第5章-物位测量

1、2021/8/21第五章第五章 物位测量物位测量陈磐陈磐 ()能源与动力工程学院能源与动力工程学院2021/8/22主要内容主要内容:n第一节第一节 概述概述 n第二节第二节 静压式液位测量静压式液位测量 n第三节第三节 其它物位测量方法其它物位测量方法 2021/8/23学习要求学习要求: 了解物位测量的基本概念、方法及其分类；了解物位测量的基本概念、方法及其分类； 掌握静压式液位测量的分类、工作原理及使用掌握静压式液位测量的分类、工作原理及使用注意事项，重点掌握注意事项，重点掌握双室平衡容器的测量原理、双室平衡容器的测量原理、误差因素和改进措施误差因素和改进措施； 了解浮力式、超声波式、电

2、容式物位测量的原了解浮力式、超声波式、电容式物位测量的原理及注意事项。理及注意事项。 2021/8/24第一节第一节 概述概述一、基本概念一、基本概念 物位物位( (液位、料位及界位液位、料位及界位总称总称） 液位液位 - - 罐、塔、槽等容器中的液体表面位置；罐、塔、槽等容器中的液体表面位置； 料位料位 - - 固体块、颗粒、粉粒的表面位置；固体块、颗粒、粉粒的表面位置； 界位界位 - - 两种互不相溶的物质的界面位置。两种互不相溶的物质的界面位置。物位传感器物位传感器（连续式、物位开关）（连续式、物位开关） 连续式连续式 连续测量物位变化；连续测量物位变化； 开关式开关式 以点测为目的的开

3、关式物位传感器以点测为目的的开关式物位传感器2021/8/25第一节第一节 概述概述二、物位测量的主要方法和分类二、物位测量的主要方法和分类 静压式静压式浮力式浮力式重锤式重锤式超声波式（非接触式测量）超声波式（非接触式测量）电容式电容式2021/8/262021/8/27第二节第二节 静压式液位测量静压式液位测量 一、连通器式液位测量一、连通器式液位测量 二、压力式液位测量二、压力式液位测量 三、三、差压式差压式液位测量液位测量 2021/8/28一、连通器式液位测量一、连通器式液位测量u 玻璃管玻璃管 u 玻璃板玻璃板u 云母片云母片u 双色双色 u 电接点电接点2021/8/292021

4、/8/210重量水位重量水位在汽包工作压力在汽包工作压力下，将汽包中的气相饱和下，将汽包中的气相饱和蒸汽和液相饱和水全部按蒸汽和液相饱和水全部按上、下分离，得到的一个上、下分离，得到的一个汽水分界的平静液面。汽水分界的平静液面。指示水位指示水位各种各种水位计所测出的汽水位计所测出的汽包水位值包水位值汽包中三种水位及其关系汽包中三种水位及其关系实际水位实际水位汽包内每根垂线上汽包内每根垂线上取出汽水混合物湿度的最大变化取出汽水混合物湿度的最大变化率这个点，然后由无数这样的点率这个点，然后由无数这样的点所连成的液面。所连成的液面。 2021/8/211swswHH10双色（云母）水位计双色（云母）

5、水位计010()()wswsHgLHgHgLHg2021/8/212汽包实际（重量）水位与指示水位的关系：汽包实际（重量）水位与指示水位的关系：在额定工况下，实际零水位在额定工况下，实际零水位 高压锅炉：高压锅炉： 中压锅炉：中压锅炉：mmHH)6040(0mmHH)3525(0HHww重量水位指示水位01swswHH10特点：特点： 结构简单、显示直观、可靠；结构简单、显示直观、可靠； 只能就地安装。只能就地安装。2021/8/213电接点水位计电接点水位计2021/8/2142021/8/2152021/8/2162021/8/217电接点水位计电接点水位计特点：特点： 电信号传送，迟延小

