液位检测仪表

1、第九章第九章 液位检测仪表液位检测仪表 章节内容章节内容9.1 液位测量概述液位测量概述9.2 常见液位检测仪表测量原理常见液位检测仪表测量原理差压式液位计差压式液位计超声波式液位计超声波式液位计电气式液位计电气式液位计霍尔式液位计霍尔式液位计核辐射式液位计核辐射式液位计9.3 核反应堆水位测量核反应堆水位测量蒸汽发生器水位测量蒸汽发生器水位测量稳压器水位测量稳压器水位测量压力容器水位测量压力容器水位测量9.1 液位测量概述液位测量概述n概述概述q物位物位统括液位、料位和界面的位置。统括液位、料位和界面的位置。q液位液位是指容器、河道和水库里液体的表面位置。是指容器、河道和水库里液体的表面位置

2、。q液位计液位计主要是指用来测量液位的仪表及附属设备。主要是指用来测量液位的仪表及附属设备。 在核电站中，液位是十分重要的检测和控制参数。在核电站中，液位是十分重要的检测和控制参数。反应堆压力容器内冷却剂的液位以及稳压器、蒸汽发反应堆压力容器内冷却剂的液位以及稳压器、蒸汽发生器等设备中的液位直接反映了反应堆的运行工况。生器等设备中的液位直接反映了反应堆的运行工况。 由于反应堆中的辐照、高温、腐蚀等问题，同时考由于反应堆中的辐照、高温、腐蚀等问题，同时考虑到检测仪表作为反应堆危急停堆系统的一部分，堆虑到检测仪表作为反应堆危急停堆系统的一部分，堆内液位测量仪表对可靠性的要求很高。内液位测量仪表对可

3、靠性的要求很高。n液位计的种类液位计的种类q直读式液位测量仪表直读式液位测量仪表q浮子式液位测量仪表浮子式液位测量仪表q静压式液位测量仪表静压式液位测量仪表q电气式液位测量仪表电气式液位测量仪表q超声波式液位测量仪表超声波式液位测量仪表q核辐射式液位测量仪表核辐射式液位测量仪表q光学式等其他液位测量仪表光学式等其他液位测量仪表各种液位测量仪表检测示意图各种液位测量仪表检测示意图9.2.1 差压式液位计差压式液位计 静压式液位传感器是基于流体静力学原理，静压式液位传感器是基于流体静力学原理，通过液柱通过液柱静压的方法对液位进行测量。静压的方法对液位进行测量。液位液位压力转换的方式主要压力转换的方

4、式主要有压力式和差压式。有压力式和差压式。 若液位的高度位若液位的高度位h，则液体底部的压力为：，则液体底部的压力为： 所以测得表压力所以测得表压力p即可求得液位高度即可求得液位高度h。ghbpghbppgphh1 1、压力式液位计、压力式液位计适用于敞口容器的液位测量，即适用于敞口容器的液位测量，即直接测量容器底部压力得直接测量容器底部压力得到液位。如下图所示，测压仪表通过导压管与容器底部相到液位。如下图所示，测压仪表通过导压管与容器底部相连，由测压仪表的压力指示值，便可推知液位的高度。连，由测压仪表的压力指示值，便可推知液位的高度。 其其关系为关系为ghp法兰式压力变送器测量液位法兰式压力

5、变送器测量液位用压力表测量液位用压力表测量液位2 2、差压式液位计、差压式液位计适用于密闭容器的液位测量。对于该类容器来说，适用于密闭容器的液位测量。对于该类容器来说，测量容测量容器底部压力，除与液面高度有关外，还与液面上部介质器底部压力，除与液面高度有关外，还与液面上部介质压力有关。如图所示，差压变送器正、负室压力分别为压力有关。如图所示，差压变送器正、负室压力分别为于是于是因此抵消了容器上部压力变化对因此抵消了容器上部压力变化对测量的影响。测量的影响。安装方式：安装方式：导压管、法兰式。导压管、法兰式。ghpp11pp ghppp零点迁移问题零点迁移问题产生原因：由于取压口和差压变送器的产

6、生原因：由于取压口和差压变送器的安装位置不同造成安装位置不同造成液位仪表存在零点迁移问题。液位仪表存在零点迁移问题。 （1 1）无迁移）无迁移特征：差压变送器的正压室取特征：差压变送器的正压室取压口正好与容器的最低液位处压口正好与容器的最低液位处于同一水平位置。作用于变送于同一水平位置。作用于变送器正、负压室的差压器正、负压室的差压p与液位与液位高度高度h的关系为的关系为p=hg。当当h =0时，正负压室的差压时，正负压室的差压p=0，变送器输出信号为，变送器输出信号为4ma；当当h= hmax时，差压时，差压pmax=ghmax，变送器的输出信号为，变送器的输出信号为20 ma。（2）负迁移

7、）负迁移形成原因是加隔离罐或采用法形成原因是加隔离罐或采用法兰式测压差。此时差压变送器兰式测压差。此时差压变送器的正、负压室的压力分别为：的正、负压室的压力分别为：于是正、负压室的压差为：于是正、负压室的压差为： ghghpp211气ghpp22气ghhghppp2121)(当被测液位当被测液位h=0时，时，p=-（h2-h1）2g0，从而使变送器在，从而使变送器在h=0时时输出电流大于输出电流大于4 ma；h=hmax时，输出电流大于时，输出电流大于20 ma。（a a）无迁移）无迁移 （b b）负迁移）负迁移 （c c）正迁移）正迁移0 0500050004 420202000200070

