CN101408450A - 全工况连续测量锅炉汽包液位计及其液位计算方法 - Google Patents

Abstract

一种全工况连续测量锅炉汽包液位计及其液位计算方法，该液位计包括一金属测量筒、一变送器；金属测量筒上部设有连接到汽包的汽侧管，金属测量筒下部设有连接到汽包的水侧管，金属测量筒内有一绝缘护套管，绝缘护套管内自下而上装有1#探极、2#探极和3#探极；各个探极之间彼此绝缘不导通；三个探极分别通过探极引线与变送器连接。该液位计可以实时的监测水和蒸汽介的电常数，无论锅炉处于起炉、停炉、联排等状态，按照本发明设计的锅炉汽包液位计均能可靠准确的输出连续的液位值，从而实现全工况连续测量液位的功能。

Description

全工况连续测量锅炉汽包液位计及其液位计算方法

技术领域

本发明涉及液位测量技术领域，尤其涉及一种具有全工况连续测量功能的锅炉汽包液位计及其液位计算方法。

背景技术

由于锅炉汽包内的水和蒸汽都是高温高压，且工况变化复杂，其液位测量一直是个难题，目前大部分调节和保护用的锅炉汽包液位计采用平衡容器测量原理，而平衡容器对汽包的测量受工况条件影响，在锅炉起炉和停炉过程中往往测量严重不准无法使用，另外即使在锅炉运行过程中出现异常工况也可能导致无法正常测量，严重影响了锅炉的安全运行。而电接点液位计在起停炉或异常工况时只能间断测量液位，即显示出的液位只能是一个范围，因而不能用于水位的自动调节，同时受可靠性的限制，其一般也不用于用于液位保护。

锅炉汽包的温度根据机组的大小一般从2Mpa到20Mpa不等，对应的饱和水和蒸汽温度从212℃到365℃；常温下水和汽的介电常数分别为80和1，在365℃时水和蒸汽的介电常数分别为9.94和2.65，水的介电常数变化近10倍，而传统的电容式液位计只能用于被测量介质的介电常数相对稳定的场合，所以也不能用于锅炉汽包的液位测量。

发明内容

本发明的目的提供一种全工况连续测量锅炉汽包液位计，该液位计可根据实时监测的水和蒸汽介的电常数来计算液位值，无论锅炉处于起炉、停炉、联排等任何状态，该液位计均能可靠准确的输出连续的液位值，从而实现全工况连续测量液位的功能。

本发明另一个目的是提供一种全工况连续测量功锅炉汽包液位的液位计算方法。

本发明的目的是这样实现的：一种全工况连续测量功锅炉汽包液位计，所述锅炉汽包液位计包括一金属测量筒、一变送器；所述金属测量筒上部设有连接到汽包的汽侧管，所述金属测量筒下部设有连接到汽包的水侧管，所述金属测量筒内有一绝缘护套管，所述绝缘护套管内自下而上依次装有1#探极、2#探极和3#探极；各个探极之间彼此绝缘不导通；所述三个探极分别通过探极引线与变送器连接。

所述探级引线为屏蔽导线，所述屏蔽导线一端的线芯连接探级，所述屏蔽导线另一端线芯和屏蔽层连接到变送器。

所述三个探级轮流测量电容，任何一个探级测量电容的同时其他探级均停止测量。

一种全工况连续测量锅炉汽包液位计的液位计算方法，所述液位计算方法是：

采用液位计标定的参数，液位计工作时测量1#探级、2#探级和3#探级的电容值，利用1#探级和3#探级分别监测水和蒸汽的介电常数，

首先分别计算dA和dB：

A)当满足条件 $\mathrm{Cx}2-\mathrm{Ce}2>\frac{\mathrm{Cx}3-\mathrm{Ce}3}{H3}\×H2$ 时，更新dA，

$\mathrm{dA}=\frac{\mathrm{Cx}1-\mathrm{Ce}1}{H1}$

B)当满足条件 $\frac{\mathrm{Cx}1-\mathrm{Ce}1}{H1}\×H2>(\mathrm{Cx}2-\mathrm{Ce}2)$ 时，更新dB，

