電動浮筒液位計測量原理

變送器是借助于阿基米德定律及力平衡原理而工作的。

相當(dāng)于被測液面高度的浮筒懸掛在下杠桿端部，液位上升時，浮筒沉浸在液體中，并受到阿基米德定律向上的浮力作用。其浮力F等于:

F=1/4ΠD·H·ρ

式中:D-浮筒外徑

H-液位高度

ρ-介質(zhì)密度

當(dāng)液位上升時，浮筒失去自重，支承點杠桿力發(fā)生變化，通過稱重傳感器測得浮筒浮力的大小，即可得到液面的高度。經(jīng)轉(zhuǎn)換，輸出與液位高度成比例的4~20mA.DC標(biāo)準(zhǔn)信號。遠(yuǎn)傳至控制室，實現(xiàn)遠(yuǎn)程液位顯示或工藝流程的控制。

利用不同的計算方法，可以測出兩種不同介質(zhì)的界面高度或某些介質(zhì)的比重。變送器帶有0~100%指示表，0%為4mA，100%為20mA。

由于介質(zhì)密度的不同，會影響浮筒浮力的大小，因此，變送器設(shè)有密度及零點、量程調(diào)節(jié)電位器，以便對輸出信號進(jìn)行調(diào)整。

二、HUTD-Z系列 智能型電動浮筒液位變送器■概述

HUTD-Z系列智能型電動浮筒液位變送器，采用先進(jìn)的稱重傳感技術(shù)，其傳感器和主要元器件選用進(jìn)口優(yōu)質(zhì)器件，變送器采用微處理技術(shù)，輸出4~20mA模擬信號和疊加在此信號上符合HART通訊協(xié)議的數(shù)字信號。因此，智能變送器具有對輸出特性進(jìn)行線化處理，監(jiān)測、遠(yuǎn)程組態(tài)及遠(yuǎn)程診斷、調(diào)整等功能。

智能變送器應(yīng)配有手操編程器、全中文的便攜式PC-HART通訊器等，可與所有符合HART協(xié)議的設(shè)備聯(lián)網(wǎng)使用，實現(xiàn)數(shù)字雙向通訊與工藝過程檢測和控制。

智能型變送器可廣泛用于石油、化工、煉化、制藥等工業(yè)中各種容器內(nèi)液體液位、分層界面或比重的連續(xù)測量。

■主要功能

利用手操編程器和符合HART通訊協(xié)議的其它設(shè)備對智能變送器在現(xiàn)場和遠(yuǎn)程進(jìn)行如下操作:

l 讀取過程變量

如原始變量值、mA值、百分比范圍等

l 零點、量程設(shè)置

用手操器調(diào)整或用變送器零點、滿度電位器調(diào)整

l 讀取診斷信息

診斷信息有:參數(shù)設(shè)置太高、太低;超過測量范圍;4~20mA超出范圍等

l HART通訊指令

利用手操器或其它設(shè)備與智能變送器進(jìn)行通訊，在顯示屏上可讀取PV值、電流值、百分?jǐn)?shù)等信息。能實現(xiàn)使用范圍內(nèi)所有的HART指令。

■結(jié)構(gòu)及測量原理

智能型電動浮筒液位變送器由檢測、轉(zhuǎn)換和變送器三部分組成。檢測部分由浮筒、浮筒室、連桿組件等部分組成;轉(zhuǎn)換部分由杠桿系統(tǒng)、傳感器等組成;變送器部分由A/D、D/A轉(zhuǎn)換、微處理器及信號輸出電路等部分組成。

三、通用技術(shù)參數(shù)

1. 測量范圍與浮筒規(guī)格: (mm)

注:所要求測量范圍，若在表內(nèi)所列兩個測量范圍之間某一值時，訂貨時請注明。

2. 測量精度:±0.5%;±1.0%;±1.5%(FS)

3. 靈 敏 度:0.05%

4. 輸出信號:標(biāo)準(zhǔn)型:4~20mA.DC, 二線制;24V.DC供電

智能型:4~20mA，疊加符合HART協(xié)議的數(shù)字信號

5. 負(fù)載電阻:額定250Ω，最高600Ω，

負(fù)載電阻與供電電壓關(guān)系

6. 出線口:M20×1.5(內(nèi))

