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(xué)習(xí)要求 要求掌握常用的液位測量方法及相關(guān)測量儀表的組成及測量原理 掌握電容式液位計(jì)的測量原理 電阻式液位計(jì)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(shù) 從原理上講 液位測量主要基于相界面兩側(cè)物質(zhì)的物性差異或液位改變時引起有關(guān)物理參數(shù)的變化 在工程應(yīng)用中 它包括對液位 液位差 相界面的連續(xù)監(jiān)測 定點(diǎn)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(jì) 差壓式液位測量法 差壓式液位計(jì) 電容式液位測量法 電容式液位計(jì) 電阻式液位測量法 電阻式液位計(jì) 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(yīng)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(yùn)用流體靜力學(xué)平衡方程 即液體中任一點(diǎn)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(jì)測量鍋爐汽包水位 由于差壓式液位計(jì)測量受水 汽密度變化影響 需要采取補(bǔ)償措施 常采用雙室平衡容器 其結(jié)構(gòu)包括 汽包 寬容器 水位高度L恒定 差壓計(jì) 1 水位 壓差轉(zhuǎn)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(jì)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(jì)測量鍋爐汽包水位 根據(jù)流體靜力學(xué)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(jì)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(chǎn)生的 p 液位計(jì)指示的液位高于實(shí)際液位液位計(jì)在鍋爐額定壓力下進(jìn)行刻度 當(dāng)鍋爐運(yùn)行壓力高于額定壓力時 液位計(jì)指示的液位高于實(shí)際液位 當(dāng)鍋爐運(yùn)行壓力低于額定壓力時 液位計(jì)指示的液位低于實(shí)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(jì)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(dǎo)電液體的電容式液位傳感器 結(jié)構(gòu) 不銹鋼棒 帶聚四氟乙烯絕緣套 電極 導(dǎo)電液體 容器 工作原理 原理圖如下 8 2 1不銹鋼棒和導(dǎo)電液體構(gòu)成電容器的兩極 電容與液體高度成正比 當(dāng) 時 分布電容 當(dāng) 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(dǎo)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(dǎo)電液體的電容式液位傳感器 結(jié)構(gòu) 互相絕緣的內(nèi)外不銹鋼電極 不導(dǎo)電液體在電極間起絕緣作用 外電極上有孔便于液體進(jìn)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(dǎo)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(dǎo)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(dāng)H 0時 分布電容 當(dāng)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(dǎo)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(diǎn)液位計(jì) 結(jié)構(gòu) 測量筒 電接點(diǎn) 指示燈 電源 工作原理 利用物質(zhì)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(diǎn) 不受被測液體的壓力 溫度 密度的影響 非連續(xù)測量 應(yīng)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(jì) 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(dǎo)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(nèi) 將熱絲安置于液面下預(yù)定檢測高度點(diǎn)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(jì) 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(jì) 在這樣的參數(shù)匹配條件下 當(dāng)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(jīng)燈泡的電流減少 故燈泡較暗 而當(dāng)液位低于預(yù)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(yù)定的高度 在這種檢測回路中 當(dāng)燈泡由暗變亮?xí)r 表示液位已低于預(yù)定高度 應(yīng)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(jì) 結(jié)構(gòu) 棱鏡 光纖 光源 光電檢測器 兩根光纖一端燒結(jié)棱鏡 另一端分別光源和光電檢測器耦合構(gòu)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(diǎn) 靈敏度高 電絕緣性好 防爆 應(yīng)用 易燃易爆液體的定點(diǎn)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(jì) 浮沉式光纖液位計(jì)包括三個部分 機(jī)械轉(zhuǎn)換部分 光纖光路部分 電子電路部分 圖9 12為其結(jié)構(gòu)原理圖 機(jī)械轉(zhuǎn)換部分包括浮子 重錘 鋼索 計(jì)數(shù)齒盤 其作用是將浮子隨液位上下變動的位移轉(zhuǎn)換成計(jì)數(shù)齒盤的轉(zhuǎn)動齒數(shù) 當(dāng)液位上升時 浮子上升而重錘下降 經(jīng)鋼索帶動計(jì)數(shù)齒盤順時針方向轉(zhuǎn)動相應(yīng)的齒數(shù) 反之 若液位下降 則計(jì)數(shù)齒盤逆時針方向轉(zhuǎn)動相應(yīng)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(jì) 光纖光路部分由光源 等強(qiáng)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(dāng)齒盤轉(zhuǎn)過一個齒 上下光纖光路就被切斷一次 各自產(chǎn)生一個相應(yīng)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(chǎn)生的光脈沖信號在時間上有一很小的相位差 通常 導(dǎo)先的脈沖信號用作可逆計(jì)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(jì)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(jì) 電子電路部分光電轉(zhuǎn)換及放大電路 邏輯控制電路 可逆計(jì)數(shù)器及顯示電路 光電轉(zhuǎn)換及放大電路主要是將光脈沖信號轉(zhuǎn)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(jìn)行判別 將先輸入的一路脈沖信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的 高電位 或 低電位 并輸出送至可逆計(jì)數(shù)器的加減法控制端 同時將另一路脈沖信號轉(zhuǎn)換成計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)脈沖 每當(dāng)可逆計(jì)數(shù)器加1 或減1 顯示電路則顯示