摘 要：液位變送器是在制漿造紙中常見(jiàn)的一種儀表，用于檢測漿池、漿槽、白液槽、化學(xué)藥品儲存槽等的液位。液位計能否準確測量直接影響到生產(chǎn)的正常運行，因此液位的檢測和控制尤其重要，液位變送器在制漿造紙中廣泛應用并發(fā)揮著(zhù)日益重要的作用。本文通過(guò)講述液位變送器的工作原理、應用維護和校準等方面的知識，給制漿造紙儀表技術(shù)人員參考和借鑒。
物位是指容器之間的垂直距離，也是指兩種不相溶的液體形成的分界面，在工業(yè)生產(chǎn)中常用法蘭式液位變送器、超聲波液位計、雷達液位計、核輻射料位計和磁致伸縮液位計來(lái)檢測物位。物位檢測的結果通常是用長(cháng)度單位m、mm或測量范圍的百分數顯示。
1 液位計在制漿造紙中的應用
1.1 制漿造紙生產(chǎn)線(xiàn)中的液位計選型和應用
(1）由于木漿、黑液、堿液或綠液介質(zhì)容易堵塞和結垢，因此木漿或黑液等介質(zhì)的液位和壓力測量通常選用法蘭式壓力變送器。另外根據安裝位置和設備密閉空間等情況選用單法蘭式壓力變送器或者雙法蘭式壓力變送器。另外由于木漿或黑液介質(zhì)中容易結垢或堵塞，一般在法蘭式壓力變送器前安裝一次閥方便拆下膜片進(jìn)行清理除垢，同時(shí)在法蘭短管中需安裝沖洗閥，用于定期沖洗液位計法蘭短管介質(zhì)，確保取壓暢通，測量準確。
(2）對于蒸汽或者水介質(zhì)一般選用差壓變送器，比如冷凝水罐、汽水分離器、冷凝水槽等設備選用差壓變送器來(lái)測量液位。差壓變送器的液位測量一般取決于測量管路和差壓變送器安裝是否正確。
(3）對于腐蝕性化學(xué)品、涂料和二氧化氯等介質(zhì)，由于腐蝕性強、黏稠性大，一般選用法蘭式壓力變送器，隔膜材質(zhì)一般選用雙相鋼、鈦和鉭材質(zhì)。
(4）對于蒸煮塔、木片倉、浸漬塔、低壓喂料器等，需要測量木片或者木片混合物料位，一般選用放射源料位計來(lái)測量料位。
(5）對于廢液儲存槽、廢水池、集水溝和木片儲存槽等，一般選用超聲波或雷達液位計測量液位。
2 制漿造紙中常用液位計的種類(lèi)和工作原理
2.1 制漿造紙中常用液位計的種類(lèi)
(1）常用于各類(lèi)化學(xué)品或水儲罐的直讀式液位計，如玻璃管液位計。
(2）常用于測量?jì){槽或白水槽的靜壓式物位計，如智能型膜片式液位計或者差壓式液位計。
(3）常用于檢測水溝液位的浮子式液位儀表，如浮筒式液位變送器。
(4）常用于漿料或者黑液等液位的電阻式、電容式物位計。
(5）常用于檢測木片料位的放射源式液位計。
(6）常用于檢測化學(xué)品儲罐、水池液位的雷達式液位計和超聲波式液位計。
2.2 制漿造紙常用液位計的工作原理
(1）玻璃管式液位計：根據連通器工作原理來(lái)測量液位，與被測桶槽的介質(zhì)連通，并通過(guò)玻璃管上標識的刻度來(lái)直接顯示液位的高低。
(2）吹氣式液位計：由導壓管、差壓變送器和轉子流量計組成，將導壓管插入容器底部，然后氣源經(jīng)過(guò)過(guò)濾器和減壓閥后以恒定的流量氣體通過(guò)導壓管端口處，由導壓管浸在容器底部的端口對外吹氣而在液體介質(zhì)中產(chǎn)生氣包，這時(shí)壓力變送器上所測的壓力與冒泡端口處液位高度的壓力相等。則H=P H/ρg。
(3）差壓式液位計：是由于容器內的液位改變時(shí)，液柱產(chǎn)生靜壓也會(huì )相應地發(fā)生變化,△P=P A-P B=Hρg即H=△P/ρg，如圖1所示。
