第五章 水位测量

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双色水位计采用把普通光经滤光玻璃(红、绿两种)使红光、 绿光透过，再经被测液体或气体折射，在光路上设置窗口予 以显现，可测知光路上是液体或气体。
测量技术的进展——无盲区低偏差双色水 位计
传统的双色水位计测量误差大、云母片易 结垢而使显示模糊、频繁排污易造成表计热变 形而泄漏以及存在显示盲区等缺点。
● 氖灯显示仪表 ● 红绿灯显示仪表 ● 发光二极管显示仪表 ● 数字显示
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1.氖灯显示仪表
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２.红绿灯光显示仪表
与电接点水位测量筒配套的红绿灯光显示仪表包括 了与电接点数目相同、电路结构一样的灯光电路。
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同于一般的工业数字显示仪表。
◆ 水位测量筒输出的是数字信号(电接点状态)， 显示仪表中没有A／D转换部件。
◆ 水位测量筒只有19个电接点，因此显示仪 表只显示19个水位数字量。
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DYS—19适用于锅炉汽包水位测量，配套使用19个电 接点的水位测量筒。其功能为： （1)显示 三位数字和十、－号(显示器件为辉光数字管)；
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3.发光二极管显示仪表
UDZ电接点水位表与19点水位测量筒配套使用实 现水位显示。 实现的功能： ● 水位显示； ● 水位低于－50mm时，或达到及高于十50mm时， 仪表面板发光二极管给出报警显示，同时有报警继电 器接点信号输出；
● 实现土200mm水位保护显示，当水位低于－ 200mm时，或达到及高于十200mm时，仪表面板发 光二极管给出保护显示，同时有保护继电器接点信号 输出。
水位测量筒通过连通方式形成相应水柱高度，该 水柱的压力平衡压力容器内的被测量水位的压力。 在水位测量筒的筒壁上安装了数个电极。
转换原理：锅炉炉水的电阻率一般在103Ω·cm以
下，蒸汽的电阻率一般在106Ω·cm以上，筒内的 水浸没的电接点处于低阻状态，未被浸没而处于汽 (气)中的电接点处于高阻状态。
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二、锅炉汽包水位测量的基本要求 根据锅炉汽包水位测量的重要性和测量技术的特点，
锅炉汽包水位测量系统至少应满足下列基本要求： (1)准确性好。
锅炉汽包水位相对主蒸汽压力、温度这类参数而言，并 不是需要精确控制的参数，一般情况下，两个汽包水位计 的测量示值偏差在30mm以内是可以接受的。而在正常条 件下保持这样的精确度不是十分困难的。但是，由于汽包 水位测量对象十分复杂，而汽包水位测量采用联通管式或 差压式测量原理，使得汽包压力和测量参比的条件在变化 时会造成非常大的误差。
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三、测量液位的方法 1.浮力式
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2.静压式 液位—压力转换的方式主要有压力式和差压式。
3.电气式
电气式液位测量是直接将液位转换为电阻、电容、电 感等量值的变化 。
4.声波式
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第二节 汽包水位测量概述
一、锅炉汽包水位测量的重要性 ● 由于负荷、燃烧工况及给水流量的变化，汽包水位会经 常变化。 ● 水位过高或急剧波动会引起蒸汽品质恶化，造成受热面 结盐，严重时会导致汽轮机水冲击振动、叶片损坏；水位 过低会引起排污失效，炉内加药进入蒸汽，甚至引起下降 管带汽，影响炉水循环工况，造成炉管大面积爆破。 ● 锅炉运行中，通过水位测量系统来监视和控制汽包水位。 当汽包水位超出正常运行范围时，报警系统将发出报警信 号，保护系统将立即采取必要的保护措施，以确保锅炉和 汽轮机的安全。 ● 锅炉汽包水位测量系统是机组安全运行的极端重要的系统。
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第四节 电接点水位计
电接点水位测量装置是一种基于联通器式原 理的测量装置，与普通就地云母水位计(或双 色水位计)不同之处在于测量筒内有一系列组 成测量标尺的电极，由于汽、水电导率的很大 差别，造成处于汽和水中的电极电阻值有很大 差别，以此来判断电极是处于水空间，还是处 于汽空间。利用多个电极即可判断当前的水面 位置。
