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1、2020年9月1日,,第九章 液位檢測(cè)儀表,章節(jié)內(nèi)容,9.1 液位測(cè)量概述 9.2 常見(jiàn)液位檢測(cè)儀表測(cè)量原理 差壓式液位計(jì) 超聲波式液位計(jì) 電氣式液位計(jì) 霍爾式液位計(jì) 核輻射式液位計(jì) 9.3 核反應(yīng)堆水位測(cè)量 蒸汽發(fā)生器水位測(cè)量 穩(wěn)壓器水位測(cè)量 壓力容器水位測(cè)量,9.1 液位測(cè)量概述,概述 物位統(tǒng)括液位、料位和界面的位置。 液位是指容器、河道和水庫(kù)里液體的表面位置。 液位計(jì)主要是指用來(lái)測(cè)量液位的儀表及附屬設(shè)備。 在核電站中，液位是十分重要的檢測(cè)和控制參數(shù)。反應(yīng)堆壓力容器內(nèi)冷卻劑的液位以及穩(wěn)壓器、蒸汽發(fā)生器等設(shè)備中的液位直接反映了反應(yīng)堆的運(yùn)行工況。 由于反應(yīng)堆中的輻照、高溫、腐蝕等問(wèn)
2、題，同時(shí)考慮到檢測(cè)儀表作為反應(yīng)堆危急停堆系統(tǒng)的一部分，堆內(nèi)液位測(cè)量?jī)x表對(duì)可靠性的要求很高。,液位計(jì)的種類(lèi) 直讀式液位測(cè)量?jī)x表 浮子式液位測(cè)量?jī)x表 靜壓式液位測(cè)量?jī)x表 電氣式液位測(cè)量?jī)x表 超聲波式液位測(cè)量?jī)x表 核輻射式液位測(cè)量?jī)x表 光學(xué)式等其他液位測(cè)量?jī)x表,,,各種液位測(cè)量?jī)x表檢測(cè)示意圖,9.2.1 差壓式液位計(jì),靜壓式液位傳感器是基于流體靜力學(xué)原理，通過(guò)液柱靜壓的方法對(duì)液位進(jìn)行測(cè)量。液位壓力轉(zhuǎn)換的方式主要有壓力式和差壓式。 若液位的高度位h，則液體底部的壓力為： 所以測(cè)得表壓力p即可求得液位高度h。,,1、壓力式液位計(jì) 適用于敞口容器的液位測(cè)量，即直接測(cè)量容器底部壓力得到液位。如下圖
3、所示，測(cè)壓儀表通過(guò)導(dǎo)壓管與容器底部相連，由測(cè)壓儀表的壓力指示值，便可推知液位的高度。 其關(guān)系為,法蘭式壓力變送器測(cè)量液位,用壓力表測(cè)量液位,,2、差壓式液位計(jì) 適用于密閉容器的液位測(cè)量。對(duì)于該類(lèi)容器來(lái)說(shuō)，測(cè)量容器底部壓力，除與液面高度有關(guān)外，還與液面上部介質(zhì)壓力有關(guān)。如圖所示，差壓變送器正、負(fù)室壓力分別為 于是 因此抵消了容器上部壓力變化對(duì) 測(cè)量的影響。 安裝方式：導(dǎo)壓管、法蘭式。,,零點(diǎn)遷移問(wèn)題 產(chǎn)生原因：由于取壓口和差壓變送器的安裝位置不同造成液位儀表存在零點(diǎn)遷移問(wèn)題。,（1）無(wú)遷移 特征：差壓變送器的正壓室取壓口正好與容器的最低液位處于同一水平位置。作用于變送器正、負(fù)壓室的差壓P與液位高
4、度H的關(guān)系為P=Hg。,當(dāng)H =0時(shí)，正負(fù)壓室的差壓P=0，變送器輸出信號(hào)為4mA；當(dāng)H= Hmax時(shí)，差壓Pmax=gHmax，變送器的輸出信號(hào)為20 mA。,,（2）負(fù)遷移 形成原因是加隔離罐或采用法蘭式測(cè)壓差。此時(shí)差壓變送器的正、負(fù)壓室的壓力分別為： 于是正、負(fù)壓室的壓差為：,當(dāng)被測(cè)液位H=0時(shí)，P=-（h2-h1）2g<0，使變送器在H=0時(shí)輸出電流小于4 mA；H=Hmax時(shí)，輸出電流小于20 mA。,,（3）正遷移 變送器的安裝位置與容器的最低液位（H=0）不在同一水平位置。此時(shí)，正、負(fù)壓室的壓力分別為： 于是正、負(fù)壓室的壓差為：,當(dāng)被測(cè)液位H=0時(shí)，P=h1g 0，從而使變送器在
