解决浮球液位变送器的浮球易损可能所作改进思路

　　　浮球液位变送器是一种特别普遍在使用的液位仪表，尤其是在在炼油、化工生产现场， 浮球液位变送器是液位测量不可缺少的仪表之一。虽然目前液位变器品类繁多，基于各种不同测量机制研发出新型仪表不断问世，但是对于高粘度、高温而测量范围较小的场合，依然没有开创性的测量方案，仍然需要浮球液位变送器这类的传统液位计才可以实现稳定、可靠的液位测量， 其他物位仪表则很难满足要求。不断改进浮球液位变送器， 提高其使用性能， 就十分有意义。本文针对浮球液位变送器的浮球， 分析了浮球液位变送器在现场的使用环境， 通过计算推导，通过向浮球内充液的方法对其改进， 改进其制造工艺，进而提高仪表的使用性能。


 

　　多数浮球液位变送器由检测机构部件和电路转换部件组成(见图1)。检测部分由浮球、球杆、平衡锤、法兰、中心轴等组成， 电路转换部分由传感器、放大器、电流转换及指示表组成。
　　以中心轴为支点， 由检测元件浮球、球杆、平衡锤构成杠杆平衡系统， 当液位变化时浮球受到浮力随之变化， 其变化量经球杆、中心轴传动， 使传感器产生角位移， 输出电信号， 经放大， 转换成与被测液位成线性的4 -20mADC 的标准信号， 进行远距离传送， 从而实现对液位的检测。
　　浮球液位变送器还可以附有现场指示功能， 多采用百分比现场指示， 0 %、100 %分别对应4mA 、20mA 。浮球液位变送器的相关指标为:测量范围0-1200mm ， 工作温度-20 ℃-450 ℃， 工作压力≤6 .3Mpa ， 精度1 级， 浮球的大运行角度:35°防爆标志:d ⅡBT5 ， ib ⅡCT6 .
 

　　在浮球液位变送器中， 浮球作为一个关键的检测元件， 起着非常重要的作用， 它是否正常工作直接影响仪表能否稳定的输出。多数化工过程均为连续生产过程， 液位变送器安装在被测容器(如塔、罐、釜等)上， 一旦浮球被损坏， 不能正常工作， 就要停车进行检修， 给生产造成较大损失。所以， 对于检测元件———浮球应在性能上多进行研究， 以提高其使用寿命， 保证生产安全、平稳。
　　国内外浮球液位变送器生产商， 对浮球的制造工艺多采用两个半球对焊而成， 没有采取其他的措施。我们可以采用在浮球内充少量水(或其他液体)， 浮球的重量没有较大增加， 对测量没有影响，但在高温高压的情况下， 球内液体(如水)就会产生饱和蒸汽， 形成饱和蒸汽压， 在一定条件下， 饱和蒸汽压可以达到外部工作压力， 抵消外部较大的工作压力， 使浮球内外压力处于平衡， 保证浮球在受到外力时不会凹陷或变形， 使浮球正常工作。如图2 所示， 当P外=P内时， 则浮球内外表面受力互相抵消， 球面就不易受外力而发生变形、凹陷等问题。

　　浮球内径:D内=113mm D外=115mm
　　浮球高工作温度:T =450 ℃
　　浮球高工作压力:P =6 .3MPa
　　球的容积为:V =4/3 πr3 (1)
　　将r =D内/2 =113/2mm =0 .0565m
　　代入(1)可得
　　V =4/3 ＊3 .14159 ＊(0 .0565)3 =7 .555 ＊10-4m3
　　我们按浮球液位变送器高温度、高工作压力来进行计算， 通过计算该条件下球内饱和蒸汽的摩尔数， 便可以求出充入水的量。
　　由理想气体状态方程PV =nRT 得， n =PV/RT
　　(2)
　　其中R =8 .314J·mol＾（-1） ·K＾（-1）
　　T =450 +273 .15K =723 .15K
　　P =6 .3MPa =6 .3 ＊106Pa
　　∴n =（（6 .3 ＊106 ＊7 .555 ＊10-4）/8 .314 ＊723 .15）mol =0 .792mol
　　已知水的摩尔质量为18g mol
　　所以充入水的量为0 .792mol ＊18g mol =14 .26g
 

　　由式(1)可以计算出， 浮球的外体积为V′=4/3 π
　　(115/2 )3mm3 =796328 mm3 =796 .328cm3
　　浮球产生的浮力为(设被测介质为重质油， 密度为ρ=0 .90g cm3):
　　F =ρ＊V′=796 .328 ＊0 .90g ≈717g
　　充入水的量与浮力之比为:
　　0 .792 ＊18/717 ＊100 %=1 .988 %
　　由此可见， 充入浮球中14 .26g 的水仅占浮球浮力的百分之一点多， 相当于粘附在浮球表面的测量介质， 浮球质量可通过计算求出:
　　G =(V′-V)ρ′=(796 .328 -755 .5)＊7 .8g =318 .46g
　　加上所充14 .26g 液体， 其总的质量为:G =332 .72g 。显而易见， 浮球和内充液体的总重量决定了浮球在测量时介质的浸入位置接近于半球的中心线。根据浮球液位变送器工作原理， 通过调整平衡锤的力臂可克服包括充入液体在内的其他连接件的影响， 使浮球在测量液位时达到良好的平衡， 充入浮球的液体不会对浮球测量带来附加误差。
 

　　通过上述简单的工艺过程， 可以提高浮球液位变送器的使用性能， 增大它的安全系数， 同时， 对浮球液位变送器又不会带来附加误差， 是一个改善浮球性能的有效方法。