汽包液位计的工作原理

s w a
ρa − ρs H= H' ρw − ρs
二、 双色水位计 双色水位计是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，
双色水位计原理示意 1一汽测连通管；2一加热用蒸汽进汽管；3一水位计本体；4一加热室；5一测量室；6一加 一汽测连通管；2一加热用蒸汽进汽管；3一水位计本体；4一加热室；5一测量室；6 热蒸汽出口管；7一水侧连通管；8一光源；9一毛玻璃；10一红色滤光玻藏，11一绿色滤 热蒸汽出口管；7一水侧连通管；8一光源；9一毛玻璃；10一红色滤光玻藏，11一绿色滤 光玻璃；12一组合透镜；13一光学玻璃板；14一垫片；15一云母片(高压以上锅炉用) 光玻璃；12一组合透镜；13一光学玻璃板；14一垫片；15一云母片(高压以上锅炉用)；16 一保护罩；17一观察窗 一保护罩；17一观察窗
电接点水位测量筒 (a)外形；(b)A—A视图；(c)高压炉电接点；(d)电接点固定座 a)外形；(b)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； 一汽包；．2一测量筒壳，3一排污管；4一电接点；5 一瓷封件；7 8一固定螺丝；9一紫铜垫圆；10一接点芯；11一固定座 一固定螺丝；9一紫铜垫圆；10一接点芯；11一固定座
第二节
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，如图所示。 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。
式中 ρ ——汽包内饱和蒸汽密度； ρ ——汽包内饱和水密度； ρ ——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。
Y=
∆p L − H 0 − ∆H L − H 0 ∆H = = − ∆p ' L1 L1 L1
可看出，两差压信号经过处理计算后得到的信号Y只与平衡容器的结构尺 寸和水位有关，而与汽包工作压力无关，达完全消除了工作压力的影响。
二、差压水位的压力校正 1.校正原理 差压水位的压力校正是指对简单平衡容器或双室平衡容器输出 1.校正原理 的差压信号，通过引入汽包压力信号进行一定的校正计算，从而消除压力对测量 影响的一种补偿方法。 对于双室平衡容器，输出
∆p = p+ −，按照流体静力学原理， p−
∆p = L ρ a g − ( H 0 + ∆H ) ρ w g − ( L − H 0 − ∆ H ) ρ s g
=
L ( ρ a − ρ s ) g − H 0 ( ρ w − ρ s ) g − ( ρ w − ρ s ) g∆H
由上式容易看出：输出的差压信号受汽包压力和侧水柱温度的影响。固定水柱温 度和汽包压力的影响都是不可忽视的。
按上式计算的的长度就是在 ∆H = 0 条件下(正常水位)完全消除工作压力影 ∆ 响时补偿管的尺寸。式中，ρ 、∆ρ 是汽包工作压力与额定工作压力时的饱和 水、汽的密度差，α = ρ − ρ 。
w s
ρ w − ρ wr
s
sr
由前述知， l 的计算还取决于 L 值。 L 值的不同将影响差压信号的大小。 当与平衡容器配套的差压计量程上限一定或要求平衡容器输出上限 ∆p 一定 时，则要根据差压计的量程上限 ∆p 来确定 L 值。在 ∆H = − H 和工作压力为补 偿范围下限压力 p 时，平衡容器输出最大，故有
第四节
电接点水位计
电接点水位计是一种电气式水位测量仪表，它将水位直接转换成不连续 的相应数目的电接点信号。这种水位计组成的测量系统结构简单，工作原理 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， 不存在仪表复杂的校验和调整，显示直观，可靠性高，是火电厂锅炉汽包、 高压加热器、除氧器水位测量中普遍应用的一种水位计。 电接点水位计是由水位测量筒(水位传感器)和显示仪表组成的。
δ ∆p = L ( ∆ρ a − ∆ ρ s ) g − H 0 ( ∆ρ w − ∆ρ s ) g − ( ∆ ρ w − ∆ ρ s ) g ∆H
2.双室平衡容器 2.双室平衡容器 在图(b)所示的双室平衡容器中，给固定水柱增装了蒸汽保温室，使得固定 在图(b)所示的双室平衡容器中，给固定水柱增装了蒸汽保温室，使得固定 水柱的温度达到பைடு நூலகம்汽包内的汽水温度，因而消除了固定水柱非饱和状态时温度的 影响。其输出差压为 ∆p = p+ − p− = Lρ w g − ( H 0 + ∆H ) ρ w g − ( L − H 0 − ∆H ) ρ s g
第三节
差压水位计
它是静压式液位测量仪表，在汽包水位、高加水位、除氧器水位测量中都 能得到应用。 一、水位—差压转换原理 水位—差压转换装置又称平衡容器，其结构形式如图所示，(a)为简单平衡容 器，(b)为双室平衡容器，(c)为结构补偿式双室平衡容器。
1.简单平衡容器 对图(a)中所示简单平衡容器输出的差压为 有
4.双差压平衡容器 为了进一步改善结构补偿式平衡容器的特性，近年来已研制出了双差压结构 补偿式平衡容器，其中一种结构形式如图所示。 图中的平衡容器输出的差压 ∆p = p − p 为信号差压，∆p' = p − p' 为补偿差压。
+ − + +
∆p = p+ − p− = ( L − H 0 − ∆H )( ρ w − ρ s ) g ∆p ' = p + − p '+ = L1 ( ρ w − ρ s ) g
液位测量 第一节 液位测量概述
一、概述 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。 二、液位测量的方法 1.浮力式 1.浮力式
2.静压式 静压式液位传感器是基于流体静力学中一定液柱高度的液体产生一定压力 的原理。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