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(2) 可靠性高
汽包水位测量系统从取样开始，到信号转换、控制和保 护回路以及供电回路，均应十分可靠。此外，除了提高装 置本身的可靠性外，还应提高系统的可靠性，包括对汽包 水位测量、控制和保护系统的配置应采取严格的冗余要求， 应采用两种或以上工作原理共存的配置原则；锅炉汽包水 位控制和保护用的水位测量信号应采取三重冗余等。
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二、液位测量的特点 （l）稳定的液面是一个规则的表面，但是当物料有流进
流出时，会有波浪使液面波动。在生产过程中还可能 出现沸腾或起泡沫的现象，使液面变得模糊。 （2）大型容器中常会有各处液体的温度、密度和粘度 等物理量分布不均匀的现象。 （3）容器中的液体呈高温、高压、高粘度或含有大量 杂质、悬浮物等。 以汽包水位为例，汽包水位具有以下特点： ① 汽包内水汽无明显分界面。 ② 汽包内水位忽上忽下剧烈周期波动。 ③ 炉水中含有盐碱，受汽水冲击形成泡沫，如水质严重 恶化，会形成大量泡沫。 ④ 汽包水位横切面特点是中间凸起，水位在汽包壁成带 状升高，并超过中间部位。 ⑤ 虚假水位的存在
现推出了无盲区低偏差双色水位计。
水位计组成：
由光源箱3、水位计表体4、平衡管６、排 污管７、双色水位计８、汽侧取样管2、水侧 取样阀门10、饱和汽伴热管11、排水管12、 冷凝罐14等组成。
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原理：
利用汽包内的饱和蒸汽经汽侧取样管2和汽侧取样阀门 1进入伴热管１１，给水位计表体4加热，阻止双色水位计 8内的饱和水向外传热；
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UDZ电接点水位表中共有19套电路。
（1）不带报警、保护的电接点显示电路 （共有 15套）
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对应的电接点为 DJl3(十50mm)，只有一套。
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（3）高水位显示保护电路 该电路对应的电接点 为DJ17(+200mm)，只有一套 。
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二 、 水 位 传 感 器 的 结 构
电接点水位传感器
(a)外形；(b)A—A视图；(c)高压炉电接点；(d)电接点固定座
1一汽包；2一测量筒壳; 3一排污管；4一电接点；5、6一瓷封件；7一瓷管；
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8一固定螺丝；9一紫铜垫圆；10一接点芯；11一固定座
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饱和汽伴热管11在安装时将排水管12接至低于汽包 中心下15m的汽包下降管处。
进入饱和汽伴热管11的饱和蒸汽在其中冷凝后流到下降 管中，由于排水管与汽包下降管的连接处处于汽包下大于 15m的地方，排水管中的水位不会上升到水位计表体内部， 使得饱和汽伴热管中始终充满饱和蒸汽，起到对表体和水 位计管中的水进行加热的目的。
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（4）低水位显示报警电路 该电路对应的电接点为 DJ7(一50mm)，只有一套。
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（5）低水位显示保护电路 该电路对应的电接点 为DJ3(一200mm)，只有一套。
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4.数字电接点显示仪表 与电接点水位测量筒配套的数字显示仪表不
（2)报警 ±50mm水位报警显示并有接点信号输出；
（3)保护 ±200mm水位保护接点信号输出；
（4)输出模拟信号 0～10mA(对应一300～十300mm)。
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具体的电路
（a）状态取样及阻抗转换
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（b）整形电路
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再利用冷凝器14内冷凝后的饱和水给双色水位计8内的 水置换，加速双色水位计8内的水循环，使双色水位计8内 的水接近饱和水温度；
从而消除水位计测量管内水柱密度对水位测量造成的偏 差，使得双色水位计8内的水位在任何时候，任何工况下 接近汽包内的真实水位，达到准确监视汽包水位的目的。
