第8章_液位测量

1、主要内容主要内容 v8.1 液位测量概述液位测量概述v8.2云母水位计与双色水位计云母水位计与双色水位计v8.3电接点水位计电接点水位计v8.4压差式水位计压差式水位计v8.5其他液位测量方法其他液位测量方法第第8 8章章 液位检测及仪表液位检测及仪表 一、液位测量的意义一、液位测量的意义 物位测量包括液位测量和料位测量。在工业物位测量包括液位测量和料位测量。在工业生产过程中，液位往往是很重要的控制参数。生产过程中，液位往往是很重要的控制参数。对于一般储液装置内所储存液体的多少对生产对于一般储液装置内所储存液体的多少对生产过程的影响是不可忽视的。比如火电生产过程过程的影响是不可忽视的。比如火电

2、生产过程中的锅炉汽包内的水位就直接影响汽水系统循中的锅炉汽包内的水位就直接影响汽水系统循环的效果以及送出蒸汽的质量。环的效果以及送出蒸汽的质量。 水位过高影响：水位过高影响： 水位过低影响：水位过低影响：8.1 8.1 液位测量概述液位测量概述 容器中液体介质液面的高低容器中液体介质液面的高低(称为称为液位液位)两种液体介质的分界面的高低两种液体介质的分界面的高低(称为称为界面界面)固体块、散粒状物质的堆积高度固体块、散粒状物质的堆积高度(称为称为料位料位)用来检测液位的仪表称用来检测液位的仪表称液位计液位计检测分界面的仪表称检测分界面的仪表称界面计界面计检测固体料位的仪表称检测固体料位的仪表

3、称料位计料位计物位物位物位计物位计液位检测的主要方法液位检测的主要方法连通式连通式液液位检测静压式液液位检测浮力式液液位检测电气式液液位检测声学式液液位检测射线式液液位检测图1 火电厂生产流程1.汽包水位测量的重要性空气给水泵去烟囱凝汽器空预器空气空气燃料汽包省煤器再热器过热器水冷壁汽轮机锅炉灰斗发电机爆管水位过低水位过低一、汽包水位测量的背景知识1 、 锅炉汽包水位测量对锅炉安全运行极为重要。锅炉汽包水位测量对锅炉安全运行极为重要。2、 种类：常用连通式云母水位计、双色水位计、种类：常用连通式云母水位计、双色水位计、平衡式差压水位计、电接点水位计。平衡式差压水位计、电接点水位计。连通式云母水

4、位计就地安装在汽包上，指示直连通式云母水位计就地安装在汽包上，指示直观，可靠，但监视不便。可采用闭路工艺电视观，可靠，但监视不便。可采用闭路工艺电视远距离监视双色水位计。远距离监视双色水位计。差压式水位计受汽包压力影响大，需进行汽包差压式水位计受汽包压力影响大，需进行汽包压力补偿。压力补偿。电接点水位计指示受汽包压力变化影响小，并电接点水位计指示受汽包压力变化影响小，并方便远传，缺点是指示不连续。方便远传，缺点是指示不连续。8.2 云母水位计与双色水位计云母水位计与双色水位计一、一、云母水位计云母水位计 由于汽包内汽水界面不像一般储水容器由于汽包内汽水界面不像一般储水容器中那样分明，所以汽包水

5、位的测量目前都中那样分明，所以汽包水位的测量目前都是测量汽包内的重量水位。是测量汽包内的重量水位。1 1 、重量水位，即假想某一瞬时汽包出口与、重量水位，即假想某一瞬时汽包出口与入口都封闭起来，汽侧中的水回到水一侧，入口都封闭起来，汽侧中的水回到水一侧，水侧中的汽回到汽一侧，而且汽、水平静水侧中的汽回到汽一侧，而且汽、水平静下来时的水位。下来时的水位。云母水位计是一根连通云母水位计是一根连通管，低压锅炉，用玻璃管，低压锅炉，用玻璃做水位计观察窗，高压做水位计观察窗，高压锅炉，炉水对玻璃有腐锅炉，炉水对玻璃有腐蚀性，故用云母片做观蚀性，故用云母片做观察窗。故称云母水位计。察窗。故称云母水位计。0