7. 工作壓力:1.6~16.0MPa

8. 介質(zhì)溫度:-20~150℃

150~400℃(帶散熱片)

9. 介質(zhì)密度:0.4~2.0g/cm(測液位)

密 度 差:≥0.15g/cm(測界面)

10. 防爆型防爆等級:ExdIICT4-6、ExiaIICT4-6

防爆合格證號:8060710

外殼防護(hù)等級:IP66

11. 環(huán)境條件:溫度，-20~60℃

濕度，≤85%

12. 連接方式:法蘭連接，DN40

法蘭標(biāo)準(zhǔn):PN1.6、2.5，平面，JB/T81-94

PN4.0~16.0,凸面，JB/T82.2-94

也可按用戶提供的規(guī)格及標(biāo)準(zhǔn)制造

13. 材 質(zhì):浮 筒:1Cr18Ni9Ti

浮筒室及法蘭:Q235A或1Cr18Ni9Ti

14. 測量范圍及對介質(zhì)比重、比重差的要求

四、選型標(biāo)記

型號標(biāo)記為:HUTD-Z-A2 P3 D Y20-1500Ⅱ(智能型)

注:"附加規(guī)格"一欄，如不需要，選型標(biāo)記中空項。

五、變送器的調(diào)試

說明

(1).變送器出廠前已按訂貨要求進(jìn)行了逐臺調(diào)試，但經(jīng)長途運輸顛簸或長期庫存后，安裝使用前或設(shè)備大修時，需要對變送器的主要性能進(jìn)行檢查。

(2).標(biāo)牌上"介質(zhì)密度(差)"欄內(nèi)注明的范圍，是指該臺變送器可測密度在此范圍內(nèi)的任何液體。

(3).標(biāo)牌上"出廠調(diào)試密度(差)"欄內(nèi)所標(biāo)注的數(shù)據(jù)，是指用戶提供的數(shù)據(jù)，并按此密度(差)調(diào)試出廠。在實際使用中，如果被測介質(zhì)密度(差)有所改變，則應(yīng)按實際密度(差)進(jìn)行重新調(diào)試。

(4).調(diào)試所需設(shè)備

l 可調(diào)電源:0~30V.DC,1臺

l 毫安表:0~30mA.DC,±0.2%,1臺

l 負(fù)載電阻:250Ω，1只

l 二等標(biāo)準(zhǔn)砝碼:1kg,1套

l 刻度尺:1只

(5).調(diào)試方法分掛重法和水標(biāo)法兩種

(一)掛重法

1.液位調(diào)試

▲ 浮力計算:

l 浮筒浮力:F1=π/4·D·H·ρ

l 浮筒重G與浮力之差:F2=G-F1

式中:D-浮筒外徑(cm);

H-浮筒長度(變送器量程)(cm)

ρ-介質(zhì)密度(g/cm3)

▲ 將變送器水平固定在校驗架上，并按圖5接線。

(1)零點調(diào)試(4mA)

在托盤上放入同浮筒重G等重的砝碼(含托盤重)，調(diào)整零位電位器，使輸出為4mA.

(2) 滿度調(diào)試(20mA)

在托盤上放入同F(xiàn)2等值的砝碼(含托盤重)，調(diào)整量程電位器，使輸出為20mA.

按(1)、(2)兩步，反復(fù)調(diào)整幾次，直至滿意為止。

2.界面調(diào)試

▲根據(jù)兩種介質(zhì)密度，分別計算出輕重密度下的浮力FQ和Fz

FQ=π/4·D2·H·ρQ

FZ=π/4·D·H·ρz

式中:D-浮筒外徑(cm) H-浮筒長(量程)(cm)

ρQ-輕介質(zhì)密度(g/cm) ρz-重介質(zhì)密度(g/cm)

▲ 根據(jù)FQ和FZ計算出調(diào)零掛重砝碼重量fo和滿量程掛重砝碼重量fm。

fo=G-FQ

fm=G-FZ

式中:G-浮筒重量(標(biāo)牌上標(biāo)出)

