液位测量技术.doc

液位测量 重点：压差式液位测量法、电阻式液位测量法原理 难点：电容式液位测量法原理 第一节 概 述 从一船意义讲，液位测量是—门测量液-液、气-液和液-固分界面的技术。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。就热能与动力机械工程而言，也包含了十分典型的液位测量技术，例如火力发电厂中锅炉汽包水位的测量和控制，低温领域液氦、液氢等液体在各种低温容器或贮槽中液面位置的监测和报警，还有内燃机中根据液面的变化情况来测定燃油消耗量或油泵压力，等等。 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。这些物理参数可能是电量的或非电量的．如电阻、电容、电感、差压以及声速和光能等等，它们的共同特点是能够反映相应的液位变化并易于检测。实际应用时，出于所检测的物理量不同，或所采用的敏感元件不同．形成了各种各样的液位测量方法和相应的测量仪表，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(差压式掖位计)、电容式液位测量法(电容式液位计)、电阻式被位测量法(电阻式液位计)、电感式液位测量法(电感式液位计)、热感式液位测量法(热感式液位计)、激光液位测量法(激光液位计)、红外液位测量法(红外液位计)、超声波液位测量法(超声波液位计)、微波液位测量法(微被液位汁)和γ射线液位测量法(γ射线液位计)等。 但是，以上方法的分类不是绝对的，有时为了适应具体的测量要求，可以将两种或两种以上的方法进行组合而加以采用。例如，利用沉浮式原理的液位测量方法中，浮子的位移可以用差动变压器测量，也可以通过适当的机构转换后，采用光电式检测技术。一般而言，选择测量方法的首要依据是被测液体的性质及其容器的特性，因为它们影响到检测信号的变化程度和测量仪表的安装与使用。具体地讲，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。 本章主要介绍在热能与动力机械工程中应用较多的液位测量仪表，并简要介绍现代光纤传感技术在液位测量中的应用实例。 第二节 差压式液位测量法 一、基本原理 差压式液位测量方法的理论依据是流体(液体)静力学原理，即液体中任一点的静压力p与其自由表面上的压力p0入之差?p，等于液体密度ρ、重力加速度g和液柱高度差H的乘积．以公式表达为 (9-1) 因此，通过测量差压?p即可求出被测的液位高度H。基于这种工作原理的测量仪表称差压式液位计。 实际应用时，差压式液位汁有不同的形式，陈与各种差压测量方法有关外．还因为被测液体及其容器的性质不同，形成了不同的差压信号引出方式。一般而言，对于开口容器，可以通过测量容器内变动液位的静压力与大气压力之差来测量液位(如图9-1a)；对于密闭容器，可以通过测量容器内变动液位的静压力与其蒸汽压力之差来测量液位(如图9-1b)。它们的测量原理分别表示为 （9-2a） （9-2b） 式中，?p为关压计接收到的压差；ρ和ρs为别为被测液体及其蒸汽的密度；g为重力加速度；H和Hs别为图示的液位高度和蒸汽压力引出口的高度。 必须指出，上述密闭容器液位测量时采用的差压引出方式．仅适用于密度ρ和ρs变化不大的场合，否则液位与差压的关系也是变化不定的，即压差的变化并不仅代表液位的变化，涡炉汽包水位的测量就是一个非常典型的例子。 二、用差压式液位计测量锅炉汽包水位 差压式液位计是目前电厂锅炉汽包、除氧器等容水设备中用得最普遍的一种水位测量仪表。汽包水位测量时，受汽、水密度变化等许多因素的影响，容易引起较大的测量误差，因此，必须采取一些特别的补偿措施。 1.“水位-差压”转换原理 差压式液位计准确测量汽包水位的关键是水位与差压之间的准确转换，这种转换是通过平衡容器实现 的，图9-2为双室平衡容器的工作原理图。 在平衡容器中，宽容器(正压室)的水面高度是恒定的。当其水位增高：时，水可以通过汽侧连通管溢入汽包：而水位降低时．通过蒸汽冷凝得以补充。差压计的正压头从宽容器引出，因此，当宽容器中水的密度一定时，差压计的正压头为定值。平衡容器的负压管(负压室)与汽包连通，输出的压头为差压计的负压头，其大小反映汽包水位的变化。 根据流体静力学原理，当汽包水位处于正常水位H0时，差压计检测到的