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浮子式液位計的液位示值誤差分析

日期：2018-03-13 來源：作者：

【摘要】核電廠內大量應用浮子式液位計，這種液位計反應速度快，讀數方便。但普遍存在液位測量結果與實際液位存在偏差的情況，論文即對浮子式液位計測量結果偏大情況進行分析，幫助維修人員解決偏差。

1 問題簡述

在 AHP(高壓加熱器)001BA（用 001BA 指代實際的罐）中有兩個液位測量裝置，分別為 AHP001MN 和 AHP001LN（用001MN 和 001LN 指代實際的測量裝置），其中 AHP001MN 為超聲波液位測量裝置，AHP001LN 為就地顯示的磁翻板液位計，兩個液位計測量同一液位。

在工作過程中遇到了 001LN 測量的液位值比實際設定的液位值要高 10cm，在測量通道中水溫會低于罐中的水溫，水溫下降會導致水的密度上升，水的密度上升會產生兩個相反的作用：①測量通道中水位下降，001LN 測量值偏低；②001LN浮球有更多部分浮在水面上，造成測量值偏高。在本文中會對這一現象做出分析，并提出解決方案。

2 原因分析

假設罐子的實際液位為 h 2 ，由于 AHP001 中為高溫高壓的水，在引出測量管線測液位的過程中，由于保溫套管或是其它方面的原因會造成 001MN 和 001LN 測量管中的水溫低于001BA 中的水溫，由常識可知在壓力不變的情形下水的溫度反向作用于水的密度，在該問題中就是由于測量端的水溫下降，測量裝置中水的液位由設定值 h 2 降低為 h 1 。在問題分析中我們必須做出一個假設，那就是測量裝置 001MN 和 001LN 中的水溫是一樣的，這樣可以保證兩個裝置的水位一致。AHP001MN 測量到的水位為 h 1 ，低于設定值，此時水位控制系統開始工作，將測量裝置中的水位提升到 h 2 。

水位進行調整時，將測量裝置中的水位調整到了 h 2 ，此時實際 001BA 中的水位為 h 3 。設備正常工作時，在 001BA 中的水位究竟為多少是不可知的，我們只能假設 AHP001MN 測量設備非常xianjin，它所測量的即為 001BA 中的實際液位，在測量通道的水位由于溫度下降而降低時，控制作用會增加 001BA中的水，直達 001MN 測量的水位為設定值。而 AHP001LN 和AHO001MN 兩個測量管道中的水位是一致的，因此不管測量管道中的溫度下降到什么程度，可能會在短時間內測量通道的水位低于設定值，但經過調整都會達到設定值的水位，因此測量通道的水位下降不會直接導致 001LN 液位測量值下降。

當水溫下降，水的密度提高時會影響浮球在水中的位置，進而影響到測量的水位。液位計的浮球是由三節空心不銹鋼圓筒構成，其中zui上面一節圓筒中線位置含有磁性材料，它帶動外邊磁翻板動作，產生液位指示信號 [1] 。假設每個浮球的中心部分近似為一段圓柱，浮球按照安裝方向豎直放置時，h 1 為頂部浮球中心點，h 2 為液面對應高度，Δh 為兩者相對高度(Δh=h 2 -h 1 )，底部到 h 1 高度對應浮球的體積為 V 1 ，液面高度所對應浮球的體積為 V 2 ，兩者的相對體積為 ΔV（ΔV=V 2 -V 1 ），假設液面所對應的位置處于浮球圓柱部分，則有以下公式：

橫坐標為液體的密度，縱坐標為浮球的相對高度，由圖可知，液體的密度越大，浮球在液面以上的部位越多，測量得到的液位值越大。

3 原因小結

①001MN 測量管道的溫度低于 001LN 測量管道溫度，這樣可以會使 001MN 處液位低于 001LN 處，造成磁翻板液位計測量值偏高。

②001LN 測量管道溫度低，液體密度升高，導致磁翻板液位計測量值升高。

既然測量到的磁翻板液位計總是比設定值高，此時應采取有效措施將該液位計的示數降下來，在這里選用的是zui簡單的方法—— — 給浮球增加重量。可采用兩個不銹鋼 316L 圓餅，直徑 3cm，高度 1cm，密度8.03g/cm 3 每個圓餅重量約 55g，將這個不銹鋼圓餅焊接在浮球的底部可以增加浮球的重量。假設液體的密度為 860mg/m 3 ，此時由公式可知相對高度Δh 與浮球質量的關系如公式所示：

由公式可知，在密度確定的情況下，浮球重量每增加 55g，相對高度變化 1.9cm，即觀測到的磁翻板液位計指示值下降1.9cm，該情形下假如要消除 10cm 的測量需要掛上 5 個不銹鋼圓餅，但是由于原模型有

的限制，為了保證精度，Δh 的取值應小于 4.7cm，液體的密度為 860mg/m 3 ，浮球默認相對高度為-1.8cm，所以總共有 6.5cm 的裕度，可以掛 3 個不銹鋼圓餅，將測量指示值拉下來 5.7cm。此時若掛上第 4 個不銹鋼圓餅，浮球的總質量達到 1060g，而浮球的總體積（含加上去的不銹鋼鐵餅體積）約為 1280ml，在密度為 860mg/m 3 的液體下，zui大浮力為 1100g，在該情形下浮球基本上絕大部分浸在液體內部，且一旦液體的密度稍作改變，浮球就有下沉的危險，不適合做液位指示，倘若在浮球上加 5 個不銹鋼圓餅，浮球將直接沉入液體底部。