$\mathrm{dB}=\frac{\mathrm{Cx}3-\mathrm{Ce}3}{H3}$

C)不满足条件则使用最近一次更新的dA或dB；

D)液位计刚上电时使用预设的dA和dB；

然后计算液位值Hx：

1)不考虑E2和E3计算出液位临时变量hx：

$\mathrm{hx}=\frac{(\mathrm{Cx}1+\mathrm{Cx}2+\mathrm{Cx}3-\mathrm{Ce}1-\mathrm{Ce}2-\mathrm{Ce}3)-(H1+H2+H3)\×\mathrm{dB}}{\mathrm{dA}-\mathrm{dB}}+E1$

2)根据所计算的hx值判断液位的位置范围，计算实际液位Hx：

A)当hx＞E1+H1+H2时，液位在3#探级处，

Hx＝hx+E2+E3

B)条件A不满足，当hx＞E1+H1时，液位在2#探级处，

Hx＝hx+E2

C)条件B都不满足，说明液位不超过1#探级，此时Hx不用变，即：

Hx＝hx

其中：

H1、H2、H3：分别为1#探级、2#探级和3#探级的物理高度；

Ce1、Ce2、Ce3：空值电容，分别为1#探级、2#探级和3#探级在介质为空气时的电容测量值；

Cx1、Cx2、Cx3：液位计工作时测量的1#探级、2#探级和3#探级的电容值；

E1：1#探级下端离汽包水侧管的中心线的距离；

E2、E3：分别为1#探级与2#探级之间和2#探级与3#探级之间的间隙；

L：液位计的量程，即锅炉水侧管与汽侧管的中心距；

dA：单位高度的水相对于空气引起测量探级与金属测量筒之间的电容增加量；dA的变化反映了水的介电常数变化；

dB：单位高度的蒸汽相对于空气引起测量探级与金属测量筒之间的电容增加量；dB的变化反映了蒸汽的介电常数变化；

hx：液位的临时变量；

Hx：液位值。

一种全工况连续测量锅炉汽包液位计的液位计算方法，所述液位计算方法是：

采用液位计标定的参数，液位计工作时测量1#探级、2#探级和3#探级的电容值，利用1#探级和3#探级分别监测水和蒸汽介的电常数，利用3个探级的空值电容Ce1、Ce2、Ce3和满值电容Cm1、Cm2、Cm3计算得到1#探级和3#探级相对于2#探级的映射高度H12和H32，

$H12=\frac{\mathrm{Cm}1-\mathrm{Ce}1}{\mathrm{Cm}2-\mathrm{Ce}2}\×H2$

$H32=\frac{\mathrm{Cm}3-\mathrm{Ce}3}{\mathrm{Cm}2-\mathrm{Ce}2}\×H2$

首先分别计算dA和dB：

A)当满足条件 $\mathrm{Cx}2-\mathrm{Ce}2>\frac{\mathrm{Cx}3-\mathrm{Ce}3}{H32}\×H2$ 时，更新dA，

$\mathrm{dA}=\frac{\mathrm{Cx}1-\mathrm{Ce}1}{H12}$

B)当满足条件 $\frac{\mathrm{Cx}1-\mathrm{Ce}1}{H12}\×H2>(\mathrm{Cx}2-\mathrm{Ce}2)$ 时，更新dB，

$\mathrm{dB}=\frac{\mathrm{Cx}3-\mathrm{Ce}3}{H32}$

C)不满足条件则使用最近一次更新的dA或dB；

D)液位计刚上电时使用预设的dA和dB；

然后计算液位值Hx：

1)不考虑E2和E3计算出与映射高度H12和H32相关联液位临时变量hx：

$\mathrm{hx}=\frac{(\mathrm{Cx}1+\mathrm{Cx}2+\mathrm{Cx}3-\mathrm{Ce}1-\mathrm{Ce}2-\mathrm{Ce}3)-(H12+H2+H32)\×\mathrm{dB}}{\mathrm{dA}-\mathrm{dB}}+E1$

