液位自動控制

液位自動控制通過利用汽液兩相自平衡原理來實現液位自動控制。它摒棄了容易沖蝕的機械活動部件和電子元件,，克服了一般疏水調節器難以解決的瘤疾,，保證了疏水調節系統安全可靠運行。這種控制系統結構簡單、可免維護、管理方便、使用壽命長。

基本介紹

• 中文名：液位自動控制
• 外文名：automatic level control
• 優點：捨棄了易鏽蝕機械活動和電子部件
• 作用：保證了疏水調節系統安全可靠運行
• 系統優點：結構簡單、可免維護、管理方便等
• 套用學科：控制科學、化學工程、石油天然氣

簡介

液位自動控制系統通過利用汽液兩相自平衡原理，實現液位自動控制。摒棄了容易沖蝕的機械活動部件和電子元件，克服了一般疏水調節器難以解決的瘤疾，保證了疏水調節系統安全可靠運行。這種系統結構簡單、可免維護、管理方便、使用壽命長。

系統構成

液位自動控制裝置系統構成如圖所示，其中調節閥和信號筒是構成系統的主要部件。為便於工業套用，在主疏水管路、調節管路及旁通管路上分別增設了節流閥、汽閥及旁通閥供輔助調整使用。

液位自動控制裝置系統示意

調節閥的結構如圖所示，由殼體、噴嘴、擴壓段組成。噴嘴和擴壓段形成一個縮放形通道，疏水進入調節閥後，先在噴嘴內收縮加速，一定量的調節汽體由喉部的環形縫隙進人，與疏水相互作用後流出調節閥。信號筒用來感受加熱器內的水位訊號並控制進入調節閥的蒸汽流量，其結構如圖所示，由筒體和開有槽孔的信號管構成。信號筒的汽側管和水側管分別與加熱器的汽側和水側連通。加熱器內水位的變化，反映在信號管槽孔浸沒深度的不同，相應地調節汽體的通流面積就不同，從而改變了調節汽體流量。

調節過程

液位調節過程可描述如下:假定由於某一因素使得疏水生成量突然增大，那么系統原有的平衡被破壞，加熱器內水位上升，相應地信號筒內水位也上升，使得槽孔處汽體的通流面積減小，調節管路內汽相流量減小，液相流量增大，導致調節閥喉部汽相通流面積減小，疏水有效通流面積增大，從而疏水排出量不斷增大，最後在新的水位高度上建立平衡;反之亦然。

控制系統的調節過程可分為減壓、抽吸、控制3個不同環節。

減壓環節

疏水從加熱器排出經疏水管路進人調節閥，在收縮段內加速，壓力降低到喉部混合點壓力的過程，稱為減壓環節。減壓環節的計算任務是根據控制環節的疏水流量分配，確定出喉部混合點的壓力。

在其它條件不變的情況下，減小節流閥開度，能降低混合點處的壓力。

抽吸環節

根據信號筒感受到的加熱器內水位訊號，調節汽體和一部分疏水按一定比例混合，經調節管路到達調節閥喉部混合點的過程，稱為抽吸環節。抽吸環節是根據減壓環節獲得的壓力降，求出調節管路內的汽液兩相流量。

控制環節

兩股流體在調節閥喉部相互作用後混合，壓力迅速降低，而後在擴張段內充分回流，壓力有所升高的過程，稱為控制環節。控制環節是確定疏水流量在調節閥前疏水管路及調節管路內的分配比例，以滿足系統管路內的壓力平衡。由於兩股流體的相互作用發生在調節閥喉部處很短的距離內，且汽液兩相間存在著極其複雜的傳熱傳質過程，液體內蒸時由於相間熱阻的存在，汽液兩相間達到熱平衡需要一定的時間。汽化速率的大小與閃蒸時液體的過熱度、傳熱係數、傳熱面積及流型都有關係，在計算時必須做一些簡化處理。

調節特性

裝置的調節性能可通過可調流量、水位變動範圍及汽耗量來衡量，可調流量越大，水位變動範圍與汽耗量越小，裝置的性能越好。利用數學模型編制相應的程式，可得到不同工況下系統的調節特性曲線

