水位计的测控技术20150506

1、1、山西省万家寨引黄入晋工程1.1引黄入晋工程介绍1.2引黄入晋工程中水利量测技术1.3引黄入晋工程水利量测仪器现状2、液位计2.1液位检测的概念2.2液位计的分类2.3液位检测的意义2.4液位检测技术的发展方向3、引黄入晋工程中水位计技术介绍3.1压力式水位计3. 1.1压力水位计的原理3. 1.2压力式水位计检测方法3. 1.2.1水位计电源的检测方法3. 1.2.2水位计输出的检测方法3. 1.2.3水位计传输电缆的检测方法3. 1.2影响压力式水位计测量精度的因素3.2超声波水位计3.2.1超声波水位计的测量原理3. 2.1超声波水位计检测方法（电源、传输、传输电缆同上）3. 2.2影

2、响超声波水位计测量精度的因素3.3雷达式水位计3.3.1雷达式水位计的测量原理3.3.2雷达式水位检测方法（同上）3.3.3影响雷达式水位计测量精度的因素3.4气泡水位计3.4.1气泡水位计的原理3.4.1气泡水位计检测方法3.4.2影响气泡水位计测量精度的因素4、流量计4.1流量计的分类4.2流量计的现状4.3流量计的发展方向4.4流量计的选型要素4.5超声波流量计测量技术4.5.1超声波流量计测量原理4.5.2超声波流量计分类4.5.2超声波流量计检测方法4.5.2.1超声波流量计传感器检测4.5.2.2超声波流量计输出线路的检测4.5.2.3影响超声波流量计测量精度的因素1.1引黄入晋工

3、程介绍 万家寨引黄工程是山西省2002年建成的大型调水工程，工程艰巨，技术难度高，是一项世界级的跨流域引水工程，是山西省有史以来最大的水利工程。 被世界银行专家称为具有挑战性的世界级工程。 山西省万家寨引黄工程是解决山西省太原市、大同市、朔州市工业及生活用水的一 项大型引水工程。工程从黄河大北干流万家寨水库取水，经偏关、平鲁、神池、宁武、静乐、娄烦、古交，到太原呼延村。工程由万家寨水利枢纽、总干线、南干线、联接段和北干线组成。 总干线引水总量12亿立方米，其中由南干线向太原市供水6.4亿立方米，由北干线向大同市、朔州市供水5.6亿立方米。1.2引黄入晋工程中水利量测技术 引黄总干、南干主要包含

4、15个水利测站，其中总干7个测站（总一泵站、总二泵站、申同嘴水库、沙茆东沟、水泉河、总三泵站、总三泵站后池），南干8个测站（南一泵站、南一泵站后池、南二泵站厂房、南二泵站后池、西坪沟、木瓜够、温岭、头马营）；测量设备共计77套，其中：流、水位计64套、量计13套（满管流流量计2套、明渠流量计11套）。 其他地方：还需大家整理1.3引黄入晋工程水利量测仪器现状 引黄入晋工程水利量测中水位涉及以下类型： 压力式水位计（天威、麦克、中核） 超声波水位计（天威、雄风） 雷达水位计（天威） MFC水位计（太原理工） 气泡水位计（RITTMEYER)使用过程中水位计表现出现的问题： 压力式水位计：硅油渗漏

5、、传感器进水、保护被击穿、 泥沙堵塞传递的压力口 超声波水位计：保护被击穿、传感器采集电路板进水、 水雾导致水位计短暂时间无法测量雷达水位计：冬季结冰MFC水位计:零点飘动较大、传感器进水、触点电解 涉及流量计类型：管道流量（超声波）（ACCUSONIC、RISONIC、徐州科讯、昌民) 明渠流量计（RISONIC)电磁流量计：（开仪）使用过程中流量计出现的问题：超声波流量计：传感器进水、测量精度较差、无法标定、死机现象电磁流量计：测量精度、无法标定针对仪器使用缺陷进行技术改进的成功应用总三前池水位的技术改造： 克服结冰对超声波、雷达及气泡影响 缓解泥沙对水位计的影响 维修、标定方便总结：测量

6、要测的好,需要以下条件 合理的选型、 良好的设备、优秀的安装、专业解决干扰的能力、定期的维护 2、液位计2.1液位检测的概念 液位是指存放在容器或工业设备中液位的高度和位置。测量液位高度一般是连续量测量，而位置有连续量和开关量。2.2液位计的分类 液位计可直接分为接触式和非接触式液位计 连续量接触式液位计：压力式、电阻式、电容式、光电式、磁敏式、重锤式 MFC 开关量接触液位计：音叉式、阻尼式、浮球式、节点式、微波开关 射频导纳 非接触式液位计：超声波式、雷达式液位计分为两线制和四线制 两线制：传感器的供电和信号输出公用两根线 四线制：传感器的供电和信号输出相互独立。2.3液位检测的意义 对人

