電浮筒液位計結構與工作原理

0、引言：
  在PET裝置生產中, 反應器內物料的停留時間是比較關鍵的指標。為了保證反應器內物料的停留時間穩定,工藝人員必須隨時了解反應器內物料的液位變化情況,也就是說必須使用在線液位測量儀表。液位測量儀表的種類很多, I.C.ECKARDT公司的電浮筒液位計具有結構簡單、測量準確、反應靈敏 、穩定性高 ,且帶高溫熱媒夾套,不易結料等特點 ,在 PET裝置上得到了廣泛的應用。

1、結構及原理：
  電浮筒液位計組成如圖 1所示,主要由帶 HART通訊協議液晶顯示組件,保護盒內傳感器及底座, 扭力桿帶夾套,帶鏈條的金屬浮筒等 4部分組成。


圖 1　電浮筒液位計組成
  浸到物料中的帶鏈條的金屬浮筒要受到阿基米德浮力, 如圖 2 所示。浮筒所受的浮力 F浮=ρ液×V排×g。其中 ρ液為物料密度 ,穩定后基本不變；
  V排為浮筒浸在物料中所排開的體積, V排=S×L, S為浮筒橫截面積, L為液位高度 ;g為重力常數。所以浮力與液位高度成正比關系。浮筒所受浮力經水平桿 ,通過扭力桿將力傳送到帶底座的傳感器,改變傳感器中電阻應變片的受壓程度 , 以達到改變電阻的目的。兩組應變片以惠斯登電橋形成連接, 連接到帶 HART通訊協議液晶顯示組件 , ***終由于液位變化 , 引起應變片電阻值的變化 , 導致輸出 4 ～ 20m A電流發生變化, 因而輸出電流與浮力或液位成線性關系 。


圖 2　浮筒的受力分析

2、結構分析：
  公司利用二線裝置停車大修期間, 對運行時無法拆卸的 3臺電浮筒液位計, 及時進行了拆卸解體,對其內部結構有了更加詳細的了解。下面是拆卸過程簡述:①先對扭力桿夾套后端蓋的密封堵頭進行熱拆 ,拆開即可看到固定扭力桿的調芯片及調芯專用螺釘。②拆下所有法蘭螺絲, 將電浮筒液位計整體從反應器上拿下 ,并及時取下帶鏈條的金屬浮筒,然后整體帶到維修間后再進行解體。 ③拆開傳感器及底座處的線路端蓋 ,脫開與液晶顯示組件相連的2個接線插頭 , 并小心地松開傳感器應變片的 2顆固定螺絲,將傳感器底座與傳感器一并拿出 。 ④將傳感器保護盒從散熱片上拆下 ,拆散熱片 ,此過程部分拆下的 O形圈及石棉墊片需進行更換。 ⑤隨后將剩下部分上專用夾具 , 進行拆卸與扭力桿相連的水平桿 ,并拆卸用于球面密封壓緊用的、且扭力桿從中穿過的一個固定螺母,并留下夾套殼體部分 。

3、在線維修：
  對電浮筒液位計結構清楚后, 對于在線時出現的一些故障就敢于進行在線維修。我公司二線裝置3臺電浮筒液位計于 2009年 2 月 2日先后投用 , 但其中一臺電浮筒液位計 LC14002, 對比反應器上另一臺導納液位計曲線 , 在 2月 3日出現了短時間大幅波動的情況,如圖 3。

圖 3　電浮筒液位計測定曲線波動狀況
  分析原因,初步估計為帶 HART通訊協議液晶顯示組件故障引起,隨后采用替換法進行了更換液晶顯示組件模塊的操作, 并根據當前的液位 PV值進行了模塊內上下限的設置,換好液晶模塊后液位波動由原***大 35%減小為 16%,還是不能滿足工藝要求經過與廠家交流, 又懷疑傳感器傳送過來的鉑電阻信號 Pt100電阻值波動可能導致輸出信號波動 , 隨后又做了將液晶顯示模塊中的 2根紅線剪斷, 將現場過來的電阻信號脫開, 直接加 118 Ψ電阻信號給液晶顯示模塊 , 觀察波動幅度有所變小 , 但仍有10%的信號波動 , 仍無法滿足工藝要求 。

圖 4　新傳感器測定曲線
  由于液位信號仍有較大幅度的波動 ,為進一步查找信號波動的原因,我們做了大膽的設想:在線更換內部傳感器 。先準備拆卸和組裝傳感器的安裝座,以及拆卸傳感器用的專用工具, 如內六角扳手、開口扳手、針形工具等。隨后至現場電浮筒液位計 LC14002處,使用內六角扳手打開的傳感器保護盒,用針形工具小心地將接線插頭的線挑出并理順,用內六角扳手小心地松開鎖緊應變片的 2顆螺絲,再擰下固定傳感器底座的 3顆螺絲, 即可將傳感器與其底座一并取出,放在安裝座上, 用專用工具對傳感器進行更換。
  ***后將新的傳感器與底座一并安裝于現場保護盒內,并調整好與應變片的預應力,接線通電。根據當前液位 PV=8.8 N值, 量程為 7.15 N, 為讓液位顯示38%, 設置相應的上下限值為 13.23 N和 6.08 N, 對比該反應器上另一個導納液位計, 電浮筒液位計LC14002運行至今,波動大大減小為 3%以內,基本滿足工藝要求,附近期記錄曲線圖 4如下 。