2)根据所计算的hx值判断液位的位置范围，计算实际液位Hx

A)当hx＞E1+H12+H2时，液位在3#探级处，

$\mathrm{Hx}=H1+H2+E1+E2+E3+\frac{(\mathrm{hx}-E1-H12-H2)}{H32}\×H3$

B)条件A不满足，当hx＞E1+H12时，液位在2#探级处，

Hx＝hx+E2-H12+H1

C)条件B不满足，当hx＞E1时，液位在1#探级处，

$\mathrm{Hx}=(\mathrm{hx}-E1)\×\frac{H1}{H12}+E1$

D)条件C不满足，说明液位在1#探级以下或与1#探级底端处于同一水平面，

Hx＝E1。

其中：

H1、H2、H3：分别为1#探级、2#探级和3#探级的物理高度；

H12、H32：分别为1#探级、3#探级相对于2#探级的映射高度，在物理结构理想状态下，H12等于H1，H32等于H3；

Ce1、Ce2、Ce3：空值电容，分别为1#探级、2#探级和3#探级在介质为空气时的电容测量值；

Cm1、Cm2、Cm3：满值电容，分别为1#探级、2#探级、3#探级在标定介质时的电容测量值；

Cx1、Cx2、Cx3：液位计工作时测量的1#探级、2#探级和3#探级的电容值；

E1：1#探级下端离汽包水侧管的中心线的距离；

E2、E3：分别为1#探级与2#探级之间和2#探级与3#探级之间的间隙；

L：液位计的量程，即锅炉水侧管与汽侧管的中心距；

dA：单位高度的水相对于空气引起测量探级与金属测量筒之间的电容增加量；dA的变化反映了水的介电常数变化；

dB：单位高度的蒸汽相对于空气引起测量探级与金属测量筒之间的电容增加量；dB的变化反映了蒸汽的介电常数变化；

hx：液位的临时变量；

Hx：液位值。

本发明的有益效果是：由于锅炉的起炉、停炉、联排等情况对于本液位计而言只是反映出水和蒸汽介电常数的变化，而本锅炉汽包液位计可以实时的监测水和蒸汽介的电常数，所以无论锅炉处于起炉、停炉、联排等状态，按照本发明设计的锅炉汽包液位计均能可靠准确的输出连续的液位值，从而实现全工况连续测量液位的功能。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

附图说明

图1是本发明全工况连续测量锅炉汽包液位计的示意图。

具体实施方式

实施例1：

一种全工况连续测量锅炉汽包液位计，参见图1，图中H1、H2、H3分别为1#探级、2#探级和3#探级的物理高度，E1为1#探级下端离汽包水侧管的中心线的距离，E2、E3分别为1#探级与2#探级之间和2#探级与3#探级之间的间隙。L为液位计的量程，即锅炉水侧管与汽侧管的中心距。本实施例中，H1＝100mm，H2＝400mm，H3＝150mm，E1＝0，E2＝E3＝3mm。

所述锅炉汽包液位计包括一金属测量筒4、一变送器11；所述金属测量筒上部设有连接到汽包的汽侧管2，所述金属测量筒下部设有连接到汽包的水侧管1，所述金属测量筒内有一绝缘护套管8，所述绝缘护套管内自下而上依次装有1#探极5、2#探极6和3#探极7，各个探极之间彼此绝缘不导通，其中1#探级主要用于监测水的介电常数，3#探级主要用于监测蒸汽的介电常数，2#探级为主测量探级；所述三个探极分别通过探极引线10与变送器11连接。

本实施例中，探极引线10为屏蔽导线，所述屏蔽导线一端的线芯连接探级，所述屏蔽导线另一端线芯和屏蔽层连接到变送器。

本实施例中，为了防止三个测量探级之间的信号相互干扰，三个探级轮流测量，1#探级测量时2#和3#探级停止测量，2#探级测量时1#、3#探级停止测量，3#探级测量时1#、2#探级停止测量。

本实施例中，金属测量筒4内有一个绝缘护套8，金属测量筒4的上下处均密封；在绝缘护套8内，从下至上依次有三个测量探级：1#探级5、2#探级6、和3#探级7，该三个探级之间彼此绝缘不导通；三根屏蔽导线10一端的线芯分别连接到三个探级，另一端线芯和屏蔽层连接到变送器11；这样三个探级就分别与金属测量筒之间形成了三个电容，为了防止三个测量探级之间的信号相互干扰，三个探级轮流测量，1#探级测量时2#和3#探级停止测量，以此类推。液位的变化、水和蒸汽介电常数的变化将导致这三个电容值的相应变化；变送器11用来测量三个电容值、计算液位值、输出液位模拟电流信号和通讯数字信号。变送器11内置单片微型计算机、电容测量、电流变送、数字通讯接口等电路。微型计算机完成电容测量信号处理、计算液位值、输出电流值及数字通讯等工作，变送器通过测量三个探级与金属测量筒之间的电容值来计算液位值，通过电流变送电路输出液位模拟电流信号，由数字通讯接口和上位机进行数字通讯。