7、的意义：高温、易爆、腐蚀、距离远、人为不方便，为工作人员的安全提供保障。 对生产的意义：安全、自动化生产提供条件 、保护设备、合理安排生产等。 对液位检测技术的意义：面对现场暴漏的问题和不足，对液位计的科技的发展提供好的题材。2.3液位检测技术的发展方向 向微型化发展：新技术的应用特别是计算机辅助设计（CAD)技术和微机电系统（MEMS)使得传感器微型化得以变成现实。 向智能化发展：智能化传感器装有微处理器，不但能够执行信息处理和信息存储，而且还能够进行逻辑思考和结论判断。通常情况下检测仪器只能用来探测一种物理量，传感器的信号调节是由模拟电路来完成，但智能化传感器却能够实现所有功能。 向多功能

8、传感器发展：可反应多个物理量，如液位传感器：液位、温度、甚至泥沙的含量等。 向无线网络化发展：传感器的节点，往往受温度的高低、湿度的变化、压力的增减、噪音的升降、周边磁电场影响。更让人感兴趣的是，每个节点都是一个可以进行快速运算的微信计算机。它们将受到的信息转化为数字信号，进行编码，然后通过节点之间自行建立的无线网路发给具有更大处理的服务器。 向数字化发展：克服传统模拟信号受干扰问题，是的测量稳定性更有保障。3、引黄入晋工程中水位计技术介绍3.1压力式水位计3. 1.1压力水位计的原理（以天威VEGABAR66为例) 传感器元件为干燥的陶瓷电容测量元件，带前表面齐平且耐磨的陶瓷膜片。介质的静压

9、力或过程压力作用在膜片上，并在测量元件内照成一个电容变化。这个电容的变化被转换为相应的输出信号。 压力传递有：金属应变式压力传感器、硅压阻压力传感器、陶瓷压力传感器 电容式压力传感器、光纤压力传感器、耐高温压力传感器（SIC)等。 压力式水位计的结构：压力式水位计的安装 传感器头部固定稳定 传感器头部做放堵塞处理和设计 传感器头部处于水的状态比较稳定 传感器的电缆固定稳定 传感器的接线盒固定干燥通风环境 传感器良好的接地避免雷电雷击和对信号的低频干扰 传感器的气孔保持畅通压力式水位计的标定 定期用标准带刻度两桶对水位计进行标定：4-20mA,连续测量5次 导线绝缘电阻的测量3. 1.2压力式水

10、位计检测方法3. 1.2.1水位计电源的检测方法 VEGABAR66 工作电压：12V-36VDC 允许的剩余波纹度 UPP1V (100HZ) UPP10mV(100.10kHZ)检测方法： 把万用表打到DC档位上（200），首先测量电源供电电压，红表笔与电源的正极相连，黑表笔与电源的负极相连，读取万用表的读数。如电压满足测量要求，则供电正常。其次用同样的方式测量传感器的供电电压，来判断供电是否正常。 可能出现以下现象： 电源电压正常而传感器的电压不正常（检测电源线的绝缘电阻 或是否断开） 电源电压不正常（检测直流电源的输出电压）确定电源是否有问题 传感器的电压正常，输出不稳定，（检测纹波电

11、压），涉及示波器，在工作中很少见。注意事项： 穿电工胶鞋、弄清供电的电压后再进行测量或安装、两手分别握住表笔的绝缘部分，表笔的测针一定不能与其他导线或金属部件相接触 3. 1.2.2水位计输出的检测方法目前水位计输出一般接4-20mA输出，检测方法如下： 把万用表达到电流档位（直流），把万用表串入输出线路中，观察电流的读数，同时根据电流读数与现实水位进行比对来判断传感器的工作情况。 现象： 电流与水位相符，传感器完好 电流与水位不符，连续测量5次，如比较稳定，说明传感器零点漂移，通过上位机进行修改；如果不稳定，说明传感器读数不能作为工作的依据。3. 1.2.3水位计传输电缆的检测方法 由于水位

