静压式液位测量

静压式液位测量

根据流体静力学原理，静止液体内某一点的静压力与其所在位置的深度有关，因此可以用静压力表示液位，如连通器式、压差式和压力式等。

一、连通器式液位测量

连通器式液位测量是最简单的液位测量技术，根据连通器的原理，使用玻璃管直观地显示液位，但主要用于无压或低压力容器的液位测量。为了适应高压、腐蚀、远传

等要求和便于读数，其变形结构有玻

璃板式、云母片式、双色式、电接点

式等。其中玻璃板式可用于中低压锅

炉汽包水位的测量，云母式液位测量

可用于高压锅炉的汽包水位测量。其

具有较强的抗腐蚀性。但是上面两种

液位测量的观察比较很困难的，所以人们又将二者的结构改进，辅以光学系统，观测者看到的汽水分界面是红绿两色的分界面，非常清晰，并且有利于用电视等方式远传，这就是双色水位测量。另有磁翻转双色液位计是以磁性浮子为感测元件，并通过磁性浮子与显示色柱中的磁性体的磁耦合作用，反映被测液位或界面的测量仪表。下面以电厂中的电接点为例对其原理进行简单介绍。

1、电接点水位测量

电接点水位测量是利用与受压容器相连通的测量筒上的电接点

浸没在水中与裸露在蒸汽中的电导率的差异，通过指示灯来显示液位的。

电接点水位传感器如图所示，它是一个带有若干个电接点的连通容器（测量筒壳）。连通容器的长度按水位测量范围决定，其直径主要考虑接点数目（保证开孔后有足够的强度）；电接点通过绝缘子与连通容器金属壁绝缘，其数目应以满足运行中监视水位的要求确定，目前多为15个、17个和19个。接点之间在高度上的间距不是均匀的，在正常水位附近要密一些。电接点要能在高温高压下正常工作，温度剧变时不泄露，耐腐蚀，与筒壳有很好的绝缘。常用超纯氧化铝（用于高压炉）和聚四氟乙烯（用于中压炉）作绝缘材料。

电接点水位测量的原理：连通容器通过汽水连通管将容器内的重力水位信号引出，未被水淹没的电接点因蒸汽电导率小而使所在电路处于高电阻（相当于开关断开），与它们相连的显示器不亮；被水淹没的电接点因水具有较大电导率而使所在电路处于低电阻（相当于开关闭合），与它们相连的显示器发亮，因此被水接通的电接点位置可表示水位。显示电接点已被接通（即水位位置）的方法很多，最简单的如灯泡亮，也有用带放大器的发光二极管等。

电接点水位传感器的特点是：

①传感器输出的是电信号，便于远传，避免使用导压管，可减小测量的迟延。

②传感器没有机械传动所产生的变差和刻度误差，简化了仪表的检修和调校。

③电接点水位传感器的输出信号变化带有阶跃性，接点之间的水位变化不能反映，有盲区，虽经合理布置接点能有所改善，但始终不是一个连续变化信号，不宜用作自动调节信号。

电接点水位传感器主要用于中温中压、高温高压锅炉汽包水位的监视与控制，也适用于高、低压加热器、除氧器、凝汽器以及水箱等水位的测量。

2、存在的问题

连通器式液位传感器存在以下问题：

（1）当液位测量传感器与被测容器的液体温度有差别时，液位传感器显示的液位不同于容器中的液位，此误差还会随着容器内压力的改变而变化。为了减少和消除该项误差，常采用保温、加热、校正等手段。当用于测量汽包水位时，因散热使水位传感器中水温低于饱和温度，因而水密度大于饱和水的密度，这就造成了显示的水位低于汽包内的实际水位。如果要校正必须知道水位传感器中水的平均密度，但该密度与当时的压力和水温、散热情况有关，所以不易确定。电厂运行中总结的经验为，在额定工况时，对中压炉，实际水位应在

(m m，高压炉则加40～水位传感器显示水位的基础上加25～35)

(m m。具体值取大些还是取小些，要看水位传感器的保温情况等60)

条件。

（2）所有连通器式液位传感器都会因散热

引起误差。减少的办法是适当加粗汽侧和水侧的

连通导管，筒壳顶部不保温，增加凝结水量，筒

壳其余部分保温以减少散热。当然也可以加蒸汽加热套。

二、压力式液位测量（敞口容器）

压力式物位测量是基于液位高度变化时，由液柱产生的静压也随之变化的原理。如图所示，A 代表实际液面，B 代表零液位，H 代表液柱高度，根据流体静力学原理可知，A 、B 两点的压力差为：

g H p p p A B ρ=-=

其中，A p ——容器中A 点的静压，也即液面上方气体的压力；当被测对象为敞口容器，则A p 为大气压力；B p ——容器中B 点的静压，即B 点的绝对压力；p ——容器中A 点和B 点的压力差，即B 点的表压力。 由式可知，当被测液体密度ρ为已知时，A 、B 两点的压力差p ，即B 点的表压力与液位高度H 成正比，这样就把液位的测量转化为压力的测量。

由于被测对象为敞口容器，可以直接用压力仪表对液位进行测量。方法是将压力表通过引压导管与容器底侧零液位相连，压力指示值与液位高度满足上式关系。

应注意的是，压力仪表实际指示的压力是液面至压力仪表入口之间的静压力，当压力仪表与取压点（零液位）不在同一水平位置时，应对其位置高度差而引起的固定压力进行修正，否则仪表指示值不能直接计算得到液位。

上述所介绍的是就地式压力液位测量方法。此外，还可以利用静压式液位传感器把液位信号转换为电信号进行远传。

静压式液位传感器是利用压力传感器，配用陶瓷或薄膜敏感元件

作为探头感受容器中B点的表压力，从而实现将容器的液位变化经压力传感器转换成电信号的变化，通过测量电路对电信号进行处理，从而测量出液位。

静压式液位传感器的敏感元件种类很多。如膜片型传感器，它是在感压膜片上粘贴应变片，由应变片组成惠斯登电桥，将液位的变化引起的压力变化以应变片电阻值变化的形式表现出来。测出应变片的电阻值，就能得知液位的高度。也可采用半导体膜盒结构，利用金属片承受液体压力，通过封入的硅油导压给半导体应变片进行液位的测量。

由于固态压力传感器（压阻电桥式）性能的提高和微处理技术的发展，压力式物位传感器的应用愈来愈广。近年来，已经研制出了体积小、温度范围宽、可靠性好、精度高的压力式物位传感器，同时，其应用范围也不断地拓宽。

压力式液位测量简单，但是要求液体密度为定值，否则会引起误差。

三、差压式液位测量（密闭容器）

如果被测对象为密闭容器时，容器下部的

液体压力除与液位高度有关外，还与液面上部

介质压力有关。此时，应该采用下面介绍的差

压测量方法来获得液位。

1、测量原理

差压式液位测量的原理同上面介绍的压力式液位测量，只是把