6、；电信号传送，迟延小； 仪表无机械传动所产生的变差及刻度误差；仪表无机械传动所产生的变差及刻度误差； 信号可靠，受汽包压力和环境温度影响小；信号可靠，受汽包压力和环境温度影响小； 输出信号不连续，不能作为自动调节信号。输出信号不连续，不能作为自动调节信号。2021/8/218二、压力式液位测量二、压力式液位测量 gHpppABAB敞口敞口容器容器2021/8/219三、差压式液位测量三、差压式液位测量 n工作原理工作原理: : 把把液位高度液位高度变化变化转换成转换成差压差压变化来变化来测量水位，因此测测量水位，因此测量仪表就是量仪表就是差压计差压计密闭密闭容器容器2021/8/220平衡容器

7、平衡容器： 液位高度液位高度差压；差压；导压管路导压管路： 将差压传至远离将差压传至远离 现场的差压计；现场的差压计；差压计差压计： 显示仪表指示液位。显示仪表指示液位。n 差压式液位计的组成：差压式液位计的组成：2021/8/2212021/8/222n “水位差压水位差压”转换原理转换原理单室平衡容器单室平衡容器gHLgHgLsw)(1pppgHgLsws)()(12021/8/223HH0H010)()(gHgLpswsHgppsw)(0单室平衡容器单室平衡容器2021/8/224gHLgHgLs)(11n “水位差压水位差压”转换原理转换原理pppgHLgHLs)()(1简单双室平衡容

8、器简单双室平衡容器1HgHLs)(12021/8/225)()(100sgHLpgHpps)(10简单双室平衡容器简单双室平衡容器2021/8/226单室和双室平衡容器单室和双室平衡容器单室平衡器一般用于测量单室平衡器一般用于测量低温、低温、低压低压容器的水位。用于测量汽容器的水位。用于测量汽包水位时，要运用汽压自动校包水位时，要运用汽压自动校正系统。正系统。双室平衡容器可减少单室平衡双室平衡容器可减少单室平衡容器因容器因正负压取样管内水的密正负压取样管内水的密度不同度不同所引起的测量误差。所引起的测量误差。2021/8/227l误差因素误差因素1 1：1平衡容器环境温度的变化平衡容器环境温度

9、的变化 由于向外散热，平衡容器中的水温由上至下由于向外散热，平衡容器中的水温由上至下逐步降低，且温度分布不易测定。因而逐步降低，且温度分布不易测定。因而1的的数值难以准确确定。数值难以准确确定。若平衡容器的环境温度若平衡容器的环境温度，则冷凝水密度，则冷凝水密度1，平衡容器输出差压平衡容器输出差压，使指示水位，使指示水位，指示带，指示带有负误差。有负误差。2021/8/228可采取的改进措施：可采取的改进措施： 对平衡容器及汽水连通管加保温对平衡容器及汽水连通管加保温(注意注意宽容器顶面不应保温，以产生足够冷宽容器顶面不应保温，以产生足够冷凝水量凝水量)。 理想方法是加装理想方法是加装蒸汽加热

10、罩蒸汽加热罩。 2021/8/229gHLgHgLswswsw)()()(p1=wsH采用汽包内饱和蒸汽来加热正、采用汽包内饱和蒸汽来加热正、负压侧取样管内的水负压侧取样管内的水,使之处于使之处于饱和温度饱和温度,从而消除了简单双室从而消除了简单双室平衡容器内水温度与汽包内水平衡容器内水温度与汽包内水温度不同带来的测量误差温度不同带来的测量误差。蒸汽罩式双室平衡容器蒸汽罩式双室平衡容器2021/8/230w s 误差因素误差因素2：2021/8/2312汽包工作压力的变化汽包工作压力的变化 w和和S随汽包压力变化而改变，使差压式水随汽包压力变化而改变，使差压式水位计的指示发生很大误差。位计的指

