自動(dòng)水位探測方法
本章下面部分評論應(yīng)用于蒸汽鍋爐的水位探測裝置的原理。
基本的導(dǎo)電理論
電子流動(dòng)的方式可與液體相比較。電子流過一個(gè)電阻與液體流過管道是類似的(見圖3.16.2)。
導(dǎo)體是金屬，如金屬導(dǎo)線，它允許電流流動(dòng)。(導(dǎo)體的不和是絕緣體，它能阻礙電子流動(dòng)，如玻璃或塑料)。電流是一種電荷流動(dòng)，電荷被微粒攜帶稱為電子或離子。電荷用庫侖丈量。6.24 x 10'8個(gè)電子稱為一庫侖電量，按照國際標(biāo)準(zhǔn)單位(SI )，相當(dāng)于1A"so
當(dāng)電子或離子移動(dòng)，丈量的電流是庫侖每秒而不是電子或離子每秒。但是，安培(A)是電流丈量的單位。
另一個(gè)重要的電概念是“電容”。它是丈量兩個(gè)導(dǎo)體之間的電荷容量(基本與容器容積類似)，根據(jù)所需要的電荷可提高電勢到一伏特電壓。
如果一對導(dǎo)體需要很多電荷才能升高其兩端的電壓到一伏特，則表明電容很大。就像一個(gè)大的容器需要大量的氣體填充才能到一定的壓力一樣。
電容的單位1 c/v，定義為1 Fo
導(dǎo)電率探頭
考慮一個(gè)盛水的開式水箱。一個(gè)探頭(金屬棒)懸吊在水箱上(見圖3.16.3 )，如果加載電壓而且電
路上串聯(lián)電流表，則可以看到:
口探頭浸入水中，電路有電流經(jīng)過。
口探頭脫離水面，電流消失。
這是導(dǎo)電探頭的基本原理。導(dǎo)電的原理是給出一個(gè)測量點(diǎn)。當(dāng)水位接觸了探頭尖部，就經(jīng)過相連的控制器觸發(fā)了一個(gè)動(dòng)作。
這個(gè)動(dòng)作可以是:
口發(fā)動(dòng)或停止水泵。
口打開或關(guān)閉閥門。
口觸發(fā)報(bào)警警鈴。
口打開或關(guān)閉繼電器。
但是一個(gè)探頭僅能供給一個(gè)單一的作用點(diǎn)。因而，為了在預(yù)訂的水位開關(guān)水泵就需要兩個(gè)探頭(圖3.16.4 )。當(dāng)水位下降使A點(diǎn)脫離水面，水泵開始工作。水位上升直到接觸第二個(gè)探頭點(diǎn)B，這時(shí)水泵停止工作。
探頭能裝置在密閉的容器上，例如一臺鍋爐。圖3.16.5顯示了一個(gè)密閉的金屬水箱一注意，在探頭穿
過水箱頂部的地方需求絕緣。
這樣:
口探頭浸入水中，電流流動(dòng)。
口探頭脫離水面，電流消失。
注意:應(yīng)使用交流電以避免在探頭上發(fā)生極化和電解(使水分解為氫和氧)。必須用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的導(dǎo)電
探頭供給鍋爐的低水位報(bào)警。
英國標(biāo)準(zhǔn)需求必須每天測驗(yàn)。
對一個(gè)簡單的探頭存在可能發(fā)生的問題一如果在絕緣處聚集了污垢，在探頭和金屬箱體之間產(chǎn)生電流通道而且即使探頭頂部脫離了水面電流還將持續(xù)。這個(gè)問題可以在設(shè)計(jì)和制造導(dǎo)電探頭時(shí)加長絕緣體并用光滑的絕緣材料如盯「日丁eflon.愷裝探頭的大部分長度來克服。這樣就*大程度減少污垢聚集在絕緣體上的危險(xiǎn)。
解決問題的辦法:
口在蒸汽空間使用絕緣體。
口沿著整個(gè)金屬探頭的長度使用長且光滑的尸丁「E外套。
口在控制器上可調(diào)節(jié)靈敏度。
有特別的導(dǎo)電探頭用于低水位報(bào)警，稱為‘自檢測型’。幾種自檢測功能合成一體，包含:
口一個(gè)比較探頭，可連續(xù)測量和比較經(jīng)過絕緣體和經(jīng)過探頭頂部的對地電阻。
口檢查探頭和絕緣之間的漏電。
口其它自檢測程序。
按英國的規(guī)定，使用這些特別系統(tǒng)允許每周測驗(yàn)一次而不是每天測驗(yàn)。這是由于在這些裝置的設(shè)計(jì)中固有更高的安全水平。
導(dǎo)電探頭必須切斷到合適的長度以便準(zhǔn)確的代表想得到的開關(guān)點(diǎn)。
導(dǎo)電探頭總結(jié)
導(dǎo)電探頭，如圖3.16.7所示，是:
口通常是垂直裝置。
口適用于開關(guān)水位的控制。
口通常是在一個(gè)腔體內(nèi)裝置一組3個(gè)或4個(gè)探頭，盡管也供給其它配置。
口在裝置時(shí)可切斷到需要的長度。
由于探頭是根據(jù)導(dǎo)電’}生的原理來工作的，因而不適用于純水(導(dǎo)電率小于5US/cm)的應(yīng)用。
電容探頭
在兩個(gè)平行導(dǎo)電金屬平板之間插入非導(dǎo)電材料(有一點(diǎn)或無導(dǎo)電性的物質(zhì)如空氣或尸丁「E)就作成了一個(gè)簡單的電容器
隨著更多的平板面積浸入液體電容增加。