8、007000 p (pa)p (pa)-2000-200030003000i i0 0(ma)(ma)差压式液位计正负迁移特性差压式液位计正负迁移特性9.2.2 超声波式液位计超声波式液位计测量原理：利用超声波在气体和液体吸收衰减的不同或测量原理：利用超声波在气体和液体吸收衰减的不同或超声波传播过程中遇到界面发生反射的特性，进行液体超声波传播过程中遇到界面发生反射的特性，进行液体液位的测量。液位的测量。因此，在容器底部或顶部安装超声波发射因此，在容器底部或顶部安装超声波发射器和接收器，发射出的超声波在相界面被反射。并由接器和接收器，发射出的超声波在相界面被反射。并由接收器接收，测出超声波从发射

9、到接收的时间差，便可测收器接收，测出超声波从发射到接收的时间差，便可测出液位高低。出液位高低。超声波液位计按传声介质不同，可分为超声波液位计按传声介质不同，可分为气介式气介式、液介式液介式和和固介式固介式三种；按探头的工作方式又可分为三种；按探头的工作方式又可分为自发自收的自发自收的单探头方式单探头方式和和收发分开的双探头方式收发分开的双探头方式。9.2.3 电气式液位计电气式液位计定义：将液位转换为电信号，并且用它来测量和定义：将液位转换为电信号，并且用它来测量和控制液位的仪表。控制液位的仪表。种类：电阻式、电容式和电感式等。种类：电阻式、电容式和电感式等。功能：功能：q作为就地仪表；作为就

10、地仪表；q远传至控制室，实现对液位的显示、控制和调节。远传至控制室，实现对液位的显示、控制和调节。1、电阻式液位计、电阻式液位计传感器电阻传感器电阻akhakhkkhahahhar2222)(22121缺点缺点无法测量腐蚀性液体无法测量腐蚀性液体或能使极棒表面结垢或能使极棒表面结垢和生锈的介质。和生锈的介质。2、电容式液位计、电容式液位计原理：在平行板电容器之间充以不同介质时，其电容量原理：在平行板电容器之间充以不同介质时，其电容量的大小是不同的。可以用测量电容量的变化来检测液位的大小是不同的。可以用测量电容量的变化来检测液位或两种不同介质的液位分界面。或两种不同介质的液位分界面。 种类：种类

11、：q导电液体电容式液位计导电液体电容式液位计q非导电液体电容式液位计非导电液体电容式液位计（1）导电液体电容式液位计）导电液体电容式液位计电容器的电容量：电容器的电容量：当当h=0时，电容量：时，电容量：则得到液位为则得到液位为h时：时：ddhlddhc00ln)(2ln2d d0 0000ln2cddlc000)ln2ln2(chddddcddddk001ln2ln21kckh1ddddck000ln2ln2导电液体的电容式液位计原理图导电液体的电容式液位计原理图1- 1-内电极；内电极；2- 2-绝缘套管；绝缘套管；3- 3-虚假水位；虚假水位；4- 4-容器容器（2）非导电液体的电容式液

12、位计）非导电液体的电容式液位计n液位为液位为h时，总电容量为：时，总电容量为：n液位为液位为0时，总电容量为：时，总电容量为：n当液位从当液位从0上升到上升到h时，时，电容的变化电容的变化ddhlddhcln)(2ln20ddlcln200hkddhcccxln)(200其中，其中， 0 空气介电常数；空气介电常数； d, d 分别为外电极内径和内电极外径。分别为外电极内径和内电极外径。非导电液体的电容式液位计原理图非导电液体的电容式液位计原理图1- 1-内电极；内电极；2- 2-外电极；外电极；3- 3-绝缘套；绝缘套；4- 4-流通小孔流通小孔9.2.4 霍尔式液位计霍尔式液位计1、霍尔传

13、感器的工作原理、霍尔传感器的工作原理霍尔电势霍尔电势利用被测量来改变利用被测量来改变i或者或者b，再通过测量霍尔电势来确定，再通过测量霍尔电势来确定被测量。被测量。2、霍尔液位计的工作原理、霍尔液位计的工作原理（1）液位产生的压力作用于弹性元件上。）液位产生的压力作用于弹性元件上。（2）弹性元件带动霍尔元件（半导体薄片）在磁场中移动）弹性元件带动霍尔元件（半导体薄片）在磁场中移动，产生霍尔电势，并装换为与液面相对应的电信号输，产生霍尔电势，并装换为与液面相对应的电信号输出。出。霍尔元件霍尔元件9.2.5 核辐射式液位计核辐射式液位计n工作原理工作原理射线强度与液体的液位的关系：射线强度与液体的

14、液位的关系：液位液位h与穿过液体后的射线强度与穿过液体后的射线强度i的关系：的关系：heii0iihln1ln10i0射入液体前的射入液体前的 射线强度；射线强度；i通过液体液位通过液体液位h后的后的 射线强度；射线强度； 液体对液体对 射线的吸收系数。射线的吸收系数。9.3.1 蒸汽发生器水位测量蒸汽发生器水位测量方法：方法：参考水柱法参考水柱法步骤：先求各点的压力步骤：先求各点的压力然后求差压传感器的压差然后求差压传感器的压差最后得到蒸汽发生器水位最后得到蒸汽发生器水位glppghppraarvaglppghpplbbvb)()(lrrlbrabaglhghgglppglpppp)()(gpllhhlrapbpl内参考管法内参考管法 各引管之间的压差各引管之间的压差其中，其中，h1为窄量程液位，为窄量程液位，h2为宽量程液位。用该方法测得为宽量程液位。用该方法测得的液位在理论上与汽和水的密度都无关。的液位在理论上与汽和水的密度都无关。9.3.2 稳压器水位测量稳压器水位测量p p)(112汽水hp)(213汽水hp)(23汽水hp23121/ phph23132/ phph3 33 33 3外参考管法外参考管法9.3.3 压力容器水位测量压力容器水位测量9.7.3 压力容器水位测量压力容器水位测量参考