第四節(jié)　水?位?測(cè)?量

水位測(cè)量屬于物位測(cè)量的一種。所謂物位測(cè)量,就是指容器中固體、液體的表面高度或位置測(cè)量。物位測(cè)量儀表種類很多,按其工作原理分為差壓式、浮子式、連通管式、電量式、聲波式、光學(xué)式等。圖2?66及圖2?67為各種原理的液位及固體料位測(cè)量示意圖。

各種物位測(cè)量儀表的工作原理為:

① 連通式水位計(jì)。它是利用連通管原理制成的直讀式儀表,如玻璃管水位計(jì)等。儀表讀數(shù)直觀、準(zhǔn)確,但不能直接遠(yuǎn)傳指示。目前,常采用閉路電視將水位信號(hào)傳送到控制室的電視顯示屏上。

② 差壓式水位計(jì)。利用水位高度產(chǎn)生的壓力或壓差來實(shí)現(xiàn)水位測(cè)量。儀表一般由水位?差壓轉(zhuǎn)換部件和差壓顯示儀表兩部分構(gòu)成。儀表結(jié)構(gòu)簡單,便于遠(yuǎn)傳指示;但由于液體介質(zhì)溫度、壓力的變化會(huì)影響到水位?差壓轉(zhuǎn)換的單值關(guān)系,因此應(yīng)采取補(bǔ)償措施。

③ 浮子式水位計(jì)。利用浮子浮在液體表面上的高度來測(cè)量水位。

④ 電量式物位計(jì)。將物位信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娙荨㈦姼小㈦娮璧刃盘?hào)來實(shí)現(xiàn)物位測(cè)量。如電接點(diǎn)水位計(jì),就是利用汽、水介質(zhì)電阻率明顯不同的性質(zhì)來實(shí)現(xiàn)水位測(cè)量的。該儀表便于實(shí)現(xiàn)信號(hào)的遠(yuǎn)傳顯示。

⑤ 聲波式物位計(jì)。利用物位界面對(duì)聲波或超聲波的反射、遮斷等來實(shí)現(xiàn)物位測(cè)量。

⑥ 光學(xué)式物位計(jì)。利用物位對(duì)光波的遮斷和反射原理工作。

一、就地式水位計(jì)

汽包水位是熱力生產(chǎn)過程中的一個(gè)重要參數(shù),汽包水位測(cè)量具有很重要的意義。

1.汽包水位的特點(diǎn)

汽包水位具有如下特點(diǎn):

(1)水位很不平穩(wěn)。由于各蒸發(fā)受熱面受熱工況的波動(dòng),使得進(jìn)入汽包的汽水混合物中的汽水比例不斷變化,同時(shí)汽包內(nèi)部各點(diǎn)壓力也處于不斷波動(dòng)狀態(tài),因此水面很不平穩(wěn)。

(2)汽水界面模糊不清。盡管汽包內(nèi)裝有各種汽水分離裝置,但汽包水中還是有不少氣泡,蒸汽中也含有不少水滴。特別是在汽水界面附近,由于汽水混合物引入時(shí)產(chǎn)生的沖擊以及水中氣泡上升積聚到界面破裂時(shí)濺起的水滴,使得汽包內(nèi)實(shí)際汽水界面模糊不清。嚴(yán)格地說,汽包水位只是沿汽包垂直方向上蒸汽濕度變化率最大部位所對(duì)應(yīng)的高度,如圖2?68所示。

(3)沿汽包軸向及橫向各處水位不一致。由于受鍋爐結(jié)構(gòu)的限制,沿汽包軸向及橫向汽水混合物引入管口分布不均勻,因此使得各處水位也不相同。一般沿汽包軸向中間水位高,兩端較低;沿橫向,在上升管較密的一側(cè),水位較高。

