磁翻柱液位计及智能仪表在热水站的应用.doc

1、磁 翻 柱 液 位 计 、 热 电 阻 及 智 能 数 显 仪 表在蒸气-热水站中的应用一、概述东风汽车有限公司二动力分厂现有一套蒸汽-热水换热站，主要为襄阳市各大宾馆及酒店供应商品热水，近年来，因襄阳市经济发展迅猛，宾馆及酒店较之以前有大规模的增长，商品热水的需求量也有大幅度的增加。由于原有的换热站在设计时考虑的余量较小，目前已不能满足用户在高峰期对水量及水温的要求。为适应用户需要及提高换热站的经济效益，二动力分厂决定对换热站进行对扩容改造，具体改造内容为增加 1 台换热器、1 个 100m3 热水储罐、 2 台 11KW 供水泵、等设备。因原有的换热站场地有限，新增的 100m3 热水储罐

2、、供水泵等设备决定安装在距离热换站120m 的闲置场地上。因新增的热水储罐距离热换站较远，必须将热水储罐的水位、水温信号传输到换热站值班室以便于值班人员观察及控制水位及水温。因此，必须选用具有信号远传功能的液位计、温度计及与之匹配显示仪表。二、液位计选型根据不同的工作原理，液位计分为接触式液位计和非接触式液位计。接触式液位计有玻璃管液位计、静压式液位计、磁翻柱式液位计，非接触式液位计为超声波液位计、雷达液位计。具体工作原理如下：玻璃管液位计是一种直读式液位测量仪表，适用于工业生产过程中一般贮液设备中的液体位置的现场检测，其结构简单，测量准确，是传统的现场液位测量工具。玻璃管液位计适用于工作压力

3、 4.0MPa、 工 作 温 度 ： 200 的 非 粘 稠 、 对 玻 璃 及 连 接 附 件 非 腐 蚀 性的 介 质 。 玻 璃 管 液 位 计 为 直 读 式 液 位 计 ， 不 具 有 信 号 变 送 及 远 传 功 能 。静压式液位计是在压力变送器的基础上延伸和发展而来的，根据不同比重的液体在不同高度所产生压力成线性关系的原理，实现对水、油及糊状物的体积、液高、重量的准确测量和传送。静压式液位计根据结构类型可以分为投 入 式 、 直 杆 式 、 法 兰 式 、 螺 纹 式 、电 感 式 、 旋 入 式 、 浮 球 式 等 多 种 类 型 ， 具 有 安 装 简 单 ， 使 用 方

4、便 、 互 换 能 力 强 、 响应 速 度 快 ， 测 量 准 确 度 高 等 特 点 。 静 压 式 液 位 计 一 般 采 用 扩 散 硅 压 阻 式 压 力 传 感 器 作为 测 量 元 件 ， 经 过 高 可 靠 性 的 放 大 处 理 电 路 及 精 密 温 度 补 偿 ， 将 被 测 介 质 的 表 压 或 绝 压转 换 为 标 准 的 电 压 或 电 流 信 号 ， 液 位 信 号 具 有 变 送 和 远 传 功 能 。 缺 点 ： 现 场 无 法 直 接观 察 到 液 位 高 度 。磁 翻 柱 液 位 计 是 一 种 在 玻 璃 管 直 读 式 液 位 计 的 基 础 上 ，

5、 根 据 浮 力 原 理 和 磁 性 耦 合作 用 研 制 而 成 的 具 有 现 场 直 接 和 信 号 变 送 远 传 功 能 的 一 种 液 位 计 。 其 工 作 原 理 为 ：当 被 测 容 器 中 的 液 位 升 降 时 ， 液 位 计 本 体 管 中 的 磁 性 浮 子 也 随 之 升 降 ， 浮 子 内 的 永 久 磁钢 通 过 磁 耦 合 传 递 到 磁 翻 柱 指 示 器 ， 驱 动 红 、 白 翻 柱 翻 转 180， 当 液 位 上 升 时 翻 柱由 白 色 转 变 为 红 色 ， 当 液 位 下 降 时 翻 柱 由 红 色 转 变 为 白 色 ， 指 示 器 的 红

