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              精確安裝浮球液位控制器需要考慮介質密度對于測量高度的影響

              發表時間:2018-06-28 ??點擊次數:? 技術支持:15601403222
                一、本文背景
                   
              浮球式液位控制器的使用范圍很廣泛,無論是在工業生產還是農業生產、民用領域都有很普遍的使用。具有結構簡單,穩定性好,維護方便的諸多優點,在電廠生產中應用也很廣泛,它是一種用于檢測與控制液位變化的限位報警裝置,基原理也浮球式液位計一樣,是利用阿基米德的浮力原理,在浮球因為浮力作用做上下運動時,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。浮球液位控制器可以做到很穩定可靠的液位測量控制效果,所以在許多的火力發電廠中常用其控制敞開或承壓容器內的水、油等介質的液位。一般情況下,大多數安裝方法均是按理想狀態(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浮球液位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。這也是本文主要介紹的內容。
               
              浮球液位計

                   本文是闡述的是在安裝浮球液位控制器時,要充分考慮到測量介質的物理特性對于浮球高度的影響,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。
               
              浮球液位控制器
                      當液面高度相同時,根據公式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,兩個相同容器的浮球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
                   產生圖1中現象的原因是什么呢?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
              浮球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。在安裝浮球液位控制器時,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,兩個浮球液位控制器同時報警呢?
               浮球液位控制器
                如圖2所示:
                圖2中,將裝在油或其他介質容器上的浮球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。根據力學原理,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)。
                根據公式:盛水容器浮球液位控制器的浮球受浮力F1=ρ1gV1
              盛油或其他介質控制器浮球受浮力F2=ρ2gV2
              即:ρ1gV1=ρ2gV2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, 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。
              浮球液位控制器 
                  圖3
                    得出h后,我們在安裝浮球液位控制器時,只要將控制器上的上升限、下降限觸發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。采用此方法安裝浮球液位控制器后,使其測量的準確度一直保持在較高的水平,保證了機組安全穩定運行,減少了機組由于報警信號測量不準而發生誤動的次數,使公司熱控施工處獲得了良好的質量信譽。
              關鍵詞:浮球液位控制器;浮力;密度;比重
               
               
               

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