6、HHswsavw, s为汽包饱和压力下为汽包饱和压力下饱和蒸汽和水的密度饱和蒸汽和水的密度2、云母水位计的结构、云母水位计的结构1 ）公式推导）公式推导2)汽包的重量水位汽包的重量水位H和云母水位计示值和云母水位计示值H0之间的误差：之间的误差：(1）误差原因）误差原因： 云母水位计中的水的平均密度云母水位计中的水的平均密度av不等不等于汽包内饱和水的密度时于汽包内饱和水的密度时w ，使得液位计显示的液，使得液位计显示的液位不同于容器中的液位，影响因素主要在于：由于位不同于容器中的液位，影响因素主要在于：由于液位计中与被测容器中的液位计中与被测容器中的液温有差别液温有差别，另外与，另外与锅炉锅

7、炉汽包压力的变化汽包压力的变化有关有关(2）减小误差措施：）减小误差措施：常采用常采用保温、加热、校正保温、加热、校正等手等手段段v由于云母水位计温度低于汽包内温度，因此云母由于云母水位计温度低于汽包内温度，因此云母水位计的示值水柱高度低于汽包重量水位高度。水位计的示值水柱高度低于汽包重量水位高度。3、 云母水位计的特点：云母水位计的特点：v最大优点：直接反映汽包水位，直观，最大优点：直接反映汽包水位，直观，可靠，可靠，v缺点：但只能就地监视，并且液位显示缺点：但只能就地监视，并且液位显示不够清晰。不够清晰。 1 、工作原理、工作原理 ： 改进了云母水位计结构，辅以光学系统，利改进了云母水位计

8、结构，辅以光学系统，利用光从空气进入蒸汽或水产生不同的折射，使用光从空气进入蒸汽或水产生不同的折射，使汽水分界面显示成红、绿两色的分界面，显示汽水分界面显示成红、绿两色的分界面，显示清晰，并有利于用工业电视等方式远传显示。清晰，并有利于用工业电视等方式远传显示。2、工作方式：、工作方式：当红绿光以不同的角度进入到蒸汽空间，由于当红绿光以不同的角度进入到蒸汽空间，由于蒸汽与空气的光学性质相近，所以折射小，红蒸汽与空气的光学性质相近，所以折射小，红光通过到影屏上显示，绿光不被显示。光通过到影屏上显示，绿光不被显示。当红绿光以不同的角度进入到水空间，由于水当红绿光以不同的角度进入到水空间，由于水棱镜

9、的折射作用，绿光通过到影屏上显示，红棱镜的折射作用，绿光通过到影屏上显示，红光不被显示。光不被显示。结论：水位计中汽柱呈红色，水柱呈绿色。结论：水位计中汽柱呈红色，水柱呈绿色。二、二、 双色水位计双色水位计超高压锅炉的双色水位计沿水位计高超高压锅炉的双色水位计沿水位计高 度开多个度开多个圆形窗口，减小玻璃板受力。圆形窗口，减小玻璃板受力。缺点：盲区。小窗之间有一小段不透明，看不缺点：盲区。小窗之间有一小段不透明，看不见水位分界面见水位分界面3）多窗式双色水位计多窗式双色水位计:8.3 电接点水位计电接点水位计1 工作原理：电接点水位计利用汽包内汽、水介工作原理：电接点水位计利用汽包内汽、水介质

10、的电阻率相差极大的性质来测量汽包水位。质的电阻率相差极大的性质来测量汽包水位。 2 具体结构：具体结构： 电接点水位计由水位传感器和电气显示仪表组电接点水位计由水位传感器和电气显示仪表组成。水位传感器就是一个带有若干个电接点的成。水位传感器就是一个带有若干个电接点的连通容器，利用其中汽、水导电性能的差别：连通容器，利用其中汽、水导电性能的差别：被水淹没的电接点所在电路处于低电阻被水淹没的电接点所在电路处于低电阻(相当相当于开关闭合于开关闭合)，因此被水接通的电接点位置可，因此被水接通的电接点位置可表示水位显示电接点已被导通表示水位显示电接点已被导通(即水位位置即水位位置)的方法很多，最简单的如