6、白 交 界 处 为容 器 内 部 液 位 的 实 际 高 度 ， 从 而 实 现 液 位 清 晰 的 指 示 。 通过在磁翻柱液位计上安装变送器，通过浮子上下移动，经磁耦合作用使导杆内测量元件依次动作，获得电阻信号变化，转换成 010mA 或 420mA 的标准信号输出，与显示仪表或计算机连接，达到远传目的。超声波液位计是 一 种 非 接 触 式 的 液 位 计 ， 工 作 原 理 是 由 一 个 可 以 发 射 能 量 波 （ 一般 为 脉 冲 信 号 ） 的 装 置 （ 俗 称 换 能 器 ） 发 射 能 量 波 ， 能 量 波 遇 到 障 碍 物 反 射 ， 由 一 个接 收 装 置 接

7、 收 反 射 信 号 。 根 据 测 量 能 量 波 运 动 过 程 的 时 间 差 来 确 定 液 (物 )位 变 化 情况 。 由 电 子 装 置 对 微 波 信 号 进 行 处 理 ， 最 终 转 化 成 与 液 位 相 关 的 电 信 号 。 亦 可 以 转换成 010mA 或 420mA 的标准信号输出，与显示仪表或计算机连接，达到远传目的。由于 超 声 波 液 位 计 采 用 非 接 触 的 测 量 ， 被 测 介 质 几 乎 不 受 限 制 ， 可 广 泛 用 于 各 种 液 体 和固 体 物 料 高 度 的 测 量 。 因 换 能 器 为 电 子 元 件 构 成 ， 缺 点 ：

8、 价 格 高 、 使 用 环 境 温 度 不 能高 于 800C、 现 场 无 法 直 接 观 察 到 液 位 高 度 。雷 达 液 位 计 也 是 一 种 非 接 触 式 液 位 计 ， 其 工 作 原 理 与 超 声 波 液 位 计 类 似 ， 由 换 能器 发 射 能 量 很 低 的 极 短 的 微 波 脉 冲 通 过 天 线 系 统 发 射 并 接 收 。 雷 达 波 以 光 速 运 行 。 运 行时 间 可 以 通 过 电 子 部 件 被 转 换 成 物 位 信 号 。 一 种 特 殊 的 时 间 延 伸 方 法 可 以 确 保 极 短 时 间内 稳 定 和 精 确 的 测 量 。

9、雷 达 液 位 计 适 用 于 对 液 体 、 浆 料 及 颗 粒 料 的 物 位 进 行 非 接 触 式连 续 测 量 ， 适 用 于 温 度 、 压 力 变 化 大 ； 有 惰 性 气 体 及 挥 发 存 在 的 场 合 。 缺 点 ： 价 格高 、 使 用 环 境 温 度 不 能 高 于 1000C、 现 场 无 法 直 接 观 察 到 液 位 高 度 。综 上 所 述 ， 玻 璃 管 液 位 计 具 有 观 察 直 观 、 价 格 低 廉 的 特 点 ， 但 不 具 备 信 号 变 送 远 传功 能 ， 不 附 合 项 目 要 求 ； 静 压 式 液 位 计 虽 然 具 有 测 量 准

10、 确 、 信 号 可 以 变 送 远 传 的 特 点 ，但 是 在 现 场 不 具 有 直 接 观 察 功 能 （ 如 果 要 现 场 观 察 液 位 ， 必 须 在 现 场 增 加 一 套 智 能 数显 仪 表 ） ； 超 声 波 液 位 计 和 雷 达 液 位 计 价 格 太 高 ， 现 场 也 无 法 直 接 观 察 液 位 。通 过 对 以 上 几 种 常 用 液 位 计 进 行 对 比 可 以 确 定 ， 只 有 磁 翻 柱 液 位 计 不 但 具 有 现 场液 位 指 示 ， 还 可 以 将 液 位 信 号 运 行 变 送 和 远 传 。 通 过 相 关 厂 家 提 供 的 资 料

