差壓式水位測量系統(tǒng)的分析及設計

1、-差壓式水位測量系統(tǒng)的分析與設計摘要在現(xiàn)代工業(yè)和日常生活中，常常需要測量各種固體、液體物料的高度、體積等參數(shù)。由于測量是瞬時的動態(tài)信號，數(shù)據(jù)的準確性、穩(wěn)定性、可靠性要受到諸多環(huán)境因素的影響，如溫度、油壓、油管的阻尼比、變頻器的高頻干擾、油路的泄漏等。而液位測量常常需要借助各種各樣的液位測量系統(tǒng)進展測量，由于受到液位和環(huán)境的不同，每種液位計的應用圍也各不一樣。這其中差壓式水位計就在電廠的鍋爐汽包水位中發(fā)揮著重要的作用。作為液位測量中最廣泛的無疑是水位測量，水位是重要的水力學參數(shù),在汛期關系到水庫、大壩、以及河流沿岸堤防的平安,關系到城鎮(zhèn)和人民群眾的平安;水位在平時也是關系到電廠、化工廠的運行平安

2、和運行效益。如何高精度、智能化的對水位進展測量,就成為很多科研工作者關注的問題。本文將介紹差壓式水位計的構造和工作原理，并且介紹曲線擬合密度與壓力關系、壓力表的選型以及差壓水位測量系統(tǒng)零點遷移和壓力補償問題。關鍵字 差壓式水位計 液位測量 鍋爐汽包水位Analysis and Design of Differential Pressure Level Measurement SystemAbstractIn modern industry and daily life, often need to measure a variety of solid, highly liquid mass,

3、volume and other parameters. Since the measurement is instantaneous dynamic signals, data accuracy, stability, reliability should be affected by many environmental factors, such as temperature, oil pressure, tubing damping ratio, high-frequency interference inverter, oil leaks, etc. Level measuring

4、means and the measurement system often requires a variety of gauge consisting measured level and due to the different environments, each application level meter is also different. Differential pressure type level gauge which will play an important role in the plant's boiler feed water. As the li

5、quid level measurement is undoubtedly the most widely level measurement，Water level is an important mechanical parameters, in relation to flood reservoirs, dams, dikes along the river and security, and to the town and the people's safety；Water level usually is related to operational safety and o

6、perational efficiency power plants, chemical plants This article describes the structure and working principle of differential pressure type level gauge, and introduces the density and pressure relationship curve fitting, pressure gauge and differential pressure level measurement system selection ze

7、ro migration and pressure pensation.Keyword: Differential pressure type level gaugeLevel MeasurementBoiler Drum Level目錄差壓式水位測量系統(tǒng)的分析與設計I摘要IAbstractII1.液位測量的描述IV1.1液位測量的意義IV1.2液位測量在國外的研究狀況IV1.3 液位測量在國的研究狀況V2.液位測量的方法V2.1液位測量方法的概述V2.2超聲波液位測量儀VI2.3 光學液位計VII2.4雙色水位計VII2.5磁浮球液位計VII3.差壓式水位測量系統(tǒng)的介紹VIII3.1平衡容器

8、的類型VIII3.2差壓式液位變送器的零點遷移問題*3.3 鍋爐汽包水位的測量*4.差壓式水位測量系統(tǒng)的設計*II4.1設計的根本說明*II4.2 關于密度與壓力關系的公式曲線擬合*II4.3平衡容器尺寸確實定*IV4.4差壓計的選型*V4.5 系統(tǒng)的壓力補償*VII結論*I*參考文獻*致*I1液位測量的描述1.1液位測量的意義在很多工業(yè)生產(chǎn)過程中，常常需要測量各種固體、液體物料的高度、體積等參數(shù)，但是由于測量是瞬時的動態(tài)信號，數(shù)據(jù)的準確性、穩(wěn)定性、可靠性要受到諸多環(huán)境因素的影響，如溫度、油壓、油管的阻尼比、變頻器的高頻干擾、油路的泄漏等。液位測量主要是基于相界面兩側物質(zhì)的物性差異或液位改變時

9、引起有關物理參數(shù)的變化的原理而實現(xiàn)的【1】，在一般的生產(chǎn)工藝加工過程中，通常只需要對物料的外表位置進展記錄和儲存，以作為確保生產(chǎn)工藝、平安等方面的需要【1】。同時隨著生產(chǎn)自動化程度的不斷提高、必須首先能對液位進展控制與調(diào)節(jié)以保證自動化生產(chǎn)能夠自動控制在最正確狀態(tài)；為了滿足各種不同測量條件的要求，人們研制出適合于各種各樣要求的液位傳感器。水位是重要的水力學參數(shù),在汛期關系到水庫、大壩、以及河流沿岸堤防的平安,關系到城鎮(zhèn)和人民群眾的平安;水位在平時也是關系到電廠、化工廠的運行平安和運行效益。因此如何高精度、智能化的對水位進展測量,已經(jīng)成為很多科研工作者關注的問題。水位儀作為測量水位的工具,廣泛運用

