《液位检测仪表》PPT课件.ppt

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1、2023年2月6日第九章第九章 液位检测仪表液位检测仪表 第九章第九章 液位检测仪表液位检测仪表华北电力大学核科学与工程学院华北电力大学核科学与工程学院 章节内容章节内容9.1 液位测量概述液位测量概述9.2 常见液位检测仪表测量原理常见液位检测仪表测量原理差压式液位计差压式液位计超声波式液位计超声波式液位计电气式液位计电气式液位计霍尔式液位计霍尔式液位计核辐射式液位计核辐射式液位计9.3 核反应堆水位测量核反应堆水位测量蒸汽发生器水位测量蒸汽发生器水位测量稳压器水位测量稳压器水位测量压力容器水位测量压力容器水位测量 第九章第九章 液位检测仪表液位检测仪表华北电力大学核科学与工程学院华北电力大

2、学核科学与工程学院9.1 液位测量概述液位测量概述n概述概述q物位物位统括液位、料位和界面的位置。统括液位、料位和界面的位置。q液位液位是指容器、河道和水库里液体的表面位置。是指容器、河道和水库里液体的表面位置。q液位计液位计主要是指用来测量液位的仪表及附属设备。主要是指用来测量液位的仪表及附属设备。在核电站中，液位是十分重要的检测和控制参数。在核电站中，液位是十分重要的检测和控制参数。反应堆压力容器内冷却剂的液位以及稳压器、蒸汽发反应堆压力容器内冷却剂的液位以及稳压器、蒸汽发生器等设备中的液位直接反映了反应堆的运行工况。生器等设备中的液位直接反映了反应堆的运行工况。由于反应堆中的辐照、高温、

3、腐蚀等问题，同时考由于反应堆中的辐照、高温、腐蚀等问题，同时考虑到检测仪表作为反应堆危急停堆系统的一部分，堆虑到检测仪表作为反应堆危急停堆系统的一部分，堆内液位测量仪表对可靠性的要求很高。内液位测量仪表对可靠性的要求很高。第九章第九章 液位检测仪表液位检测仪表华北电力大学核科学与工程学院华北电力大学核科学与工程学院n液位计的种类液位计的种类q直读式液位测量仪表直读式液位测量仪表q浮子式液位测量仪表浮子式液位测量仪表q静压式液位测量仪表静压式液位测量仪表q电气式液位测量仪表电气式液位测量仪表q超声波式液位测量仪表超声波式液位测量仪表q核辐射式液位测量仪表核辐射式液位测量仪表q光学式等其他液位测量

4、仪表光学式等其他液位测量仪表 第九章第九章 液位检测仪表液位检测仪表华北电力大学核科学与工程学院华北电力大学核科学与工程学院各种液位测量仪表检测示意图各种液位测量仪表检测示意图 第九章第九章 液位检测仪表液位检测仪表华北电力大学核科学与工程学院华北电力大学核科学与工程学院9.2.1 差压式液位计差压式液位计 静压式液位传感器是基于流体静力学原理，静压式液位传感器是基于流体静力学原理，通过液柱通过液柱静压的方法对液位进行测量。静压的方法对液位进行测量。液位液位压力转换的方式主要压力转换的方式主要有压力式和差压式。有压力式和差压式。若液位的高度位若液位的高度位h，则液体底部的压力为：，则液体底部的

5、压力为：所以测得表压力所以测得表压力p即可求得液位高度即可求得液位高度h。h 第九章第九章 液位检测仪表液位检测仪表华北电力大学核科学与工程学院华北电力大学核科学与工程学院1 1、压力式液位计、压力式液位计适用于敞口容器的液位测量，即适用于敞口容器的液位测量，即直接测量容器底部压力得直接测量容器底部压力得到液位。如下图所示，测压仪表通过导压管与容器底部相到液位。如下图所示，测压仪表通过导压管与容器底部相连，由测压仪表的压力指示值，便可推知液位的高度。连，由测压仪表的压力指示值，便可推知液位的高度。其其关系为关系为法兰式压力变送器测量液位法兰式压力变送器测量液位用压力表测量液位用压力表测量液位

6、第九章第九章 液位检测仪表液位检测仪表华北电力大学核科学与工程学院华北电力大学核科学与工程学院2 2、差压式液位计、差压式液位计适适用用于于密密闭闭容容器器的的液液位位测测量量。对对于于该该类类容容器器来来说说，测测量量容容器器底底部部压压力力，除除与与液液面面高高度度有有关关外外，还还与与液液面面上上部部介介质质压力有关。如图所示，差压变送器正、负室压力分别为压力有关。如图所示，差压变送器正、负室压力分别为于是于是因此抵消了容器上部压力变化对因此抵消了容器上部压力变化对测量的影响。测量的影响。安装方式：安装方式：导压管、法兰式。导压管、法兰式。第九章第九章 液位检测仪表液位检测仪表华北电力大

