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浮球液位控制器是一種在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)非常常見的液位控裝置，可以適用于各種容器，各種介質(zhì)的液體控制，當(dāng)液位到達(dá)上、下切換值時(shí)，控制器觸點(diǎn)發(fā)出通斷開關(guān)式信號(hào)。 浮球液位計(jì)產(chǎn)品系列分防爆或非防爆兩大類，防爆型能用于易燃和易爆介質(zhì)為1.2級(jí)及A、B、C組承壓容器的液位控制。 控制器不適用于對(duì)黃銅、不銹鋼等材料有較強(qiáng)腐蝕作用以及含有導(dǎo)磁雜質(zhì)的介質(zhì)。
          浮球液位控制器可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需求設(shè)定上、下位控制或報(bào)警，通過物理學(xué)和力學(xué)原理, 運(yùn)用參照物的方法計(jì)算出在盛油或其他介質(zhì)的容器上安裝液位控制器及理想狀態(tài)下(4℃純水)安裝的偏差值, 從而大大減小了舊方法在安裝浮球液位控制器時(shí)所產(chǎn)生的誤差。
一、問題提出
浮球式液位控制器是在電廠中應(yīng)用較為廣泛的一種檢測(cè)液體的限位報(bào)警器, 它是利用液體浮力原理, 當(dāng)浮球因浮力作用而上下運(yùn)動(dòng)時(shí), 接線盒內(nèi)的磁簧開關(guān)受到臂端拉桿影響而進(jìn)行“ NC” (常閉)接點(diǎn)與“ NO” (常開)接點(diǎn)之互換, 從而輸出液位高低的開關(guān)量信號(hào), 然后再帶動(dòng)其他連鎖動(dòng)作。由于其具有良好的測(cè)量控制效果, 故而火力發(fā)電廠常運(yùn)用它來控制一些敞開或承壓容器內(nèi)的水、油等介質(zhì)的液位。一般情況下, 大多數(shù)安裝方法均是按理想狀態(tài)(4℃時(shí)純水)進(jìn)行安裝, 從而忽略了雖然液面高度相同, 但不同介質(zhì)密度的不同對(duì)控制器內(nèi)浮球產(chǎn)生的浮力大小不同這一點(diǎn), 也就使得報(bào)警值產(chǎn)生了誤差。
當(dāng)液面高度相同時(shí), 根據(jù)公式F=ρgV, 其中ρ為介質(zhì)密度, g為重力加速度, V為容器內(nèi)介質(zhì)的體積。由此可得知, 當(dāng)介質(zhì)密度越大時(shí), 浮力F就越大(物理學(xué)上通常假設(shè)溫度在4℃時(shí)純水的密度大), 反之就越小。如圖1所示, 兩個(gè)相同容器的液位控制器裝在同一個(gè)高度。裝有4℃時(shí)純水的容器達(dá)到報(bào)警位置H (假設(shè)H為由介質(zhì)工況而設(shè)定的報(bào)警高度)發(fā)出報(bào)警信號(hào)時(shí), 而裝有油或其他介質(zhì)的容器卻沒有報(bào)警, 但是容器內(nèi)的液面高度確實(shí)已經(jīng)達(dá)到報(bào)警線了。
二、解決方法
浮球液位控制器
產(chǎn)生圖1中現(xiàn)象的原因是什么呢? 原因就是因?yàn)橛捎诮橘|(zhì)密度的不同, 造成浮球浸入介質(zhì)中的高度h不同。圖1中, 安裝在純水容器上的液位控制器的浮球由于受浮力的作用推動(dòng)連桿達(dá)到l1的距離, 觸動(dòng)開關(guān)產(chǎn)生了報(bào)警, 而裝在盛油或其他介質(zhì)容器上的液位控制器的浮球由于液體介質(zhì)密度小而浸入介質(zhì)中一定的高度h, 還沒能達(dá)到帶動(dòng)連桿報(bào)警的位置。只有當(dāng)盛有油或其他介質(zhì)的容器中液面再升高h(yuǎn)時(shí), 液位控制器才報(bào)警, 顯然, 此時(shí)液體已經(jīng)高出盛水容器中液體的高度了。因此, 雖然兩個(gè)容器液面高度相同, 但因?yàn)槭芙橘|(zhì)密度的影響, 得到的結(jié)果是不同的。在安裝液位控制器時(shí), 如果不考慮所測(cè)介質(zhì)的密度勢(shì)必造成報(bào)警信號(hào)值產(chǎn)生誤差h。如何避免這個(gè)誤差, 使得液面高度一樣時(shí), 兩個(gè)液位控制器同時(shí)報(bào)警呢?