在兩個(gè)平行導(dǎo)電金屬平板之間插入非導(dǎo)電材料(有一點(diǎn)或無導(dǎo)電性的物質(zhì)如空氣或尸丁「E)就作成了一個(gè)簡單的電容器(見圖3.16.8 )。
在平板浸入導(dǎo)電液體時(shí)情況有一點(diǎn)不同，如在鍋爐水中，因?yàn)樗辉僮鳛榻^緣體而是導(dǎo)電平板的延伸。
電容水位探頭因此有一個(gè)導(dǎo)電的圓形探頭，它作為第一個(gè)電容平板。探頭被適當(dāng)?shù)慕^緣材料覆蓋，典型的是尸丁「E。第二塊電容平板由導(dǎo)電容器壁(對鍋爐來說就是鍋殼)和盛在容器內(nèi)的水構(gòu)成。因此，改變水位，第二塊電容板的浸入面積改變，就影響整個(gè)系統(tǒng)的電容。
所以系統(tǒng)的電容有兩個(gè)成分
口CA，液體表面上的電容-
表面的尸丁「E涂層。
口C:，液體表面以下的電容-:
在容器壁與探頭之間的電容。絕緣體包括容器壁與探頭之間的空氣和探頭與探頭接觸的水面和探頭之間的電容，而絕緣體僅是尸丁「E涂層。
在水面以上兩個(gè)電容板(容器壁與探頭之間)之間的距離很大，所以電容C、很小(見公式3.16.2 )。相反，水面以下的電容板(探頭和水)之間的距離很小，因此電容C:與Ca相比很大。得到的結(jié)果是水面的上升將引起用適當(dāng)?shù)难b置測量出的電容也上升。
但是電容的變化依然很小(一般以法拉測量，例如10-'2F )，所以探頭與一個(gè)放大器電路相連。放大以后的電容變化這時(shí)就可以輸送到合適的控制器了。
當(dāng)電容探頭使用在，例如一個(gè)水箱，(見圖3.16.13 )，水位可以通過電容探頭連續(xù)檢測。相連的控制器可設(shè)置用于調(diào)節(jié)控制閥，而且能提供指示功能如一個(gè)高位報(bào)警或低位報(bào)警。
控制器也可以設(shè)置用于開關(guān)控制。這里，“開”和“關(guān)”的轉(zhuǎn)換點(diǎn)在一個(gè)探頭上實(shí)現(xiàn)，而不需要切斷探頭。因?yàn)殡娙萏筋^完全被絕緣材料包容，所以不能切斷。
浮球控制
這是一種液位測量的簡單形式。每天常見的浮球水位控制例子是抽水馬桶的蓄水箱。當(dāng)馬桶沖水，蓄水池的水位下降，浮球隨著水位降低并且打開進(jìn)水閥門。隨著新鮮水的進(jìn)入，水位上升，浮球也上升并逐步關(guān)小進(jìn)水閥直到到達(dá)要求的水位，*終水箱進(jìn)水閥關(guān)閉。
這個(gè)系統(tǒng)與在蒸汽鍋爐內(nèi)非常類似。一個(gè)浮球安裝在鍋爐內(nèi)，也可以安裝在外部水筒，或者直接安裝在鍋殼內(nèi)。鍋爐內(nèi)的水位變化時(shí)浮球跟著上下浮動(dòng)。接著是檢測它的動(dòng)作并用于控制:
口一臺給水泵(開關(guān)水位控制系統(tǒng))
或者
口給水控制閥(連續(xù)調(diào)節(jié)控制系統(tǒng))
因?yàn)楦∏虻母×Γ∏蚋S水位上下動(dòng)作。
口浮球桿的另一端是一塊磁鐵，在一個(gè)不銹鋼帽內(nèi)移動(dòng)。
由于帽是不銹鋼，它實(shí)際上沒有磁性并允許磁力線穿過。
*簡單的形式，磁力操作磁力開關(guān):
口底部開關(guān)使給水泵開啟。
口頂部開關(guān)使給水泵關(guān)閉。
但是，實(shí)際上單一開關(guān)通常提供開關(guān)水泵控制，第二個(gè)開關(guān)用于報(bào)警。
同樣的形式可用于水位報(bào)警。
更復(fù)雜的系統(tǒng)可提供調(diào)節(jié)控制，它是用一個(gè)線圈纏繞在帽內(nèi)的扼上。隨著磁體的上下運(yùn)動(dòng)，線圈的電感改變，這將提供一個(gè)模擬信號到控制器，然后就可以控制給水調(diào)節(jié)閥了。
浮球控制應(yīng)用
對垂直或者水平安裝，水位信號輸出通常是通過一個(gè)磁力開關(guān)(水銀型或空氣斷路型)，或者作為從電感線圈由于附在浮球上的磁體的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的調(diào)節(jié)信號。這兩種情況，磁力都要穿過無磁性的不銹鋼管起作用。
差壓傳送器
差壓傳送器安裝的一側(cè)有恒定的水頭。另一側(cè)的水頭隨著鍋爐水位的變化而變化。
可變的電容、張力表或電感技術(shù)被用于測量膜片的偏差，從這個(gè)測量值就產(chǎn)生了一個(gè)電子水位信號。
差壓傳送器一般用于下列場合:
口高壓水管鍋爐，爐內(nèi)是高質(zhì)量的除鹽水。
口使用純水的地方，或許在制藥過程。
在這些應(yīng)用中，水的導(dǎo)電率非常低，意味著導(dǎo)電率和電容探頭都不能可靠的運(yùn)行。
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