过程参数检测及仪表 第8章 液位测量.ppt

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1、第八章第八章 液位测量液位测量 在工业生产过程中，液位往往是很重要的在工业生产过程中，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控制参数。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。比如火多少对生产过程的影响是不可忽视的。比如火电生产过程中的锅炉汽包内的水位就直接影响电生产过程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。汽水系统循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：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

2、斗发电机锅炉水循环效果变差水冷壁超温被烧坏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、平种类：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。衡式差压水位计、电接点水位计。连通式云母水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

3、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。第八章第八章 液位测量液位测量主要内容主要内容 v第一节第一节 云母水位计与双色水位计云母水位计与双色水位计v第二节第二节 压差式水位计压差式水位计v第三节第三节 电接点水位计电接点水位计v第四节第四节 其他液位测量方法其他液位测量方法第八章第八章 液位测量液位测量第一节第一节 云母水位计与双色水位计云母水位计与双色水位计由于汽包内汽水界面不像一般储水容器中那样由于汽包内汽水界面不像一般储水容器中那样分明，所以汽包水位的测量目前都是测量

4、汽包分明，所以汽包水位的测量目前都是测量汽包内的重量水位。内的重量水位。1 1 重量水位重量水位，即假想某一瞬时汽包出口与入口都，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，水侧中的封闭起来，汽侧中的水回到水一侧，水侧中的汽回到汽一侧，而且汽、水平静下来时的水位。汽回到汽一侧，而且汽、水平静下来时的水位。2 2 工作原理：此时，在汽包水位测量基准线开一工作原理：此时，在汽包水位测量基准线开一导压口所引出的压力与假想前运行状态时在该导压口所引出的压力与假想前运行状态时在该导压口处引出的压力是相同的导压口处引出的压力是相同的,所引出压力的变所引出压力的变化代表了水位的变化。化代表

5、了水位的变化。第一节第一节 云母水位计与双色水位计云母水位计与双色水位计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。w,s为汽包饱和压为汽包饱和压力下饱和蒸汽和水力下饱和蒸汽和水的密度的密度3 云母水位计的结构云母水位计的结构1）公式推导）公式推导第一节第一节 云母水位计与双色水位计云母水位计与双色水位计2)汽包的重量水位汽包的重量水位H和云母水位和云母水位计示值计示值H0之间的误差：之间的误差：

6、(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、校正等手段等手段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

7、高度。水位计的示值水柱高度低于汽包重量水位高度。3 云母水位计的结构云母水位计的结构第一节第一节 云母水位计与双色水位计云母水位计与双色水位计4 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，可靠，最大优点：直接反映汽包水位，直观，可靠，v缺点：但只能就地监视，并且液位显示不够缺点：但只能就地监视，并且液位显示不够清晰。清晰。5 双色水位计双色水位计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，利用改进了云母水位计结构，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，使汽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，显示清

8、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。晰，并有利于用工业电视等方式远传显示。第一节第一节 云母水位计与双色水位计云母水位计与双色水位计2）具体工作方式：）具体工作方式：当红绿光以当红绿光以不同的角度进入到蒸汽空间，由于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

9、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。5 双色水位计双色水位计第一节第一节 云母水位计与双色水位云母水位计与双色水位计计第一节第一节 云母水位计与双色水位计云母水位计与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5 双色水位计双色水位计3）多窗式双色水位计多窗式双色水位计:第二节第二节 差压水位计差压水位计 它它是是静静压压式式液液位位

10、测测量量仪仪表表，在在汽汽包包水水位位、高高加加水位、除氧器水位测量中都能得到应用。水位、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 水水位位差差压压转转换换装装置置又又称称平平衡衡容容器器，其其结结构构形形式式如如图图所所示示，(a)a)为为简简单单平平衡衡容容器器，(b)b)为为双双室室平平衡衡容容器，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。1.1.简单平衡容器简单平衡容器 对对 图图(a)a)中中 所所 示示 简简 单单 平平 衡衡 容容 器器 输输 出出 的的 差差 压压 为为 ，按照流体静力学原理，有，按照流体静力学原理，有 由上

11、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:平衡容器水柱温度和汽包压力的变化。平衡容器水柱温度和汽包压力的变化。1）公式）公式2）误差）误差第二节第二节 差压水位计差压水位计 在图在图(b)b)所示的双室平衡容所示的双室平衡容器中，给固定水柱增装了蒸汽保器中，给固定水柱增装了蒸汽保温室，使得固定水柱的温度达到温室，使得固定水柱的温度达到了汽包内的汽水温度，因而消除了汽包内的汽水温度，因而消除了固定水柱非饱和状态时温度的了固定水柱非饱和状态时温度的影响。其输出差压为影响。其输出差压为 2）公