11、 进 行 对 比 ，襄 阳 西 顿 自 动 化 仪 表 公 司 生 产 的 SD-FB 系 列 磁 翻 柱 液 位 计 附 合 此 项 目 的 要 求 。三 、 温 度 传 感 器 选 型根 据 使 用 目 的 的 不 同 ， 温 度 传 感 器 有 利 用 固 体 、 液 体 、 气 体 受 温 度 的 影 响 而 热胀 冷 缩 的 （ 如 水 银 温 度 计 、 双 金 属 温 度 计 等 ） ； 有 利 用 在 定 容 条 件 下 ， 气 体 （ 或 蒸 汽 ）的 压 强 因 不 同 温 度 而 变 化 的 （ 如 压 力 式 温 度 计 ） ； 有 利 用 热 电 效 应 的 作 用

12、的 （ 如 热 电偶 ） ； 电 阻 随 温 度 的 变 化 而 变 化 的 （ 热 电 阻 ） ； 热 辐 射 的 影 响 的 （ 红 外 线 温 度 计 ） 等 。在换热站的项目中，所要选用的温度传感器必须具有变送远传的功能，热水温度通常在 80-1000C 之间，常规的水银温度计、双金属温度计不附合本项目的要求；而热辐射式温度计主要用于 10000C 以上高温的测量，设备造价昂贵，也不附合要求；热电偶是利用热电效应两种不同成份的导体（称为热电偶丝材或热电极）两端接合成回路，当两个接合点的温度不同时，在回路中就会产生电动势，这种现象称为热电效应，而这种电动势称为热电势。热电偶就是利用这种原

13、理进行温度测量的。但热电偶在低温区的热电势比较微弱，在低温区时精度不够，也不附合要求。热 电 阻 的 测 温 原 理 是 基 于 导 体 或 半 导 体 的 电 阻 值 随 着 温 度 的 变 化 而 变 化 的 特 性 。 热电 阻 大 都 由 纯 金 属 材 料 制 成 ， 目 前 应 用 最 多 的 是 铂 和 铜 ， 常 用 的 型 号 是 PT100 和CU50 型 ， 现 在 已 开 始 采 用 镍 、 锰 和 铑 等 材 料 制 造 热 电 阻 。 PT100 热 电 阻 具 有 测 量 精 度高 ， 反 应 速 度 快 、 价 格 低 廉 等 特 点 ， 目 前 在 各 个 行

14、 为 中 使 用 最 广 泛 。 因 此 我 们 选 用PT100 热 电 阻 来 测 量 热 水 罐 水 温 。四 、 智 能 数 显 仪 表 选 型智能数显仪表是在常规仪表，如模拟指针式仪表的基础上发展而来的新型数字显示仪表，具 有 精 度 高 、 稳 定 性 好 、 质 量 可 靠 、 体 积 小 、 安 装 使 用 方 便 、 价 格 低 廉 等 特 点 ，适 用 于 科 学 研 究 、 精 密 测 量 、 新 产 品 开 发 之 用 ， 可 广 泛 应 用 于 各 种 仪 器 仪 表 、 自 动 化 控制 设 备 、 电 力 电 子 、 医 疗 器 械 、 教 学 设 备 、 交 （

15、 直 ） 流 稳 压 电 源 等 作 为 显 示 部 件 ， 提 升产 品 档 次 ， 为 各 类 指 针 式 面 板 表 的 首 选 更 新 换 代 品 。 智 能 数 显 仪 表 可 以 将 现 场 一 次 仪表 测 量 的 压 力 、 液 位 、 流 量 、 速 度 等 参 数 变 送 反 馈 的 电 压 、 电 流 、 电 阻 、 频 率 等 信 号 进行 转 换 ， 然 后 以 数 字 、 光 柱 的 形 式 显 示 出 来 ， 并 可 以 完 成 继 电 器 输 出 控 制 、 模 拟 量 闭环 调 节 、 数 据 记 录 存 贮 、 打 印 等 功 能 。 智 能 仪 表 因 具

