核电站中液位仪表的选型

0　引言

    液位测量与控制是核电站自动化控制系统的重要组成部分,随着自动化仪表技术的发展,测量液位的方法及相应的仪表也在不断的改进和更新,但是没有哪一种仪表能够适应所有的介质和环境。如何根据测量要求和使用环境,在众多的仪表中选择可靠、准确、实用的液位测量仪表显得尤为重要[1]。

    本文以现场应用为出发点,结合岭澳一期核电站的应用经验,来探讨该问题。核电站中液位仪表主要包括液位变送器及液位开关两种类型,本文中涉及的液位变送器及液位开关主要是用浮力原理测量液位的仪表。

1　浮力式液位仪表的测量原理

    浮力式液位检测的基本原理是阿基米德定律,它通过测量漂浮于被测液面上的浮子随液面变化产生位移;或利用沉浸在被测液体中的浮筒(或称沉筒)所受的浮力与液面位置的关系来检测液位。前者一般称作恒浮力式检测,其中包括浮标式、浮球式和翻版式,后者称为变浮力式[2,5,6,7]。本文主要涉及到的液位仪表包括:沉筒式液位变送器、带外浮筒的浮子液位开关、顶装浮子式液位开关、顶装沉筒式液位开关、侧装浮子式液位开关。

1. 1　沉筒式液位变送器的测量原理

    变浮力式物位检测中的典型敏感元件是浮筒,它利用浮筒被液体浸没高度不同所受的浮力不同来测量液位变化,图1为浮筒测量液位的原理图,弹簧下端固定,假设浮筒横截面积为A,质量为m,当水位为零时有:

    mg =Cx₀      (1)

式中,C为弹簧的刚度;x₀为弹簧受浮筒重力所产生的压缩量。

    当浮筒有部分被液体浸没时,浮筒受到液位对它的浮力作用向上移动,当它与弹簧力和浮筒的重力平衡时,假设液位的高度为H,浮筒浸没在液体中的长度为h,浮筒移动的距离为Δx,则:

    式(6)表明,当液位变化时,使浮筒产生位移,位移量与液面高度成正比关系。

1. 2　浮子液位开关的工作原理

    如图2和图3,浮子液位开关主要包括带外浮筒的浮子液位、顶装浮子液位开关和侧装浮子液位开关。它们主要由漂浮于液面的浮球、连接内杆、吸引轴和开关磁铁组成。液位上升时,浮子向上移动,内杆和吸引轴同时向上移动,由于吸引轴也是磁铁,它和开关磁铁相互排斥,使触电动作产生开关信号;反之,亦然。

1. 3　顶装沉筒式液位开关工作原理

    如图4为带两个浮筒的顶装浮子液位开关,它的基本工作原理是当液位到达第一个浮筒(下面)时产生一个开关信号,液位到达第二个浮筒(上面)时产生第二个开关信号,但要注意,此类液位开关有死区。我们假设在第一个浮筒处产生低位报警,第二个开关处产生高位报警,它实际的工作原理是:液位处于正常水位时在C和D1之间。当液位上升时,液位达到C1点产生液位高报信号,该高报信号触发执行机构动作使液位下降,当液位下降到D1时,开关复位;如果液位继续下降,当液位下降到D点是产生液位低报信号,同时系统做出反应使液位上升,当液位上升到C点时低报信号消失。