金属测量筒引出两个连接管即侧汽管2和水侧管1，侧汽管2和水侧管1分别连到汽包的侧汽管和汽包的水侧管，根据连通器原理，测量出测量筒内的液位即可得到汽包内的液位；一般需要对测量筒外面采取保温措施，使得测量筒内的水和蒸汽温度与锅炉汽包内水和蒸汽的温度相近，减小因密度差引起的液位误差。

实施例2：

参见图1，本实施例中，全工况连续测量锅炉汽包液位计的液位计算方法是：

液位计出厂前先进行如下参数标定：

H1、H2、H3：分别为1#探级、2#探级和3#探级的物理高度；

E1：1#探级下端离汽包水侧管的中心线的距离；

E2、E3：分别为1#探级与2#探级之间和2#探级与3#探级之间的间隙；

Ce1、Ce2、Ce3：空值电容，分别为1#探级、2#探级和3#探级在介质为空气时的电容测量值；

dA预设：单位高度的水相对于空气引起测量探级与金属测量筒之间的电容增加量；dA的变化反映了水的介电常数变化；

dB预设：单位高度的蒸汽相对于空气引起测量探级与金属测量筒之间的电容增加量；dB的变化反映了蒸汽的介电常数变化；

经过上述参数标定的液位计在工作时每测量到一组电容值(Cx1、Cx2和Cx3)后计算液位值Hx，

首先分别计算dA和dB：

A)当满足条件 $\mathrm{Cx}2-\mathrm{Ce}2>\frac{\mathrm{Cx}3-\mathrm{Ce}3}{H3}\×H2$ 时，更新dA，

$\mathrm{dA}=\frac{\mathrm{Cx}1-\mathrm{Ce}1}{H1}$

B)当满足条件 $\frac{\mathrm{Cx}1-\mathrm{Ce}1}{H1}\×H2>(\mathrm{Cx}2-\mathrm{Ce}2)$ 时，更新dB，

$\mathrm{dB}=\frac{\mathrm{Cx}3-\mathrm{Ce}3}{H3}$

C)不满足条件则使用最近一次更新的dA或dB；

D)液位计刚上电时使用预设的dA和dB；

然后计算液位值Hx：

1)不考虑E2和E3计算出液位临时变量hx：

$\mathrm{hx}=\frac{(\mathrm{Cx}1+\mathrm{Cx}2+\mathrm{Cx}3-\mathrm{Ce}1-\mathrm{Ce}2-\mathrm{Ce}3)-(H1+H2+H3)\×\mathrm{dB}}{\mathrm{dA}-\mathrm{dB}}+E1$

2)根据所计算的hx值判断液位的位置范围，计算实际液位Hx：

A)当hx＞E1+H1+H2时，说明液位在3#探级处，此时Hx应该加上1#探级和2#探级间的间隙E2及2#和3#探级间的间隙E3，即：

Hx＝hx+E2+E3

B)条件A不满足，当hx＞E1+H1时，说明液位在2#探级处，此时Hx应该加上1#探级和2#探级间的间隙E2，即：

Hx＝hx+E2

C)条件B不满足，说明液位不超过1#探级，此时Hx不用变，即：

Hx＝hx

其中：

H1、H2、H3：分别为1#探级、2#探级和3#探级的物理高度；本实施例中，H1＝100mmH2＝400mm H3＝150mm

Ce1、Ce2、Ce3：空值电容，分别为1#探级、2#探级和3#探级在介质为空气时的电容测量值；

Cx1、Cx2、Cx3：液位计工作时测量的1#探级、2#探级和3#探级的电容值；

E1：1#探级下端离汽包水侧管的中心线的距离；当1#探级下端低于水侧管中心处时为负值、高于水侧管中心处时为正值；本实施例中1#探级下端离汽包水侧管的中心线的距离为0，即制作时让1#探级下端与汽包水侧管中心线对齐；

E2、E3：分别为1#探级与2#探级之间和2#探级与3#探级之间的间隙；一般为2～3mm，本实施例中，1#探级与2#探级之间和2#探级与3#探级之间的间隙均为3mm。