(4)虛假水位。正常情況下,水位的變化反映了給水量與蒸發(fā)量的物質(zhì)平衡情況。例如,當(dāng)給水量小于蒸發(fā)量時(shí),水位下降;給水量大于蒸發(fā)量時(shí),水位上升。但是當(dāng)鍋爐蒸汽負(fù)荷突然變化(如增大)時(shí),由于鍋爐熱負(fù)荷不能及時(shí)跟上,汽包內(nèi)蒸汽壓力將下降,使飽和水自生沸騰,水中氣泡量驟增,產(chǎn)生短暫的水位涌高現(xiàn)象(形似開啤酒瓶一樣),這種現(xiàn)象與物質(zhì)平衡原則(即蒸發(fā)量大于給水量時(shí)水位下降)相違,因此稱這時(shí)上升了的水位為虛假水位。當(dāng)蒸汽負(fù)荷突然下降時(shí),也會(huì)產(chǎn)生暫降的虛假水位。虛假水位往往引起控制系統(tǒng)的誤動(dòng)作,甚至引起事故,因此必須認(rèn)識(shí)其規(guī)律,并采取相應(yīng)措施。

此外,由于爐水水質(zhì)變壞,黏度增加,汽水分離效果變差,泡沫增加,也會(huì)引起汽水界面模糊(即所謂汽水共騰現(xiàn)象)。因此,為保證水位正確測(cè)量,鍋爐運(yùn)行中應(yīng)正確進(jìn)行排污,保證爐水品質(zhì)。

2.就地式水位計(jì)的原理及基本結(jié)構(gòu)

就地式水位計(jì)是一種使用最早和最簡單的水位計(jì),是監(jiān)視汽包水位最可靠的儀表。常用的有玻璃管式和玻璃板式兩種。根據(jù)連通管的原理,玻璃管(或玻璃板)中的水位與汽包中的水位是一致的(假設(shè)它們的溫度是相同的),因此從玻璃管水位計(jì)便能知道汽包中的水位。就地式水位計(jì)的原理及基本結(jié)構(gòu)如圖2?69所示。

根據(jù)鍋爐壓力的不同,就地式水位計(jì)的顯示窗可以采用平板玻璃(中、低壓鍋爐用)、石英玻璃管(中、高壓鍋爐用)及云母片(高壓及超高壓鍋爐用,如圖2?70所示)制作。

現(xiàn)在有些高壓鍋爐的就地式水位計(jì),采用了具有光學(xué)折射原理的牛眼水位計(jì)或雙色顯示玻璃水位計(jì)。雙色水位計(jì)的殼體做成棱鏡形式,水位計(jì)背面裝有紅、綠雙色光源,通過照射折射率不同的汽水進(jìn)行雙色顯示;汽側(cè)呈紅色,水側(cè)呈綠色,汽水界面顯示清晰。

3.雙色水位計(jì)

(1)雙色水位計(jì)工作原理。雙色水位計(jì)是利用光學(xué)系統(tǒng)改進(jìn)其顯示方式的一種連通器式就地水位計(jì)。雙色水位計(jì)將云母水位計(jì)的汽水兩相無色顯示變成紅綠兩色顯示,即汽柱顯紅色,水柱顯綠色,提高了顯示清晰度,克服了云母水位計(jì)觀察困難的缺點(diǎn)。這種水位計(jì)可就地監(jiān)視水位,也可采用彩色工業(yè)電視系統(tǒng)遠(yuǎn)傳至控制室進(jìn)行水位監(jiān)視。

雙色水位計(jì)的原理結(jié)構(gòu)如圖2?71所示。光源8發(fā)出的光經(jīng)過紅色和綠色濾光玻璃10、11后,紅光和綠光平行到達(dá)組合透鏡12;由于透鏡的聚光和色散作用,形成了紅、綠兩股光束射入測(cè)量室5。測(cè)量室是由水位計(jì)本體鋼座3、云母片15和兩塊光學(xué)玻璃板13等構(gòu)成的。測(cè)量室截面成梯形,內(nèi)部介質(zhì)為水柱和蒸汽柱[圖2?71(b)、(c)],連通器內(nèi)水和蒸汽形成兩段棱鏡。在測(cè)量室內(nèi)蒸汽部

分棱鏡效應(yīng)較弱,使得紅光束正好到達(dá)觀察窗口,而綠光因沒發(fā)生折射不能射到觀察窗口,因此汽柱呈紅色;當(dāng)紅、綠光束射入測(cè)量室時(shí),綠光折射率較紅光大(光的折射率與介質(zhì)和光的波長有關(guān))。在有水部分,由于水形成的棱鏡作用,綠光偏轉(zhuǎn)較大,正好射到觀察窗口17,因此水柱呈綠色;紅光束因出射角度不同未能到達(dá)觀察窗口。

