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浮子式液位计的液位示值误差分析

日期：2018-03-13 来源：作者：

【摘要】核电厂内大量应用浮子式液位计，这种液位计反应速度快，读数方便。但普遍存在液位测量结果与实际液位存在偏差的情况，论文即对浮子式液位计测量结果偏大情况进行分析，帮助维修人员解决偏差。

1 问题简述

在 AHP(高压加热器)001BA（用 001BA 指代实际的罐）中有两个液位测量装置，分别为 AHP001MN 和 AHP001LN（用001MN 和 001LN 指代实际的测量装置），其中 AHP001MN 为超声波液位测量装置，AHP001LN 为就地显示的磁翻板液位计，两个液位计测量同一液位。

在工作过程中遇到了 001LN 测量的液位值比实际设定的液位值要高 10cm，在测量通道中水温会低于罐中的水温，水温下降会导致水的密度上升，水的密度上升会产生两个相反的作用：①测量通道中水位下降，001LN 测量值偏低；②001LN浮球有更多部分浮在水面上，造成测量值偏高。在本文中会对这一现象做出分析，并提出解决方案。

2 原因分析

假设罐子的实际液位为 h 2 ，由于 AHP001 中为高温高压的水，在引出测量管线测液位的过程中，由于保温套管或是其它方面的原因会造成 001MN 和 001LN 测量管中的水温低于001BA 中的水温，由常识可知在压力不变的情形下水的温度反向作用于水的密度，在该问题中就是由于测量端的水温下降，测量装置中水的液位由设定值 h 2 降低为 h 1 。在问题分析中我们必须做出一个假设，那就是测量装置 001MN 和 001LN 中的水温是一样的，这样可以保证两个装置的水位一致。AHP001MN 测量到的水位为 h 1 ，低于设定值，此时水位控制系统开始工作，将测量装置中的水位提升到 h 2 。

水位进行调整时，将测量装置中的水位调整到了 h 2 ，此时实际 001BA 中的水位为 h 3 。设备正常工作时，在 001BA 中的水位究竟为多少是不可知的，我们只能假设 AHP001MN 测量设备非常xianjin，它所测量的即为 001BA 中的实际液位，在测量通道的水位由于温度下降而降低时，控制作用会增加 001BA中的水，直达 001MN 测量的水位为设定值。而 AHP001LN 和AHO001MN 两个测量管道中的水位是一致的，因此不管测量管道中的温度下降到什么程度，可能会在短时间内测量通道的水位低于设定值，但经过调整都会达到设定值的水位，因此测量通道的水位下降不会直接导致 001LN 液位测量值下降。

当水温下降，水的密度提高时会影响浮球在水中的位置，进而影响到测量的水位。液位计的浮球是由三节空心不锈钢圆筒构成，其中zui上面一节圆筒中线位置含有磁性材料，它带动外边磁翻板动作，产生液位指示信号 [1] 。假设每个浮球的中心部分近似为一段圆柱，浮球按照安装方向竖直放置时，h 1 为顶部浮球中心点，h 2 为液面对应高度，Δh 为两者相对高度(Δh=h 2 -h 1 )，底部到 h 1 高度对应浮球的体积为 V 1 ，液面高度所对应浮球的体积为 V 2 ，两者的相对体积为 ΔV（ΔV=V 2 -V 1 ），假设液面所对应的位置处于浮球圆柱部分，则有以下公式：

横坐标为液体的密度，纵坐标为浮球的相对高度，由图可知，液体的密度越大，浮球在液面以上的部位越多，测量得到的液位值越大。

3 原因小结

①001MN 测量管道的温度低于 001LN 测量管道温度，这样可以会使 001MN 处液位低于 001LN 处，造成磁翻板液位计测量值偏高。

②001LN 测量管道温度低，液体密度升高，导致磁翻板液位计测量值升高。

既然测量到的磁翻板液位计总是比设定值高，此时应采取有效措施将该液位计的示数降下来，在这里选用的是zui简单的方法—— — 给浮球增加重量。可采用两个不锈钢 316L 圆饼，直径 3cm，高度 1cm，密度8.03g/cm 3 每个圆饼重量约 55g，将这个不锈钢圆饼焊接在浮球的底部可以增加浮球的重量。假设液体的密度为 860mg/m 3 ，此时由公式可知相对高度Δh 与浮球质量的关系如公式所示：

由公式可知，在密度确定的情况下，浮球重量每增加 55g，相对高度变化 1.9cm，即观测到的磁翻板液位计指示值下降1.9cm，该情形下假如要消除 10cm 的测量需要挂上 5 个不锈钢圆饼，但是由于原模型有

的限制，为了保证精度，Δh 的取值应小于 4.7cm，液体的密度为 860mg/m 3 ，浮球默认相对高度为-1.8cm，所以总共有 6.5cm 的裕度，可以挂 3 个不锈钢圆饼，将测量指示值拉下来 5.7cm。此时若挂上第 4 个不锈钢圆饼，浮球的总质量达到 1060g，而浮球的总体积（含加上去的不锈钢铁饼体积）约为 1280ml，在密度为 860mg/m 3 的液体下，zui大浮力为 1100g，在该情形下浮球基本上绝大部分浸在液体内部，且一旦液体的密度稍作改变，浮球就有下沉的危险，不适合做液位指示，倘若在浮球上加 5 个不锈钢圆饼，浮球将直接沉入液体底部。