摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，自動化系統(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，提供及時準(zhǔn)確的信息。目前采用的液位計的種類繁多，主要有：電容式液位計、雷達(dá)液位計、超聲波液位計、壓力式液位計等，液位檢測在許多控制領(lǐng)域已較為普遍，各種方式都根據(jù)其需要設(shè)計完成，其結(jié)構(gòu)、量程和精度適用于各自不同的場合，大多結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，制造成本偏高。電容式液位計以其出色的精度，抗干擾性和對介質(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。本文針對電容式液位計原理、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在化工生產(chǎn)的應(yīng)用。
一、電容式液位計原理
電容物位變送器是利用測量電容的變化達(dá)到測量物位高度的一種儀表，測量原理如上圖所示：
其中：1 是直徑d 的導(dǎo)電圓柱體
2 是絕緣材料
3是測量筒或容器壁內(nèi)電極1和測量筒壁3形成一個同軸電容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，檢測探極電容C 的變化即可測量液位高度。
電容式液位計電路框圖如下：
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。激勵源產(chǎn)生一個所需要的特定激勵信號來驅(qū)動差動電容檢測電路，差動電容檢測電路將C 與C0的差值轉(zhuǎn)換成一個微弱的小電流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。
二、電容式液位計使用注意事項
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，信號處理器引線是否松動，脫落。
（2）型號與技術(shù)規(guī)格：
儀表的型號和主要技術(shù)規(guī)格都打印在外殼的銘牌上，收貨時請核對一下是否與原定貨時的規(guī)格相符合。來函來電時，應(yīng)告知銘牌上的型號，出廠編號和傳感器探極長度。
（3）運(yùn)輸時注意事項：
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）存放時注意事項：
儀器到達(dá)之后應(yīng)及時安裝，以免變送器中的信號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 注意下列事項：
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：
電容式液位計是利用電容量的變化來測量容器內(nèi)介質(zhì)物位的測量儀器，測量的過程主要就是依賴兩個電極之間的電容量變化，也就是說電容液位計的靈敏度是取決于兩個介質(zhì)，氣體、和液體的介電常數(shù)的差值。電容液位計的測量必須保證兩個介質(zhì)的介電常數(shù)保持一致，否則介電常數(shù)的變化會直接導(dǎo)致誤差的產(chǎn)生。
1、露天安裝時，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)不能有較大的擺動幅度，否則會出現(xiàn)信號不穩(wěn)定現(xiàn)象。
4、探極線安裝時，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，探極線與容器的距離必須保證相對固定。
5、對單線軟探極，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液面以上，覺對不允許將多余部分盤繞在容器底部或有效測量段。
6、在容器內(nèi)有攪拌或液體可能產(chǎn)生大量氣泡時，為保護(hù)探極線和避免液體波動及氣泡而產(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，應(yīng)保證探極線在管內(nèi)位置相當(dāng)穩(wěn)定，必要時對探極線加支撐拉直。
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)檢查信號處理器"+"，"-" 引出線是否松動，脫落，儀表指示表頭固定螺紋及固定柱是否松有動，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，接觸信號處理器" 傳感器" 端子，儀表指示應(yīng)增大，否則表明儀表信號處理器損壞。此時要進(jìn)行儀表信號處理器的更換。
（3）如果儀表指示打滿，將信號處理器" 傳感器" 引線取下，若儀表指示依然打滿，表明信號處理器損壞，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處理器取下，用500V 搖表或500 型萬用表"x10K" 檔測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)場出現(xiàn)指示值上下波動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）電容式液位計出現(xiàn)波動時shou先要考慮是否液位真的出現(xiàn)了波動，此時就應(yīng)該與工藝進(jìn)行協(xié)商解決，如果不是液位的波動造成的液位計的波動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有一種簡單地判定步驟。如下圖所示：
四、總結(jié)
電容式液位計作為一種比較成熟的測量液位的方式，電容式液位計廣泛用于石油、化工、冶金、電力、造紙、制藥等各個領(lǐng)域，化工廠：檢測滌綸、氨綸、酸、堿等化工原料的液位；環(huán)保：檢測污水液位；鍋爐廠：檢測壓力容器內(nèi)介質(zhì)的液位；液壓機(jī)械：檢測潤滑油液位；糧食部門：檢測食用油液位；油田：檢測成品油液位。在未來電容式液位計也將為人類進(jìn)步與發(fā)展起到很大的作用。
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