浮球液位控制器是一種在工業(yè)現(xiàn)場非常常見的液位控裝置，可以適用于各種容器，各種介質的液體控制，當液位到達上、下切換值時，控制器觸點發(fā)出通斷開關式信號。 浮球液位計產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為1.2級及A、B、C組承壓容器的液位控制。 控制器不適用于對黃銅、不銹鋼等材料有較強腐蝕作用以及含有導磁雜質的介質。
          浮球液位控制器可以根據(jù)現(xiàn)場需求設定上、下位控制或報警，通過物理學和力學原理, 運用參照物的方法計算出在盛油或其他介質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所產生的誤差。
一、問題提出
浮球式液位控制器是在電廠中應用較為廣泛的一種檢測液體的限位報警器, 它是利用液體浮力原理, 當浮球因浮力作用而上下運動時, 接線盒內的磁簧開關受到臂端拉桿影響而進行“ NC” (常閉)接點與“ NO” (常開)接點之互換, 從而輸出液位高低的開關量信號, 然后再帶動其他連鎖動作。由于其具有良好的測量控制效果, 故而火力發(fā)電廠常運用它來控制一些敞開或承壓容器內的水、油等介質的液位。一般情況下, 大多數(shù)安裝方法均是按理想狀態(tài)(4℃時純水)進行安裝, 從而忽略了雖然液面高度相同, 但不同介質密度的不同對控制器內浮球產生的浮力大小不同這一點, 也就使得報警值產生了誤差。
當液面高度相同時, 根據(jù)公式F=ρgV, 其中ρ為介質密度, g為重力加速度, V為容器內介質的體積。由此可得知, 當介質密度越大時, 浮力F就越大(物理學上通常假設溫度在4℃時純水的密度大), 反之就越小。如圖1所示, 兩個相同容器的液位控制器裝在同一個高度。裝有4℃時純水的容器達到報警位置H (假設H為由介質工況而設定的報警高度)發(fā)出報警信號時, 而裝有油或其他介質的容器卻沒有報警, 但是容器內的液面高度確實已經達到報警線了。
二、解決方法
浮球液位控制器
產生圖1中現(xiàn)象的原因是什么呢? 原因就是因為由于介質密度的不同, 造成浮球浸入介質中的高度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連桿達到l1的距離, 觸動開關產生了報警, 而裝在盛油或其他介質容器上的液位控制器的浮球由于液體介質密度小而浸入介質中一定的高度h, 還沒能達到帶動連桿報警的位置。只有當盛有油或其他介質的容器中液面再升高h時, 液位控制器才報警, 顯然, 此時液體已經高出盛水容器中液體的高度了。因此, 雖然兩個容器液面高度相同, 但因為受介質密度的影響, 得到的結果是不同的。在安裝液位控制器時, 如果不考慮所測介質的密度勢必造成報警信號值產生誤差h。如何避免這個誤差, 使得液面高度一樣時, 兩個液位控制器同時報警呢?
如圖2所示:
浮球液位控制器
圖2中, 將裝在油或其他介質容器上的液位控制器向下調整h高度后, 我們就可以得到兩種不同的介質在液面達到同一高度時同時報警的效果了。
由以上兩圖可以得出, 產生誤差值h的主要原因就是因為兩種介質具有不同的密度, 如果想得到精確的報警信號, 就必須克服這個誤差, 但是如何得到h這個誤差值呢? 仍按圖1中的安裝方法安裝, 我們可以想象一下, 當兩個容器的浮球達到報警位置的瞬間, 假設此時兩個容器內的介質密度分別為ρ1和ρ2, 兩個浮球受力分別是F1、F2 , 液面高度分別為H1 、H2 。
浮球液位控制器
根據(jù)力學原理,報警瞬間兩個浮球受到兩種介質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又因為:H2 =H1 +h, 代入上式得:h= (ρ1×H1 -ρ2×H1 ) /ρ2
(1)
根據(jù)介質比重的兩個定義:介質比重∫ =介質重量G/介質體積V和介質密度與4℃純水密度之比, 介質重量G=介質密度ρ×g×V, 計算得出: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為一個常數(shù), H1 為給定的介質工況設定值, 我們只要知道所測介質的密度ρ2就可以求出誤差值h。
得出h后, 我們在安裝液位控制器時, 只要將控制器上的上升限、下降限觸發(fā)線對準比工況設定值低h的地方, 即可避免誤差值h。當然, 測量誤差是不能避免的, 我們所用到的參照物——— 4℃時的純水也是理想狀態(tài)下密度大, 但實際上浮球也會少許浸入其中, 上述方法只是大大減小了測量誤差。
 
三、總結
質量是百年大計。在河南第一火電建設公司以往工程項目部熱控專業(yè)采用此方法安裝液位控制器后, 使其測量的準確度一直保持在較高的水平, 保證了機組安全穩(wěn)定運行, 減少了機組由于報警信號測量不準而發(fā)生誤動的次數(shù), 使公司熱控施工處獲得了良好的質量信譽。