山东建筑大学热工检测课第11章.ppt

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1、概述和测量方法的选择 液位测量 是一门测量液 液 气 液和液 固分界面的技术 从原理上讲 液位测量主要基于相界面两侧物质的物性差异或液位改变时引起有关物理参数的变化 在工程应用中 它包括对液位 液位差 相界面的连续监测 定点信号报警 控制等 概述和测量方法的选择 分类 主要的有沉浮式液位测量法 浮子液位计 差压式液位测量法 差压式液位计 电容式液位测量法 电容式液位计 电阻式液位测量法 电阻式液位计 等 概述和测量方法的选择 选择合适的测量方法不仅要求能够获得最大信号量 同时还应该考虑信号传送过程对被测液体安全性等方面的影响 如电源 光辐射可能加热低温液体或引爆易燃液体等 考虑被测液体对敏感元

2、件的污染 腐蚀以及所需仪表的成本 用户的使用条件等具体情况 锅炉汽包水位测量的重要性 由于负荷 燃烧工况及给水流量的变化 汽包水位会经常变化 水位过高或急剧波动会引起蒸汽品质恶化 造成受热面结盐 严重时会导致汽轮机水冲击振动 叶片损坏 水位过低会引起排污失效 炉内加药进入蒸汽 甚至引起下降管带汽 影响炉水循环工况 造成炉管大面积爆破 锅炉汽包水位测量的重要性 锅炉运行中 通过水位测量系统来监视和控制汽包水位 当汽包水位超出正常运行范围时 报警系统将发出报警信号 保护系统将立即采取必要的保护措施 以确保锅炉和汽轮机的安全 锅炉汽包水位测量系统是机组安全运行的极端重要的系统 第1节云母水位计 双色

3、水位计和电接点水位计 一云母水位计以汽包水位为例 汽包水位具有以下特点 汽包内水汽无明显分界面 汽包内水位忽上忽下剧烈周期波动 第1节云母水位计 双色水位计和电接点水位计 一云母水位计以汽包水位为例 汽包水位具有以下特点 炉水中含有盐碱 受汽水冲击形成泡沫 如水质严重恶化 会形成大量泡沫 汽包水位横切面特点是中间凸起 水位在汽包壁成带状升高 并超过中间部位 虚假水位的存在 一云母水位计 云母水位计是锅炉汽包一般都装设的就地显示水位表 它是一连通器 结构简单 显示直观 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 一云母水位计 汽包内饱和蒸汽密度 汽包内饱和

4、水密度 云母水位计测量管内水柱的平均密度 汽包内重量水位 显示值 二双色水位计 双色水位计是基于联通管式原理的水位计 它是由云母水位计发展而来的 云母水位计只能就地监视 且汽水界面不清晰 而双色水位计改进了云母水位计结构 辅以光学系统 利用光从空气进人蒸汽或水产生不同的折射 使汽水界面显示成红 绿两色的分界面 显示清晰 并可利用工业摄像系统等方式远传显示 用于超高压及以上锅炉的双色水位计 考虑其强度 窗口玻璃不做成长条形 而是沿水位计高度上开若干个圆形窗口 称为多窗式双色水位计 其缺点是小窗之间的一段是水位显示的盲区 双色水位计采用把普通光经滤光玻璃 红 绿两种 使红光 绿光透过 再经被测液体

5、或气体折射 在光路上设置窗口予以显现 可测知光路上是液体或气体 利用工业电视在主控室显示水位 汽包双色水位计 三电接点水位计 电接点水位测量装置是一种基于联通器式原理的测量装置 与普通就地云母水位计 或双色水位计 不同之处在于测量筒内有一系列组成测量标尺的电极 由于汽 水电导率的很大差别 造成处于汽和水中的电极电阻值有很大差别 以此来判断电极是处于水空间 还是处于汽空间 利用多个电极即可判断当前的水面位置 优点 结构简单 电接点信号可以远传 时延很小 不存在仪表的机械变差及分度误差 显示直观 可靠性高 应用 火电厂锅炉汽包 高压加热器 除氧器水位测量中普遍应用 组成 由水位测量筒 水位传感器

6、和显示仪表组成 水位转换原理 水位测量筒通过连通方式形成相应水柱高度 该水柱的压力平衡压力容器内的被测量水位的压力 在水位测量筒的筒壁上安装了数个电极 锅炉炉水的电阻率一般在103 cm以下 蒸汽的电阻率一般在106 cm以上 筒内的水浸没的电接点处于低阻状态 未被浸没而处于汽 气 中的电接点处于高阻状态 结构 测量筒 电接点 指示灯 电源 电接点水位传感器 a 外形 b A A视图 c 高压炉电接点 d 电接点固定座1一汽包 2一测量筒壳 3一排污管 4一电接点 5 6一瓷封件 7一瓷管 8一固定螺丝 9一紫铜垫圆 10一接点芯 11一固定座 水位传感器的结构 高压加热器电接点水位传感器 汽