10、于水利、電力、化工等領域的自動測量和控制系統(tǒng)，以上的等等都說明液位測量在國民經(jīng)濟建立中起著舉足輕重的作用，所以說對液位測量方法和儀器的改進將成為廣闊科研工作者的一項艱巨的任務。1.2液位測量在國外的研究狀況對于液位測量的研究，國外尤其是興旺國家的液位測量技術起步較早，且投入資金雄厚，開展很迅速，迄今為止，許多興旺國家都研制了很多功能齊全、自動化智能程度較高、精度高的測量系統(tǒng)，例如美國DRE*ELBROOK公司研制的Universall TM連續(xù)液位變送器，該儀器可以說是目前相領先進的一種測量儀器，其精度可達0.1%，量程最大15米，4-20mA電流輸出，上、下限位報警，疊加智能通訊協(xié)議HART

11、、Honeywell等此外，還有美國Milltronics公司研制的多量程超聲波液位監(jiān)測系統(tǒng)【3】，該系統(tǒng)具有測量液位及液位差的能力，其采用的非接觸式超聲波傳感器，可監(jiān)視14cm到30m圍的液位變化，在其中專門編制了一種增強回聲的軟件程序，多量程系統(tǒng)被監(jiān)視槽的超聲波分布圖儲存在計算機存儲器中，采用連續(xù)測量確定液位方法來修改分布圖。同時Hybepark電子公司的雙液位傳感系統(tǒng)采用二只分別調(diào)節(jié)上限和下限液位的電位計，超聲波探頭安裝在液體之上且與控制裝置連接，控制裝置在感受到極限液位后去啟動繼電器，并且啟動液位輸出。美國的DRE*ELBROOK公司與ROSEMOUNT公司以及日本、加拿大等國公司研制

12、開發(fā)的產(chǎn)品在國際市場上占有很大的比重。據(jù)統(tǒng)計，DRE*ELBROOK公司至今在全世界已經(jīng)有3萬多例成功的現(xiàn)場應用?？梢钥闯霎斀衽d旺國家已經(jīng)不僅僅是在研究*種液位器而是形成一種測量的體系，這種大型的體系既保證了測量的準確度同時其應用圍也有更廣闊的應用前景，當然還有其它國家和公司研制的液位傳感器等產(chǎn)品，這些產(chǎn)品都廣泛應用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)，食品等行業(yè)，為人類的生活和生產(chǎn)發(fā)揮著作用。1.3 液位測量在國的研究狀況我國的液位儀表工業(yè)起步比較晚，直到上世紀六十年代才開場有些廠生產(chǎn)浮子式等的液位儀表。在方案經(jīng)濟時代雖然也有幾個廠生產(chǎn)物位儀表，如儀表廠、銀河儀表廠、自動化儀表五廠等。但由于需求不旺，開展不快，而定

13、點生產(chǎn)流量計的儀表廠及銀河儀表廠都把重點轉為流量計，因而只有自儀五廠始終以液位儀表為主，但企業(yè)規(guī)模不大，生產(chǎn)產(chǎn)品以機械型儀表為主。上世紀七、八十年代，國家經(jīng)濟的開展，大型工程引進國外技術，使我國石化、冶金等工業(yè)自動化水平提高很快，對自動化儀表的需求也增長。進入九十年代，國民經(jīng)濟開展迅猛，自動化程度的提高使液位儀表需求猛增，原有生產(chǎn)能力遠遠不能滿足需求，國外產(chǎn)品大量涌入。近幾年,隨著我國經(jīng)濟的高速增長，新興企業(yè)的自動化程度都很高，儀表選型幾乎和國外接軌，故對于新型及高端的液位儀表需求量很大，但是我國物位儀表工業(yè)相對較落后，制造能力較差，大局部要靠進口。我國物位儀表市場中，用于貿(mào)易結算及庫存管理的

14、計量級液位儀表計量級微波液位計及伺服液位計，根本上全部進口。主要供貨商為Enraf、Emersion、E+H等公司。從以上的表達我們可以看到，這液位計的生產(chǎn)和制造方面我國的技術還不是特別的成熟，也因而具有很大的潛力。2.液位測量的方法2.1液位測量方法的概述液位測量具有一定的特殊性，由于測量是瞬時的動態(tài)信號，所以測量數(shù)據(jù)的準確性、穩(wěn)定性、可靠性要受到諸多環(huán)境因素的影響，如溫度、油壓、油管的阻尼比、變頻器的高頻干擾、油路的泄漏等等，對于這種不確定性造成了液位測量的難度及其特殊性。人們也正是利用了液位測量的特殊性才創(chuàng)造了油罐液位測量的多種方法，液位測量的主要方法就是基于相界面兩側物質(zhì)的物性差異或液

15、位改變時引起有關物理參數(shù)的變化的原理而實現(xiàn)的【4】。這些物理參數(shù)可能是電量的或非電量的如電阻、電容、電感、差壓以及聲速和光能等，它們的共同特點是能夠反映相應的液位變化并易于檢測。當然液位測量中一些固有存在的問題是無法改變的，液面具有波動或有氣泡或液面高度隨時間改變的動態(tài)測量，被測物具有粘滯性或是導電介質(zhì)等情況時，如何來提高測量精度。有時還要考慮容器的密封性，介質(zhì)是否含有腐蝕物以及是否具有毒性和易爆性等問題。針對這些問題人們研制了在不同的環(huán)境下適合于各種各樣要求的液位傳感器。以為將對幾類液位計進展介紹。2.2超聲波液位測量儀該液位計的工作原理：就是通過一個可以發(fā)射能量波一般為脈沖信號的裝置發(fā)射能

