第5章水位测量及仪表

第五章水位测量及仪表5.1概述一、基本概念物位的定义及目的物位测量二、物位测量的主要方法和分类（1）基于力学原理静压式静压式液位传感器是基于流体静力学中一定液柱高度的液体产生一定压力的原理。液位-压力转换的方式主要有压力式和差压式。浮力式浮力式液位测量是根据浮在液面上的浮球或浮标随液位的高低而产生上下位移，或浸于液体中的浮筒随液位变化而引起浮力的变化的原理来测量的。前者一般称为恒浮力式测量，后者称为变浮力式测量。重锤式料位测量重锤式料位测量是利用测量重锤从仓顶到料面的距离来测量料位的。2.基于相对变化原理当物位变化时，物位与容器底部或顶部的距离发生变化，通过测量距离的相对变化可获得物位的信息。这种测量原理包括声学法、微波法和光学法等。3.基于某强度性物理量随物位的升高而增加的原理三、锅炉汽包水位测量汽包水位过高会造成蒸汽带水，使蒸汽品质恶化，轻则使管道和汽轮机结垢加重，降低效率，重则使机组发生严重事故。水位过低会破坏锅炉水循环，使水冷壁局部过热甚至发生爆管。5.2就地水位计就地水位表可采用玻璃板式、云母板式、牛眼式。5.2.1云母水位计和双色水位计云母水位计1．云母水位计的基本结构及工作原理连通器原理2.云母水位计的测量误差由于水位计向周围空间散热，连通器内水柱温度低于汽包内的饱和水温度，其密度大于相同压力下的饱和水密度ρ’，因此水位计指示的水位值，比汽包内实际水位要低保温3.双色水位计双色水位计工作原理5.2.2工业电视监视汽包水位5.3差压式水位计由水位-差压转换容器(又称平衡容器)、压力信号导管及差压计三部分组成的中间件显示件传感器5.3.1水位-差压转换原理正压负压水位-差压转换原理gHgppp)'()(L1由式可以看出，水位越高，差压越小，。【例5-1】已知图5-6中双室平衡容器的汽水连通管之间的跨距L=300mm，汽包水位分别为H0=150mm，饱和水密度ρ’=680.075kg/m3，饱和蒸汽密度ρ”=59.086kg/m3，正压室中水的密度=962.83kg/m3，试求此时平衡容器的输出差压为多少?解按力学原理，当汽包水位在任意值时，平衡容器的输出差压为△p=p+-p-由此可得，在不同水位时平衡容器的输出差压分别为△p2=0.3×(962.83-59.086)×9.81-0.15×(680.075-59.806)×9.81=1746.9(Pa)[例5-2]在锅炉额定压力下，已知汽包内偏差水位在±0mm和+140mm时，测得平衡容器的输出差压分别为2000Pa和1475Pa。试求，差压计刻度水位分别为＋320、＋160、－160、－320mm时其校验差压应各为多少Pa？解：由题已知值可得：联立解1401475020002121KKKK5.3.2双室平衡容器误差分析（1）散热环境温度越低，冷凝水密度越大，差压越大，指示水位下降，指示带有负误差。负误差增加量跟平衡容器尺寸、结构型式有关。减小影响——保温双室平衡容器实际使用中存在的问题（1）散热（2）因汽包压力变化引起的绝对误差5.3.3补偿式双室平衡容器S800mm在设计平衡容器时，如果能确定恰当的L和l值，使汽包压力从很小值(例如0.5MPa)变至额定工作压力时，正常水位下平衡容器输出的差压不变，那么就可消除差压式水位计的零位漂移。结构复杂，补偿精度不高5.3.4差压式水位测量的压力校正5.3.5量程迁移5.3.6实现汽包水位冗余检测控制5.4电接点水位计优点：电信号，便于远传指示结构简单、迟延小、反应灵敏能够适应锅炉变参数运行无机械传动部件缺点：输出的信号是不连续的开关信号电接点失灵故障5.4.1工作原理电接点水位计是利用汽包内汽、水介质的电阻率相差很大的性质来测量汽包水位的。纯水，电阻率104Ω·m饱和蒸汽，电阻率106Ω·m炉水含盐量大，电阻率约10Ω·m工作原理115.4.2构成1．水位容器0±15±30±50±75±100±150±200±250±3005.4.2构成2．电接点超纯氧化铝（99.95%氧化铝）聚四氟乙烯双色显示仪表14数字水位计图5-15DYS－19型数字式水位计原理方框图5.4.3电接点水位计测量的误差分析1．水位测量简内水柱温度的影响2．汽包工作压力的影响3．电接点间距的影响5.5浮力式液位测量5.5.1恒浮力式液位测量5.5.2变浮力式液位测量5.6超声波物位测量超声波物位测量是利用超声波在气体、液体和固体介质中传播的回声测距原理进行测量的非接触式物位测量方法5.6.1测量原理单探头简单、安装方便、维护工作量也较小，可以直接测出液位高度接收盲区超声波料位测量vtLh215.6.2回波时间测量（1）双稳电路测时法（2）脉冲电路测时法5.6.3超声波的接收和反射（1）压电换能器压电效应原理：压电材料受压时会在其表面产生电荷，其电荷量与所受的压力成正比。机械能——转换成电能超声波的发射：逆压电效应（电致伸缩）电能——机械能的转换压电材料：压电晶体、压电陶瓷、压电半导体图5-21超声波换能器的结构原理图1－压电晶片；2－音膜；3－钳形外壳；4－引线；5－弹簧（2）磁致伸缩换能器超声波的发射：磁致伸缩效应超声波的接收：逆磁致伸缩效应强磁体磁化状态下，其体积和形状发生变化。强磁体受到外磁场磁化时，出现整个物体的线磁致伸缩磁声效应5.7核辐射式物位测量5.7.1测量原理hueII0IIh0ln1图5-23核辐射式物位测量原理1－射线源；2－探测器；3－电子测量线路式中I0——射入介质前的辐射通量的强度；I——通过介质后的辐射通量的强度；——介质对射线的线性吸收系数；h—射线所通过的介质厚度，被测物体的高度。当射线源一定时，具有确定的值；对于一定的被测介质，为常数，只要测出通过介质后的辐射通量的强度I，即可计算确定被测介质的物位。核辐射式物位测量系统的组成核辐射式物位测量系统主要由射线源、射线探测器和电信号转换电路等部分组成。5.8电容式物位测量变极距型变面积型变介质型hdDCCCln)(2120hdDCCCln)(21205.8.2电容式料位测量原理hdDCCCln)(21205.10煤粉仓粉位测量煤粉仓作为一个固体物料的流通容器，使得煤粉随风飘扬，大多数时间仓内煤粉弥漫，且它是从上输入，由下输出，使得煤粉的界面极不规则。5.10.2超声波粉仓粉位检测1）定点发送超声波料位控制（声阻断式）2）用超声波对物料连续探测法（测距式）tCLH21LCHt式中——料仓底至超声探头之间距离，m；——声速（气体介质中），m/s；——被测料位高度，m；——由发射至接收的时间间隔，S。TCCT610.00)610.0(210TCtLH