11、示发生很大误差。汽包压力汽包压力 p密度差密度差(w-s) 输出的差压输出的差压p (对应的指示水位值对应的指示水位值H)可采取的改进措施：可采取的改进措施：（1）采用蒸汽罩）采用蒸汽罩补偿式补偿式平衡容器平衡容器（2）引入压力校正信号）引入压力校正信号2021/8/232H (mm) 不同汽包压力下输出差压值不同汽包压力下输出差压值p与汽包水位与汽包水位H的关系的关系2021/8/233蒸汽罩补偿式平衡容器蒸汽罩补偿式平衡容器 gHlgHLglLpws)()()(0010当汽压变化时当汽压变化时,单室平衡单室平衡容器和蒸汽罩双室平衡容器和蒸汽罩双室平衡容器的输出差压变化方容器的输出差压变化方

12、向恰好是相反向恰好是相反。(带中间抽头的双室平衡容器带中间抽头的双室平衡容器)正压侧取样管的水柱改由正压侧取样管的水柱改由2 段组成段组成, l段保持饱和温度段保持饱和温度, （L-l）段保持室温。适当段保持室温。适当选择选择2 段的比例段的比例,即可获得即可获得在某一特定水位在某一特定水位(如正常水如正常水位位) 下平衡容器输出的差压下平衡容器输出的差压值不受汽压变动的影响值不受汽压变动的影响.2021/8/234压力变送器压力变送器ppf (p)gsw)(LgpLHsw)(蒸汽罩双室平衡容器压力校正系统蒸汽罩双室平衡容器压力校正系统 汽包压力自动校正系统汽包压力自动校正系统2021/8/2

13、352021/8/236n对于中小型锅炉对于中小型锅炉,在不采用汽压自动校正系统时在不采用汽压自动校正系统时, 宜采用宜采用蒸汽罩补偿式平衡容器蒸汽罩补偿式平衡容器(带中间抽头的双室平衡容器带中间抽头的双室平衡容器) 。n对于采用汽压校正对于采用汽压校正(补偿补偿) 的水位测量系统的水位测量系统(高压或超高高压或超高压锅炉压锅炉) , 当平衡容器安装现场环境温度较稳定时当平衡容器安装现场环境温度较稳定时, 以采用单室平以采用单室平衡容器为宜衡容器为宜, 因为其结构简单、安装方便因为其结构简单、安装方便,同时还可避免同时还可避免在采用双室平衡容器时汽压骤然下降在采用双室平衡容器时汽压骤然下降,

14、造成饱和水汽化造成饱和水汽化而丧失正压头的危险。而丧失正压头的危险。但如果平衡容器安装现场环境温度变化较大时但如果平衡容器安装现场环境温度变化较大时, 以采用以采用蒸汽罩式双室平衡容器为宜。蒸汽罩式双室平衡容器为宜。平衡容器选型平衡容器选型2021/8/237第三节第三节 其它物位测量方法其它物位测量方法n 浮力式浮力式 n 重锤式重锤式n 电容式电容式 n 超声波式超声波式2021/8/238 一、浮力式液位测量一、浮力式液位测量2021/8/2392021/8/2402021/8/241翻板式液位计工作原理动画演示翻板式液位计工作原理动画演示2021/8/242 二、二、重锤式重锤式物位测

15、量物位测量2021/8/243三、三、 电容式物位测量电容式物位测量电容两极间介质量的变化可引起电容两极间介质量的变化可引起电容量的变化。电容量的变化。 把一根外包绝缘层的金属棒插入装有导电介质的金属容器，金属棒和容器内壁之间形成电容，传感器电容量Cx随被测介质液位变化发生变化，电容变化增量Cx通过变送器电路转换为与液位成正比例的标准电流信号。 2021/8/2442021/8/245四、四、 超声波物位测量超声波物位测量采用测量时间差的原理，采用测量时间差的原理，测得物料高度。测得物料高度。 2021/8/246思考题：思考题： n云母水位计的工作原理和特点？水位计指示的云母水位计的工作原理和特点？水位计指示的水位和实际重量水位的关系？水位和实际重量水位的关系？n电接点水位计由哪