12、计的传输线较长，产期受管道、水、土壤等多因素的腐蚀，定期对传输电缆进行测量。首先判断传输线是否导通；其次判断导线的绝缘性是否满足传输要求。3. 1.2影响压力式水位计测量精度的因素 传感器的使用年限、传感器的质量、传感器的工作环境、传感器的安装环境、传感器抗干扰的处理3.2超声波水位计3.2.1超声波水位计的测量原理 超声波（20KHZ)测距的原理是利用超声波在空气中的传播速度为已知，测量声波在发射后遇到障碍物反射回来的时间，根据发射和接收的时间差计算出发射点到障碍物的实际距离。 测距的公式表示为：L=CT 式中L为测量的距离长度；C为超声波在空气中的传播速度；T为测量距离传播的时间差(T为发

13、射到接收时间数值的一半)。 超声波水位计的安装：传感器与水面保持垂直，安装完成后要与实测水位进行校对传感器的空高度大于盲区高度传感器的距离壁的距离大于1/3R传感器锥管超出平台大于50mm3. 2.1超声波水位计检测方法（电源、传输、传输电缆同上）3. 2.2影响超声波水位计测量精度传感器的使用年限、传感器的质量、传感器的工作环境、传感器的安装环境、传感器抗干扰的处理3.3雷达式水位计3.3.1雷达式水位计的测量原理 雷达传感器的天线以波束的形式发射电磁波信号（6GHZ和26GHZ)，发射波在被测物料表面产生反射，反射回来的回波信号仍由天线接收。发射及反射波束中的每一点都采用超声采样的方法进行

14、采集。信号经智能处理器处理后得出介质与探头之间的距离，送终端显示器进行显示、报警、操作等。 雷达液位计：雷达液位计的水位计算方式同超声波水位计雷达水位计的测量优势连续准确地测量由于电磁波的特点，不受环境的影响。故其测量的应用场合比较广。雷达液位计的探头与介质表面无接触，属非接触测量，能够准确、快速地测量不同的介质。探头几乎不受温度、压力、气体等的影响（500时影响仅为0.018%，50bar时为0.8%）。对干扰回波具有抑制功能 波束范围内接头引起的干扰回波和进料或出料的噪声引起的干扰回波等可由内部的模糊逻辑控制自动进行抑制。准确安全节省能源 雷达液位计在真空、受压状态下都可进行测量，而且准确

15、安全，可以不受任何限制，适用于各种场合。雷达液位计采用材料的化学性、机械性都相当稳定，且材料可以循环利用，极具环保功效。无须维修 微波几乎不受干扰，与测量介质不直接接触，几乎可以被应用于各种场合，如真空测量、液位测量或料位测量等。由于高级材料的使用，对情况极其复杂的化学、物理条件都很耐用，它可以提供准确长期稳定的模拟量或数字量的物位信号。 雷达水位计的安装参考超声波水位计的安装3.3.2雷达式水位检测方法（同上） 3.3.3影响雷达式水位计测量精度的因素测量时由于冷凝现象发生。水面存在气体蒸汽时，高压将使信号的传输速度减慢，特别低温环境中特别突出。波束角是雷达波的能量密度达到其最大值一半时角度

16、。微波可以散射到波束角之外的区域，也可以被干扰物反射回来，罐体波束角范围内不要安装其他物件。其他参考超声波3.4气泡水位计3.4.1气泡水位计的原理 水头产生的压力可以无滞后的传递给传感器中的波纹管，同时这个力通过一个真空杠杆传送给石英晶振。压力的改变会导致石英晶振频率的变化，传感器把频率信号传入处理单元进行处理计算。同时，温度也被测量并且传到处理单元进行补偿压力，使这个压力在一个宽温度范围内接近于没有温度的影响。波纹管石英晶振石英晶振真空杠杆真空杠杆温度振荡器输出频率信号压力入口压力传递W2Q3.4.1气泡水位计检测方法 气泡水位计检测根据同一位置的水位计的读数，若气泡水位计测量水位出现偏差

17、，首先采用排气法解决气管路中的积水，若气管积水结冰，则采用加热法消冰，同时不定时检查气管是否漏气，如果还有问题，检查传感器和主机。 其他电源供电和信号的输出检查参考上面所述传感器，但要确定供电电压。工作位置工作位置:活栓在显示的位置浮球在中间位置相对应 7 Nl/h ： ZW2C.160 18 Nl/h ： ZW2C.400或每秒两个气泡相对应 0.2 Nl/h ： ZW2C.005冲洗冲洗气体流量阀被短接输入A端直接连到B和C连到测量装置的D端被关闭末端开口的测量短管，供气管和测量管被冲洗测量装置从清洗压力中断开冲洗不会吹干供气和测量气管测量装置仍然断开流量阀连接到B和C气管中的冲洗压力减小