測(cè)量超高壓及以上壓力的鍋爐汽包水位時(shí),水位計(jì)的光學(xué)玻璃由長條形板改為多個(gè)圓形板,這樣玻璃板小,受力較好;而水位計(jì)顯示窗也由長條形(稱為單窗式)變?yōu)檠厮桓叨扰帕械膱A形窗口,稱為多窗式雙色牛眼水位計(jì)。該結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是水位顯示存在盲區(qū),觀察水位變化趨勢(shì)方面不如單窗式。

為了減小由于測(cè)量室溫度低于被測(cè)容器內(nèi)水溫引起的誤差,雙色水位計(jì)還設(shè)有加熱室4對(duì)測(cè)量室進(jìn)行加熱,使測(cè)量室的溫度接近容器內(nèi)水溫。當(dāng)測(cè)量汽包水位時(shí),加熱室應(yīng)使測(cè)量室水溫接近飽和溫度,并維持測(cè)量室中的水有一定的過冷度;否則汽包壓力波動(dòng)時(shí),水位計(jì)內(nèi)的水可能自生沸騰而影響測(cè)量。

(2)雙色水位計(jì)的安裝。雙色水位計(jì)通過汽、水閥門分別與汽包汽側(cè)、水側(cè)相連接,形成連通器,如圖2?72所示。

水位計(jì)與汽包間連通管的傾斜度應(yīng)不小于100∶1,汽側(cè)取樣管應(yīng)使取樣孔側(cè)高,水側(cè)取樣管應(yīng)使取樣孔側(cè)低。汽水側(cè)取樣管、取樣閥門和連通管均應(yīng)良好保溫。由于水位計(jì)安裝位置的環(huán)境溫度比汽包內(nèi)飽和溫度低很多,因此,水位計(jì)的顯示水位低于汽包實(shí)際水位。

4.汽包水位電視監(jiān)視系統(tǒng)

汽包水位電視監(jiān)視系統(tǒng)是對(duì)各種鍋爐就地直讀式水位計(jì)進(jìn)行安全監(jiān)視的專用電視設(shè)備,它能將汽包水位的清晰圖像直接送入集控室,彌補(bǔ)就地直讀式水位計(jì)不能快速遠(yuǎn)傳信號(hào)的缺點(diǎn),為鍋爐運(yùn)行人員準(zhǔn)確操作提供可靠依據(jù)。

水位電視監(jiān)視系統(tǒng)攝像探頭前端的鏡頭一般選用電動(dòng)三可變鏡頭,可遠(yuǎn)程控制其焦距、變倍及光圈大小,可根據(jù)需要調(diào)節(jié)監(jiān)視效果;攝像機(jī)選用CCD彩色攝像機(jī),并經(jīng)高溫固化工藝處理,在耐高溫性能上得到了大大提高;攝像探頭所配用的不銹鋼防護(hù)罩,經(jīng)密封處理,具有較高的防塵、防水性能,可直接用水沖洗,在使用過程中無需維護(hù);云臺(tái)一般選用室外全方位電動(dòng)云臺(tái),可帶動(dòng)攝像探頭上、下、左、右轉(zhuǎn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)全方位監(jiān)測(cè)。

汽包水位電視監(jiān)視系統(tǒng)不同廠家的產(chǎn)品構(gòu)成形式有所不同,但基本原理是一樣的。如圖2?73所示為YTV系列汽包水位電視監(jiān)視系統(tǒng)構(gòu)成。

汽包水位電視監(jiān)視系統(tǒng)簡單地說,是人類視覺的延伸。鏡頭、攝像機(jī)、保護(hù)罩等安裝在要觀測(cè)的現(xiàn)場(chǎng)區(qū)域,通過有線連接,把現(xiàn)場(chǎng)儀表圖像實(shí)時(shí)傳輸?shù)娇刂剖覂?nèi)的監(jiān)視器。運(yùn)行人員通過按鍵,可遠(yuǎn)距離對(duì)監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)的攝像機(jī)鏡頭進(jìn)行變倍調(diào)焦及光欄大小和觀測(cè)方向的控制,從而能全面清晰地掌握鍋爐運(yùn)行情況,給安全生產(chǎn)提供了可靠的保證。汽包水位監(jiān)視電視系統(tǒng)原理如圖2?74所示。

二、差壓式水位計(jì)