16、量波，能量波遇到障礙物反射，由一個接收裝置接收反射信號。根據(jù)測量能量波運動過程的時間差來確定物位變化情況。由電子裝置對微波信號進展處理，最終轉化成與物位相關的電信號。一次探頭向被測介質(zhì)外表發(fā)射超聲波脈沖信號，超聲波在傳輸過程中遇到被測介質(zhì)障礙物后反射，反射回來的超聲波信號通過電子模塊檢測，通過專用軟件加以處理，分析發(fā)射超聲波和回波的時間差，結合超聲波的傳播速度，可以準確計算出超聲波傳播的路程，進而可以反映出物位的情況。適用圍及特點該產(chǎn)品的特點是具有設計合理、性能好、安裝方便的特點。電子模塊局部的微處理單元強大的分析能力，可以優(yōu)化正確的回波，并將錯誤或虛假的回波加以排除，從而可以得出準確的數(shù)值【

17、5】同時，該產(chǎn)品性能穩(wěn)定，價格低廉，精度高，具有模擬量，開關量及數(shù)字信號同時輸出功能，防水外殼，適用于一般場合的液物位檢測。其主要芯片采用飛利普工業(yè)級單片機，數(shù)字溫度補償和相關專用集成電路，抗干擾性強，可任意自定義設定設置上下限及在線輸出調(diào)節(jié)，并帶有現(xiàn)場顯示，模擬量，開關量輸出，可方便與主機連接。另外，該產(chǎn)品選用專業(yè)超聲波小角度探頭，發(fā)射功率大，靈敏度高，壽命長，測量距離遠；任意點上下限設定，倒值設定。可用于以對蒸汽、灰塵、濕氣的干擾自動補償，除可應用于液體/固體、還可用于不連續(xù)料/液位控制，罐、貯槽、不連續(xù)料/液位測量貯藏室、糧倉等。廣泛應用于石油、化工、自來水、污水處理、水利水文、鋼鐵、煤

18、礦、電力、交通以及食品加工等行業(yè)。主要技術參數(shù)正常工作條件：環(huán)境溫度：-2050；相對濕度：5%100%包括直接濕；環(huán)境壓力：86kPa108 kPa；測量圍：0.255m、 8m 、10m 、12m 、15m 大量程可定制 工作頻率：30 KHz；信號輸出：4-20mA /HART協(xié)議、開關量PNPNPN、繼電器輸出(定貨約定； 現(xiàn)場顯示：4位LED數(shù)顯；最大負載：24VDC 5504-20mA 供電電壓：24VDC (1824V) 最大功消耗：1.2W(55mA，DC24V) 測量誤差：量程的0.5(空氣中) 分辨率：2mm 溫度補償置響應時間：1.5s發(fā)射波束角：10°過程壓力

19、：0.2MPa 過程溫度：4070 (耐高溫,耐水氣須定制) 防護等級：IP652.3 光學液位計主要是光纖液位傳感器，光纖液位傳感器的主要算法理論依據(jù)是基于光強度的變化來實現(xiàn)液位測量。它可以是用發(fā)光元器件將射出來的光通過傳輸光纖送到光敏感元件上，在敏感元件的球面上，有一局部光透過 而剩余的光被反射回來。當敏感元件與液體相接觸時，與空氣接觸相比，球面部的光透射量增大，反射量減少因而，由反射光量即可知道敏感元件是否接觸液體，反射光量決定于敏感元件玻璃的折射率和被測物質(zhì)的折射率，并通過傳輸光纖由受光器件的光電晶體管進展光電轉換后輸出。這類液位傳感器構造簡單，容易實現(xiàn)、本錢低、抗電磁干擾能力強、絕緣

20、性能好、響應時間短、適用于易爆易燃等場合。然而它受光源強度的波動和連接器損耗變化等影響較大，因此它測量圍小、精度低、能量易損耗，不宜測量低粘度液位因其外表受到振動后易產(chǎn)生波動，長期穩(wěn)定性差。2.4雙色水位計雙色水位計是基于連通器的原理工作的水位計，它是由云母水位計開展而來的，雙色水位計改進了云母計的一些構造并且輔以光學系統(tǒng)，利用光從空氣進入蒸汽或水產(chǎn)生不同的折射使汽水界面顯示成紅，綠兩色的分界面。雙色水位計是用在鍋爐汽包上或其它壓力容器上、用來監(jiān)視水位變化的一種儀表。它是通過光的反射、折射、透視等不同原理，使護、能耗低，并且可視圍寬，水位計安裝后光源根本無需調(diào)整，即可看到氣紅液綠2.5磁浮球液