(1)零點調(diào)試(4mA)

l 在托盤上放入同fo等值的砝碼(含托盤重)，調(diào)零點電位器，傳輸出為4mA

l 若輕介質(zhì)密度ρQ高于訂貨時提供的密度0.1g/cm3以上時，則有可能會出現(xiàn)調(diào)不出4mA的現(xiàn)象。此時，將零點電位器按原來調(diào)整方向的相反方向旋轉(zhuǎn)10圈左右，使電位器基本處于中間位置，再調(diào)整密度電位器，使輸出為4mA左右。然后調(diào)整零位電位器，使輸出為4mA準(zhǔn)確值。

(2)滿度調(diào)試

在托盤上放入fm等值的砝碼，調(diào)量程電位器，使輸出為20mA.

(二) 水校法

水校法調(diào)試校驗裝置示意圖如圖6所示。

1. 液位調(diào)試

▲介質(zhì)密度≤1g/cm3(水)時:

根據(jù)被測介質(zhì)密度和量程，

計算滿量程所對應(yīng)的水位高度h(mm):

h=H·ρ

式中，H-浮筒長度(量程)mm:

ρ-被測介質(zhì)密度，g/cm3

(1) 零點調(diào)試

排凈浮筒室內(nèi)的清水，調(diào)整零位電位器，使輸出為4mA.

(2) 滿度調(diào)試

打開進(jìn)水閥，向浮筒室內(nèi)注入清水，使水位升高等于h,立即關(guān)閉水閥，調(diào)整量程電位器，使輸出為20mA.

按(1)、(2)兩步，反復(fù)調(diào)整幾次，直至滿意為止。

▲ 介質(zhì)密度>1g/cm3(水)時:

當(dāng)被測介質(zhì)密度大于水的密度時，則取量程內(nèi)的任意一點做為滿度(上限)調(diào)試點。調(diào)試前，應(yīng)先計算出該點所對應(yīng)的水位高度和該點在量程內(nèi)所對應(yīng)的電流值。

例如:量程為1500mm,被測介質(zhì)密度為1.1g/cm3,取1300mm處為滿度(上限)調(diào)試點，則:

對應(yīng)水位高度應(yīng)為:h=1300×1.1=1430(mm)

該點對應(yīng)的電流應(yīng)為:Ⅰ=4+1300/1500×16=17.87(mA)

計算結(jié)束后，調(diào)試方法如下:

(1) 零點調(diào)試

排凈浮筒室內(nèi)的清水，調(diào)整零位電位器,傳輸出為4mA。

(2) 滿度調(diào)試

滿度調(diào)試則在水位為1430mm處調(diào)量程電位器，使輸出為17.87mA，反復(fù)幾次，直至滿意為止。

2 界面調(diào)試

▲ 兩種介質(zhì)密度均≤1g/cm3(水)時

l 根據(jù)兩種不同的介質(zhì)密度，分別計算出零點對應(yīng)的水位高度h0(mm)和滿度時所對應(yīng)的水位高度h(mm)

h0=H·ρQ

hm=H·ρz

式中，H-量程(浮筒長mm)

ρQ-輕介質(zhì)密度(g/cm)

ρz-重介質(zhì)密度(g/cm)

l 計算出h0和hm后，以浮筒底面高度的刻度線為基準(zhǔn)，分別畫出h0和hm在刻度標(biāo)尺上的標(biāo)記

(1)零點調(diào)試

l 向浮筒室內(nèi)注入清水，使水位高度等于h0，關(guān)閉進(jìn)水閥，調(diào)整零位電位器，使輸出為4mA

l 若輕介質(zhì)的密度ρQ高于訂貨時所提供的密度0.1g/cm以上時，則有可能會出現(xiàn)調(diào)不出4mA的現(xiàn)象。此時，將零位電位器按原來調(diào)整方向的相反方向旋轉(zhuǎn)10圈左右，使電位器基本處于中間位置，再調(diào)整密度電位器，使輸出為4mA左右，然后，再調(diào)整零位電位器，使輸出為4mA準(zhǔn)確值。