差壓式水位計(jì)主要由水位?差壓轉(zhuǎn)換裝置(又稱平衡容器)、壓力信號(hào)導(dǎo)管(又稱平衡容器)和差壓顯示儀表(差壓計(jì))三部分組成,如圖2?75所示。

1.平衡容器的工作原理

差壓式水位計(jì)是將水位信號(hào)轉(zhuǎn)換為差壓信號(hào)來實(shí)現(xiàn)水位測(cè)量的。水位?差壓轉(zhuǎn)換容器是儀表的感受部件。圖2?76是一種簡單的凝汽筒式平衡容器,圖2?77是一種雙室平衡容器。因?yàn)槠鼉?nèi)的蒸汽在凝汽筒內(nèi)不斷地凝結(jié),筒內(nèi)液面總是保持恒定,所以正壓管內(nèi)的水柱高度L是恒定的;負(fù)壓管的水柱高度則隨汽包水位H而變化,因此平衡容器的輸出差壓為

Δp=p+-p-=Lρ1g-[Hρ'g+(L-H)ρ″g]=Lg(ρ1-ρ″)-Hg(ρ'-ρ″)(2?30)

式中　L——平衡容器的安裝尺寸;

g——重力加速度;

ρ',ρ″——汽包壓力下飽和水與飽和蒸汽的密度;

H——汽包水位。

由上式可見,當(dāng)平衡容器的結(jié)構(gòu)一定、汽包壓力一定及ρ1一定時(shí),平衡容器的輸出差壓Δp與汽包水位H呈線性關(guān)系,水位越高,差壓越小。這就是平衡容器的工作原理。

用上述平衡容器測(cè)量水位時(shí)主要存在兩個(gè)問題:

① 由于平衡容器的向外散熱,凝汽筒內(nèi)凝結(jié)水溫度由上至下逐步降低,且溫度分布不易確定,因此ρ1很難確定。

② 汽包壓力變化時(shí),會(huì)引起ρ'、ρ″發(fā)生變化,產(chǎn)生誤差。ρ'、ρ″與壓力的關(guān)系曲線如圖2?78所示。

這種與壓力變化相聯(lián)系的系統(tǒng)誤差,目前常采用兩種措施來減小或消除。一是改進(jìn)平衡容器的結(jié)構(gòu),力圖得到僅與水位有關(guān)的差壓值;二是對(duì)平衡容器的輸出信號(hào)引入壓力校正,即采用自動(dòng)補(bǔ)償運(yùn)算裝置。

2.平衡容器的改進(jìn)

圖2?79是一種具有壓力補(bǔ)償作用的平衡容器,它可保證在正常水位H0時(shí),水位指示(即輸出差壓Δp0)基本不隨汽包壓力變化。設(shè)汽包額定工作壓力為pN,補(bǔ)償?shù)阶畹蛪毫閜D。若要求在汽包壓力pN下降到pD時(shí),相同水位H下對(duì)應(yīng)的差壓輸出不變,即ΔpN=ΔpD,則可以推導(dǎo)出

L=(2?31)

l=H0+(L-H0)(2?32)

式中　Δρ'——Δρ'=ρ'N-ρ'D;

Δρ″——Δρ″=ρ″N-ρ″D;

Δpmax——差壓計(jì)量程上限值;

ρ'D,ρ″D——汽包壓力為pD時(shí)飽和水、汽的密度;

ρ1——平衡容器正壓室外露管段(L-l)中水的密度,一般按50℃溫度查取。

某電廠的改進(jìn)型平衡容器如圖2?80、圖2?81所示。

3.差壓式水位測(cè)量系統(tǒng)

以電廠鍋爐汽包水位測(cè)量為例,其測(cè)量裝置主要由連通管、平衡容器、引壓管、1151變送器等組成,如圖2?82所示。在對(duì)不同的對(duì)象進(jìn)行測(cè)量時(shí),其結(jié)構(gòu)略有不同。

1151差壓式水位測(cè)量裝置的安裝涉及取樣管、平衡容器、連通管、截止閥、變送器的選型、材質(zhì)、安裝尺寸等諸多方面。對(duì)于不同的測(cè)量對(duì)象和要求,安裝方法各不相同。現(xiàn)僅從正負(fù)取壓管和1151變送器的連接方式進(jìn)行分析。