(4）磁致伸縮液位變送器：由測量管、浮子和電子變送器三部分組成；磁桿內部為磁致伸縮線(xiàn)，外部為保護管；浮子內部為永久磁鐵，如圖2所示。浮子隨著(zhù)液位的上升而上升、液位的下降而下降，并通過(guò)永久磁鐵而形成磁場(chǎng)；變送器定時(shí)發(fā)出電流脈沖信號沿著(zhù)磁致伸縮線(xiàn)向下傳播，浮子向下運動(dòng)時(shí)也產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)，當兩個(gè)磁場(chǎng)相遇時(shí)會(huì )產(chǎn)生扭應力波并通過(guò)磁致伸縮線(xiàn)形成一個(gè)返回的電子脈沖。然后通過(guò)處理器將測量脈沖起始和返回所用的時(shí)間并把它們轉換成液位的高度，從而測出液位。
(5）恒浮力式液位計：典型的恒浮力式液位計為浮子式液位計，如圖3所示。
(6）電極式水位計：電極式水位計是一種電阻式液位計。它的測量部分由連通管和電阻組成，根據測量需要可以在連通管上安裝多個(gè)電極。每個(gè)電極通過(guò)特殊工藝處理與管道形成絕緣，同時(shí)每個(gè)電極通過(guò)電線(xiàn)引出，而連通管作為一個(gè)公共電極與每個(gè)電極相連。當水位達到某一電極位置時(shí)，因為水具有導電性使其和該電極連通，使相應的氖燈發(fā)光，從而通過(guò)燈光所在的位置而測出水位。如圖4所示。
(7）核輻射式液位計：射源發(fā)出輻射，射線(xiàn)穿透罐壁材料時(shí)被衰減，隨著(zhù)液面的變化，探棒處的輻射劑量率會(huì )相應地變化，探棒將輻射轉化為電信號。核輻射式液位計一般由放射源、射源保護器、探棒和變送器組成。
(8）超聲波物位儀：聲波可以在氣體、液體、固體中傳播，聲波在穿透截止時(shí)會(huì )被吸收而衰減，氣體吸收#強，衰減#大；固體吸收#小，衰減#小，聲波在穿透不同密度介質(zhì)的分界面處還會(huì )產(chǎn)生反射，超聲波液位計是根據聲波從發(fā)射至接收反射回波的時(shí)間間隔與物位高度成比例的原理來(lái)檢查物位的。
3 制漿造紙常用的液位計安裝注意事項和校準方式
3.1 智能膜片式液位變送器安裝注意事項和校準方式
3.1.1 膜片式液位變送器的使用注意事項
(1）變送器在使用前需要對型號規格進(jìn)行確認，確認銘牌上的型號規格與所要求的儀表一致。
(2）變送器避免安裝在溫度變化大、熱輻射強的區域；避免安裝在腐蝕性環(huán)境中，盡量安裝在沖擊少和振動(dòng)小的場(chǎng)所。
3.1.2 膜片式液位變送器的安裝事項
(1）在變送器周邊施工時(shí)，應避免焊接電流通過(guò)變送器，不能將電機接地線(xiàn)搭接在儀表設備上。
(2）確保使用的墊圈內徑大于隔膜密封內徑，如果使用的墊圈內徑小于隔膜密封內徑，會(huì )影響膜片的正常工作，引起誤差。
(3）在安裝過(guò)程中注意不要損傷膜片的表面，由于膜片從法蘭面凸起1毫米，如果將膜片面朝下會(huì )損傷膜片表面。
(4）不要扭曲擠壓毛細管，也不要對毛細管施加過(guò)大的壓力。
(5）進(jìn)行液位測量時(shí)，#低液位（零點(diǎn)）應設在距高壓側膜片密封部中心50mm以上的位置。
(6）在安裝法蘭隔膜時(shí)，需要根據變送器所標識的HIGH、LOW所示，安裝在桶槽液位計的高、低壓側。
(7）為避免溫差引起的誤差，可將毛細管束在一起。
(8）變送器本部盡可能安裝在高壓側遠傳法蘭隔膜密封安裝部下方離之600～1300m m處，以便毛細管封入液形成正落差壓盡可能地加在變送器的本體上，如果不能達到tuijian高度，可以按以下公式計算高度：
h=[(P-P 0)×dHg/ds]×7.5×10-3[mm]
H—高壓側過(guò)程連接與變送器之間的垂直高度（m m），h≤0:將變送器安裝在高壓側過(guò)程連接下方h(m m)以上的位置；h≥0:將變送器安裝在高壓側過(guò)程連接下方h(m m)以下的位置；P—槽罐壓力；P 0—變送器#小壓力。