(2)滿度調(diào)試

向浮筒室內(nèi)注入清水，使水位高度等于hm,關(guān)閉進(jìn)水閥，調(diào)量程電位器，使輸出為20mA。

按上述(1)、(2)兩步，反復(fù)調(diào)整幾次，直至滿意為止。

▲ 重介質(zhì)密度>1g/cm3(水)時

滿度的調(diào)整，可取高于零點調(diào)試水位h0的任意一點做為滿量程調(diào)試點，具體方法可參照水校法液位調(diào)試中"介質(zhì)密度>1g/cm3(水)"的調(diào)試方法。

(三)測比重的調(diào)試方法

調(diào)試方法與測量界面基本相同，只是計算浮力差時，按同一介質(zhì)比重在最大和最小兩點來計算。

(四)線性度的調(diào)試方法

變送器在出廠前線性度已調(diào)好，用戶一般不需檢查，只需根據(jù)工藝參數(shù)調(diào)好零點和滿度(上、下限)即可。如用戶要檢查線性度，可按下面公式計算配重，檢查量程內(nèi)任意一點的線性度。

(1)測量液位時

任意位置(x%)砝碼重=G-π/4D·x%·H·ρ

(2) 測量界面時

任意位置(x%)砝碼重=G-π/4D·H(x%·Δρ+ρQ)

(3)測量比重時

計算公式與測液位公式基本相同，只是按不同比重值計算配重。

各式中:G-浮筒重(g)

H-浮筒長度(cm)

ρ-介質(zhì)密度(g/cm)

Δρ-兩種介質(zhì)密度差，Δρ=ρz-ρQ

ρz-重介質(zhì)密度(g/cm)

ρQ-輕介質(zhì)密度(g/cm)

x%-量程(浮筒長度)的百分?jǐn)?shù)

(五)測界面時零點遷移問題

測界面時，浮筒上端各部件均浸在輕介質(zhì)中，因此，會產(chǎn)生一定的浮力，此浮力是一個常數(shù)，由它產(chǎn)生的附加電流也是一個學(xué)數(shù)，它對調(diào)好的量程無任何影響，只是導(dǎo)致零點略高于已調(diào)好的零點值(4mA),這個附加電流值很小，若測量精度要求不高，就無須進(jìn)行零點遷移，若測量精度要求較高，需將此附加電流遷移掉。

下面介紹二種遷移方法，供參考:

(1) 將浮筒室內(nèi)全部充滿輕介質(zhì)(注意:一定使浮筒上端部件全部浸在輕介質(zhì)中)，調(diào)整零點電位器，使電流輸出4mA即可。

(2) 在可觀察到的任一界面上，調(diào)整零位電位器，使輸出電流與該點界面對應(yīng)的電流值即可。上述二種調(diào)試方法，用戶可根據(jù)實際情況選用，也可采用其它方法。但請注意，無論采用什么方法進(jìn)行遷移，只能調(diào)整零位電位器。

六.安裝注意事項

1. 開箱時，要避免過大沖擊和振動

2. 首先將杠桿端頭的壓板螺釘擰開，將浮筒掛鉤掛上，將上限位壓板裝好，再將表頭部保護(hù)支撐螺桿卸下即投入使用。

3. 裝應(yīng)牢固可靠，浮筒室必須確保垂直，以防止浮筒與浮筒室內(nèi)壁相撞。

4. 裝過程中，要防止變送器產(chǎn)生強烈振動或沖擊，特別對浮筒掛勾不得大幅度地擺動或拉壓，以免損壞傳感器，降低儀表精度。

5. 對于易凝、易結(jié)晶、易沉淀及粘度較大的被測介質(zhì)應(yīng)選用帶保溫夾套式，現(xiàn)場應(yīng)備有蒸汽管線。

6. 在現(xiàn)場，采用掛重法調(diào)試后的變送器接入裝置后，在調(diào)試中只要各參數(shù)計算準(zhǔn)確，則在量程內(nèi)電流的變化量(20mA-4mA=16mA)是不會變的。在使用中，若輸出電流值與實際測量值不符，則可能是在浮筒裝配過程中由于振動，垂直度等原因而導(dǎo)致零點改變。此時，可在任一測量值上調(diào)整零位電位器，使電流與該點測量值相符即可(此過程只能調(diào)整零位電位器)。