一般情況下,1151變送器上標(biāo)有H(高)和L(低)字樣,前者表示高壓側(cè),后者表示低壓側(cè)。三閥組與變送器連接后,人面對(duì)三閥組,若變送器左側(cè)為H(高)、右側(cè)為L(低),則稱為正安裝;反之稱為反安裝。

當(dāng)變送器零差壓校驗(yàn)輸出信號(hào)為4mA時(shí),有以下情況:

① 若變送器和正負(fù)取壓管均正安裝或變送器和正負(fù)取壓管均反安裝,則水位越高,差壓越小,變送器輸出的電流信號(hào)越小,4mA對(duì)應(yīng)滿水位;

② 若變送器和正負(fù)取壓管一為正安裝、另一為反安裝,則水位越高,差壓越小,變送器輸出的電流信號(hào)越大,20mA對(duì)應(yīng)滿水位。

當(dāng)變送器零差壓校驗(yàn)輸出信號(hào)為20mA時(shí),以上情況正好相反。

從實(shí)際情況看,變送器正反安裝和正負(fù)取壓管的正反安裝現(xiàn)象均存在。在具體安裝時(shí),應(yīng)根據(jù)對(duì)差壓信號(hào)進(jìn)行處理的裝置不同進(jìn)行選擇。

使用中為了保護(hù)變送器,應(yīng)按正確的順序開啟和關(guān)閉三閥組。變送器啟動(dòng)時(shí)應(yīng)先打開正壓閥,再關(guān)閉平衡閥,最后打開負(fù)壓閥。變送器停運(yùn)時(shí)應(yīng)先關(guān)閉負(fù)壓閥,再打開平衡閥,最后關(guān)閉正壓閥。

4.差壓式水位計(jì)的汽包壓力自動(dòng)補(bǔ)償

由平衡容器的輸出差壓可得

H=(2?33)

根據(jù)水蒸氣圖(表)可得如下經(jīng)驗(yàn)公式

g(ρ'-ρ″)=k1p+a(2?34)

Lg(ρ1-ρ″)=k2p+b(2?35)

于是H=(2?36)

因此,只要測(cè)出汽包壓力和平衡容器的輸出差壓,就可以通過運(yùn)算得到汽包水位。

水位的壓力校正原理如圖2?83所示。

用智能儀表組成的水位自動(dòng)校正系統(tǒng)如圖2?84所示。用溫度、壓力和差壓三臺(tái)變送器分別將引出管內(nèi)水溫、汽包壓力和平衡容器的輸出差壓送至智能水位計(jì),在智能水位計(jì)內(nèi)進(jìn)行補(bǔ)償運(yùn)算后顯示出汽包水位的數(shù)值。

在水位測(cè)量中,三臺(tái)差壓變送器的輸出經(jīng)壓力修正后,必須采用三選中的優(yōu)選邏輯才能作為水位監(jiān)視、水位調(diào)節(jié)的信號(hào)使用。在水位保護(hù)中,為防止誤動(dòng)作和拒動(dòng)作,必須采用三取二的邏輯提供保護(hù)信息。

三、電接點(diǎn)水位計(jì)

電接點(diǎn)水位計(jì)是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來的一種水位計(jì)。其突出優(yōu)點(diǎn)是指示值不受汽包壓力變化的影響,在鍋爐啟停過程中能準(zhǔn)確地反映水位情況;儀表構(gòu)造簡單,遲延小,不需要進(jìn)行誤差計(jì)算和調(diào)整,應(yīng)用十分廣泛。

1.工作原理

電接點(diǎn)水位計(jì)是利用汽、水介質(zhì)電阻率相差很大的性質(zhì)來實(shí)現(xiàn)水位測(cè)量的,它屬于電阻式水位測(cè)量儀表。在360℃以下,純水的電阻率小于106Ω·cm,蒸汽的電阻率大于108Ω·cm。由于爐水含鹽,電阻率較純水低,因此爐水與蒸汽的電阻率相差就更大了。電接點(diǎn)水位計(jì)可以用于22MPa壓力以下鍋爐的水位測(cè)量。該水位計(jì)主要由水位容器、電接點(diǎn)及水位顯示儀表等構(gòu)成,如圖2?85所示。

可見,電接點(diǎn)水位計(jì)能把水位信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橐幌盗须娐烽_關(guān)信號(hào),由燃亮氖燈的數(shù)量就可以知道水位的高低。