7、包电接点水位计的显示仪表 显示仪表水位显示采用灯光电路显示较为方便 每个电接点对应一套灯光显示电路 氖灯显示仪表 红绿灯显示仪表 发光二极管显示仪表 数字显示 动画演示 电接点液位计 氖灯显示仪表 红绿灯光显示仪表与电接点水位测量筒配套的红绿灯光显示仪表包括了与电接点数目相同 电路结构一样的灯光电路 第2节差压式液位计 水位 压差转换原理 在平衡容器中 宽容器 正压室 2的水面高度是恒定的 当其水位增高时 水可以通过蒸汽侧的连通管进入汽包1 水位降低时 则通过蒸汽冷凝得以补充 压差计4的正压头从宽容器引出 因此 当宽容器中水的密度一定时 压差计的正压头为定值 因为宽容器的水位为定值 平衡容器的

8、负压管 负压室 3与汽包连通 输出的压头为压差计的负压头 其大小反映汽包水位的变化 2 1水位 压差转换原理 根据流体静力学原理 汽包水位处于正常水位H0时 平衡容器的输出差压为 P0为 假设汽包水位发生变化而偏离正常水位 汽包水位的变化量为 H 即变化后的汽包水位可以表示为H H0 H 其中 表示汽包水位增高 表示汽包水位降低 则平衡容器的输出差压 P为 可见 汽包水位偏离正常水位时 平衡容器输出的差压随之变化 由于 2 S 因此 汽包水位增高时 平衡容器的输出差压减小 反之 汽包水位降低时 平衡容器的输出差压增大 平衡容器的测量误差 由于向外散热的影响 平衡容器正 负压室中的水温从上至下逐

9、渐降低 且不易测定 因而密度 1和 2的数值难以准确测定 为了改变密度变化对液位计分度基准的影响 一般都采用蒸汽套对平衡容器进行保温 使 1和 2都等于汽包压力下饱和水的密度 W 平衡容器的测量误差 由于向外散热的影响 平衡容器正 负压室中的水温从上至下逐渐降低 且不易测定 因而密度 1和 2的数值难以准确测定 1和 2都等于 W后平衡容器输出差压 P与汽包水位H之间的关系为 P L H w s g 汽包压力稳定时这种转换关系是确定不变的 通常 用于汽包水位测量的差压式液位计是在汽包额定工作压力 固定的 w s 下分度的 因此只有在相应共况下运行时 仪表读数才是正确的 但当汽包水位偏离额定值时

10、 由于密度 w和 s随之变化 偏离液位计的分度条件 致使指示读数产生很大误差 平衡容器的测量误差 因此 即使汽包的水位H恒定不变 但只要压力发生变化 密度差 W S就会随之改变 从而引起平衡容器输出信号的变化 产生液位读数误差 平衡容器的测量误差 W和 S随压力变化的情况 总的趋势是随着压力降低 密度差 W S增大 为了保证在将汽包压力与密度差关系近性化时有足够精确度 一般按分段进行线性化逼真 也就是说 汽包压力在不同变化内时 这些常数取值也不同 另外 因密度差 W S随汽包压力变化所引起的液位测量误差还与水位H和平衡容器结构尺寸L有关 L H越大 W S改变引起的差压输出量变化越大 液位计的

11、指示误差越大 当L确定后汽包压力引起的液位计指示误差在低水位情况下更大 根据分析 在锅炉的启 停过程中 由于汽包压力低于额定工作压力 因此 差压式液位计的指示水位要比实际水位低 平衡容器的测量误差 第3节其它液位计 浮子式液位计根据恒浮力原理工作 它的测量范围宽 测量性能稳定 在大型贮罐的液位连续测量及容积计量中常采用 电容式液位计 根据电容变化与液位变化成一定关系的原理工作 主要用于腐蚀性液体 沉淀性流体及一些化工介质的液面连续测量 这种仪表易受电磁场干扰的影响 所以用高频信号传输 并选用屏蔽电缆等 由于粘性导电液体的依附作用 常出现虚假液位 应采取措施消除 电容式液位计 测量非导电液体 结构 互相绝缘的内外不锈钢电极 不导电液体在电极间起绝缘作用 外电极上有孔便于液体进出 液位变化 电极间充填液体的介电常数发生变化 引起电容变化 当H 0时 电容量 测量非导电液体 液体的介电常数 0空气的介电常数 测量导电液体的电容式液位传感器 超声波液位计 利用回声测距的原理工作 可以实现非接触测量 超声波在介质中的传播速度易受介质的温度 成分等变化的影响 是影响液位测量的主要因素