21、位計2.5.1主要原理氣相呈紅色，液相呈綠色。運行人員在現(xiàn)場或集控室的監(jiān)視器上可直接看到水位計里面水位的變化，直觀可靠。水位計采用二極管冷光源，觀看效果好、亮度可調(diào)、壽命常、易維磁浮球液位計液位開關構造主要基于浮力和靜磁場原理設計生產(chǎn)的。帶有磁體的浮球簡稱浮球在被測介質(zhì)中的位置受浮力作用影響：液位的變化導致磁性浮子位置的變化。浮球中的磁體和傳感器磁簧開關作用，使串聯(lián)入電路的元件如定值電阻的數(shù)量發(fā)生變化，進而使儀表電路系統(tǒng)的電學量發(fā)生改變。也就是使磁性浮子位置的變化引起電學量的變化。通過檢測電學量的變化來反映容器液位的情況。該液位計可以直接輸出電阻值信號，也可以配合使用變送模塊，輸出電流值420

22、mA信號；同時配合其他轉換器，輸出電壓信號或者開關信號也可以按照客戶需求轉換器由公司配送。從而實現(xiàn)電學信號的遠程傳輸、分析與控制。2.5.2適用圍及特點該產(chǎn)品采用優(yōu)質(zhì)磁體和進口電子元件，使產(chǎn)品具有：構造簡單、使用方便、性能穩(wěn)定、使用壽命長、便于安裝維護等優(yōu)點。該產(chǎn)品幾乎可以適用與各種工業(yè)自動化過程控制中的液位測量與控制，可以廣泛運用于石油加工、食品加工、化工、水處理、制藥、電力、造紙、冶金、船舶和鍋爐等領域中的液位測量、控制與監(jiān)測。2.5.3主要技術參數(shù)：正常工作條件：環(huán)境溫度：-2080；相對濕度：5%100%包括直接濕；環(huán)境壓力：86kPa108 kPa；工作壓力MPa：常壓、1、2等；插

23、入深度mm2006000，超過6000mm的可選擇柔性連桿也稱為投入式浮球液位計；測量圍mm85840；測量精度：測量圍 (m)00.50.5226測量精度 (%)21.51盲區(qū)：66120mm以水為介質(zhì)；介質(zhì)溫度：-20125；介質(zhì)粘度：0.05 Pa·S；介質(zhì)密度：0.350.5 g/cm3、0.50.75 g/cm3、0.751.5 g/cm3；防爆標志：E*dCT6、 E*dCT5；外殼防護等級：IP652.5.4信號輸出形式：系列液位計：420mA電流信號 、420mA/HART、附帶開關信號等系列液位開關：常開或常閉的報警信號3.差壓式水位測量系統(tǒng)的介紹差壓式水位測量系由

24、水位差壓轉換裝置、壓力信號管路和差壓計組成。水位與差壓的轉換是通過平衡容器實現(xiàn)的。利用平衡容器可形成一個恒定的水靜壓力，與被測水位形成的水靜壓力相比較輸出二者之差。3.1平衡容器的類型平衡容器是一種構造巧妙，具有自我補償能力的汽包水位測量裝置。它的構造一般分為單室平衡容器、雙室平衡容器和雙差壓平衡容器。3.1.1單室平衡容器單室平衡容器是一款利用正壓測、負壓側形成的差壓信號到變送器，變送器將信號傳送到DCS進展公示計算，最后實現(xiàn)水位的測量。主要包含如下幾個局部：平衡容器、正壓測取樣管、負壓側側取樣管、二次表、DCS裝置等相關部件組成主要測量原理：利用正壓測、負壓側形成的差壓信號到變送器，變送器

25、將信號傳送到DCS進展公示計算，最后實現(xiàn)水位的測量。單室平衡容器的特點：優(yōu)點：1 測量偏差小2 信號穩(wěn)定，跟隨及時，能及時的反響汽包的真實水位3 壽命長。缺點：1 受環(huán)境影響較大，參比水柱溫度不均勻，無法實時量化標定。2 冬季、夏季，白天照射、環(huán)境風向等影響較大。3 只有保證參比水柱溫度恒定，才能到達平衡容器的測量效果。3.1.2雙室平衡容器雙室平衡容器是一種構造巧妙，具有一定自我補償能力的汽包水位測量裝置。在基準杯的上方有一個圓環(huán)形漏斗構造將整個雙室平衡容器分隔成上下兩個局部【6】。優(yōu)點：相對于單室平衡容器，雙室平衡容器給固定水柱增裝了蒸汽保溫室，使得固定水柱的溫度叨叨了其保的汽水溫度，因而

26、消除了固定水柱溫度的影響。缺點：盡管雙室平衡容器消除了固定水柱溫度的影響，但是它受工作壓力的影響比較大，這久需要在后期進展相應的補償。3.1.3雙差壓平衡容器雙差壓平衡容器是針對雙室和單室平衡容器的受到壓力溫度的影響，對他們在構造上進展的一些構造改進，光從構造上看，他是經(jīng)過運算所得到的信號只與平衡容器的尺寸和構造有關，外表上消除了工作壓力的影響，但是它卻有兩個明顯的缺陷：1。構造極其復雜；2.需要裝設矯正用差壓變送器，同時易產(chǎn)生附加誤差。正是因為它的這些缺陷所以根本上應用的不是很廣泛。3.2差壓式液位變送器的零點遷移問題差壓變送器的輸入是差壓信號P =P+ P ，輸出是420mA的直流電流信號