2.電接點(diǎn)及水位容器

(1)電接點(diǎn)。電接點(diǎn)是儀表的重要部件,其電極芯既要與水位容器金屬壁面可靠地絕緣,又要能耐受汽包的工作壓力及汽水的化學(xué)腐蝕,所以其制作及材料要求很高。目前電接點(diǎn)的損壞泄漏仍然是影響水位計(jì)長期可靠工作的一個(gè)問題。

我國生產(chǎn)的電接點(diǎn),有以超純氧化鋁瓷管作絕緣子和以聚四氟乙烯作絕緣子的兩大類。前者用于高壓、超高壓鍋爐,后者用于中、低壓鍋爐。

① 超純氧化鋁絕緣電接點(diǎn)。電極芯和瓷封件釬焊在一起,作為一個(gè)極;電極螺栓和瓷封件焊在一起,作為另一個(gè)極,兩者之間用超純氧化鋁管和芯桿絕緣套隔離開,如圖2?86所示。

瓷封件由可伐合金加工而成,它的線膨脹系數(shù)與氧化鋁瓷管很相近,這使兩者相接觸能承受溫度的變化。

② 聚四氟乙烯絕緣電接點(diǎn)。聚四氟乙烯絕緣電接點(diǎn)的結(jié)構(gòu)如圖2?87所示。聚四氟乙烯具有很好的抗腐蝕性能,對(duì)于強(qiáng)酸、強(qiáng)堿和強(qiáng)氧化劑,即使在較高溫度下也不發(fā)生任何作用。其使用溫度為-180~250℃,適合于水質(zhì)較差的中壓鍋爐。

(2)水位容器。水位容器通常用直徑為76mm或89mm的20無縫鋼管制造,如圖2?88所示。其內(nèi)壁應(yīng)加工得光滑些,以減少湍流。水位容器的水側(cè)連通管應(yīng)加以保溫。為了保證容器有足夠的強(qiáng)度,安裝電接點(diǎn)的開孔位置通常呈120°(或90°)夾角,在筒體上分三列(或四列)排列。一般在正常水位附近,電接點(diǎn)的間距較小,以減小誤差。

3.顯示方式

電接點(diǎn)水位計(jì)的顯示方式主要有氖燈顯示、雙色顯示及數(shù)字顯示三種。

(1)氖燈顯示。氖燈顯示是最簡單的一種顯示方式,其電源有交流和直流兩種類型。電接點(diǎn)水位計(jì)一般采用交流氖燈,這樣可以省去整流電路和避免極化現(xiàn)象。由于氖燈內(nèi)阻高、功耗小,因此在沒有放大電路的情況下也能可靠地顯示。

圖2?89為氖燈顯示電路。供給氖燈的電源電壓必須高于氖燈的極限起輝電壓。由于氖燈允許通過的電流很小,為了保護(hù)氖燈,延長氖燈的使用壽命,故應(yīng)串聯(lián)一電阻R2。此外由于氖燈顯示裝置距離水位容器較遠(yuǎn),其電纜長度達(dá)50~80m,因此電纜分布電容不可忽略。在交流供電的情況下,分布電容(圖2?89中虛線所示)將提供一個(gè)電流通路,有可能使處于蒸汽中接點(diǎn)對(duì)應(yīng)的氖燈也燃亮。為了防止這種情況,在每一氖燈支路上并聯(lián)了一個(gè)分流電阻R1。恰當(dāng)?shù)剡x擇R1的電阻值,可以保證電接點(diǎn)處于蒸汽中時(shí)氖燈不會(huì)燃亮。

(2)雙色顯示。二次儀表若采用雙色顯示,即以“汽紅”“水綠”色光在顯示屏上所占的高度來顯示水位高低,則可達(dá)到更醒目直觀的效果。

雙色顯示屏的外形如圖2?90(a)所示。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2?90(b)所示,為一個(gè)長方槽形盒子,盒內(nèi)用很薄的隔光片隔成與電接點(diǎn)數(shù)相同的一系列暗室,每個(gè)室內(nèi)水平裝有紅、綠燈(或用普通燈加紅、綠透光片)。暗室上下排列順序與電接點(diǎn)相對(duì)應(yīng)。槽形盒子面板上蓋有截面為半圓形的有機(jī)玻璃屏,使燈光分散,以便在顯示屏上得到光色均勻的紅綠光帶。

