第八章 液位測量.ppt

2020年2月3日9時21分 1 第八章液位測量 學習要求 要求掌握常用的液位測量方法及相關測量儀表的組成及測量原理 掌握電容式液位計的測量原理 電阻式液位計的測量原理理 2020年2月3日9時21分 2 8 1差壓式液位測量法1 液位測量 1 液位測量 是一門測量液 液 氣 液和液 固分界面的技術 從原理上講 液位測量主要基于相界面兩側物質的物性差異或液位改變時引起有關物理參數(shù)的變化 在工程應用中 它包括對液位 液位差 相界面的連續(xù)監(jiān)測 定點信號報警 控制等 2 分類 主要的有沉浮式液位測量法 浮子液位計 差壓式液位測量法 差壓式液位計 電容式液位測量法 電容式液位計 電阻式液位測量法 電阻式液位計 等 2020年2月3日9時21分 3 8 1差壓式液位測量法1 液位測量 3 測量方法的選擇 選擇合適的測量方法不僅要求能夠獲得最大信號量 同時還應該考慮信號傳送過程對被測液體安全性等方面的影響 如電源 光輻射可能加熱低溫液體或引爆易燃液體等 考慮被測液體對敏感元件的污染 腐蝕以及所需儀表的成本 用戶的使用條件等具體情況 2020年2月3日9時21分 4 8 1差壓式液位測量法2 差壓式液位測量法 基本原理其原理是運用流體靜力學平衡方程 即液體中任一點的靜壓力與其自由表面上的壓力 原理圖如下 8 1 1對于開口容器 其平衡方程如下 由此可得 2020年2月3日9時21分 5 8 1差壓式液位測量法2 差壓式液位測量法 對于閉口容器 其平衡方程如下 由此可得 2020年2月3日9時21分 6 8 1差壓式液位測量法3 用差壓式液位計測量鍋爐汽包水位 由于差壓式液位計測量受水 汽密度變化影響 需要采取補償措施 常采用雙室平衡容器 其結構包括 汽包 寬容器 水位高度L恒定 差壓計 1 水位 壓差轉換原理雙室平衡容器工作原理圖如下 2020年2月3日9時21分 7 8 1差壓式液位測量法3 用差壓式液位計測量鍋爐汽包水位 2020年2月3日9時21分 8 8 1差壓式液位測量法3 用差壓式液位計測量鍋爐汽包水位 根據(jù)流體靜力學原理可得方程 采用保溫措施 1 2 w 那么有 即得 2020年2月3日9時21分 9 8 1差壓式液位測量法3 用差壓式液位計測量鍋爐汽包水位 2 誤差分析汽包壓力p的影響 汽包壓力p上升 pw ps 下降 下降 于是會出現(xiàn)以下情況 同樣的水位H產生的 p 液位計指示的液位高于實際液位液位計在鍋爐額定壓力下進行刻度 當鍋爐運行壓力高于額定壓力時 液位計指示的液位高于實際液位 當鍋爐運行壓力低于額定壓力時 液位計指示的液位低于實際液位 2020年2月3日9時21分 10 8 1差壓式液位測量法3 用差壓式液位計測量鍋爐汽包水位 水位高度的影響 水位高度H下降 L H上升 上升 又 所以低水位時 上述汽包壓力對指示液位的影響更大 2020年2月3日9時21分 11 8 2電容式液位測量法1 測量導電液體的電容式液位傳感器 結構 不銹鋼棒 帶聚四氟乙烯絕緣套 電極 導電液體 容器 工作原理 原理圖如下 8 2 1不銹鋼棒和導電液體構成電容器的兩極 電容與液體高度成正比 當 時 分布電容 當 時 電容量 2020年2月3日9時21分 12 8 2電容式液位測量法1 測量導電液體的電容式液位傳感器 那么 又 故可得 絕緣套介電常數(shù) 2020年2月3日9時21分 13 8 2電容式液位測量法2 測量非導電液體的電容式液位傳感器 結構 互相絕緣的內外不銹鋼電極 不導電液體在電極間起絕緣作用 外電極上有孔便于液體進出 工作原理 原理圖如下 2020年2月3日9時21分 14 8 2電容式液位測量法2 測量非導電液體的電容式液位傳感器 2020年2月3日9時21分 15 8 2電容式液位測量法2 測量非導電液體的電容式液位傳感器 液位變化 