工況實際變化時，不僅疏水的初壓、背壓改變，而且疏水的溫度和流量也在改變，問題相對複雜一些。對每一負荷工況進行標定，系統都有一個最大可調流量和最小可調流量，疏水量在此間變化時，裝置能自動調節。把所有工況中最大可調流量和最小可調流量間的可調流量區域稱為變工況下裝置的可調流量範圍。調節性能為：

(1)隨著負荷降低，疏水壓差減小，總疏水流量減小，調節管路內的汽水比例不斷變化，即水的流量減小，汽的流量增大。

(2)隨著調節管路內汽體流量增大，在喉部對疏水的阻礙作用減弱，但由於總疏水壓差降低，使得最終的變化趨勢是逐漸減小的，但減小的速度緩慢。

(3)當調節管路內的水流量減小到零時，調節汽體流量達到最大，此時疏水流量為最小可調流量;負荷再繼續降低，由於實際疏水流量下降較快，裝置對疏水失去調節作用。

光電液位自動控制系統

隨著市場經濟的發展，中小企業進步很快。然而有些企業的設備依然陳舊，自動化水平低，急需更新或改造。一些小廠，液位控制還是人工操作，工人勞動量大，控制精度低，而且常常由於工人的疏忽，致使液位太低或溶液外溢，造成設備損壞甚至人員傷亡。為此製作了一種結構簡單、運行可靠、價格低廉的光電液位控制系統。

設計思路

對於象水這樣既無腐蝕又能導電的液體可用三電極法實現液位控制。而對於油、酸、鹼等液體，它們有的不能導電，有的具有強烈的腐蝕作用，這樣，就不能用三電極法，只好採用非接觸型的光電控制法。一般大容器側壁上都設有一隻玻璃管液位計，以供觀測容器內的液位。我們可以利用這隻液位計進行液位取樣。

我們知道，玻璃管中沒有液體時，其截面相當於一個凹透鏡，對於平行

入射光線有散射作用，使管子背後受光很弱，產生一個暗影，見圖。

而當玻璃管中充滿透明液體時，則形成一個圓柱形凸透鏡，對平行入射光線具有聚焦作用，使管子背後受光很強，產生一個亮影，見圖。

這樣，光線的“明”與“暗”，就反映了管中液體的“有”與“無”，我們就利用這一光學現象，在液位計上加裝兩個電感測器來探測兩個高度上的液體有無，進而實現液位的自動控制。

原理及控制過程

①光電感測器的製作及安裝

發光元件選用24V指示燈泡，光敏元件採用光電二極體，然後用膠木外套把上述兩元件安裝在液位計上。再根據液位的控制範圍把兩個光電感測器分別裝在液位計上下限位點上，如圖所示。

光電感測器安裝

②控制過程

當容器中沒有液體，V₁、V₂都沒光照一處於高阻狀態，A、B兩點均為高電平，555的③腳輸出低電平。三極體V4截止，中間繼電器K線圈不得電，電磁閥Y工作，往容器內注液。

隨容器內液位上升，V₂處有液體，V₂受光照，處於低阻狀態，B處電位低於6V，而A點仍為高電平，555的⑧腳繼續輸出低電平，繼續進行注液過程。只有當液面上升到V₁點，V₁、V₂都處於低阻狀態，A、B兩點都為低電平時，555的③腳才由低電平翻轉為高電平，V4導通，K吸合，Y關閉停止注液。隨著容器中的液體被使用，液位不斷下降，當液面低於V₁點後，555並不動作，只有當液面下降到V₂點以下，A、B兩點又處於高電平，555的輸出再次由高變低，V₄截止，K釋放，Y打開，重複上述過程。這樣使液體總保持在V₁和V₂範圍內。

自動控制電路結構簡單，安裝方便，易於調試，運行可靠，而且造價很低。特別是由220V電源供電，沒有用降壓變壓器，而是採用電容器降壓，使整個控制電路體積小，重量輕。通過實際套用，效果很好。另外，用繼電器K的常閉點控制電磁閥Y，是為了給直流電源一個相對均衡的負載。