(3)數(shù)字顯示。電接點(diǎn)工作時(shí)輸出的開關(guān)信號(hào),很便于實(shí)現(xiàn)數(shù)字顯示。DYS?19型電接點(diǎn)水位計(jì)就是常用于汽包水位測(cè)量的數(shù)字顯示儀表。該儀表的一次水位容器共有19個(gè)電接點(diǎn),二次儀表原理框圖如圖2?91所示。輸入信號(hào)經(jīng)阻抗變換、整形及邏輯環(huán)節(jié)后譯碼顯示水位數(shù)值,并附有模擬電流輸出及報(bào)警、保護(hù)信號(hào)輸出。數(shù)字顯示式水位計(jì)顯示的水位值為處于水中且離水面最近的電接點(diǎn)的高度。

4.智能電接點(diǎn)水位計(jì)

智能電接點(diǎn)水位計(jì)是一種智能化、高可靠性的新一代液位監(jiān)測(cè)儀表,在保持傳統(tǒng)電接點(diǎn)水位計(jì)所有功能的前提下,進(jìn)行了重大改進(jìn),具有智能化、高度的容錯(cuò)性、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高、報(bào)警點(diǎn)可調(diào)、電極測(cè)試功能、可精確調(diào)整水汽阻臨界值等特點(diǎn)。

智能電接點(diǎn)水位監(jiān)控系統(tǒng)是一種介質(zhì)接觸型、多點(diǎn)水位檢測(cè)控制器。由于電接點(diǎn)及測(cè)量筒具有耐高溫、耐高壓的特性,因此廣泛用于鍋爐汽包、高壓加熱器、低壓加熱器、除氧器、蒸發(fā)器、直流鍋爐啟動(dòng)分離器、汽包連排擴(kuò)容器、水箱等液位的測(cè)量和控制,也適用于其他導(dǎo)電液體的測(cè)量控制,但不適合易燃、易爆液體及腐蝕性液體的測(cè)量。

智能電接點(diǎn)水位計(jì)原理框圖如圖2?92所示。儀表的核心是一塊微控制器,在它的控制下,水阻測(cè)試電路通過多路電子開關(guān)逐個(gè)地測(cè)試每一個(gè)電極與測(cè)量筒體之間的阻抗;微控制器得到這些阻值后首先用數(shù)字濾波程序?yàn)V去干擾,然后由智能水位識(shí)別程序識(shí)別出當(dāng)前的水位,最后由面板上的標(biāo)尺和數(shù)碼顯示出來。如果水位超過預(yù)先設(shè)定的上下限,則產(chǎn)生聲光報(bào)警,并觸發(fā)相應(yīng)的報(bào)警輸出。

為防止誤報(bào)警,并不是水位一超限就馬上產(chǎn)生報(bào)警,而是要待這個(gè)超限的水位穩(wěn)定一段時(shí)間后再報(bào)警,這就是延遲報(bào)警。

在智能水位識(shí)別程序識(shí)別水位的同時(shí),也將一些表現(xiàn)異常的電極識(shí)別出來,并使面板標(biāo)尺上的相應(yīng)點(diǎn)閃爍以提醒維護(hù)人員注意。

使用方法:

① 數(shù)碼顯示。正常工作時(shí)顯示水位值,在電極測(cè)試狀態(tài)顯示被測(cè)電極與測(cè)量筒體之間的電阻值。

② 水位標(biāo)尺。汽紅水綠,直觀顯示水位。如果某一點(diǎn)閃爍,則表示對(duì)應(yīng)點(diǎn)的電極失效。

③ 狀態(tài)指示燈。共有5個(gè)指示燈,上下兩端的四個(gè)燈分別指示上限、下限、上極限、下極限四種報(bào)警狀態(tài),報(bào)警時(shí)對(duì)應(yīng)燈閃爍紅色;中間一個(gè)燈指示排污狀態(tài),在排污狀態(tài)時(shí)閃爍紅色。

④ 按鍵。智能電接點(diǎn)水位計(jì)共有3個(gè)按鍵,每個(gè)按鍵都是復(fù)用的,在不同的場(chǎng)合下有不同的用途,所以實(shí)際上有六種鍵,如消音和Δ在同一個(gè)按鍵上,如圖2?93所示。

四、雷達(dá)式水位計(jì)