5、H=0時(shí)輸出電流大于4 mA；H=Hmax時(shí)，輸出電流大于20 mA。,,（a）無(wú)遷移 （b）負(fù)遷移 （c）正遷移,差壓式液位計(jì)正負(fù)遷移特性,9.2.2 超聲波式液位計(jì),測(cè)量原理：利用超聲波在氣體和液體吸收衰減的不同或超聲波傳播過(guò)程中遇到界面發(fā)生反射的特性，進(jìn)行液體液位的測(cè)量。因此，在容器底部或頂部安裝超聲波發(fā)射器和接收器，發(fā)射出的超聲波在相界面被反射。并由接收器接收，測(cè)出超聲波從發(fā)射到接收的時(shí)間差，便可測(cè)出液位高低。 超聲波液位計(jì)按傳聲介質(zhì)不同，可分為氣介式、液介式和固介式三種；按探頭的工作方式又可分為自發(fā)自收的單探頭方式和收發(fā)分開(kāi)的雙探頭方式。,9.2.3 電氣式液位計(jì),定義：將液位轉(zhuǎn)換為
6、電信號(hào)，并且用它來(lái)測(cè)量和控制液位的儀表。 種類(lèi)：電阻式、電容式和電感式等。 功能： 作為就地儀表； 遠(yuǎn)傳至控制室，實(shí)現(xiàn)對(duì)液位的顯示、控制和調(diào)節(jié)。,,1、電阻式液位計(jì) 傳感器電阻,缺點(diǎn) 無(wú)法測(cè)量腐蝕性液體或能使極棒表面結(jié)垢和生銹的介質(zhì)。,,2、電容式液位計(jì) 原理：在平行板電容器之間充以不同介質(zhì)時(shí)，其電容量的大小是不同的?？梢杂脺y(cè)量電容量的變化來(lái)檢測(cè)液位或兩種不同介質(zhì)的液位分界面。 種類(lèi)： 導(dǎo)電液體電容式液位計(jì) 非導(dǎo)電液體電容式液位計(jì),（1）導(dǎo)電液體電容式液位計(jì),電容器的電容量： 當(dāng)H=0時(shí)，電容量： 則得到液位為H時(shí)：,D0,導(dǎo)電液體的電容式液位計(jì)原理圖 1-內(nèi)電極；2-絕緣套管；3-虛假水位；
7、4-容器,（2）非導(dǎo)電液體的電容式液位計(jì),液位為H時(shí)，總電容量為： 液位為0時(shí)，總電容量為： 當(dāng)液位從0上升到H時(shí)， 電容的變化,其中，0 空氣介電常數(shù)； D, d 分別為外電極內(nèi)徑和內(nèi)電極外徑。,非導(dǎo)電液體的電容式液位計(jì)原理圖 1-內(nèi)電極；2-外電極；3-絕緣套；4-流通小孔,9.2.4 霍爾式液位計(jì),1、霍爾傳感器的工作原理 霍爾電勢(shì) 利用被測(cè)量來(lái)改變I或者B，再通過(guò)測(cè)量霍爾電勢(shì)來(lái)確定被測(cè)量。,2、霍爾液位計(jì)的工作原理 （1）液位產(chǎn)生的壓力作用于彈性元件上。 （2）彈性元件帶動(dòng)霍爾元件（半導(dǎo)體薄片）在磁場(chǎng)中移動(dòng)，產(chǎn)生霍爾電勢(shì)，并裝換為與液面相對(duì)應(yīng)的電信號(hào)輸出。,,,霍爾元件,,9.2.5
8、 核輻射式液位計(jì),工作原理 射線(xiàn)強(qiáng)度與液體的液位的關(guān)系： 液位H與穿過(guò)液體后的射線(xiàn)強(qiáng)度I的關(guān)系：,I0射入液體前的 射線(xiàn)強(qiáng)度； I通過(guò)液體液位H后的 射線(xiàn)強(qiáng)度； 液體對(duì) 射線(xiàn)的吸收系數(shù)。,9.3.1 蒸汽發(fā)生器水位測(cè)量,方法：參考水柱法 步驟：先求各點(diǎn)的壓力 然后求差壓傳感器的壓差 最后得到蒸汽發(fā)生器水位,內(nèi)參考管法 各引管之間的壓差 其中，h1為窄量程液位，h2為寬量程液位。用該方法測(cè)得的液位在理論上與汽和水的密度都無(wú)關(guān)。,9.3.2 穩(wěn)壓器水位測(cè)量,,P,,3,3,3,,外參考管法,9.3.3 壓力容器水位測(cè)量,,9.7.3 壓力容器水位測(cè)量,參考差壓計(jì)法 壓力容器頂部與底部的壓差 水位高度 并且,大亞灣核電站堆芯水位測(cè)量（A，B） 窄量程差壓計(jì)：主泵停轉(zhuǎn)情況下自然循環(huán)時(shí)。 寬量程差壓計(jì)：主泵運(yùn)轉(zhuǎn)情況下。 參考差壓計(jì)：消除窄、寬量程差壓計(jì)中參考液柱項(xiàng)。,,
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