27、。設差壓變送器輸出為4mA時，其對應輸入為P=Pmin此為差壓變送器的零點；差壓變送器輸出為20mA時，其對應輸入為P=Pma* 。差壓送器的量程為Pma*Pmin。【7】差壓變送器一般的使用情況是零點為Pmin=0時，差壓變送器的輸出為4mA；Pma*的值為量程上限時，差壓變送器輸出為20mA。而用平衡容器法測量液位時，P =P+ P = gh2 gh?？梢钥闯觯琱2總是小于或等于h，即P總是負值。 Pmin= gh時，差壓變送器輸出為4mA；Pma*=0時，差壓變送器輸出為20mA，即差壓變送器的零點為Pmin= gh，量程為Pma*Pmin=0gh=gh。因為調(diào)校智能變送器時調(diào)整零點并不

28、影響量程，因此在調(diào)校采用平衡容器測量汽包水位的差壓變送器時，可按照差壓變送器的一般使用方法將零點和量程調(diào)整好，再進展零點遷移。零點遷移是在不改變量程的條件下改變零點，它的大小和方向取決于新的零點的大小和正負，即零點遷移量為Pmin。 當Pmin0時，稱為正遷移，又叫右遷移；當Pmin0時，稱為負遷移，又叫左遷移。負遷移的形成原因：加隔離罐或采用法蘭式測差壓。正遷移的形成原因：變送器位置低于頁面基準面。3.3 鍋爐汽包水位的測量 3.3.1鍋爐汽包水位測量的重要性保持鍋爐汽包水位在正常圍是鍋爐運行的一項重要的平安性指標。由于負荷、燃燒工況及給水流量的變化，汽包水位會經(jīng)常變化。眾所周知，水位過高或

29、急劇波動會引起蒸汽品質(zhì)惡化和帶水，造成受熱面結鹽，嚴重時會導致汽輪機水沖擊振動、葉片損壞；水位過低會引起排污失效，爐加藥進入蒸汽，甚至引起下降管帶汽，影響爐水循環(huán)工況，造成爐管大面積爆破。由于汽包水位測量和控制問題而造成的上述惡性事故的情況時有發(fā)生，嚴重影響火電廠運行的平安性?！?】鍋爐運行中，我們是通過水位測量系統(tǒng)來監(jiān)視和控制汽包水位的。當汽包水位超出正常運行圍時，報警系統(tǒng)將發(fā)出報警信號，保護系統(tǒng)將立即采取必要的保護措施，以確保鍋爐和汽輪機的平安。因此，鍋爐汽包水位測量系統(tǒng)是機組平安運行的極端重要的系統(tǒng) 3.3.2鍋爐汽包水位測量的根本要求根據(jù)鍋爐汽包水位測量的重要性和測量技術的特點，鍋爐汽

30、包水位測量系統(tǒng)至少應滿足以下根本要求：1準確性好 眾所周知，鍋爐汽包水位相對主蒸汽壓力、溫度這類參數(shù)而言，并不是需要準確控制的參數(shù)，一般情況下，二個汽包水位測量示值偏差在30mm以是可以承受的。而在正常條件下保持這樣的準確度不是十分困難的。但是，由于汽包水位測量對象十分復雜，而汽包水位測量采用的聯(lián)通管式或差壓式測量原理，使得汽包壓力和測量參比條件變化時會造成遠遠超出上述要求的非常大的誤差。所以長期以來，保證汽包水位測量準確性一直是擺在我們面前的一個難點和關鍵問題。2可靠性高 汽包水位測量系統(tǒng)應從取樣開場，到信號轉換控制和保護回路，以及供電回路均應十分可靠。此外，除了提高裝置本身的可靠性外，還應

31、提高系統(tǒng)的可靠性，包括對汽包水位測量、控制和保護系統(tǒng)的配置應采取嚴格的冗余要求，應采用兩種或以上工作原理共存的配置原則；鍋爐汽包水位控制和保護用的水位測量信號應采取三重冗余等。3維護性好 鍋爐汽包水位測量系統(tǒng)的維護應簡單、維護工作量應盡可能少，而且應便于進展在線實際水位信號的保護聯(lián)動試驗等。3.3.3影響汽包水位測量的原因根據(jù)對幾種水位測量方式的分析，影響水位測量的原因主要有以下幾個方面：1汽包水位計安裝條件、位置、環(huán)境的影響，水位計定位偏差一般在1050mm，各水位計所處的環(huán)境存在著差異，影響散熱；2  汽包安裝條件的影響，汽包安裝時的水平度要求應5mm，但在鍋爐運行幾年后，均會發(fā)