3.1.3 電源電壓與負載電阻的關(guān)系
在儀表回路中，外接負載電阻應保證250～600歐姆范圍內，才能保證回路通訊正常，如圖5。
3.1.4 智能變送器校準步驟和方法
液位變送器在投運前一般需要進(jìn)行校準，一般需要進(jìn)行零點(diǎn)、滿(mǎn)量程校準；需要設定阻尼、量程、單位、顯示單位等；根據需要進(jìn)行正負遷移設置；儀表回路測試等。
(1）零點(diǎn)調整：零點(diǎn)調整有兩種方法，其一通過(guò)變送器調零螺栓進(jìn)行調整，另一種通過(guò)H A R T手操器進(jìn)行零點(diǎn)調整。進(jìn)行螺栓調零時(shí)需要注意的是調零后不能立即斷電，如果調零30 s內斷電，零點(diǎn)將恢復到原始值。
(2）滿(mǎn)量程設定：將現場(chǎng)桶槽的液位加到滿(mǎn)量程后，可通過(guò)顯示器面板上的量程設定鍵結合外部調零螺栓，改變量程的上下限值，也可以通過(guò)H A R T手操器進(jìn)行滿(mǎn)量程校準。
3.2 磁性伸縮液位變送器安裝注意事項和校準方式
3.2.1 磁性伸縮液位計安裝注意事項
(1）在磁性伸縮液位計安裝之前需要對其校準，確定液位計測量準確。
(2）對磁翻板液位計的浮球進(jìn)行驗證試驗，根據浮球質(zhì)量、體積和所測量的介質(zhì)密度確定是否滿(mǎn)足現場(chǎng)要求。
(3）安裝磁翻板液位計后，在進(jìn)行磁性伸縮變送器的安裝，因磁桿較長(cháng)，需對磁桿固定牢固，另外還需防止磁桿變形，影響到液位測量。
(4）為了防止磁性伸縮液位變送器所測信號干擾，需在DCS處加裝信號隔離器。
(5）通過(guò)磁翻板液位計排污口排除的液位，使用密度計對其進(jìn)行測量介質(zhì)密度，確認磁性伸縮變送器所測液位是否準確。
3.2.2 磁性伸縮液位變送器的故障檢查和校準
(1）根據磁性伸縮液位變送器輸出電流值檢查是否存在異常，一般情況輸出信號為3.8m A至20.6m A，如果超過(guò)此數值，需要對磁性伸縮液位變送器電子元件進(jìn)行檢查，確認是否存在異常。
(2）如果磁性伸縮液位變送器輸出信號波動(dòng)或者跳動(dòng)頻繁，需要對線(xiàn)路檢查確定線(xiàn)路無(wú)干擾，然后對磁桿進(jìn)行消磁處理，可以通過(guò)在磁桿兩端同向或者反向移動(dòng)進(jìn)行消磁處理。在對磁性伸縮液位變送器校準過(guò)程中需要避免磁體與磁桿方向成90°，從而造成磁桿出現磁化現象。
3.3 放射源式液位計安裝注意事項和校準方式
3.3.1 放射源式液位計安裝注意事項
(1）進(jìn)行液位測量時(shí)，探棒需要豎直安裝，如有可能，探測器頭朝下。
(2）放射源的輻射角必須對準探棒測量范圍，注意探棒上的量程標識。
(3）進(jìn)行級聯(lián)安裝時(shí)，各臺探棒量程間不能存在間隙。
(4）源盒和探棒的安裝位置必須盡可能靠近容器，必須隔離所有輻射路徑，確保輻射區內無(wú)任何人員。
(5）應采取防護措施，確保避免探棒長(cháng)時(shí)間日曬，#好安裝防護罩。
3.3.2 核輻射式液位計的校準
放射源在校準前需要進(jìn)行簡(jiǎn)單的設定，參數設定完成后就可以進(jìn)行標定操作。
(1）標定的簡(jiǎn)單步驟包括：重置標準值、探測器設置、基本設置。
⑵ 標定：兩點(diǎn)標定、單點(diǎn)標定、多點(diǎn)標定三種標定方式。