∆p 908.8 − 2.715 p
上述压力补偿的准确性首要的是( 上述压力补偿的准确性首要的是( ρw − ρs )～ p 的近似公式。如果近似公式的 )～ 误差大，那么这种补偿的误差自然要大。如果把( 误差大，那么这种补偿的误差自然要大。如果把( ρw − ρs )～ p 的关系用多段直 )～ 线(折线)迫近，在每段直线对应的压力范围内用直线代替，则( ρw − ρs )～ p 的 折线)迫近，在每段直线对应的压力范围内用直线代替，则( )～ 关系的准确性可达到较高的程度。
l
δ ∆ p = ( l − H 0 ) ∆ ρ w g − (l − H 0 ) ∆ ρ s g
如果在时使压力的影响所产生的输出的误差为零，则有
0 = (l − H 0 ) ∆ ρ w g − (l − H 0 ) ∆ ρ s g
l= ∆ρ s (L − H 0 ) + H 0 = α (L − H 0 ) + H 0 ∆ρ w
max max 0 x
∆pmax = lρ wx g − Lρ sx g + ( L − l ) ρ s g l = α ( L − H 0 ) + H 0
解上述方程组，得
∆p max + H 0 (1 − α )( ρ a − ρ wx ) g L = ( ρ a − ρ sx ) g − ( ρ a − ρ wx ) g l = α ( L − H ) + H 0 0
=
( L − H 0 − ∆H )( ρ w − ρ s ) g
由上式易看出：(1) 输出的信号差压与成负线性关系(压力不变时) 由上式易看出：(1) 输出的信号差压与成负线性关系(压力不变时)。(2) 汽包压 力变化时，输出仍受压力的影响(水位不变时) 力变化时，输出仍受压力的影响(水位不变时)。(3) 不同水位时压力影响所产生 的误差是不同的，在不变的情况下，汽包压力的变化所产生的输出误差为
∆ p = ( L − H 0 − ∆H )( ρ w − ρ s ) g
对于式中( 对于式中( ρw − ρs )因子可采用如下近似公式： )因子可采用如下近似公式：
ρw − ρs = (908 .8 − 2.715 p ) / g
∆p 908.8 − 2.715 p
H
0
+ ∆ H
=
L
−
∆H = ( L − H 0 ) −
一、水位转换原理与水位测量筒的结构 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接点。由于 锅炉炉水，其电阻串一般在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和未被浸没而处于汽(气)中的电接点的状态(低阻、高 阻)相差甚远。水位的转换就是利用了上述的特性。 电接点水位测量筒的结构组成如图所示。水位测量筒一般用20号钢无缝钢 管制成。电接点在水位方向上单个安装，在测量筒圆周方向，上下电接点呈 120°的布置，如图 (b)所示。电接点的结构及电接点固定座如图 (c)、(d) 所示。电接点的绝缘材料有超纯氧化铝(适用于高压)和聚四乙烯(适用于中 压)，相邻电接点之间的距离按统—设计，在零水位附近电接点间距要小一些。 对于火力发电厂锅炉汽包水位的测量一般采用19点的测量筒。 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) 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。
三、锅炉汽包水位测量 火电生产过程中一般都是采用云母水位计、差压水位计和电接点式水位计 等测量汽包水位。 由于汽包内汽水界面不像一般储水容器中那样分明，所以汽包水位的测量 目前都是测量汽包内的重量水位。所谓重量水位，即假想某一瞬时汽包出口 与入口都封闭起来，汽侧中的水回到水一侧，水侧中的汽回到汽一侧，而且 汽、水平静下来时的水位。此时，在汽包水位测量基准线开一导压口所引出 的压力与假想前运行状态时在该导压口处引出的压力是相同的。所引出压力 的变化代表了水位的变化，
δ ∆p = ( L − H 0 − ∆ H )( ∆ρ w − ∆ ρ s ) g
3.结构补偿式双室平衡容器 3.结构补偿式双室平衡容器 图(c)中所示的结构补偿式双室平衡容器是一种从结构上进行汽包压力补偿 c)中所示的结构补偿式双室平衡容器是一种从结构上进行汽包压力补偿 的水位— 的水位—差压转换装置。固定水柱的段管称为补偿管段，它的长度是经过精心设 计而确定的。由于补偿管段的补偿，大大减小了压力变化对平衡容器的输出的影 响。按照流体静力学原理，补偿式双室平衡容器的输出为
∆ p = p + − p − = lρ w g + ( L − l ) ρ a g − ( H 0 + ∆ H ) ρ w g − ( L − H 0 − ∆ H ) ρ s g
= (l − H 0 − ∆ H ) ρ w g − ( L − H 0 − ∆ H ) ρ s g + ( L − l ) ρ a g
2.校正计算的实施方法 校正计算式可以采用模拟仪表计算实现，也可以采用智能化压力校正计 算系统。实现具有压力校正计算的差压水位测量系统框图如图。
三、差压水位系统与零点迁移 在火力发电厂，差压水位系统一般有三种组成形式：就地显示、信号远传 显示记录、信号远传输出。差压水位测量系统如图所示。
对于平衡容器式水位—差压转换，其输出的差压与水位呈负线性关系。为 使显示或输出的电气信号适合人们的正常习惯(水位升高、显示的数值增大), 则需要进行零点迁移。
在 ∆H 不变的情况下，汽包压力的变化所产生的输出误差为
δ ∆ p = (l − H 0 − ∆ H ) ∆ ρ w g − ( L − H 0 − ∆ H ) ∆ ρ s g
从输出表达式的形式上看，结构补偿式平衡容器并没有消除汽包压力对输出的影 响。由前述知，的长度是经过设计确定的，只要适当选择的长度就可以在一定水 位上使得压力的影响减小到最低程度。 的长度是经过设计确定的，在 l 确定时是按条件进行的。 当 ∆H = 0 时：