雷達(dá)波是一種特殊形式的電磁波,其頻率為0.3~3000GHz。雷達(dá)波的物理特性與電磁波相似,傳播速度相當(dāng)于光速。電磁波可以穿透空間蒸汽、粉塵等干擾源,遇到障礙物易于被反射;被測(cè)介質(zhì)導(dǎo)電性越好或介電常數(shù)越大,回波信號(hào)的反射效果越好。

雷達(dá)式水位計(jì)利用了電磁波的特殊性能來進(jìn)行料位檢測(cè)。

雷達(dá)式水位計(jì)主要由發(fā)射和接收裝置、信號(hào)處理器、天線、操作面板、顯示、故障報(bào)警等部分組成,其外形如圖2?94所示。

雷達(dá)式水位計(jì)根據(jù)脈沖?回波方式工作,發(fā)射?反射?接收是它的基本原理,如圖2?95所示。其工作天線向被測(cè)對(duì)象發(fā)射出波長較短的微波脈沖,一部分微波穿過了被測(cè)介質(zhì),另一部分在被測(cè)液面的表面產(chǎn)生反射后,由天線接收,也就是說,天線同時(shí)還起著接收器的作用。雷達(dá)通過測(cè)量發(fā)射波與反射波之間的時(shí)間間隔t來確定天線與液面之間的距離,天線到液面的距離正比于微波脈沖的運(yùn)行時(shí)間t。因此,通過測(cè)量時(shí)間間隔t即可得到液位。液位的高度為

h=L-(2?37)

式中　L——安裝高度;

h——液位;

v——雷達(dá)波速度;

t——雷達(dá)波從發(fā)射到接受的間隔時(shí)間。

如果希望高精度測(cè)量,需要應(yīng)用頻差原理。于是,復(fù)合脈沖雷達(dá)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。應(yīng)用這種技術(shù),一段經(jīng)調(diào)制的脈沖被同一天線發(fā)射和接收,由被測(cè)介質(zhì)表面返回的脈沖信號(hào)不斷地與天線發(fā)射的一個(gè)固定頻段的脈沖信號(hào)做比較,其頻差代表了所測(cè)距離,從而測(cè)得液位高度。

根據(jù)測(cè)量原理的不同,雷達(dá)式液位計(jì)可分為兩類:一類是控制級(jí)雷達(dá)式液位計(jì),其精度在10mm 左右;另一類是計(jì)量級(jí)雷達(dá)式液位計(jì),它可用于準(zhǔn)確測(cè)量,精度達(dá)1mm。從結(jié)構(gòu)上看,又可分為桿式天線、喇叭天線和纜式天線等幾種。

雷達(dá)波的頻率越高,發(fā)射角越小,單位面積上能量(磁通量或場(chǎng)強(qiáng))越大,波的衰減越小,雷達(dá)式水位計(jì)的測(cè)量效果越好。

雷達(dá)式水位計(jì)屬于非接觸式測(cè)量儀表,它可在惡劣條件下連續(xù)準(zhǔn)確地測(cè)量,操作簡單、調(diào)試方便,幾乎可以測(cè)量所有介質(zhì)。

使用注意事項(xiàng)如下:

① 當(dāng)測(cè)量液態(tài)物料時(shí),傳感器的軸線和介質(zhì)表面應(yīng)保持垂直;當(dāng)測(cè)量固態(tài)料位時(shí),由于固體介質(zhì)會(huì)有一個(gè)堆角,傳感器要傾斜一定的角度。

② 盡量避免在發(fā)射角內(nèi)有造成假反射的裝置。特別要注意在距離天線最近的1/3錐形發(fā)射區(qū)內(nèi)不應(yīng)有障礙裝置,因?yàn)檎系K裝置越近,虛假反射信號(hào)越強(qiáng)。

③ 要避開進(jìn)料口,以免產(chǎn)生虛假反射。

④ 傳感器不要安裝在拱形罐的中心處(否則傳感器收到的虛假回波會(huì)增強(qiáng)),也不能距離罐壁很近,最佳安裝位置在容器半徑的1/2處。

⑤ 要避免安裝在有很強(qiáng)渦流的地方,否則應(yīng)采用導(dǎo)波管或旁路管測(cè)量。

⑥ 若傳感器安裝在接管上,天線必須從接管伸出來。

⑦ 導(dǎo)波管內(nèi)壁一定要光滑,下面開口的導(dǎo)波管必須達(dá)到需要的最低液位。