①兩點(diǎn)標定：兩點(diǎn)標定（2-Point Calibration）是#常用的標定方法。尤其是在棒源標定的時(shí)候，更適合用兩點(diǎn)標定。也可以用于點(diǎn)源和棒探測器的情況下。兩點(diǎn)標定主要分成測量本底、空罐標定、滿(mǎn)罐標定和檢查標定結果四步。
②單點(diǎn)標定：當無(wú)法進(jìn)行滿(mǎn)罐標定或不希望滿(mǎn)罐狀態(tài)下射線(xiàn)被完全衰減時(shí)，可以進(jìn)行單點(diǎn)標定。
③多點(diǎn)標定：多點(diǎn)標定中標定點(diǎn)至少為3個(gè)，#多可以輸入10個(gè)標定點(diǎn)。多點(diǎn)標定時(shí)，需要知道各個(gè)標定點(diǎn)的物位高度。多點(diǎn)標定適用于各種連續料位測量。標定曲線(xiàn)見(jiàn)圖6。
3.3.3 放射性本底說(shuō)明
本底是指周?chē)h(huán)境中天然存在放射性，天然的放射性本底的大小基本不發(fā)生變化。因此，不考慮天然的放射性本底的變化，認為本底是常數。測量到的本底計數率的大小與探測器的大小有密切的關(guān)系。如果本底測量發(fā)生錯誤，會(huì )導致后續測量發(fā)生漂移。在測量本底時(shí)，必須避免周?chē)衅渌派湓锤蓴_。安裝放射源、探測器完畢后，在空罐、放射源關(guān)閉狀態(tài)下，測量本底。此時(shí)，放射源會(huì )有少量射線(xiàn)被探測器測量到，測量的本底將會(huì )偏大。
(1）空罐標定應滿(mǎn)足的條件：按照設計圖紙安裝放射源、探測器完畢；打開(kāi)放射源；清空料倉中的物料，如果無(wú)法清空，至少應保證料位高度低于測量范圍的#低點(diǎn)；如果上述第3條仍無(wú)法滿(mǎn)足，那么如果知道當時(shí)的物位高度，例如20%，則需要調整低位標定點(diǎn)（將零點(diǎn)的0%更改為20%）。但是由此會(huì )帶來(lái)零點(diǎn)測量的誤差。當零點(diǎn)條件滿(mǎn)足后應盡快重新標定。
(2）單點(diǎn)指數標定說(shuō)明：如果滿(mǎn)點(diǎn)標定無(wú)法進(jìn)行，則使用單點(diǎn)標定模式。輸入零點(diǎn)的標定數據以及料倉的內徑，以及待測物料的密度，系統自動(dòng)計算滿(mǎn)點(diǎn)數據作為標定數據。
(3）多點(diǎn)標定說(shuō)明：測量精度要求較高；料倉形狀不規則，例如：錐形或平放的柱形；料倉內測量路徑上有攪拌器等其他物體。如果無(wú)法用料倉待測物加料到不同的高度來(lái)進(jìn)行標定，也可使用和待測物密度相近的材料來(lái)替代，進(jìn)行標定。一般用水來(lái)作替代品。
(4）調整低位標定點(diǎn)說(shuō)明：零點(diǎn)標定可以影響整個(gè)標定曲線(xiàn)。因此，調整零點(diǎn)后，需要對所有的標定點(diǎn)進(jìn)行調整，以保持標定曲線(xiàn)的形狀不發(fā)生變化。出現下面的情況時(shí)，需要調整零點(diǎn)：①以前進(jìn)行過(guò)多點(diǎn)標定，現在想僅通過(guò)零點(diǎn)調整更新標定曲線(xiàn)；②計算了理論曲線(xiàn)（標定點(diǎn)的理論值），通過(guò)調整零點(diǎn)，輸入理論值，更新標定曲線(xiàn)。
4 結論
液位計是制漿造紙行業(yè)中常見(jiàn)的一種儀器，通過(guò)對常見(jiàn)的法蘭式液位變送器、磁性伸縮液位變送器、放射源料位計等液位儀表的工作原理、安裝注意事項和校準調試等各方面知識的介紹，給從事制漿造紙儀表技術(shù)人員參考和借鑒。
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