16、 有 精 度 高 、 故 障 率 低 、 抗 干 扰 能 力强 等 特 点 。常 用 的 智 能 数 显 仪 表 有 单 回 路 数 显 仪 表 、 双 回 路 数 显 仪 表 、 单 回 路 光 柱 显 示 仪 表 、双 回 路 光 柱 显 示 仪 表 、 智 能 PID 调 节 仪 、 手 动 操 作 器 、 巡 检 仪 等 。 针 对 该 换 热 站 ， 我们 需 要 在 换 热 站 值 班 室 显 示 热 水 储 罐 液 位 、 温 度 两 个 参 数 即 可 ， 不 需 要 复 杂 的 控 制 功能 ， 因 此 ， 只 需 要 选 择 一 块 单 回 路 光 柱 显 示 仪 表 以

17、数 字 和 光 柱 的 形 式 显 示 热 水 罐 水 位 ，选 择 一 块 单 回 路 数 子 显 示 仪 表 显 示 热 水 温 度 即 可 。 通 过 对 多 个 厂 家 提 供 的 资 料 进 行 对比 和 了 解 ， 襄 阳 西 顿 自 动 化 仪 表 有 限 公 司 的 SD-5100L 系 列 单 回 路 光 柱 显 示 仪 、 SD-1100A 简 易 型 单 回 路 显 示 仪 表 附 合 我 们 的 要 求 。SD-5100 系列单回路数字显示控制仪针对现场温度、压力、液位、速度等各种信号进行采集、显示、控制、远传、通讯、打印等处理，构成数字采集系统及控制系统，广泛运用于电

18、力、石化、冶金、轻工、制药、航空等诸多领域。单路输入，双屏 LED 数码显示，且带有光柱模拟指示功能(0100)。具备 36 种信号输入功能，可任意选择输入信号类型；0.2级测量精度。热电阻热电偶信号分辨率可切换：1或 0.1。具备“上下限报警”、“延时报警”、“断线报警”、“闪烁报警”等报警功能，带 LED 报警灯指示。具有电压、电流变送输出信号可选。支持 RS485、RS232 串行接口，采用标准 MODBUS RTU 通讯协议。仪表可带 RS232C 打印功能，具有手动打印、定时打印、报警打印等功能。带 DC24V 馈电输出，为现场变送器配电。输入、输出、电源、通讯相互之间采用光电隔离技

19、术。具备多种外形尺寸及样式供用户选择。参数设定密码锁定、参数设置断电永久保存，具备参数恢复出厂设定功能。SD-1100 系列简易测量显示控制仪采用模块化结构方案，结构简单、操作方便、性价比高，适用于塑料、食品、包装机械等行业。单路输入，双屏 LED 数码显示。具备 33 种信号输入功能，可任意选择输入信号类型，测量精度为 0.3%。热电阻热电偶信号分辨率可切换：1或 0.1。具备上下限报警功能，带 LED 报警灯指示。具有电压、电流变送输出信号可选。支持 RS485 串行接口，采用标准 MODBUS RTU 通讯协议。带 DC24V 馈电输出，为现场变送器配电。输入、输出、电源、通讯相互之间采用光电隔离技术。具备多种外形尺寸及样式供用户选择。参数设定密码锁定，参数设置断电永久保存。五、结论综上所述，在东风汽车有限公司第二动力厂的蒸汽-热水换热站的扩容改造项目中，为监测热水贮罐液位及水温，选用 SD-FB 磁翻柱液位计、PT100 热电阻、SD-5100L 智能单回路光柱显示仪表、SD-1100A 智能简易型单回路显示仪表是可行的。通过对新增热水贮罐的水位和温度进行准确的远程监控，可有效提高设备利用率、利用锅炉低负荷时的蒸汽生产热水，通过智能报警的报警功能，可提醒值班人员准确控制水位水位，降低跑冒滴漏，降低工人劳动强度，具有一定的经济效益和社会效益。