18、到测量压力保持这种位置大约30s 冲洗完成-连接到测量装置-流量阀连到C在测量管和供气管交换下工作保持这种位置两天，吹干测量气管-返回活栓的工作位置-正常的工作的位置如同测量管和供气管总是承受着比最高水位高的压力。从测量装置到吹气短管，管路的铺设要有一个坡度，并且要有恒定的温度。如果要采集冷凝水，必须放置冷凝水采集器于地面的最低点。可以阻止冷凝水的进入，保证空气的干燥。测量管和供气管的连接应该尽量放置在吹气孔处，但是对于很小的测量范围，应该放置在水上。由于考虑到精度原因Y型连接器应该放置在水下（例如对于测量范围超过10m）。 但是如果采用不锈钢管，Y型连接器必须放置在水上。Y型连接器应该垂直安

19、装并且要有0 C以下的温度保护措施。操作和维护 试运行六到八周后，所有连接件的螺纹连接处和气管连接处再次进行紧固。 冷凝水采集器和压力控制器必须周期性的排干。 测量阀 周期性检查出气量，如果需要，要对其调整。刻度管要检查是否有脏物和冷凝水，可以通过旋转拆除刻度管进行处理。 空压机 每次运行50小时后，空气清洁器体必须被卸除并且在冷却水中用溶解液清洗。清洁器体必须小心的冲洗，清洗后再凉干。重新装上清洁器体，用粗糙的过滤器导向外界。如果是在满是灰尘的空气中操作，清洁器体的清洗要再经常一些。通常，建议保持单元的清洁。 注释: 通常电动泵工作时的温度很高，这并不意味着出现故障。 气瓶 通过压力表检查气

20、瓶中的压力，必须 减压后的输出压力，否则，气瓶必须更换。 注意：对于 0.4 Nl/h的出气量，一个 10 升 (150 bar) 的气瓶充满气后可以供应150天；50 l (150 bar)的气瓶可以供应2年。 故障排除 空压机 当电机保护开关（过载保护）开启，保持电机冷却大约15分钟后再重新按“reset”键启动。 测量设备测得太低或保持在最低的位置 - 检查气源 - 进行传送气路包括装置的漏气测试 测量设备测得太高或保持在最高的位置 - 清除吹气短管的堵塞，如果有必要就要清洗气路 - 对于可能存在冷凝水的情况，气管必须像上面提到的一样进行清洗。 在双管的情况下，如果由于冷凝水的原因而导致

21、故障屡次出现的话，建议通过周期性的操做转换活栓来交替性改变两条气管的空气的流向。如果仍然存在，必须安装冷凝水收集器 测量设备的测量值不断来回地摆动 测量设备的测量值过大的波动，可以通过参数“damping”对其消除。 测量值变化缓慢，即:测量值变化不够 - 可能是冷凝水堵塞水下的测量短管，清洗气管.- 参数 Damping”的值太大。3.4.2影响气泡水位计测量精度的因素吹气式测量最适合于小于10 bar的小压力测量，所能达到的精度取决如下几个方面：导气管的气密性水位的波动，支管测量漏气1mm精度冷凝水的结冰对测量的影响压力传输的速率大气压的变化传输管中温度变化4、流量计4.1流量计（液体）的

22、分类 质量流量计 体积流量计：容积流量计、热式流量计、浮子流量计和差压流量计 速度流量计：V锥流量计、超声波流量计、电磁流量计、涡轮流量计 明渠流量计：多普勒流量计、超声波流量计、堰式流量计4.2流量计的现状 流量计目前品种较多，但能精确测量的流量计从大家使用的过程中发现不多。包括国际公认的大品牌,通过我多年对流量计现场安装及技术理解，认为原因如下： 流量计的标定环境与流量计应用环境的差别。 流量计之间的质量差异。 流量计的测量是个综合型知识的支撑的结果，包括：流体力学、阀门、泵、材料、信息采集与传输等多个学科。一个设计人员很难把流量计选好和位置设计好。 流量计的选型，针对不同的环境，选用合理的测流方法。 流量计的安装，现场选位、测试、调试对流量计精度影响很大。 流量计的抗干扰的处理。 4.3流量计的发展方向 质量流量计 流量计的CFD应用 流量计量程比的拓宽4.4流量计的选型要素 测量介质 管道压力 介质温度 介质的常用流量 管道材质 管道上阀门类型 管道上泵的类型 泵的供电模式 流量计所处环境的温度、湿度 流量计的供电方式 流量计的信号的传输方