7、学核科学与工程学院华北电力大学核科学与工程学院零点迁移问题零点迁移问题产生原因：由于取压口和差压变送器的产生原因：由于取压口和差压变送器的安装位置不同造成安装位置不同造成液位仪表存在零点迁移问题。液位仪表存在零点迁移问题。（1 1）无迁移）无迁移特征：差压变送器的正压室取特征：差压变送器的正压室取压口正好与容器的最低液位处压口正好与容器的最低液位处于同一水平位置。作用于变送于同一水平位置。作用于变送器正、负压室的差压器正、负压室的差压P与液位与液位高度高度H的关系为的关系为P=Hg。当当H=0时，正负压室的差压时，正负压室的差压P=0，变送器输出信号为，变送器输出信号为4mA；当；当H=Hma

8、x时，差压时，差压Pmax=gHmax，变送器的输出信号，变送器的输出信号为为20 mA。第九章第九章 液位检测仪表液位检测仪表华北电力大学核科学与工程学院华北电力大学核科学与工程学院（2）负迁移）负迁移形成原因是加隔离罐或采用法兰形成原因是加隔离罐或采用法兰式测压差。此时差压变送器的式测压差。此时差压变送器的正、负压室的压力分别为：正、负压室的压力分别为：于是正、负压室的压差为：于是正、负压室的压差为：当被测液位当被测液位H=0时，时，P=-（h2-h1）2g0，从而使变送器在，从而使变送器在H=0时时输出电流大于输出电流大于4 mA；H=Hmax时，输出电流大于时，输出电流大于20 mA。

9、第九章第九章 液位检测仪表液位检测仪表华北电力大学核科学与工程学院华北电力大学核科学与工程学院（a a）无迁移）无迁移 （b b）负迁移）负迁移 （c c）正迁移）正迁移0 0500050004 420202000200070007000 P(Pa)P(Pa)-2000-200030003000I I0 0(mA)(mA)差压式液位计正负迁移特性差压式液位计正负迁移特性 第九章第九章 液位检测仪表液位检测仪表华北电力大学核科学与工程学院华北电力大学核科学与工程学院9.2.2 超声波式液位计超声波式液位计测量原理：利用超声波在气体和液体吸收衰减的不同或测量原理：利用超声波在气体和液体吸收衰减的不

10、同或超声波传播过程中遇到界面发生反射的特性，进行液体超声波传播过程中遇到界面发生反射的特性，进行液体液位的测量。液位的测量。因此，在容器底部或顶部安装超声波发射因此，在容器底部或顶部安装超声波发射器和接收器，发射出的超声波在相界面被反射。并由接器和接收器，发射出的超声波在相界面被反射。并由接收器接收，测出超声波从发射到接收的时间差，便可测收器接收，测出超声波从发射到接收的时间差，便可测出液位高低。出液位高低。超声波液位计按传声介质不同，可分为超声波液位计按传声介质不同，可分为气介式气介式、液介式液介式和和固介式固介式三种；按探头的工作方式又可分为三种；按探头的工作方式又可分为自发自收的自发自收

11、的单探头方式单探头方式和和收发分开的双探头方式收发分开的双探头方式。第九章第九章 液位检测仪表液位检测仪表华北电力大学核科学与工程学院华北电力大学核科学与工程学院9.2.3 电气式液位计电气式液位计定义：将液位转换为电信号，并且用它来测量和定义：将液位转换为电信号，并且用它来测量和控制液位的仪表。控制液位的仪表。种类：电阻式、电容式和电感式等。种类：电阻式、电容式和电感式等。功能：功能：q作为就地仪表；作为就地仪表；q远传至控制室，实现对液位的显示、控制和调节。远传至控制室，实现对液位的显示、控制和调节。第九章第九章 液位检测仪表液位检测仪表华北电力大学核科学与工程学院华北电力大学核科学与工程

12、学院1、电阻式液位计、电阻式液位计传感器电阻传感器电阻缺点缺点无法测量腐蚀性液体无法测量腐蚀性液体或能使极棒表面结垢或能使极棒表面结垢和生锈的介质。和生锈的介质。第九章第九章 液位检测仪表液位检测仪表华北电力大学核科学与工程学院华北电力大学核科学与工程学院2、电容式液位计、电容式液位计原理：在平行板电容器之间充以不同介质时，其电容量原理：在平行板电容器之间充以不同介质时，其电容量的大小是不同的。可以用测量电容量的变化来检测液位的大小是不同的。可以用测量电容量的变化来检测液位或两种不同介质的液位分界面。或两种不同介质的液位分界面。种类：种类：q导电液体电容式液位计导电液体电容式液位计q非导电液体