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优点：结构简单，电接点信号可以远传，时 延很小，不存在仪表的机械变差及分度误差， 显示直观，可靠性高。
应用：火电厂锅炉汽包、高压加热器、除氧 器水位测量中普遍应用。
组成：由水位测量筒(水位传感器)和显示仪表 组成。
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一、水位转换原理
电源的一端接电极芯，另一端接测量简体的公共电极。
为了防止电极的极化作用，电极需采用交流电源。炉
水水质较好时，一般采用18V，炉水水质较差时，为
了与二次仪表配合，可采用较低电压，例如9V。
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三、显示仪表
水位显示采用灯光电路显示较为方便。每个电接点对 应一套灯光显示电路。
（3）报警灯光显示电路
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（c）逻辑判断电路
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（d）正号逻辑判断电路
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（e）负号逻辑判断电路
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（f)译码电路
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(g)驱动显示电路
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(h) 报警电路 （1）+50mm报警电路；（2） -50mm报警电路；
第五章 液位检测及仪表
本章的主要内容: ● 液位测量概述 ● 汽包水位测量概述 ● 锅炉汽包水位测量的对象特性 ● 云母水位计及双色水位计 ● 差压水位计 ● 电接点水位计 ● 锅炉汽包水位测量系统误差的评定 ● 本章小结
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第一节 液位测量概述
一、液位测量的重要性
在工业生产过程中，液位往往是很重要的控制参 数。对于一般储液装置内所储存液体的多少对生产过 程的影响是不可忽视的。比如火电生产过程中的锅炉 汽包内的水位就直接影响汽水系统循环的效果以及送 出蒸汽的质量。
(3) 维护性好
锅炉汽包水位测量系统的维护应简单，维护工作量应 尽可能少，而且应便于进行在线实际水位信号的保护联动 试验等。
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第三节 云母水位计及双色水位计
一、云母水位计
云母水位计是锅炉汽包一般都装设的就地显示水位表。它 是一连通器，结构简单，显示直观。
由于云母水位计温度低于汽包内温度，因此云母水位计的 示值水柱高度低于汽包重量水位高度。
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利用冷凝器内冷凝后的饱和水置换表计内的水，加速 了表计内的水循环，由于置换的新水为饱和蒸汽冷凝后的 饱和水，含盐低，这样减少了云母片结垢，延长了表计的 排污周期，从而减少了表计的热变形，也就减少了表体的 泄漏，延长了表体的检修周期，降低了维护费用。
它的显示部分是由两侧水位管的五窗云母组成，相邻 云母窗口有一定重叠度，因而消除了显示盲区。
15点：0，15，30，50，100，150，200， 250(单位：mm)
17点：0，15，30，50，100，150，200，250， 300(单位：mm)
19点：0，15，30，50，75，100，150，200， 250，300(单位：mm)
对于火力发电厂锅炉汽包水位的测量一般采用19 点的水位传感器。在使用时，电接点的极芯与筒壁之 间的高阻或低阻状态反映了该电接点是否被水浸没。
H a s H' w s
式中 —s —汽包内饱和蒸汽密度； ——w 汽包内饱和水密度； ——a 云母水位计测量管内水柱的平均密度； —H—汽包内重量水位;
—H '—显示值。
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二、 双色水位计
双色水位计是基于联通管式原理的水位计， 它是由云母水位计发展而来的。云母水位计只 能就地监视，且汽水界面不清晰，而双色水位 计改进了云母水位计结构，辅以光学系统，利 用光从空气进人蒸汽或水产生不同的折射，使 汽水界面显示成红、绿两色的分界面，显示清 晰，并可利用工业摄像系统等方式远传显示。 用于超高压及以上锅炉的双色水位计，考虑其 强度，窗口玻璃不做成长条形，而是沿水位计 高度上开若干个圆形窗口，称为多窗式双色水 位计，其缺点是小窗之间的一段是水位显示的 盲区。