1 問題簡述 

　　在AHP（高壓加熱器）001BA（用001BA指代實(shí)際的罐）中有兩個(gè)液位測量裝置，分別為AHP001MN和AHP001LN（用001MN和001LN指代實(shí)際的測量裝置），其中AHP001MN為超聲波液位測量裝置，AHP001LN為就地顯示的磁翻板液位計(jì)，兩個(gè)液位計(jì)測量同一液位。

在工作過程中遇到了001LN測量的液位值比實(shí)際設(shè)定的液位值要高10cm，在測量通道中水溫會(huì)低于罐中的水溫，水溫下降會(huì)導(dǎo)致水的密度上升，水的密度上升會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)相反的作用：

①測量通道中水位下降，001LN測量值偏低；

②001LN浮球有更多部分浮在水面上，造成測量值偏高。在本文中會(huì)對這一現(xiàn)象做出分析，并提出解決方案。


 

        2 原因分析 

　　假設(shè)罐子的實(shí)際液位為h2，由于AHP001中為高溫高壓的水，在引出測量管線測液位的過程中，由于保溫套管或是其它方面的原因會(huì)造成001MN和001LN測量管中的水溫低于001BA中的水溫，由常識可知在壓力不變的情形下水的溫度反向作用于水的密度，在該問題中就是由于測量端的水溫下降，測量裝置中水的液位由設(shè)定值h2降低為h1。在問題分析中我們必須做出一個(gè)假設(shè)，那就是測量裝置001MN和001LN中的水溫是一樣的，這樣可以保證兩個(gè)裝置的水位一致。AHP001MN測量到的水位為h1，低于設(shè)定值，此時(shí)水位控制系統(tǒng)開始工作，將測量裝置中的水位提升到h2。

　　水位進(jìn)行調(diào)整時(shí)，將測量裝置中的水位調(diào)整到了h2，此時(shí)實(shí)際001BA中的水位為h3。設(shè)備正常工作時(shí)，在001BA中的水位究竟為多少是不可知的，我們只能假設(shè)AHP001MN測量設(shè)備非常**，它所測量的即為001BA中的實(shí)際液位，在測量通道的水位由于溫度下降而降低時(shí)，控制作用會(huì)增加001BA中的水，直達(dá)001MN測量的水位為設(shè)定值。而AHP001LN和AHO001MN兩個(gè)測量管道中的水位是一致的，因此不管測量管道中的溫度下降到什么程度，可能會(huì)在短時(shí)間內(nèi)測量通道的水位低于設(shè)定值，但經(jīng)過調(diào)整都會(huì)達(dá)到設(shè)定值的水位，因此測量通道的水位下降不會(huì)直接導(dǎo)致001LN液位測量值下降。

　　當(dāng)水溫下降，水的密度提高時(shí)會(huì)影響磁翻板液位計(jì)浮球在水中的位置，進(jìn)而影響到測量的水位。液位計(jì)的浮球是由三節(jié)空心不銹鋼圓筒構(gòu)成，其中*上面一節(jié)圓筒中線位置含有磁性材料，它帶動(dòng)外邊磁翻板動(dòng)作，產(chǎn)生液位指示信號[1]。假設(shè)每個(gè)浮球的中心部分近似為一段圓柱，浮球按照安裝方向豎直放置時(shí)，h1為頂部浮球中心點(diǎn)，h2為液面對應(yīng)高度，Δh為兩者相對高度（Δh=h2-h1），底部到h1高度對應(yīng)浮球的體積為V1，液面高度所對應(yīng)浮球的體積為V2，兩者的相對體積為ΔV（ΔV=V2-V1），假設(shè)液面所對應(yīng)的位置處于浮球圓柱部分，則有以下公式：

