摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，自動(dòng)化系統(tǒng)在化工生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越廣泛。在化工生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的過程中各種智能儀表的應(yīng)用起到了很大的作用，其中智能型液位計(jì)就像生產(chǎn)過程中的眼睛一樣，為工業(yè)生產(chǎn)過程保駕護(hù)航，提供及時(shí)準(zhǔn)確的信息。目前采用的液位計(jì)的種類繁多，主要有：電容式液位計(jì)、雷達(dá)液位計(jì)、超聲波液位計(jì)、壓力式液位計(jì)等，液位檢測(cè)在許多控制領(lǐng)域已較為普遍，各種方式都根據(jù)其需要設(shè)計(jì)完成，其結(jié)構(gòu)、量程和精度適用于各自不同的場(chǎng)合，大多結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，制造成本偏高。電容式液位計(jì)以其出色的精度，抗干擾性和對(duì)介質(zhì)、環(huán)境的要求不高的特點(diǎn)在近年以來受到很大的應(yīng)用。本文針對(duì)電容式液位計(jì)原理、使用以及在生產(chǎn)中出現(xiàn)的各種問題的介紹來說明液位計(jì)在化工生產(chǎn)的應(yīng)用。
一、電容式液位計(jì)原理
電容物位變送器是利用測(cè)量電容的變化達(dá)到測(cè)量物位高度的一種儀表，測(cè)量原理如上圖所示：
其中：1 是直徑d 的導(dǎo)電圓柱體
2 是絕緣材料
3是測(cè)量筒或容器壁內(nèi)電極1和測(cè)量筒壁3形成一個(gè)同軸電容C
C=k1 ＊ h2 ＋ k2*h1
H ＝ h1+h2
C ＝ k1*（H-h1）+k2*h1=k1*H+（k2-k1）*h1
其中：h1 為液面高度
k1*h2 為氣體部分形成的圓柱電容
k2*h1 為液體部分形成的圓柱電容
k1、k2 是與被測(cè)介質(zhì)性質(zhì)和容器結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)
由此可見，1 與3 之間的電容C 與液位h1 成線性關(guān)系，檢測(cè)探極電容C 的變化即可測(cè)量液位高度。
電容式液位計(jì)電路框圖如下：
可調(diào)電容C0 是為了抵消C 中由氣體部分所形成的電容k1*H 而設(shè)置的調(diào)零電容。激勵(lì)源產(chǎn)生一個(gè)所需要的特定激勵(lì)信號(hào)來驅(qū)動(dòng)差動(dòng)電容檢測(cè)電路，差動(dòng)電容檢測(cè)電路將C 與C0的差值轉(zhuǎn)換成一個(gè)微弱的小電流I1。I1 ∝ C － C0＝ k1*H+（k2-k1）*h1-C0 調(diào)整C0＝ k1*H 則有I1 ∝（k2-k1）*h2 因此I1 是與液位高低h2 成線性比例的小電流，將I1 放大即可得到與液位高度h2 成線性比例的4 ～ 20mA.DC電流信號(hào)。
二、電容式液位計(jì)使用注意事項(xiàng)
在化工生產(chǎn)過程中環(huán)境較為惡劣，變送器前后蓋及接線處必須完全密封，防止雨水及腐蝕氣體進(jìn)入。
（1）運(yùn)輸，開箱驗(yàn)收，安裝過程中必須小心防止損壞傳感器絕緣層。
開箱檢查：開箱后先檢查傳感受器有無損傷，然后通電檢查. 通電后調(diào)整調(diào)零電容使儀表的輸出電流為4mA.DC，用手握住傳感器，儀表指示應(yīng)增大，表明儀表工作正常。如果通電后儀表無電流輸出，應(yīng)檢查電源是否接反，信號(hào)處理器引線是否松動(dòng)，脫落。
（2）型號(hào)與技術(shù)規(guī)格：
儀表的型號(hào)和主要技術(shù)規(guī)格都打印在外殼的銘牌上，收貨時(shí)請(qǐng)核對(duì)一下是否與原定貨時(shí)的規(guī)格相符合。來函來電時(shí)，應(yīng)告知銘牌上的型號(hào)，出廠編號(hào)和傳感器探極長(zhǎng)度。
（3）運(yùn)輸時(shí)注意事項(xiàng)：
為防止儀表受到損傷，變送器在運(yùn)到用戶使用地點(diǎn)之前請(qǐng)不要打開包裝。運(yùn)輸過程中必須小心防止損壞傳感器絕緣層。
（4）存放時(shí)注意事項(xiàng)：
儀器到達(dá)之后應(yīng)及時(shí)安裝，以免變送器中的信號(hào)處理器的絕緣性能降低，金屬部件受到腐蝕等。如需要存放請(qǐng) 注意下列事項(xiàng)：
1、可能的條件下不打開包裝箱存放。
2、存放的地點(diǎn)應(yīng)該具備下列條件：防雨防潮.機(jī)械震動(dòng)小，避免碰撞沖擊. 溫度在-40-+80℃，理想溫度25℃左右。
