)向鋼帶的另一端穿過靜滑輪伸入到導(dǎo)向槽內(nèi)，到達(dá)導(dǎo)向槽底部的顯示窗后與碼帶進(jìn)行連接。

由于浮盤處于儲(chǔ)罐最底部，浮盤上的鋼絲繩帶動(dòng)碼帶最大數(shù)值端到達(dá)導(dǎo)向槽的最頂部。此時(shí)導(dǎo)向槽底部的顯示窗內(nèi)碼帶處于最低數(shù)值處即浮盤液位計(jì)的零點(diǎn)，把碼帶穿過顯示窗上的靜滑輪，讓顯示窗指針對(duì)準(zhǔn)碼帶上的零點(diǎn)位置剪掉多余部分，然后與導(dǎo)向鋼帶進(jìn)行可靠連接，把多余的導(dǎo)向鋼帶剪掉即完成了浮盤液位計(jì)的零點(diǎn)安裝。

除掉導(dǎo)向槽頂部限制重錘的物體，觀察顯示窗指針的指示是否為零，如果有差距可通過微調(diào)儲(chǔ)罐底部浮盤中心處的鋼絲繩的長(zhǎng)度來(lái)達(dá)到儲(chǔ)罐準(zhǔn)確的零位指示。

浮盤液位計(jì)零點(diǎn)調(diào)整安裝如圖所示：

三、導(dǎo)向鋼絲的安裝

導(dǎo)向鋼絲是為了保證浮盤在運(yùn)行中不隨液體液面左右擺動(dòng)而設(shè)置的限位裝置。通過與浮盤直徑相當(dāng)?shù)膶?dǎo)向鋼絲的限位，確保浮盤隨液面上下移動(dòng)中不會(huì)發(fā)生大幅度的飄蕩，以防止浮盤上部的鋼絲繩從靜滑輪槽中脫離。

導(dǎo)向鋼絲從儲(chǔ)罐頂部導(dǎo)向鋼絲固定端垂直穿入到儲(chǔ)罐內(nèi)部，在內(nèi)部與儲(chǔ)罐底面上焊接的固定裝置可靠連接，再在儲(chǔ)罐頂端固定好鋼絲，剪掉多余的鋼絲，既完成了導(dǎo)向鋼絲的安裝。安裝完后可通過固定裝置的螺絲來(lái)調(diào)整導(dǎo)向鋼絲的張力，以確保導(dǎo)向鋼絲垂直不彎曲。

四、遠(yuǎn)傳變送器的安裝

浮盤液位計(jì)是一個(gè)機(jī)械式的就地指示液位計(jì)，若想把浮盤的液位遠(yuǎn)傳到控制室，需在顯示窗內(nèi)安裝遠(yuǎn)傳變送器。遠(yuǎn)傳變送器與碼尺鋼帶配套使用，其實(shí)質(zhì)上是一個(gè)讀碼器，由于碼尺鋼帶上已經(jīng)把實(shí)際的液位高度通過二進(jìn)制編碼的數(shù)字制式刻制在鋼帶的表面，因此遠(yuǎn)傳變送器只需要讀取這些編碼，然后進(jìn)行解析即可得到實(shí)際的液位。變送器輸出信號(hào)可以是數(shù)字式的總線方式，也可以是傳統(tǒng)的模擬量電流信號(hào)。

浮盤液位計(jì)的故障分析

浮盤液位計(jì)是一個(gè)恒浮力式液位計(jì)，在運(yùn)行中浮盤始終漂浮在液體的液面之上，因此其能夠適應(yīng)被測(cè)液體溫度、密度的小范圍變化，其測(cè)量精度較高可實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)的準(zhǔn)確測(cè)量。實(shí)際使用中，浮盤液位計(jì)也會(huì)出現(xiàn)問題，最常見的問題可歸納如下：

一、鋼絲繩脫落或斷裂

鋼絲繩是浮盤與碼尺鋼帶之間的軟連接。，其通過定滑輪和導(dǎo)向管進(jìn)入導(dǎo)向槽中。運(yùn)行中鋼絲繩頻繁的沿著靜滑輪上上下移動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生摩擦損耗，加之儲(chǔ)罐內(nèi)介質(zhì)的腐蝕熏烤，鋼絲繩逐漸老化產(chǎn)生毛刺，致使與靜滑輪摩擦力加大，造成液位測(cè)量滯后不準(zhǔn)，嚴(yán)重時(shí)鋼絲繩發(fā)生斷裂，造成浮盤液位計(jì)損壞失靈。