　　由于浮球是浮在液位中的，因此滿足阿基米德原理，即物體浸在液體中排開液體的重力等于物體浸在液體中受到的浮力，滿足公式

　　當(dāng)浮球在**中線附近浮動(dòng)時(shí)，可將浮球近似為一個(gè)圓柱體，因此由公式

　　將公式進(jìn)一步簡化，可得：

　　在公式中，Δh為實(shí)際液位偏離浮球**中線的距離，m為浮球的重量，r為浮球的半徑，ρ為實(shí)際液體的密度。

　　對以上參數(shù)進(jìn)行測量，實(shí)際結(jié)果如下所示：

　　在測量的過程中，由于工具所限，在質(zhì)量測量上可能會(huì)有一定的偏差，范圍在10g以內(nèi)，我們以10g的偏差對*終的結(jié)果影響如下：

　　當(dāng)m=850g，ρ=860kg/m3，時(shí)，計(jì)算所得Δh=-1.8cm；當(dāng)m=840g，ρ=860kg/m3時(shí)，計(jì)算所得Δh=-2.2cm，因此測量過程中浮球質(zhì)量的精度對實(shí)際液位測量不會(huì)很大。

　　由于本文將浮球近似為一個(gè)圓柱體，因此只有液面在浮球軸向一定范圍內(nèi)（設(shè)為L）才有效，本模型才夠適用。

　　為了求出密度變化的允許范圍，利用公式可得，當(dāng)-≤Δh≤時(shí)，求得液體的密度取值范圍為710kg/m3≤ρ液≤944kg/m3。各個(gè)功能位置密度ρ與浮球高度Δh如表2所示，由公式可得液體密度與相對高度的關(guān)系，如圖1所示：

橫坐標(biāo)為液體的密度，縱坐標(biāo)為浮球的相對高度，由圖可知，液體的密度越大，磁翻板液位計(jì)浮球在液面以上的部位越多，測量得到的液位值越大。

 

　　3 原因小結(jié) 

　　①001MN測量管道的溫度低于001LN測量管道溫度，這樣可以會(huì)使001MN處液位低于001LN處，造成磁翻板液位計(jì)測量值偏高。

　　②001LN測量管道溫度低，液體密度升高，導(dǎo)致磁翻板液位計(jì)測量值升高。

　　既然測量到的磁翻板液位計(jì)總是比設(shè)定值高，此時(shí)應(yīng)采取有效措施將該液位計(jì)的示數(shù)降下來，在這里選用的是*簡單的方法——給浮球增加重量。

　　可采用兩個(gè)不銹鋼316L圓餅，直徑3cm，高度1cm，密度8.03g/cm3每個(gè)圓餅重量約55g，將這個(gè)不銹鋼圓餅焊接在浮球的底部可以增加浮球的重量。

　　假設(shè)液體的密度為860mg/m3，此時(shí)由公式可知相對高度Δh與浮球質(zhì)量的關(guān)系如公式所示：

由公式可知，在密度確定的情況下，浮球重量每增加55g，相對高度變化1.9cm，即觀測到的磁翻板液位計(jì)指示值下降1.9cm，該情形下假如要消除10cm的測量需要掛上5個(gè)不銹鋼圓餅，但是由于原模型有-≤Δh≤的限制，為了保證精度，Δh的取值應(yīng)小于4.7cm，液體的密度為860mg/m3，浮球默認(rèn)相對高度為-1.8cm，所以總共有6.5cm的裕度，可以掛3個(gè)不銹鋼圓餅，將測量指示值拉下來5.7cm。此時(shí)若掛上第4個(gè)不銹鋼圓餅，浮球的總質(zhì)量達(dá)到1060g，而浮球的總體積（含加上去的不銹鋼鐵餅體積）約為1280ml，在密度為860mg/m3的液體下，*大浮力為1100g，在該情形下浮球基本上絕大部分浸在液體內(nèi)部，且一旦液體的密度稍作改變，浮球就有下沉的危險(xiǎn)，不適合做液位指示，倘若在磁翻板液位計(jì)浮球上加5個(gè)不銹鋼圓餅，浮球?qū)⒅苯映寥胍后w底部。

 

　　4 解決方案 

　　可以在浮球底部焊接不銹鋼鐵餅，增加浮球重量，使浮球更多部分浸在液體中，從而降低磁翻板液位計(jì)的指示值，但是不能過多地增加浮球的重量，因?yàn)橛锌赡軙?huì)造成浮球的重力大于浮力而導(dǎo)致其直接沉入液底。