3、在存放巳經(jīng)使用過的物位變送器之前，應(yīng)把變送器傳感器及外殼上的液體或附著的固體小心清除干凈。
4、如果存放在室外，變送器的性能就要受到影響.因此一旦將變送器搬到安裝地點(diǎn)，就要盡快安裝起來。
（5）安裝注意事項(xiàng)：
電容式液位計(jì)是利用電容量的變化來測(cè)量容器內(nèi)介質(zhì)物位的測(cè)量?jī)x器，測(cè)量的過程主要就是依賴兩個(gè)電極之間的電容量變化，也就是說電容液位計(jì)的靈敏度是取決于兩個(gè)介質(zhì)，氣體、和液體的介電常數(shù)的差值。電容液位計(jì)的測(cè)量必須保證兩個(gè)介質(zhì)的介電常數(shù)保持一致，否則介電常數(shù)的變化會(huì)直接導(dǎo)致誤差的產(chǎn)生。
1、露天安裝時(shí)，探極線不能裸露于容器以外，以免雨天探極線著水出現(xiàn)測(cè)量誤差。
2、外殼或接線盒下部的不銹鋼過程連接部件，必須可靠與容器外壁連接（接地），其接觸電阻不能大于2。
3、在正常工作中，探極線在容器內(nèi)不能有較大的擺動(dòng)幅度，否則會(huì)出現(xiàn)信號(hào)不穩(wěn)定現(xiàn)象。
4、探極線安裝時(shí)，應(yīng)盡量院秒容器內(nèi)壁，#小距離不能＜ 100mm。當(dāng)受條件限制，距離＜ 100mm 時(shí)，探極線與容器的距離必須保證相對(duì)固定。
5、對(duì)單線軟探極，多余部分可通過過程聯(lián)接件上端拉出后剪掉，然后擰緊押金螺栓，而雙絞線探極，多余部分可盤扎在被測(cè)液面以上，覺對(duì)不允許將多余部分盤繞在容器底部或有效測(cè)量段。
6、在容器內(nèi)有攪拌或液體可能產(chǎn)生大量氣泡時(shí)，為保護(hù)探極線和避免液體波動(dòng)及氣泡而產(chǎn)生的虛假液位，可在容器內(nèi)放置一內(nèi)徑＞ 80mm金屬或非金屬管，管的下端應(yīng)開口獲流進(jìn)液孔，液面以下留排氣孔，使用金屬管時(shí)，應(yīng)保證探極線在管內(nèi)位置相當(dāng)穩(wěn)定，必要時(shí)對(duì)探極線加支撐拉直。
三、常見故障判別
（1）在使用過程中，如果儀表無電流輸出，應(yīng)檢查信號(hào)處理器"+"，"-" 引出線是否松動(dòng)，脫落，儀表指示表頭固定螺紋及固定柱是否松有動(dòng)，接觸不良。如果出現(xiàn)以上的問題應(yīng)該立即進(jìn)行加固。
（2）如果儀表指示為零，用手握金屬工具，如鑷子，螺絲刀等，接觸信號(hào)處理器" 傳感器" 端子，儀表指示應(yīng)增大，否則表明儀表信號(hào)處理器損壞。此時(shí)要進(jìn)行儀表信號(hào)處理器的更換。
（3）如果儀表指示打滿，將信號(hào)處理器" 傳感器" 引線取下，若儀表指示依然打滿，表明信號(hào)處理器損壞，若儀表指示回零，則可能是傳感器絕緣不良。絕緣不好時(shí)應(yīng)該立即更換傳感器。
（4）檢查傳感器方法：將傳感器引出線從信號(hào)處理器取下，用500V 搖表或500 型萬用表"x10K" 檔測(cè)量傳感器引出線與金屬塔壁間電阻，應(yīng)大于10M 歐，否則表明傳感器絕緣不良。
（5）干擾的判別與消除：如果儀表在試驗(yàn)室工作正常而在現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)指示值上下波動(dòng)或固定的指示某一液位值，則可判斷儀表受到干擾. 在儀表的電源線兩端并聯(lián)電解電容（容量約220微法，耐壓大于50 伏）即可消除。
（6）電容式液位計(jì)出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)shou先要考慮是否液位真的出現(xiàn)了波動(dòng)，此時(shí)就應(yīng)該與工藝進(jìn)行協(xié)商解決，如果不是液位的波動(dòng)造成的液位計(jì)的波動(dòng)則要考慮干擾的影響以及接地是否良好，附近是否有干擾源，是否有電氣焊進(jìn)行作業(yè)，是否有大型電氣設(shè)備的影響。
（7）一般在處理電容式液位計(jì)有一種簡(jiǎn)單地判定步驟。如下圖所示：
四、總結(jié)
電容式液位計(jì)作為一種比較成熟的測(cè)量液位的方式，電容式液位計(jì)廣泛用于石油、化工、冶金、電力、造紙、制藥等各個(gè)領(lǐng)域，化工廠：檢測(cè)滌綸、氨綸、酸、堿等化工原料的液位；環(huán)保：檢測(cè)污水液位；鍋爐廠：檢測(cè)壓力容器內(nèi)介質(zhì)的液位；液壓機(jī)械：檢測(cè)潤(rùn)滑油液位；糧食部門：檢測(cè)食用油液位；油田：檢測(cè)成品油液位。在未來電容式液位計(jì)也將為人類進(jìn)步與發(fā)展起到很大的作用。
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