浮筒液位計測量誤差的來源及處理方法

摘 要：文章簡要闡述了浮筒液位計的測量原理，結合實際應用對其測量誤差的來源作了較詳細的分析，針對各種誤差的特性，指出了它們的影響方式、范圍及程度，并提出相應的消除或抑制方法。

關鍵詞：浮筒液位計；測量；誤差

浮筒液位計是一種靜壓變浮力式儀表，測量精度高、性能可靠、長期穩定性好、使用方便，可用于生產過程中的液位、界位及密度的測量和控制，在石油化工領域得到了越來越廣泛的應用。但是在使用過程中，不可避免的會存在各種因素引起的誤差，它對儀表及生產過程的穩定性和精確度都會產生負面影響。

1 測量原理

浮筒式液位計應用阿基米德浮力定律——浸在液體（或氣體）里的物體受到向上的浮力作用，浮力的大小等于被該物體排開的液體的重力，公式為：F浮=G排=ρ液×g×V排。

1.1 以Fisher浮筒液位計為代表的位移平衡式液位計

此類液位計由浮筒室、浮筒（內筒）、扭力管系統及顯示單元等部分組成，液位變化引起浮力變化作用到與扭力管連接的浮筒上，由扭力管系統將浮筒的位移變化轉化為霍爾電勢的變化，再經相應的顯示單元進行顯示。

1.2 以MAGNETROL浮筒液位計為代表的帶差動變壓器式液位計

此類液位計將扭力管系統更換為LVDT，即線性可變差動變壓器，液位變化引起浮力變化作用到量程彈簧懸掛的浮筒上，從而并帶動LVDT的檢測芯做線性垂直運動，產生感應電壓，再經相應的顯示單元進行顯示。

1.3 力平衡式浮筒液位計

由于力平衡式浮筒液位計與單元組合儀表配合使用，所以隨著單元組合儀表逐漸被新型智能儀表代替，其應用越來越少，本文不做詳細介紹。

2 誤差來源分析及處理方法

2.1 浮筒液位計的精度等級及誤差限

儀表的精度等級按最大允許引用誤差劃分，浮筒液位計的常見精度等級有：0.5級、1.0級、1.5級和2.5級，對應基本誤差限為±0.5%、±1.0%、±1.5% 和 ±2.5%。

2.2 浮筒液位計設備本身原因造成的誤差

2.2.1 傳感系統

浮筒液位計傳感系統包括浮筒（內筒）及浮筒室，對于同種型號的浮筒液位計，不同量程的浮筒所受的最大浮力基本是一個定值。浮筒長度、外徑和壁厚之間的關系如下：

式中D-浮筒外徑；d-浮筒內徑；L-浮筒長度。

可見浮筒長度、內徑、外徑和壁厚的變化都會影響液位計的正常使用，產生誤差。消除此類誤差最好的方法是在設計時根據工藝條件選擇合適的型號，安裝之前仔細檢查，認真做好單校工作，保證儀表最大基本誤差在規定范圍之內。

2.2.2 變送系統

2.3 測量及控制回路中其他環節造成的誤差：

2.3.1 信號線路的耦合干擾

信號在傳輸過程中很容量受到干擾，導致所傳輸的信號發生畸變或失真，比如：傳輸線周圍空間電磁場對傳輸線的電磁感應干擾、通過線間分布電容和互感而形成的線間干擾等。

2.3.2 接地系統干擾

當多條儀表回路公用一個接地點時，若接地電阻過大或產生浮空地都會對信號產生干擾。

2.4 生產過程中誤差分析

2.4.1 浮筒脫落

由公式F=G筒-F浮，可知扭力管所受扭力F=0，此時浮筒液位計指示為最大，與實際嚴重不符。

2.4.2 浮筒破裂

浮筒破裂時，F浮逐漸減小，則由F=G筒-F浮可知扭力管所受扭力逐漸增大，浮筒液位計指示逐漸減小，最終指示最小。需要及時修復或更換浮筒。

2.4.3 雜質附著于浮筒上

在加氫裂化裝置冷高分界位一般設計為兩臺浮筒液位計，輕組分為冷高分油，重組分為含硫污水，但由于介質中含硫固體微粒雜質較多，很容易附著在浮筒上，由F浮=G排=ρ液×g×V排可知：

ρ雜>ρ液時，G雜>G排，扭力F=G筒-F浮將增大，浮筒指示偏小；

ρ雜=ρ液時，G雜=G排，扭力F=G筒-F浮將不變，浮筒指示不變；

ρ雜<ρ液時，G雜

此時，如果未及時對雜質加以清理，一段時間以后浮筒將出現掛壁現象，浮筒示值不變或表現為間歇性的跳變，無法正常工作。

解決此類問題，需要做到以下幾點：

a.加保溫伴熱系統，伴熱最好選用蒸汽伴熱，要全面（包括扭力管處）；b.浮筒添加上下排污閥，并引入密閉排放系統（高壓，含H2S），方便排放；c.每隔一段時間進行一次沖洗排污操作，并用蒸汽吹掃，要求儀表與工藝人員緊密配合，做好防護工作；d.加強巡檢，做好該部位的日常檢查工作。

2.4.4 介質密度發生變化

正常生產過程中，更換流程等操作可能會導致工藝介質發生變化，如一臺測量介質密度為0.7g/cm3的浮筒液位計，在某操作條件下介質密度變化為0.8g/cm3時，由于儀表默認ρ1gh1=ρ2gh2，則：h2=h1*ρ1/ρ2，測量誤差為：δ=（h2-h1）/h1*100%=12.5%，可見密度的變化將造成較大的誤差。

解決此類問題時，應由相關負責人員確認后方能對浮筒液位計重新標定。

2.4.5 連接部位不牢固

由于浮筒液位計結構較為復雜，要求精度較高，在安裝及使用過程中應保證相關連接部位的完好。

2.4.6 扭力管心軸彎曲

扭力管心軸彎曲時，儀表上下行程的回差嚴重超標。此時應視情況更換扭力管。

2.4.7 工作現場震動

當浮筒液位計工作現場有較強烈的震動時，將會導致指示跳變影響儀表使用。應在設計時充分考慮現場使用情況，選擇合適的型號，做好相應抗震措施。如長期震動較大時，應將相應電路板及微處理器更換為耐震型。

3 結束語

本文簡要介紹了浮筒液位計的測量原理，并以Fisher浮筒液位計和MAGNETROL浮筒液位計兩種常見的典型液位計為例進行了具體說明。提出了浮筒液位計在測量過程中的誤差來源，并做了詳細分析，有針對性的提出了解決方法。其中有許多現場維護工作中遇到的典型問題，均提出了解決方案。