32、生變化，到達1520mm，水位計安裝時是依據(jù)汽包中心線為標準，致使水位計安裝時產(chǎn)生誤差；3 從給水、水冷壁進入汽包的水的影響，給水溫度因受各加熱環(huán)境的影響，不可能恒定不變，且水溫低于相應壓力下的飽和溫度；水冷壁進入的水含大量的汽泡，并不斷蒸發(fā)，其密度將小于相應溫度、壓力下水的密度；4 下降管的影響，鍋爐運行中，汽包的水不斷地高速進入下降管，使得汽包的水位不是一個理想的水平面，會隨著下降管的布置位置產(chǎn)生上下不同的差異，差異可達4060mm；【9】5  測量儀表本身固有的誤差，雖然儀表的精度已很高，但仍存在著測量、安裝誤差。3.3.4減少汽包水位誤差測量的方法和措施1 合理的取樣位置，應

33、高于水位保護定值的高度，并有一定的余量；2 適宜的取樣管路管徑，以減小流通阻力，防止水位顯示滯后；  盡量縮短連接收路的長度，減小流通阻力，提高連通管的介質(zhì)溫度，平衡容器前的水平段應有足夠的長度，以利于汽的凝結；3在汽水取樣管之間加一連通管作為阻尼，緩沖汽包水位波動大時對水位測量的影響；4每個水位計應采用獨立的取樣孔、取樣管路、平衡容器，以免相互產(chǎn)生干擾【10】；5 汽側取樣管向汽包傾斜，以利于凝結的水回流，保證平衡容器的水面恒定；6合理的管路保溫，既能保證介質(zhì)的溫度，又能充分散熱。4.差壓式水位測量系統(tǒng)的設計 4.1設計的根本說明以下我將對差壓水位計的設計做一些簡要的說明：首先根據(jù)

34、對各種平衡容器構造和功能的了解選擇可靠性高，實用性強的雙室平衡容器作為水位差壓轉換裝置，此外為了方便計算，設定平衡容器的長度L為600mm，基準水位H0的高度為300mm。確定了根本的一些參數(shù)，下面就將對差壓水位測量系統(tǒng)進展設計，順序將如下：1.介紹使用MATLAB軟件進展密度和壓力的關系曲線擬合。2.根據(jù)要求和確定的尺寸確定平衡容器的構造，并且使用軟件AUTOCAD畫出圖像。3.根據(jù)畫出的平衡容器的樣式確定差壓的公式，并且根據(jù)公式確定差壓計的最大量程以此來確定差壓計的型號。4.對壓力補償?shù)倪^程進展詳盡的表達。4.2 關于密度與壓力關系的公式曲線擬合在使用雙室平衡容器計算差壓時，有兩個變量會隨

35、著環(huán)境的變化而發(fā)生改變，這兩個量分別是汽包工作壓力下的飽和水密度w和汽包工作壓力下飽和蒸汽的密度s,這兩個密度值都與工作壓力有一定的關系，為了方便計算，需要得到壓力與密度的具體關系。它們之間的關系可以用幾段直線形成的折線更好地逼近，這就需要用到相關的軟件實現(xiàn)曲線擬合，而進展曲線擬合的根本原理是最小二乘法，在這里軟件使用MATLAB來實現(xiàn)。最小二乘法原理介紹：最小二乘法又稱最小平方法是一種數(shù)學優(yōu)化技術。它通過最小化誤差的平方和尋找數(shù)據(jù)的最正確函數(shù)匹配。利用最小二乘法可以簡便地求得未知的數(shù)據(jù)，并使得這些求得的數(shù)據(jù)與實際數(shù)據(jù)之間誤差的平方和為最小。最小二乘法還可用于曲線擬合。其他一些優(yōu)化問題也可通過

36、最小化能量或最大化熵用最小二乘法來表達。在我們研究兩個變量*,y之間的相互關系時，通?？梢缘玫揭幌盗谐蓪Φ臄?shù)據(jù)*1,y1.*2,y2. *m,ym；將這些數(shù)據(jù)描繪在* -y直角坐標系中，假設發(fā)現(xiàn)這些點在一條直線附近，可以令這條直線方程如式1-1。式1-1)其中：a0、a1 是任意實數(shù)為建立這直線方程就要確定a0和a1，應用?最小二乘法原理?，將實測值Yi與利用式1-1計算值Yj=a0+a1*的離差Yi-Yj的平方和最小為“優(yōu)化判據(jù)。令： =式1-2)把式1-1代入式1-2中得： =式1-3)當最小時，可用函數(shù) 對a0、a1求偏導數(shù)，令這兩個偏導數(shù)等于零。2a0 + a1*i - Yi式1-4)

37、2*ia0 + a1*i - Yi式1-5)亦即：na0 + *i ) a1 = Yi 式1-6)*i ) a0 + *i2 ) a1 = *i*Yi) 式1-7)得到的兩個關于a0、 a1為未知數(shù)的兩個方程組，解這兩個方程組得出：a0 = Yi) / n - a1*i) / n 式1-8)a1 = n*i Yi - *i Yi) / n*i2 - *i)2 ) 式1-9)這時把a0、a1代入式1-1中， 此時的(式1-1就是我們回歸的元線性方程即：數(shù)學模型。在回歸過程中，回歸的關聯(lián)式不可能全部通過每個回歸數(shù)據(jù)點*1,y1. *2,y2.*m,ym，為了判斷關聯(lián)式的好壞，可借助相關系數(shù)“R，統(tǒng)