如圖2所示:
浮球液位控制器
圖2中, 將裝在油或其他介質(zhì)容器上的液位控制器向下調(diào)整h高度后, 我們就可以得到兩種不同的介質(zhì)在液面達(dá)到同一高度時(shí)同時(shí)報(bào)警的效果了。
由以上兩圖可以得出, 產(chǎn)生誤差值h的主要原因就是因?yàn)閮煞N介質(zhì)具有不同的密度, 如果想得到精確的報(bào)警信號(hào), 就必須克服這個(gè)誤差, 但是如何得到h這個(gè)誤差值呢? 仍按圖1中的安裝方法安裝, 我們可以想象一下, 當(dāng)兩個(gè)容器的浮球達(dá)到報(bào)警位置的瞬間, 假設(shè)此時(shí)兩個(gè)容器內(nèi)的介質(zhì)密度分別為ρ1和ρ2, 兩個(gè)浮球受力分別是F1、F2 , 液面高度分別為H1 、H2 。
浮球液位控制器
根據(jù)力學(xué)原理,報(bào)警瞬間兩個(gè)浮球受到兩種介質(zhì)給予的浮力是相同的,即F1=F2(如圖3所示)。根據(jù)公式:盛水容器液位控制器浮球受浮力F1=ρ1 gV1盛油或其他介質(zhì)控制器浮球受浮力F2 =ρ2 gV2即:ρ1 gV1 =ρ2 gV2得到:ρ1×容器底面積×H1 =ρ2×容器底面積×H2又因?yàn)?H2 =H1 +h, 代入上式得:h= (ρ1×H1 -ρ2×H1 ) /ρ2
(1)
根據(jù)介質(zhì)比重的兩個(gè)定義:介質(zhì)比重∫ =介質(zhì)重量G/介質(zhì)體積V和介質(zhì)密度與4℃純水密度之比, 介質(zhì)重量G=介質(zhì)密度ρ×g×V, 計(jì)算得出:ρ2 /ρ1 =ρ2 ×g, 即得出:ρ1 =1 /g, 代入式(1), 從而得到:h= (H1 /g-ρ2×H1 ) /ρ2
(2)
由式(2)我們可以看出, g為一個(gè)常數(shù), H1 為給定的介質(zhì)工況設(shè)定值, 我們只要知道所測(cè)介質(zhì)的密度ρ2就可以求出誤差值h。
得出h后, 我們?cè)诎惭b液位控制器時(shí), 只要將控制器上的上升限、下降限觸發(fā)線對(duì)準(zhǔn)比工況設(shè)定值低h的地方, 即可避免誤差值h。當(dāng)然, 測(cè)量誤差是不能避免的, 我們所用到的參照物——— 4℃時(shí)的純水也是理想狀態(tài)下密度大, 但實(shí)際上浮球也會(huì)少許浸入其中, 上述方法只是大大減小了測(cè)量誤差。
 
三、總結(jié)
質(zhì)量是百年大計(jì)。在河南第一火電建設(shè)公司以往工程項(xiàng)目部熱控專業(yè)采用此方法安裝液位控制器后, 使其測(cè)量的準(zhǔn)確度一直保持在較高的水平, 保證了機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行, 減少了機(jī)組由于報(bào)警信號(hào)測(cè)量不準(zhǔn)而發(fā)生誤動(dòng)的次數(shù), 使公司熱控施工處獲得了良好的質(zhì)量信譽(yù)。