11、灯泡亮，也有用带放的方法很多，最简单的如灯泡亮，也有用带放大器的发光二极管等大器的发光二极管等 电接点电接点15,17,19个，正常水位附近个，正常水位附近要安装密一些。要安装密一些。共有3竖行夹角120显示电路显示仪表： 氖气显示仪表并联分流电阻限流电阻3、特点：、特点：散热引起的误差比云母水位计小。散热引起的误差比云母水位计小。 但指示不连续，两电极间的距离就是仪但指示不连续，两电极间的距离就是仪表的不灵敏区。表的不灵敏区。接点之间在高度上的间距不是均匀的，在接点之间在高度上的间距不是均匀的，在正常水位附近要密一些。正常水位附近要密一些。 它是静压式液位测量仪表，在汽包水位、高加水它是静压

12、式液位测量仪表，在汽包水位、高加水位、除氧器水位测量中都能得到应用。位、除氧器水位测量中都能得到应用。 一、水位一、水位差压转换原理差压转换原理 水位水位差压转换装置又称平衡容器，其结构形式差压转换装置又称平衡容器，其结构形式如图所示，如图所示，(a)(a)为简单平衡容器，为简单平衡容器，(b)(b)为双室平衡容为双室平衡容器，器，(c)(c)为结构补偿式双室平衡容器。为结构补偿式双室平衡容器。 8.4 8.4 差压式水位计差压式水位计一、单室平衡容器一、单室平衡容器 对图对图(a)(a)中所示简单平衡容器输出的差压中所示简单平衡容器输出的差压为为 ，按照流体静力学原理，有，按照流体静力学原理

13、，有 pppHggHgLswswsa)()()(0由上式容易看出：输出的差压信由上式容易看出：输出的差压信号受汽包压力和平衡容器侧水柱号受汽包压力和平衡容器侧水柱温度的影响。温度的影响。误差原因误差原因: :平衡容器水柱温度分布不均和汽包压平衡容器水柱温度分布不均和汽包压力的变化导致密度不是标称值。力的变化导致密度不是标称值。1、公式、公式2、误差、误差gHHLgHHgLpswa)()(00平衡平衡容器容器在图在图(b)(b)所示的双室平衡容器所示的双室平衡容器中，给固定水柱增装了蒸汽中，给固定水柱增装了蒸汽保温室，使得固定水柱的温保温室，使得固定水柱的温度达到了汽包内的汽水温度，度达到了汽包

14、内的汽水温度，因而消除了固定水柱非饱和因而消除了固定水柱非饱和状态时温度的影响。状态时温度的影响。pgHHLgHHgLppsww)()(00g)(HHL(sw02、公式、公式1、特点、特点:温度补偿温度补偿二、双室平衡容器二、双室平衡容器 由上式易看出：由上式易看出：(1) (1) 输出的信号差压与高度差输出的信号差压与高度差成负线性关系成负线性关系( (压力不变时压力不变时) )。(2) (2) 汽包压力变汽包压力变化时，输出仍受压力的影响化时，输出仍受压力的影响( (水位不变时水位不变时) )。(3) (3) 不同水位时压力影响所产生的误差是不同的，不同水位时压力影响所产生的误差是不同的，

15、在不变的情况下，汽包压力的变化所产生的输在不变的情况下，汽包压力的变化所产生的输出误差为出误差为gHHLswp)(0误差原因误差原因: :汽包压力的变化汽包压力的变化例例8-18-13、误差原因、误差原因0()()wspLHHg 4 4、差压水位的压力校正、差压水位的压力校正1 1）、结构补偿）、结构补偿 原理：原理：固定水柱的段管称为补偿固定水柱的段管称为补偿管段，它的长度是经过精心设计管段，它的长度是经过精心设计而确定的。由于补偿管段的补偿，而确定的。由于补偿管段的补偿，大大减小了压力变化对平衡容器大大减小了压力变化对平衡容器的输出的影响。的输出的影响。2 2）、公式校正）、公式校正原理：

16、校正计算的实质就是对平原理：校正计算的实质就是对平衡容器的输出压差，在计算水位衡容器的输出压差，在计算水位时使用实际压力下的汽水密度，时使用实际压力下的汽水密度，而不是额定压力下的密度。而不是额定压力下的密度。5 5、零点迁移（量程迁移）、零点迁移（量程迁移） 对压力(差压)变送器进行零点调整，使它在只受附加静压时输出为“零”，这种方法称为“量程迁移”。无迁移无迁移负迁移负迁移正迁移正迁移1 1）无迁移）无迁移P001ppHg0pp1pppHg 当当H0时，时，P0，差压变送器未受任，差压变送器未受任何附加静压，当何附加静压，当H达到最大时，达到最大时， P也达也达到最大值到最大值。2 2）负