38、計量“F，剩余標準偏差“S進展判斷；“R越趨近于 1 越好；“F的絕對值越大越好；“S越趨近于 0 越好。MATLAB軟件介紹：MATLAB 是美國MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學軟件，用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計算的高級技術計算語言和交互式環(huán)境，主要包括MATLAB和Simulink兩大局部。MATLAB是矩陣實驗室Matri* Laboratory的簡稱，和Mathematica、Maple并稱為三大數(shù)學軟件。它在數(shù)學類科技應用軟件中在數(shù)值計算方面首屈一指。MATLAB可以進展矩陣運算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實現(xiàn)算法、創(chuàng)立用戶界面、連接其他編程語言的程序等，主要應用于工程計算

39、、控制設計、信號處理與通訊、圖像處理、信號檢測、金融建模設計與分析等領域。MATLAB的根本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達式與數(shù)學、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB來解算問題要比用C，F(xiàn)ORTRAN等語言完一樣的事情簡捷得多，并且mathwork也吸收了像Maple等軟件的優(yōu)點,使MATLAB成為一個強大的數(shù)學軟件。擬合過程：為了使擬合的曲線更加具有實際意義，根據(jù)雙室平衡容器差壓的計算公式中是汽包壓力工作壓力下飽和水的密度和汽包工作壓力下飽和蒸汽的密度之差，以下是汽包壓力工作壓力下飽和水的密度和汽包工作壓力下飽和蒸汽的密度之差與密度之間的數(shù)值見圖1-1：w-s kg/m3957.829

40、41.55929.88920.43912.41P 兆帕0.10.20.30.40.5w-s kg/m3881.85859.10839.86822.73807.16P兆帕11.522.53w-s kg/m3792.50778.55765.24752.35727.46P兆帕3.5mpa44.556w-s kg/m3703.39679.82656.39632.86477.58P兆帕7mpa891011w-s kg/m3584.84559.59533.93506.52609.11P兆帕1213141516w-s kg/m3446.26411.34370.74320.41P兆帕17181920圖1-1擬

41、合過程及結果：綜上所述要利用MATLAB實現(xiàn)曲線擬合從而確定一種函數(shù)關系式w-s=aP+b。也就是說利用該軟件得到a與b的具體數(shù)值。具體過程如下：0.1p0.3mpa時;使用MATLAB的程序如下：*=0.1,0.2,0.3;Y=957.82,941.55,929.88；Plot(*,y,r-o) 擬合函數(shù)程序：*=0.1,0.2,0.3;Y=957.82,941.55,929.88；polyfit(*,y);結果：a=-139.7;b=971.02;圖2-10.3<p1時程序：*=0.3,0.4,0.5,1;y=929.88,920.43,912.41,881.85:ploy(*,y,

42、r-o);圖像如下;圖2-2程序：*=0.3,0.4,0.5,1;y=929.88,920.43,912.41,881.85:plolyfit(*,y);結果如下:圖2-3a=-66.63;b=947.71<p3;程序：*=1,1.5,2,2.5,3;y=881.85,859.10,839.86,822.73807.16:ploy(*,y,r-o);圖像如下;圖2-4a=-37.15;b=916.45;圖2-53<p7;圖2-6程序：*=1,1.5,2,2.5,3;y=881.85,859.10,839.86,822.73807.16:polyfit(*,y,r-o);結果：a=-

43、25.83,b=882.72以下的擬合以此類推：;圖2-77<p11圖2-8a=-23.55;b=868.28圖2-911<p14;a=圖2-10-25.05;b=885.09;圖2-1114<p17;圖2-12a=-29.20;b=943.47;圖2-1317<p20;圖2-14a=-24.85,b=868.28圖2-154.3平衡容器尺寸確實定在曲線擬合完成后，下面將根據(jù)要求確定平衡容器確實定，并且使用ATOCAD軟件繪出平衡容器的模型。 AUTOCAD軟件介紹：AutoCAD是由美國Autodesk歐特克公司于二十世紀八十年代初為微機上應用CAD技術而開發(fā)的繪圖程

44、CAD2021序軟件包，經(jīng)過不斷的完善，現(xiàn)已經(jīng)成為國際上廣為流行的繪圖工具。 AutoCAD具有良好的用戶界面，通過交互菜單或命令行方式便可以進展各種操作。它的多文檔設計環(huán)境，讓非計算機專業(yè)人員也能很快地學會使用。在不斷實踐的過程中更好地掌握它的各種應用和開發(fā)技巧，從而不斷提高工作效率。 AutoCAD具有廣泛的適應性，它可以在各種操作系統(tǒng)支持的微型計算機和工作站上運行，并支持分辨率由320×200到2048×1024的各種圖形顯示設備40多種，以及數(shù)字儀和鼠標器30多種，繪圖儀和打印機數(shù)十種，這就為AutoCAD的普及創(chuàng)造了條件。 現(xiàn)在最新的版本為：AutoCAD 202

