常见浮选液位测量装置的分析及对比
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【摘要】：目前常用的浮选液位计主要有浮力式液位计、激光液位计、静压液位计、超声波液位计。浮力式液位计和激光液位计可归结为有可动部件类传感器，静压液位计和超声波液位计可归结为无可动部件类传感器。本文将对各种常用浮选液位计的原理进行说明，并对比其应用效果，分析各种液位计的利弊。
中图分类号： TU74文献标识码：A 文章编号：
一、浮力式液位计
１结构及原理
浮力式液位计是基于浮置于液面上物体（浮球、浮标）随液位的高低而发生位移，或浸于液体中的物体（沉筒）随液位变化引起浮力的变化而测量液位的装置。浮力式液位计主要由液位变送器（含浮球装置和角位移传感器）和消泡器组成。浮球装置将直线位移转换为角度变化，角位移传感器将角度变化转换为电压的变化。消泡器包括保护筒和喷水装置，喷水装置用于消除液位计表面的黏附物料，喷水流量大约为２Ｌ／ｍｉｎ。
现场应用时浮力式液位计的测量范围达±２００ｍｍ，测量精度达±１％。
（１）液位变送器
液位变送器的结构及动作原理如图１所示。矿浆液位的变化通过浮子转换为悬臂的连接角度变化，悬臂与角位移传感器相连接，将液位的变化转换为角位移传感器输出信号的变化。
现场使用的大部分该种液位变送器采用不锈钢制造。旋转臂运动范围为±３０°，相应液位变化幅度为±２０ｍｍ。可通过调节限位板位置来调节该范围。浮球在矿浆中的位置可通过调节螺栓来调整。
（２）保护筒和喷水装置
图２为浮力式液位计安装原理。当浮力式液位变送器用于测量浮选矿浆液位时，其浮子需要保护筒和喷水装置。保护筒呈圆筒状（一般采用钢板围成或直接用粗钢管制成），垂直安装在液位变送器浮子安装地点。
喷水装置喷水方向为顺着连杆，以防止矿浆在浮子表面黏连、堆积引起测量不准，同时进一步消除浮选泡沫。喷水量以确保测量精确为主，过大会影响测量精度。
２、现场使用情况及优缺点
浮力式液位计使用机械传动，在现场恶劣环境下经常发生故障，并且会因机械结构老化而导致测量精度降低。某厂在使用自流式泡沫槽的大型浮选机过程中，发现使用浮球式液位计时的主要问题：对机械连杆机构的加工精度较高，以避免浮子在运行中被卡住而引起测量误差；浮子的直线位移转换为角位移时，会带入正切函数的非线性而引起误差，且生产过程中，浮选设备的液位变化越大，引起的测量误差越大；角位移传感器在测量过程中会因自身磨损严重而影响液位计的使用寿命。目前在浮选设备液位检测系统中较少使用浮力式液位计。
二、激光液位计
１结构及工作原理
激光液位计由专用激光测距仪、测量支架、浮球组件（浮球、连杆、反射盘）、冲洗水装置和隔离筒等组成，输出４～２０ｍＡ 信号。其结构如图３所示。
浮球垂直运动并通过机械连接带动反射盘运动，激光测距仪测量反射盘的垂直高度，从而计算出矿浆液面高度，并将结果输入控制器进行控制和显示。激光液位计外设泡沫隔离桶（又叫消泡桶），用于防止因搅拌和充气引起的矿浆液面波动对浮球产生冲击，减小泡沫层对矿浆液面测量的影响；内设喷水冲洗，可实时将浮球冲洗干净，防止矿浆在浮球表面结垢，保证液位的准确测量。
图４为激光液位计的安装原理。激光液位计检测的浮选槽液位为相对高度，其中以溢流堰处液位为系统最高液位。
２现场应用及优缺点