17、迁移）负迁移P0h1h2H1210phgHgp220phgp1pppHgB 212()Bhhg当当H=0时，时，p=B0，差压变送器受到一个附加的，差压变送器受到一个附加的差压作用，使差变的输出差压作用，使差变的输出I4mA。为使。为使H=0时，时，I=4mA，就需设法消，就需设法消去去C的作用。由于的作用。由于CO，故需要正迁移，迁移量为，故需要正迁移，迁移量为C。例例8-3-6 0 6 12 C A B4I/mA 20p103Pa正、负迁移特性正、负迁移特性8.5 其他液位测量方法其他液位测量方法一、浮力式液位计一、浮力式液位计恒浮力式检测：通过测量漂浮于被测液面恒浮力式检测：通过测量漂浮

18、于被测液面上的浮子随液面变化而产生的位移；上的浮子随液面变化而产生的位移；变浮力式检测：利用沉浸在被测液体中的变浮力式检测：利用沉浸在被测液体中的浮筒被液体浸没高度不同所受浮力不同检浮筒被液体浸没高度不同所受浮力不同检测液位。测液位。1、恒浮力式液位计液位计1）、浮子重锤液位计）、浮子重锤液位计2 2）、浮子钢带液位计）、浮子钢带液位计3 3、浮球式液位计、浮球式液位计4 4、翻板式液位计、翻板式液位计2 2、变浮力式液位检测、变浮力式液位检测一般情况下，一般情况下，hx,Hh 0mgCxHhx0()mgAh gC xxAh gC xCHxA gA弹簧被压缩弹簧被压缩产生的位移量产生的位移量h

19、弹簧弹簧(桶桶)的位的位移改变量移改变量当液位变化时，使浮简产生位移，其位移量当液位变化时，使浮简产生位移，其位移量x与液位高度与液位高度H成正比关系；通过差动变压器使输成正比关系；通过差动变压器使输出电压与位移成正比关系。出电压与位移成正比关系。 液位高度液位高度三、电气式液位检测三、电气式液位检测把敏感元件做成一定形状的电极置于被测介质中，把敏感元件做成一定形状的电极置于被测介质中，则电极之间的电气参数，如电阻、电容等，随物则电极之间的电气参数，如电阻、电容等，随物位的变化而改变。这种方法既可用于液位检测，位的变化而改变。这种方法既可用于液位检测，也可用于料位检测。也可用于料位检测。根据电

20、气参数的不同，可分为电阻式、电容式和根据电气参数的不同，可分为电阻式、电容式和电感式等。目前电容式为最常见。电感式等。目前电容式为最常见。 电容式物位计电容式物位计102lnLCRr只充以气体：12122()2lnlnLHHCCCRRrr充以部分液体：0CCC整理得；其中212 ()lnCHRr 灵敏度灵敏度可用于非导电液体的液位检测，也可用于固体颗可用于非导电液体的液位检测，也可用于固体颗粒的料位检测。粒的料位检测。 Ri13若被测介质为导电性液体，对于这种介质的液位检测，电极要用绝缘物，介电常数为3(如聚乙烯)覆盖作为中间介质，液体和外圆筒一起作为外电极。四、声学式液位检测四、声学式液位检

21、测利用超声波在介质中的传播速度及在不同相界面之间的反射特性来检测物位。声波是一种机械波，是机械振动在介质中的传播过程，当振动频率在十余赫到万余赫时可以引起人的听觉，称为闻声波；更低频率的机械波称为次声波；20kHz以上频率的机械波称为超声波。作为物位检测，一般应用超声波。超声波特性超声波特性1 1可以在气体、液体及固体中传播在常温下空气中的声速约为334ms，在水中的声速约为1440ms，而在钢铁中约为5000ms。声速还与介质所处的状态(如温度)有关。例如理想气体的声速与绝对温度T的平方根成正比，对于空气来说影响声速的主要因素是温度，并可用下式计算声速的近似值20.067vT声波在介质中传播时会被吸