電極間充填液體的介電常數(shù)發(fā)生變化 引起電容變化 當H 0時 分布電容 當H 0時 電容量 2020年2月3日9時21分 16 8 2電容式液位測量法2 測量非導電液體的電容式液位傳感器 即有 液體 空氣的介電常數(shù) 2020年2月3日9時21分 17 8 3電阻式液位測量法1 電接點液位計 結構 測量筒 電接點 指示燈 電源 工作原理 利用物質液態(tài)和氣態(tài)的電阻率相差懸殊的特性指示液位 原理圖如下 8 3 1特點 不受被測液體的壓力 溫度 密度的影響 非連續(xù)測量 應用 鍋爐 太陽能熱水器等 2020年2月3日9時21分 18 8 3電阻式液位測量法2 熱電阻液位計 工作原理 利用熱電阻絲在液體和氣體中的換熱系數(shù)不同溫度不同導致電阻改變來指示液位 如圖9 10所示 在存貯液體的容器內 將熱絲安置于液面下預定檢測高度點A處 并在其通電電路中并聯(lián)一個電阻為R 的小燈泡 選擇正溫度系數(shù)較大的熱絲材料和合適的電源E燈泡R 使得熱絲露出液面時的電阻值RS R0 2020年2月3日9時21分 19 8 3電阻式液位測量法2 熱電阻液位計 2020年2月3日9時21分 20 8 3電阻式液位測量法2 熱電阻液位計 在這樣的參數(shù)匹配條件下 當液位正常時 熱絲浸沒于液體中 散熱量較大 溫度較低 因而其電阻值較小 對回路電流起分流作用 使流經燈泡的電流減少 故燈泡較暗 而當液位低于預定高度時 熱絲露出液面 散熱量減少 溫度升高 電阻值增加至RS RS R0 這時回路電流主要從R 通過 即燈泡變亮 因此 可以根據(jù)燈泡的亮度判斷液位是否低于預定的高度 在這種檢測回路中 當燈泡由暗變亮時 表示液位已低于預定高度 應用 液位指示 報警 2020年2月3日9時21分 21 8 4電阻式液位測量法1 全反射型光纖液位計 結構 棱鏡 光纖 光源 光電檢測器 兩根光纖一端燒結棱鏡 另一端分別光源和光電檢測器耦合構成發(fā)射光纖和接受光纖 工作原理 原理圖如下 8 4 1特點 靈敏度高 電絕緣性好 防爆 應用 易燃易爆液體的定點液位報警器 適用范圍 對棱鏡無粘附性的液體 2020年2月3日9時21分 22 8 4電阻式液位測量法2 浮沉式光纖液位計 浮沉式光纖液位計包括三個部分 機械轉換部分 光纖光路部分 電子電路部分 圖9 12為其結構原理圖 機械轉換部分包括浮子 重錘 鋼索 計數(shù)齒盤 其作用是將浮子隨液位上下變動的位移轉換成計數(shù)齒盤的轉動齒數(shù) 當液位上升時 浮子上升而重錘下降 經鋼索帶動計數(shù)齒盤順時針方向轉動相應的齒數(shù) 反之 若液位下降 則計數(shù)齒盤逆時針方向轉動相應的齒 2020年2月3日9時21分 23 8 4電阻式液位測量法2 浮沉式光纖液位計 光纖光路部分由光源 等強度分束器 光纖和光電檢測器組成 兩組光纖分別安裝在齒盤上下兩邊 每當齒盤轉過一個齒 上下光纖光路就被切斷一次 各自產生一個相應的光脈沖信號 由于對兩組光纖的相對位置作了特別的安排 從而使得兩組光纖光路產生的光脈沖信號在時間上有一很小的相位差 通常 導先的脈沖信號用作可逆計數(shù)器的加 減指令信號 而另一光纖光路的脈沖信號用作計數(shù)信號 2020年2月3日9時21分 24 8 4電阻式液位測量法2 浮沉式光纖液位計 電子電路部分光電轉換及放大電路 邏輯控制電路 可逆計數(shù)器及顯示電路 光電轉換及放大電路主要是將光脈沖信號轉換為電脈沖信號 再對信號加以放大 邏輯控制電路的功能是對兩路脈沖信號進行判別 將先輸入的一路脈沖信號轉換成相應的 高電位 或 低電位 并輸出送至可逆計數(shù)器的加減法控制端 同時將另一路脈沖信號轉換成計數(shù)器的計數(shù)脈沖 每當可逆計數(shù)器加1 或減1 顯示電路則顯示