第9章液位测量.ppt

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1、第九章第九章 液位测量液位测量第第1 1节节 概述概述液位测量的目的液位测量的目的：确定容器内物质的储量；计量物质消耗；保证连续生产和设备安全。确定容器内物质的储量；计量物质消耗；保证连续生产和设备安全。液位测量在热能动力机械中的应用液位测量在热能动力机械中的应用：监测锅炉汽包水位、储罐中液化气的液位、燃油和润滑油的油面高度监测锅炉汽包水位、储罐中液化气的液位、燃油和润滑油的油面高度等。等。液位测量主要方法液位测量主要方法：浮力式，浮力式，差压式，差压式，电容式，电容式，电阻式，电阻式，电感式，电感式，热感式，热感式，射线式（激光，红外线，超声波，微波射线式（激光，红外线，超声波，微波等）等）

2、液位测量方法的选用液位测量方法的选用：根据液体性质、容器特性、使用条件和要求确定根据液体性质、容器特性、使用条件和要求确定第第2 2节节 差压式液位测量法差压式液位测量法一一.基本原理基本原理 流体静力学平衡方程流体静力学平衡方程1.1.开口容器：开口容器：gpHHgppp02.2.闭口容器：闭口容器：gpHHgHgHHgHgpssssss)()()(可见可见:1.:1.液位高度液位高度H H与差压与差压p p成正比；成正比；2.2.密度对差压式液位测量有较大影响。密度对差压式液位测量有较大影响。二二.用差压式液位计测量锅炉汽包水位用差压式液位计测量锅炉汽包水位差压式液位计测量受水、汽密度变化

3、影响，需要采取补偿措施。差压式液位计测量受水、汽密度变化影响，需要采取补偿措施。双室平衡容器结构：汽包，宽容器（水位高度双室平衡容器结构：汽包，宽容器（水位高度L恒定），差压计。恒定），差压计。1.水位水位压差转换原理压差转换原理HgLgpHLgHgpLgpsssss)()()()(2121采用保温措施后，采用保温措施后，1 1=2 2=w wpgLHHLgpswsw)(1)()(同样的水位同样的水位H H产生的产生的p ,液位计指示的液位液位计指示的液位高于实际液位高于实际液位液位计在锅炉额定压力下进行刻度。液位计在锅炉额定压力下进行刻度。当锅炉运行压力高于额定压力时，当锅炉运行压力高于额定

4、压力时，液位液位计指示的液位高于实际液位；计指示的液位高于实际液位；当锅炉运行压力低于额定压力时，液位当锅炉运行压力低于额定压力时，液位计指示的液位低于实际液位。锅炉起停计指示的液位低于实际液位。锅炉起停时，指示液位将低时，指示液位将低40-150mm 水位高度的影响水位高度的影响pgLHHLgpswsw)(1)()()(swpHLHppsw)(2.误差分析误差分析 汽包压力汽包压力p的影响的影响上式说明：低水位时，上述汽包压力对指示液上式说明：低水位时，上述汽包压力对指示液位的影响更大位的影响更大。3.具有压力补偿作用的中间抽头平衡容器具有压力补偿作用的中间抽头平衡容器HglgLggHHLg

5、lglLgpswwaswwsaw)()()()()(L L，l l的取值应使：的取值应使：在设计水位在设计水位H H0 0时，锅炉处于额定时，锅炉处于额定压力和最低工作压力时的液位计压力和最低工作压力时的液位计差压差压p p相等；相等；水位最低水位最低(H=0),(H=0),锅炉工作压力也锅炉工作压力也最低时，最低时，p=pmax pmax-液位计的满量程。液位计的满量程。minmin0minmin0max )1)()1)()(1(wwewsseswswswawawsHLlggHpL式中：具有压力补偿作用的中间抽头平衡容器与双室平具有压力补偿作用的中间抽头平衡容器与双室平衡容器相比：衡容器相比

6、：在设计水位在设计水位H0时，锅炉压力对液位计指示差压时，锅炉压力对液位计指示差压的影响可以大大地减小；的影响可以大大地减小；在非设计水位在非设计水位H，锅炉压力对液位计指示差压，锅炉压力对液位计指示差压仍有影响，但测量准确度已有很大的提高。仍有影响，但测量准确度已有很大的提高。第第3 3节节 电容式液位测量法电容式液位测量法1 1测量导电液体的电容式液位传感器测量导电液体的电容式液位传感器结构：结构：不锈钢棒（带聚四氟乙烯绝缘套）电极，不锈钢棒（带聚四氟乙烯绝缘套）电极，导电液体，容器导电液体，容器工作原理：工作原理：不锈钢棒和导电液体构成电容器的两极，不锈钢棒和导电液体构成电容器的两极，电