正常運(yùn)行中浮盤液位計(jì)會(huì)出現(xiàn)液位保持不變的故障，現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)大多數(shù)是因?yàn)殇摻z繩從靜滑輪內(nèi)的限位槽中脫出，鋼絲繩因摩擦力大而失去移動(dòng)能力，造成浮盤液位計(jì)保持不變。引起鋼絲繩從靜滑輪中脫離的原因，大部分是儲(chǔ)罐內(nèi)部的限位鋼絲松懈使浮盤在液面上橫向漂浮幅度加大，致使鋼絲繩磨損和脫離。

二、重錘卡主

如果儲(chǔ)罐液位過高，其重錘會(huì)下落到導(dǎo)向槽底部的顯示窗內(nèi)，有可能會(huì)下落到碼帶與靜滑輪之間而卡主。儲(chǔ)罐液位下降后，由于重錘卡在靜滑輪與碼帶之間而無(wú)法下落，引起浮盤液位計(jì)失靈，此時(shí)只要在現(xiàn)場(chǎng)把重錘用手送回導(dǎo)向槽即可恢復(fù)使用。浮盤液位計(jì)使用中出現(xiàn)的故障如圖所示：

三、鋼絲繩臟污或凍住

如果所測(cè)物質(zhì)是粘稠易結(jié)晶液體，儲(chǔ)罐內(nèi)揮發(fā)的物質(zhì)會(huì)粘附到鋼絲繩上，造成鋼絲繩臟污卡澀到限位孔上，如果儲(chǔ)罐內(nèi)介質(zhì)含有水汽，在冬季時(shí)易揮發(fā)出罐外凍住滑輪上的鋼絲繩，這種情況主要是儲(chǔ)罐頂部鋼絲繩出口的限位孔臟污或損壞造成，需要拆卸清理或更換。

四、其它故障

浮盤液位計(jì)長(zhǎng)期使用中還會(huì)間歇性的出現(xiàn)一些其它問題，大體歸納如下：。

1、浮盤液位計(jì)各靜滑輪的軸承長(zhǎng)期使用中受磨損、灰塵、不平衡力等影響都有損壞的可能性，引起靜滑輪歪斜，致使靜滑輪上的碼帶、鋼帶、鋼絲繩歪斜產(chǎn)生較大的摩擦力，引起鋼絲繩移動(dòng)補(bǔ)償，產(chǎn)生液位測(cè)量滯后失真，嚴(yán)重時(shí)靜滑輪脫落，致使浮盤液位計(jì)損壞。這種軸承磨損引起的故障除加強(qiáng)軸承維護(hù)外，必要時(shí)可更換靜滑輪。

2、儲(chǔ)罐內(nèi)導(dǎo)向鋼絲在使用中老化松懈，造成浮盤在液面上橫向漂浮幅度過大使鋼絲繩從滑輪槽中脫落，此時(shí)除人工把鋼絲繩復(fù)位外，還要調(diào)整儲(chǔ)罐頂部的限位鋼絲緊固栓使限位鋼絲緊度恢復(fù)正常。

3、浮盤腐蝕或穿孔造成的液位計(jì)失靈。長(zhǎng)時(shí)間使用的浮盤受被測(cè)介質(zhì)的腐蝕會(huì)造成浮盤外表面損壞，液體從孔隙中流入浮盤內(nèi)部，致使浮盤失靈沉入罐底，此時(shí)只能儲(chǔ)罐大檢修時(shí)才能更換，因此儲(chǔ)罐檢修過程中，儀表人員要進(jìn)入儲(chǔ)罐內(nèi)認(rèn)真檢查浮盤的腐蝕狀況，確保浮盤在使用中良好運(yùn)行。

4、變送器故障。變送器損壞是浮盤遠(yuǎn)傳液位計(jì)常出現(xiàn)的故障，主要原因在于浮盤液位計(jì)的碼帶上附著灰塵等污物，甚至有污油附著在碼帶上，損壞變送器內(nèi)部電子器件，此時(shí)可拆卸清洗擦拭污物，重新安裝后如果仍然不能排除，則只能更換新的變送器。

總結(jié)

浮盤液位計(jì)是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的機(jī)械式液位儀表，其沒有復(fù)雜的機(jī)構(gòu)無(wú)需進(jìn)行特別的維護(hù)保養(yǎng)，只要保證浮盤液位計(jì)內(nèi)各部分的良好性能即可使用，是一種價(jià)格低廉的就地指示和遠(yuǎn)傳液位計(jì)，在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛的使用。

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