第八章-液位测量

2020年5月28日12时1分1第八章液位测量学习要求：☆要求掌握常用的液位测量方法及相关测量仪表的组成及测量原理。☆掌握电容式液位计的测量原理☆电阻式液位计的测量原理理。2020年5月28日12时1分28.1差压式液位测量法1.液位测量1）液位测量:是一门测量液—液、气—液和液—固分界面的技术。从原理上讲，液位测量主要基于相界面两侧物质的物性差异或液位改变时引起有关物理参数的变化。在工程应用中，它包括对液位、液位差、相界面的连续监测，定点信号报警、控制等。2）分类:主要的有沉浮式液位测量法(浮子液位计)、差压式液位测量法(差压式液位计)、电容式液位测量法(电容式液位计)、电阻式液位测量法(电阻式液位计)等。2020年5月28日12时1分38.1差压式液位测量法1.液位测量3）测量方法的选择:选择合适的测量方法不仅要求能够获得最大信号量，同时还应该考虑信号传送过程对被测液体安全性等方面的影响(如电源、光辐射可能加热低温液体或引爆易燃液体等)，考虑被测液体对敏感元件的污染、腐蚀以及所需仪表的成本、用户的使用条件等具体情况。2020年5月28日12时1分48.1差压式液位测量法2.差压式液位测量法基本原理其原理是运用流体静力学平衡方程,即液体中任一点的静压力与其自由表面上的压力，原理图如下。8-1-1对于开口容器,其平衡方程如下:Hgppp0由此可得:GPH2020年5月28日12时1分58.1差压式液位测量法2.差压式液位测量法对于闭口容器,其平衡方程如下:HgHgHHgHgpssSSs由此可得:gpHs2020年5月28日12时1分68.1差压式液位测量法3.用差压式液位计测量锅炉汽包水位由于差压式液位计测量受水、汽密度变化影响，需要采取补偿措施.常采用双室平衡容器,其结构包括：汽包，宽容器（水位高度L恒定），差压计。1）水位—压差转换原理双室平衡容器工作原理图如下:2020年5月28日12时1分78.1差压式液位测量法3.用差压式液位计测量锅炉汽包水位2020年5月28日12时1分88.1差压式液位测量法3.用差压式液位计测量锅炉汽包水位根据流体静力学原理可得方程:HgLgpHLgHgpLgpSssss2121采用保温措施，ρ1=ρ2=ρw,那么有pgLHHLgpswsw1即得:2020年5月28日12时1分98.1差压式液位测量法3.用差压式液位计测量锅炉汽包水位2）误差分析汽包压力p的影响:汽包压力p上升,(pw-ps)下降,下降.于是会出现以下情况:①同样的水位H产生的Δp↘,液位计指示的液位高于实际液位液位计在锅炉额定压力下进行刻度。②当锅炉运行压力高于额定压力时，液位计指示的液位高于实际液位；③当锅炉运行压力低于额定压力时，液位计指示的液位低于实际液位。2020年5月28日12时1分108.1差压式液位测量法3.用差压式液位计测量锅炉汽包水位水位高度的影响:水位高度H下降，L-H上升，swp上升又pgLHsw1所以低水位时，上述汽包压力对指示液位的影响更大。2020年5月28日12时1分118.2电容式液位测量法1.测量导电液体的电容式液位传感器结构：不锈钢棒（带聚四氟乙烯绝缘套）电极，导电液体，容器。工作原理：原理图如下。8-2-1不锈钢棒和导电液体构成电容器的两极，电容与液体高度成正比。0H当时，分布电容：dDLC/ln200当0H时，电容量：dDHLdDHCH/ln2/ln202020年5月28日12时1分128.2电容式液位测量法1.测量导电液体的电容式液位传感器那么：dDHdDHCCCH/ln2/ln200又,0DD故可得：HKHdDC/ln2——绝缘套介电常数。2020年5月28日12时1分138.2电容式液位测量法2.测量非导电液体的电容式液位传感器结构：互相绝缘的内外不锈钢电极，不导电液体在电极间起绝缘作用。外电极上有孔便于液体进出。工作原理：原理图如下2020年5月28日12时1分148.2电容式液位测量法2.测量非导电液体的电容式液位传感器2020年5月28日12时1分158.2电容式液位测量法2.