激光液位计测量误差小，精确度高，因采用非接触式测量方式而磨损极小，使用寿命长，稳定可靠，维护工作量很小，长期工作也不会产生位置漂移现象，无需进行仪表校对。但激光液位计测量时使用浮球，浮球装置存在老化问题，同时浮球有可能被异物卡住而影响测量，因此使用过程中需定期检测。激光液位计在现场使用过程中效果较好。江西铜业集团公司德兴铜矿大山选矿厂使用ＫＹＦ－２００浮选机，因浮选机处理量大，作业时间短，矿浆在每个槽停留的时间仅为３ｍｉｎ，要求检测装置反映灵敏；泡沫层厚度变化大，要求检测装置量程广；因浮选机充气和机械搅拌的影响而使槽内液位波动大，要求检测装置适应性强。激光液位计可满足这些要求，且工作过程中维护工作量较小。
三、超声波液位计
超声波是机械波，方向性好，穿透力强，遇到杂质或分界面会产生显著反射。利用这些物理性质，可将液位测量中的一些非电量转换成声学参数，通过压电元件将声学信号转换为电量再进行测量。
１结构及工作原理
超声波液位计结构如图５所示。换能器（探头）发出的高频超声波脉冲遇到被测介质表面后被反射回来，部分反射回波被同一换能器接收并转换为电信号，该电信号被转换器转换为液位高度，并通过数显表输出。超声波脉冲以声波速度传播，从发射到接收所需的时间与换能器到被测介质表面的距离成正比。
２使用优缺点
超声波液位计的应用优势是使用过程中测量部分不与矿浆接触，无转动部件，可连续测量和定点测量；其弊端是超声波的反射角度过大，经常出现无测量或错误测量现象，且超声波的波速取决于传播媒质的特性、温度、压力和密度，受环境影响较大，此外矿浆表面变化的泡沫层对声波辐射也会产生影响，测量准确性无法得到保证。
四、静压液位计
１组成及原理
静压液位计由内置毛细软管的特殊导气电缆、抗压接头和探头组成。静压式液位计测量液位的原理是测量探头上的液体静压与实际大气压之差，然后由传感器和电子元件将该压差转换为４～２０ｍＡ的输出电流信号。静压液位计根据安装方式不同一般分为投入式和侧装式两种。本文以吹气管式矿浆液位计和投入式静压液位计为例进行介绍。
（１）吹气管式矿浆液位计
吹气管式矿浆液位计结构如图６所示。吹气管插至矿浆槽的最低面即零液位，压缩空气通过吹气管进入被测物料，调节气源阀门（恒流阀），使吹气管底部逸出少量气泡，此时吹气管内压力与矿浆槽液位的静压近乎相等，压力变化通过传感器传送至压力表，根据压力表的值即可计算出矿浆液位高度。
（２）投入式静压液位计
投入式静压液位计结构如图７所示。该种液位计根据投入到液体中的探头所受到的水压力与探头的投入深度成正比的原理，将压力信号转换为电信号，并对该电信号进行温度补偿与线性校正后输出。变送器部分一般使用扩散硅或敏感陶瓷材料。实际使用时投入式静压液位计的传感器（探头）可直接投入液体中，变送器可用法兰或支架固定。
２使用优缺点
静压液位计省去了浮球装置与喷淋装置，安装更简便，可靠性好，检测精度更高，误差极小，系统动态性能指标更佳，信号输出稳定性好。但静压式液位计受矿浆密度和温度的影响较大，测量时会出现偏差，测压管容易堵塞和腐蚀，需要定期清洗和标定。北东矿业有限责任公司氰渣浮选工业试验中，采用静压液位计测量微处理量浮选柱的液位，使用中发现静压液位计的测量精度高，误差小，反应迅速，若压力传感器采用的材质耐腐蚀、耐摩擦、抗氧化，则可延长设备的使用寿命。
五、结语
在选择浮选液位测量装置时，要充分熟悉各类测量装置的工作机理、被测浮选设备的工作特性、使用过程中可能出现的问题、日后维护及标定等因素，并综合考虑用户要求、仪表的性能价格比等选择合适的仪表。
参考文献：
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