7、容与液体高度成正比。电容与液体高度成正比。HKHdDCDDdDHdDHCCCdDHLdDHCdDLCHH)/ln(2 ,)/ln(2)/ln(2 )/ln()(2)/ln(2 0H)/ln(2 0H000000时，电容量：当时，分布电容：当 式中：式中：-绝缘套介电常数，绝缘套介电常数，适用范围适用范围：电导率大于：电导率大于0.01S/m且粘度不大的液体且粘度不大的液体。二、测量非导电液体的电容式液位传感器二、测量非导电液体的电容式液位传感器结构：结构：互相绝缘互相绝缘的内外的内外不锈钢电极不锈钢电极，不导电液体不导电液体在电在电极间起极间起绝缘绝缘作用。作用。外电极外电极上有孔便于上有孔便

8、于液体进出液体进出。工作原理：工作原理：液位变化，电极间充填液体的介电常数发液位变化，电极间充填液体的介电常数发生变化，引起电容变化。生变化，引起电容变化。)/ln()(2 )/ln()(2)/ln(2 0H)/ln(2 0H00000HKHdDCCCdDHLdDHCdDLCHH时，电容量：当时，分布电容：当 式中：式中：，0液体，空气的介电常数，液体，空气的介电常数，适用范围：电导率小于适用范围：电导率小于10-9 S/m且粘度不大的液体且粘度不大的液体。第第4 4节节 电阻式液位测量方法电阻式液位测量方法一、电接点液位计一、电接点液位计原理：原理：利用物质液态和气态的电阻率利用物质液态和气

9、态的电阻率相差悬殊的特性指示液位。相差悬殊的特性指示液位。结构：结构：测量筒，电接点，指示灯，测量筒，电接点，指示灯，电源。电源。特点：特点：不受被测液体的压力、温度、不受被测液体的压力、温度、密度的影响；密度的影响；非连续测量非连续测量应用：应用：锅炉、太阳能热水器等锅炉、太阳能热水器等二、热电阻液位计二、热电阻液位计原理：原理：利用热电阻丝在液体和气体中的利用热电阻丝在液体和气体中的换热系数不同温度不同导致电阻换热系数不同温度不同导致电阻改变来指示液位。改变来指示液位。结构：结构：用途：用途：液位指示，报警液位指示，报警。定点式热电阻液位饱经原理定点式热电阻液位饱经原理:热电阻丝热电阻丝1

10、 1置于置于H H0 0处，液位高度处，液位高度H HHHHRR0 0,灯亮灯亮HHHH0 0时，时，R RS SRR0 0,灯暗灯暗第第5 5节节 光纤传感器在液位测量中的应用光纤传感器在液位测量中的应用一、全反射型光纤液位计一、全反射型光纤液位计结构：结构：棱镜，光纤，光源，光电检测器棱镜，光纤，光源，光电检测器两根光纤两根光纤一端一端烧结烧结棱镜棱镜，另一端分别，另一端分别光源光源和和光光电检测器耦合电检测器耦合构成构成发射光纤发射光纤和和接受光纤接受光纤。棱镜的角度设计棱镜的角度设计：在空气中符合全反射条件，接受光强大；在空气中符合全反射条件，接受光强大；在液体中不符合全反射条件。棱镜

11、一浸入液体，在液体中不符合全反射条件。棱镜一浸入液体，大部分入射光进入液体，接受光强骤减。大部分入射光进入液体，接受光强骤减。特点特点：灵敏度高；灵敏度高；电绝缘性好，防爆。电绝缘性好，防爆。用途用途：易燃易爆液体的定点液位报警器：易燃易爆液体的定点液位报警器适用范围：适用范围：对棱镜无粘附性的液体对棱镜无粘附性的液体二、二、浮沉式光纤液位计浮沉式光纤液位计1.机械转换部分机械转换部分：浮子，重锤，钢索，计数齿盘。齿盘转过的齿数与液位成正比。：浮子，重锤，钢索，计数齿盘。齿盘转过的齿数与液位成正比。2.光纤光路部分光纤光路部分：光源，等强度分束器，光纤和光电检测器。：光源，等强度分束器，光纤和光电检测器。功能功能：判定齿盘转动方向，通过：判定齿盘转动方向，通过A,B两组光纤头两组光纤头 错开一个小角度实现；错开一个小角度实现；计测齿盘转数。计测齿盘转数。3.电子电路部分电子电路部分：光电转换及放大电路，逻辑控制电路，可逆计数器及显示电路。：光电转换及放大电路，逻辑控制电路，可逆计数器及显示电路。AB其他液位计：磁翻转式液位计磁翻转式液位计浮球式液位计