七、使用注意事項

1. 防爆型產(chǎn)品，安裝前應(yīng)檢查變送器的防爆等級、溫度組別及關(guān)聯(lián)設(shè)備與現(xiàn)場環(huán)境是否相符。

2. 在調(diào)試和維修時，不得改變電路參數(shù)和結(jié)構(gòu)，不得改變元器件的規(guī)格、型號及參數(shù)

3. 傳輸電纜與變送器引入裝置在連接處需加撓性保護(hù)管，變送器端子連接處應(yīng)加絕緣套管

4. 變送器外殼必須良好接地

5. 工作環(huán)境溫度最高不得超過60℃;電器元件及導(dǎo)線等最高溫度不得超過35℃

6. 產(chǎn)品出廠時，在變送器關(guān)鍵部位做了涂紅標(biāo)記，標(biāo)記處請不要隨意扭動，以免影響變送器性能。如需要，請與本公司取得聯(lián)系，及時妥善地處理

7. 變送器接線

本安型接線框圖如圖7所示。布線時，應(yīng)盡量避免外界電磁干擾的影響，電纜分布參數(shù)應(yīng)控制在規(guī)定值內(nèi)。

8.安全柵的安裝使用和維護(hù)，應(yīng)遵守安全柵使用說明書。

9.防爆型變送器系統(tǒng)的安裝使用和維護(hù)，應(yīng)嚴(yán)格遵守中華人民共和國爆炸危險場所電氣安全規(guī)程。

10.變送器存放時，應(yīng)存貯在通風(fēng)干燥的庫房內(nèi)，且不應(yīng)含有對變送器有腐蝕的物質(zhì)或氣體。

注:去掉安全柵，即為隔爆型接線。

八、訂貨須知

1. 請按選型標(biāo)記注明各項參數(shù)

2. 用于液位測量時，請?zhí)峁┍粶y介質(zhì)密度

3. 用于界面測量時，請分別提供兩種介質(zhì)的密度

4. 用于比重測量時，請分別提供介質(zhì)最大濃度和最小濃度時的比重。

浮筒室和法蘭有碳鋼和不銹鋼兩種材質(zhì)，訂貨時請注明;其余接液材質(zhì)均為1Gr18Ni9Ti

九、變送器結(jié)構(gòu)尺寸

十、安裝示意圖

l 測量范圍大，最大可達(dá)3000mm;超過3000mm可特殊

訂貨

l 現(xiàn)場指示、遠(yuǎn)傳兼容

l 機(jī)械位移，使其具有良好的可靠性，從而提高了變送器

的測量精度及靈敏度

l 耐高溫、高壓，耐腐蝕性能強

l 現(xiàn)場調(diào)試方便，易于檢查和維護(hù)

HUTD-B系列 標(biāo)準(zhǔn)型電動浮筒液位變送器，采用先進(jìn)的稱重傳感技術(shù)，使測量系統(tǒng)具有測量精度高、性能穩(wěn)定、抗過載偏心能力強等特性。

變送器將液位或界面或比重的變化連續(xù)的轉(zhuǎn)換為4~20mA.DC標(biāo)準(zhǔn)電流信號輸出。同時，表頭指針以百分?jǐn)?shù)形式連續(xù)指示出被測參數(shù)的量值。

輸出信號遠(yuǎn)傳至控制室，實現(xiàn)被測參數(shù)的遠(yuǎn)程顯示或?qū)に囘^程的控制

HUTD系列電動浮筒液位變送器，可廣泛適用于石油、化工、制藥等工業(yè)中常壓或帶壓容器內(nèi)各種液體液位、分層界面或比重的連續(xù)測量。 變送器按其功能的不同，可分為標(biāo)準(zhǔn)型和智能型兩種 。型號分別為:

l 標(biāo)準(zhǔn)型電動浮筒液位變送器

型號:HUTD-B

l 智能型電動浮筒液位變送器

型號:HUTD-Z