测量非导电液体的电容式液位传感器液位变化，电极间充填液体的介电常数发生变化，引起电容变化。当H=0时，分布电容：dDLC/ln200当H0时，电容量：dDHLdDHCH/ln2/ln202020年5月28日12时1分168.2电容式液位测量法2.测量非导电液体的电容式液位传感器即有：dDCCCH/ln2000,——液体，空气的介电常数。2020年5月28日12时1分178.3电阻式液位测量法1.电接点液位计结构：测量筒，电接点，指示灯，电源。工作原理：利用物质液态和气态的电阻率相差悬殊的特性指示液位，原理图如下：8-3-1特点：不受被测液体的压力、温度、密度的影响，非连续测量。应用：锅炉、太阳能热水器等。2020年5月28日12时1分188.3电阻式液位测量法2.热电阻液位计工作原理：利用热电阻丝在液体和气体中的换热系数不同温度不同导致电阻改变来指示液位。如图9—10所示，在存贮液体的容器内，将热丝安置于液面下预定检测高度点A处，并在其通电电路中并联一个电阻为R。的小灯泡。选择正温度系数较大的热丝材料和合适的电源E灯泡R。，使得热丝露出液面时的电阻值RS》R0。2020年5月28日12时1分198.3电阻式液位测量法2.热电阻液位计2020年5月28日12时1分208.3电阻式液位测量法2.热电阻液位计在这样的参数匹配条件下，当液位正常时，热丝浸没于液体中，散热量较大，温度较低，因而其电阻值较小，对回路电流起分流作用，使流经灯泡的电流减少，故灯泡较暗。而当液位低于预定高度时，热丝露出液面，散热量减少，温度升高，电阻值增加至RS(RS》R0)，这时回路电流主要从R。通过，即灯泡变亮。因此，可以根据灯泡的亮度判断液位是否低于预定的高度。在这种检测回路中，当灯泡由暗变亮时，表示液位已低于预定高度。应用：液位指示，报警。2020年5月28日12时1分218.4电阻式液位测量法1.全反射型光纤液位计结构：棱镜，光纤，光源，光电检测器，两根光纤一端烧结棱镜，另一端分别光源和光电检测器耦合构成发射光纤和接受光纤。工作原理：原理图如下.8-4-1特点：灵敏度高；电绝缘性好，防爆。应用：易燃易爆液体的定点液位报警器。适用范围：对棱镜无粘附性的液体。2020年5月28日12时1分228.4电阻式液位测量法2.浮沉式光纤液位计浮沉式光纤液位计包括三个部分，机械转换部分，光纤光路部分，电子电路部分。图9-12为其结构原理图。①机械转换部分包括浮子，重锤，钢索，计数齿盘。其作用是将浮子随液位上下变动的位移转换成计数齿盘的转动齿数。当液位上升时，浮子上升而重锤下降，经钢索带动计数齿盘顺时针方向转动相应的齿数；反之，若液位下降，则计数齿盘逆时针方向转动相应的齿。2020年5月28日12时1分238.4电阻式液位测量法2.浮沉式光纤液位计②光纤光路部分由光源，等强度分束器，光纤和光电检测器组成。两组光纤分别安装在齿盘上下两边，每当齿盘转过一个齿，上下光纤光路就被切断一次，各自产生一个相应的光脉冲信号。由于对两组光纤的相对位置作了特别的安排，从而使得两组光纤光路产生的光脉冲信号在时间上有一很小的相位差。通常，导先的脉冲信号用作可逆计数器的加、减指令信号，而另一光纤光路的脉冲信号用作计数信号。2020年5月28日12时1分248.4电阻式液位测量法2.浮沉式光纤液位计③电子电路部分光电转换及放大电路，逻辑控制电路，可逆计数器及显示电路。光电转换及放大电路主要是将光脉冲信号转换为电脉冲信号，再对信号加以放大。逻辑控制电路的功能是对两路脉冲信号进行判别，将先输入的一路脉冲信号转换成相应的“高电位”或“低电位”，并输出送至可逆计数器的加减法控制端，同时将另一路脉冲信号转换成计数器的计数脉冲。每当可逆计数器加1(或减1)，显示电路则显示液位升高(或降低)1个单位(1cm或lmm)高度。2020年5月28日12时1分258.4电阻式液位测量法2.浮沉式光纤液位计2020年5月28日12时1分26课后习题1、试述电容式液位计的测量原理。2、试述电阻式液位计的测量原理。3、锅炉上用来测量液包液位可以采用何种方法？4、测量汽车油箱内汽油的液位可以采用何种方法？