差壓式液位計

用液柱壓力測量液位高度的裝置

差壓式液位計是利用液柱產生的壓力來測量液位的高度的裝置,其原理如概述圖所示。在水位發生變化后,差壓變送器測到的壓差也會隨之發生變化,它們之間有線性的關係。

基本介紹


由於圖中所示的容器是開口的,因此差壓變送器的低壓端只需要開口連通大氣就可以了。否則需要如圖所示的把低壓端連通到容器的頂部。
這時候要注意的是差壓變送器的低壓端需要設置排水閥。當低壓端管路裡面進水的時候,要先關閉隔離閥,然後打開排水閥排空裡面的液體。因為如果氣體管路裡面有液柱,會影響測量結果。
可凝結氣體的情況
可凝結氣體的情況
若容器內的氣體是水蒸氣,由於水蒸氣是可凝結氣體,採用圖 所示的差壓液位計會存在問題。這是因為水蒸氣會在氣體管路內凝結,慢慢形成液柱,而排水閥在測量的時候是要關閉的,因此需要改進為如圖 所示的液位計來對付可凝氣體的情況。此時向參考液柱內先注滿液體,然後差壓變送器的高壓端接在參考液柱一側。若水蒸氣在測量管道內發生冷凝,凝結水會自動流回到容器。
當容器內的蒸汽密度不能忽略(隨著壓力的升高蒸汽的密度也會升高)或者容器內液體的溫度較高,和測量管道內的液體存在密度差的時候,需要進行密度補償。
當容器內的液體被加熱或者冷卻時,密度會發生變化,從而比體積也會變化。即同樣質量的液體具有不同的體積,也就具有了不同的液位。由於重力壓頭只與液柱內流體的重力有關,因此當液體被加熱而使得實際液位上升的時候,未進行密度補償的液位計將測不到此時液位的變化。密度補償需要考慮的因素有:參考液注內流體的溫度、容器內流體的溫度、容器內蒸汽的壓力等。
壓水堆核電廠的穩壓器水位測量
壓水堆核電廠的穩壓器水位測量
壓水堆核電廠中,穩壓器蒸汽發生器內水位的測量就屬於這種情況。沸水堆核電廠的壓力容器內水位測量也是這種情形。穩壓器通過波動管和一迴路連接,其內部的壓力就是一迴路壓力。穩壓器內部的水蒸氣處於飽和狀態,在運行過程中穩壓器內部的壓力基本保持不變。穩壓器的液位標定是在熱態的情況下進行的,因此當穩壓器由於任何原因溫度降低時,液位測量將發生誤差。實際情況中,有些核電廠在穩壓器溫度降低后,切換到另一套在低溫下標定的液位計,而不採用密度補償。有些核電廠則通過液位測量電路和溫度測量進行自動的補償。也有些核電廠根據溫度測量進行手動補償,這時需要用到預先製作好的補償表。
下圖 是一個典型的蒸汽發生器的水位測量方案。用差壓變送器測量水位壓差,類似於穩壓器一樣,也有一個單獨的差壓變送器測量蒸汽的壓力。由於飽和蒸汽的溫度和壓力是一一對應的,因此蒸汽壓力的值是可以用於溫度補償的。
壓水堆核電廠的蒸汽發生器水位測量
壓水堆核電廠的蒸汽發生器水位測量
當蒸汽壓力上升時,溫度也上升,此時測量液位的差壓變送器測到的壓差並沒有變化,但是實際的水位已經發生了變化。壓力升高量和飽和壓力之比值,用於補償測量水位的差壓變送器的輸出。