45、1特點AutoCAD軟件具有如下特點：CAD2021(1)具有完善的圖形繪制功能。 (2)有強大的圖形編輯功能。 (3)可以采用多種方式進展二次開發(fā)或用戶定制。 (4)可以進展多種圖形格式的轉換，具有較強的數(shù)據(jù)交換能力。 (5)支持多種硬件設備。 (6)支持多種操作平臺 (7)具有通用性、易用性，適用于各類用戶此外，從AutoCAD2000開場，該系統(tǒng)又增添了許多強大的功能，如AutoCAD設計中心ADC、多文檔設計環(huán)境MDE、Internet驅動、新的對象捕捉功能、增強的標注功能以及局部翻開和局部加載的功能，從而使AutoCAD系統(tǒng)更加完善。圖形見附錄圖像各容介紹:1凝汽室 理想狀態(tài)下，來自

46、汽包的飽和水蒸汽經(jīng)過這里時釋放掉汽化潛熱，形成飽和的凝結水供給基準杯及后續(xù)環(huán)節(jié)使用。 2基準杯 它的作用是收集來自凝汽室的凝結水13，并將凝結水產(chǎn)生的壓力導出容器，傳向差壓測量儀表差壓變送器的正壓側?；鶞时娜莘e是有限的，當凝結水充滿后則溢出流向溢流室。由于基準杯的杯口高度是固定的，故而稱為基準杯。 3溢流室 溢流室占據(jù)了容器的大局部空間，它的主要功能是收集基準杯溢出的凝結水，并將凝結水排入鍋爐下降管，在流動過程中為整個容器進展加熱和蓄熱，確保與汽包中的溫度到達一致；在多數(shù)的平衡容器中并沒有下降管，其缺點是平衡容器的溫度與汽包的溫度不一致，造成測量誤差，因此，我建議應該使用帶有下降管的平衡容器

47、。正常情況下，由于鍋爐下降管中流體的動力作用，溢流室中根本上沒有積水或少量的積水。 4連通器 倒T字形連通器，其水平局部一端接入汽包，另一端接入變送器的負壓側。毋庸置疑，它的主要作用是將汽包中動態(tài)的水位產(chǎn)生的壓力傳遞給變送器的負壓側，與正壓側的基準壓力比較以得知汽包中的水位。它之所以被做成倒T字形，是因為可以保證連通器中的介質(zhì)具有一定的流動性，防止其延伸到汽包之間的管線冬季發(fā)生凍結。連通器部介質(zhì)的溫度與汽包中的溫度很可能不一致，致使其中的液位與汽包中不同，但是由于流體的自平衡作用，對使汽包水位測量沒有任何影響。4.4差壓計的選型差壓計：測量兩個不同點處壓力之差的測壓儀表。 除測量壓差外多用來與

48、節(jié)流裝置如孔板、文丘里管等配合使用以測量流體的流量，還可用來測量液位如差壓式液位計以及管道、塔設備等的阻力即兩點的壓力降等。 差壓計的種類較多，除了簡單液柱壓力計(U形管差壓計等)外，常用的有浮子式差壓計、雙鐘罩式差壓計、環(huán)秤式差壓計等。 目前常用的有雙波紋管差壓計、膜片式差壓計以及單元組合儀表的差壓變送器等。差壓變送器的量程是由汽包水位的測量圍、容器的0水位位置以及補償系統(tǒng)的補償起始點等三方面因素決定的。一些用戶一般只考慮了前兩方面因素，而忽略了補償起始點因素，甚至極個別的用戶只簡單地根據(jù)汽包水位的測量圍確定變送器的量程，造成很大的測量誤差。一般情況下，忽略容器的0水位位置所造成的誤差在70

49、90mm之間，忽略補償起始點所產(chǎn)生的誤差在30mm以下，特別情況下誤差都將會更大。此外，這里特別提醒用戶，在進展汽包水位測量工作時，關于變送器的量程，在沒有得到確認的情況下，切不可單純依賴設計部門的圖紙。事實上，多數(shù)情況下，設計部門在進展此類設計，對變送器選型時，只確定根本量程，而不給出應用量程。選型步驟：選定的根據(jù)是計算出差壓計的最大差壓，以此來選擇量程，根據(jù)雙室平衡容器的原理在最小的壓力下水位等于基準水位-H0時所得到的計算所用到的公式根據(jù)AUTOCAD所畫的圖形構造所得如下：p=p+-p-=Lgw+(L-M)W-(H0+H)gWg-(l-H0-H)gS式3-1將相關的數(shù)據(jù)代入公式計算得最大差壓為23.71kpa;再根據(jù)差壓計的型號可以選擇本差壓式水位測量系統(tǒng)的差壓表的型號為1151D,儀表構造為電容式差壓變送器，量程為0-37.4kpa4.5 系統(tǒng)的壓力補償單純地改進平衡容器的構造來減小汽包壓力變化對水位計測量的影響，存在著一定的局限性。為了使差壓式水位計在啟、停爐的全過程中比較準確地指示水位值，可對平衡容器輸出的有誤差的差壓信號引入汽包壓力校正信號進展一定的校正計算，校正由于汽包壓力偏離額定值所帶來的誤差【14】。校正原理：校正計算的實質(zhì)