13、电容式液位计非导电液体电容式液位计 第九章第九章 液位检测仪表液位检测仪表华北电力大学核科学与工程学院华北电力大学核科学与工程学院（1）导电液体电容式液位计）导电液体电容式液位计电容器的电容量：电容器的电容量：当当H=0时，电容量：时，电容量：则得到液位为则得到液位为H时：时：D D0 0导电液体的电容式液位计原理图导电液体的电容式液位计原理图1-1-内电极；内电极；2-2-绝缘套管；绝缘套管；3-3-虚假水位；虚假水位；4-4-容器容器 第九章第九章 液位检测仪表液位检测仪表华北电力大学核科学与工程学院华北电力大学核科学与工程学院（2）非导电液体的电容式液位计）非导电液体的电容式液位计n液位

14、为液位为H时，总电容量为：时，总电容量为：n液位为液位为0时，总电容量为：时，总电容量为：n当液位从当液位从0上升到上升到H时，时，电容的变化电容的变化其中，其中，0 空气介电常数；空气介电常数；D,d 分别为外电极内径和内电极外径。分别为外电极内径和内电极外径。非导电液体的电容式液位计原理图非导电液体的电容式液位计原理图1-1-内电极；内电极；2-2-外电极；外电极；3-3-绝缘套；绝缘套；4-4-流通小孔流通小孔 第九章第九章 液位检测仪表液位检测仪表华北电力大学核科学与工程学院华北电力大学核科学与工程学院9.2.4 霍尔式液位计霍尔式液位计1、霍尔传感器的工作原理、霍尔传感器的工作原理霍

15、尔电势霍尔电势利用被测量来改变利用被测量来改变I或者或者B，再通过测量霍尔电势来确定，再通过测量霍尔电势来确定被测量。被测量。第九章第九章 液位检测仪表液位检测仪表华北电力大学核科学与工程学院华北电力大学核科学与工程学院2、霍尔液位计的工作原理、霍尔液位计的工作原理（1）液位产生的压力作用于弹性元件上。）液位产生的压力作用于弹性元件上。（2）弹性元件带动霍尔元件（半导体薄片）在磁场中移动，）弹性元件带动霍尔元件（半导体薄片）在磁场中移动，产生霍尔电势，并装换为与液面相对应的电信号输出。产生霍尔电势，并装换为与液面相对应的电信号输出。霍霍尔尔元元件件 第九章第九章 液位检测仪表液位检测仪表华北电

16、力大学核科学与工程学院华北电力大学核科学与工程学院9.2.5 核辐射式液位计核辐射式液位计n工作原理工作原理射线强度与液体的液位的关系：射线强度与液体的液位的关系：液位液位H与穿过液体后的射线强度与穿过液体后的射线强度I的关系：的关系：I0射入液体前的射入液体前的 射线强度；射线强度；I通过液体液位通过液体液位H后的后的 射线强度；射线强度；液体对液体对 射线的吸收系数。射线的吸收系数。第九章第九章 液位检测仪表液位检测仪表华北电力大学核科学与工程学院华北电力大学核科学与工程学院9.3.1 蒸汽发生器水位测量蒸汽发生器水位测量方法：方法：参考水柱法参考水柱法步骤：先求各点的压力步骤：先求各点的

17、压力然后求差压传感器的压差然后求差压传感器的压差最后得到蒸汽发生器水位最后得到蒸汽发生器水位 第九章第九章 液位检测仪表液位检测仪表华北电力大学核科学与工程学院华北电力大学核科学与工程学院内参考管法内参考管法 各引管之间的压差各引管之间的压差其中，其中，h1为窄量程液位，为窄量程液位，h2为宽量程液位。用该方法测得为宽量程液位。用该方法测得的液位在理论上与汽和水的密度都无关。的液位在理论上与汽和水的密度都无关。9.3.2 稳压器水位测量稳压器水位测量P P 第九章第九章 液位检测仪表液位检测仪表华北电力大学核科学与工程学院华北电力大学核科学与工程学院3 33 33 3外参考管法外参考管法 第九

18、章第九章 液位检测仪表液位检测仪表华北电力大学核科学与工程学院华北电力大学核科学与工程学院9.3.3 压力容器水位测量压力容器水位测量 第九章第九章 液位检测仪表液位检测仪表华北电力大学核科学与工程学院华北电力大学核科学与工程学院9.7.3 压力容器水位测量压力容器水位测量参考差压计法参考差压计法 压力容器顶部与底部的压差压力容器顶部与底部的压差水位高度水位高度并且并且 第九章第九章 液位检测仪表液位检测仪表华北电力大学核科学与工程学院华北电力大学核科学与工程学院n大亚湾核电站堆芯水位测量（大亚湾核电站堆芯水位测量（A，B）q窄量程差压计：主泵停转情况下自然循环时。窄量程差压计：主泵停转情况下自然循环时。q宽量程差压计：主泵运转情况下。宽量程差压计：主泵运转情况下。q参考差压计：消除窄、宽量程差压计中参考液柱项。参考差压计：消除窄、宽量程差压计中参考液柱项。