12、式）公式1）特点）特点:温度补偿温度补偿第二节第二节 差压水位计差压水位计2.2.双室平衡容器双室平衡容器 由上式易看出：由上式易看出：(1)(1)输出的信号差压与成负线输出的信号差压与成负线性关系性关系(压力不变时压力不变时)。(2)(2)汽包压力变化时，汽包压力变化时，输出仍受压力的影响输出仍受压力的影响(水位不变时水位不变时)。(3)(3)不同不同水位时压力影响所产生的误差是不同的，在不水位时压力影响所产生的误差是不同的，在不变的情况下，汽包压力的变化所产生的输出误变的情况下，汽包压力的变化所产生的输出误差为差为误差原因误差原因:汽包压力的变化汽包压力的变化第二节第二节 差压水位计差压水

13、位计2.2.双室平衡容器双室平衡容器3)误差原因误差原因 3 3、差压水位的压力校正、差压水位的压力校正 1 1）校正原理）校正原理 通过引入汽包压力信号进行一定的校正计算，从而通过引入汽包压力信号进行一定的校正计算，从而消除压力对测量影响的一种补偿消除压力对测量影响的一种补偿方法。方法。具体如下：对于双室平衡容器，输出具体如下：对于双室平衡容器，输出 对于式中对于式中()()因子可采用如下近似公式：因子可采用如下近似公式：第二节第二节 差压水位计差压水位计准确性取决于准确性取决于()()的近似公式。如果的近似公式。如果把把()()的关系用多段直线的关系用多段直线(折线折线)迫迫近，在每段直线

14、对应的压力范围内用直线代替，近，在每段直线对应的压力范围内用直线代替，则则()()的关系的准确性可达到较高的关系的准确性可达到较高的程度。的程度。第二节第二节 差压水位计差压水位计3 3、差压水位的压力校正、差压水位的压力校正2）问题）问题4.4.结构补偿式双室平衡容器结构补偿式双室平衡容器 1 1）特点：）特点：固定水柱的段管称为固定水柱的段管称为补偿管段，它的长度是经过精心设计补偿管段，它的长度是经过精心设计而确定的。由于补偿管段的补偿，大而确定的。由于补偿管段的补偿，大大减小了压力变化对平衡容器的输出大减小了压力变化对平衡容器的输出的影响。的影响。2 2）公式：按照流体静力学原理，补）公

15、式：按照流体静力学原理，补偿式双室平衡容器的输出为偿式双室平衡容器的输出为 在在 不变的情况下，汽包压力的变化所产生的输出误不变的情况下，汽包压力的变化所产生的输出误差为差为第二节第二节 差压水位计差压水位计 的长度是经过设计确定的，只要适当选择的长的长度是经过设计确定的，只要适当选择的长度就可以在一定水位上度就可以在一定水位上()()使得压力的使得压力的影响减小到最低程度。影响减小到最低程度。第二节第二节 差压水位计差压水位计4.4.结构补偿式双室平衡容器结构补偿式双室平衡容器3)如何确定如何确定当当时：时：如果如果 在时使压力的影响所产生的输出的在时使压力的影响所产生的输出的误差为零，则有

16、误差为零，则有是汽包工作压力与额定工作压力时的饱和水、是汽包工作压力与额定工作压力时的饱和水、汽的密度差，汽的密度差，根据差压计的量程上限根据差压计的量程上限 来确定来确定 值。值。在在 和和工工作作压压力力为为补补偿偿范范围围下下限限压压力力 时，平衡容器输出最大，故有时，平衡容器输出最大，故有4)如何确定如何确定L第二节第二节 差压水位计差压水位计4.4.结构补偿式双室平衡容器结构补偿式双室平衡容器5)结构补偿式双室平衡容器的作用结构补偿式双室平衡容器的作用可使正常水位下差压输出可使正常水位下差压输出p0受汽包压力变化影受汽包压力变化影响大大减少，但响大大减少，但偏离正常水位偏离正常水位H

17、H时，影响无法时，影响无法消除。消除。第三节第三节 电接点水位计电接点水位计1 工作原理：电接点水位计使利用汽包内汽、水工作原理：电接点水位计使利用汽包内汽、水介质的电阻率相差极大的性质来测量汽包水位。介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

18、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第三节第三节 电接点水位计电接点水位计3）特点：散热引起的误差比云母水位计小，）特点：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。其他液位测量方法其他液位测量方法浮力式浮力式其他液位测量方法其他液位测量方法超声波式超声波式其他液位测量方法其他液位测量方法电气式电气式