L：液位计的量程，即锅炉水侧管与汽侧管的中心距；

dA：单位高度的水相对于空气引起测量探级与金属测量筒之间的电容增加量；dA的变化反映了水的介电常数变化；

dB：单位高度的蒸汽相对于空气引起测量探级与金属测量筒之间的电容增加量；dB的变化反映了蒸汽的介电常数变化；

hx：液位的临时变量；

Hx：液位值。

标定时：Ce1＝100pF    Ce2＝180pF    Ce3＝120pF

H1＝100mm  H2＝400mm  H3＝150mm

E1＝0    E2＝E3＝3    dA预设＝0.2    dB预设＝0

在某一时刻测量电容值：Cx1＝125pF  Cx2＝228pF  Cx3＝125pF

计算过程如下：

计算dA和dB：

A)Cx2-Ce2＝48 $\frac{\mathrm{Cx}3-\mathrm{Ce}3}{H3}\×H2=13.33$

满足条件 $\mathrm{Cx}2-\mathrm{Ce}2>\frac{\mathrm{Cx}3-\mathrm{Ce}3}{H3}\×H2$ 更新dA：

$\mathrm{dA}=\frac{\mathrm{Cx}1-\mathrm{Ce}1}{H1}=0.25$

B) $\frac{\mathrm{Cx}1-\mathrm{Ce}1}{H1}\×H2=100$ Cx2-Ce2＝48

满足条件 $\frac{\mathrm{Cx}1-\mathrm{Ce}1}{H1}\×H2>(\mathrm{Cx}2-\mathrm{Ce}2),$ 更新dB：

$\mathrm{dB}=\frac{\mathrm{Cx}3-\mathrm{Ce}3}{H3}=0.0333$

计算液位值Hx：

1)不考虑E2和E3计算出液位临时变量hx：

$\mathrm{hx}=\frac{(\mathrm{Cx}1+\mathrm{Cx}2+\mathrm{Cx}3-\mathrm{Ce}1-\mathrm{Ce}2-\mathrm{Ce}3)-(H1+H2+H3)\×\mathrm{dB}}{\mathrm{dA}-\mathrm{dB}}+E1$

$=260.0\mathrm{mm}$

2)根据所计算的hx值判断液位的位置范围，计算实际液位Hx

A)E1+H1+H2＝500，不满足hx＞E1+H1+H2

B)E1+H1＝100，满足hx＞E1+H1，则：

Hx＝hx+E2＝260.0+3＝263.0mm

实施例3：

由于在锅炉汽包液位计生产制作中，三个探级的直径、测量筒的内径及绝缘护套的厚度等因物理因素存在一定的误差，从而导致在锅炉汽包液位在实际应用中单位高度的介质在三个探级间引起的电容增加量可能不一致，所以需要设定两个映射高度值H12和H32，分别表示1#探级、3#探级相对于2#探级的映射高度，以此来修正液位计的探级和测量筒物理误差对液位值Hx的影响，使锅炉汽包液位计给出更准确的液位值Hx；

参见图1，本实施例中，全工况连续测量锅炉汽包液位计的液位计算方法是：

液位计出厂前进行如下参数标定：

H1、H2、H3：分别为1#探级、2#探级和3#探级的物理高度；

E1：1#探级下端离汽包水侧管的中心线的距离；

E2、E3：分别为1#探级与2#探级之间和2#探级与3#探级之间的间隙；

Ce1、Ce2、Ce3：空值电容，分别为1#探级、2#探级和3#探级在介质为空气时的电容测量值；

Cm1、Cm2、Cm3：满值电容，分别为1#探级、2#探级、3#探级在标定介质时的电容测量值，通常在标定时采用水作为该介质；

H12、H32：分别为1#探级、3#探级相对于2#探级的映射高度，在物理结构理想状态下，H12等于H1，H32等于H3(该参数也可以不进行标定而在计算时候再临时计算)；其计算方法为：

$H12=\frac{\mathrm{Cm}1-\mathrm{Ce}1}{\mathrm{Cm}2-\mathrm{Ce}2}\×H2$

$H32=\frac{\mathrm{Cm}3-\mathrm{Ce}3}{\mathrm{Cm}2-\mathrm{Ce}2}\×H2$

dA预设：单位高度的水相对于空气引起测量探级与金属测量筒之间的电容增加量；dA的变化反映了水的介电常数变化；

dB预设：单位高度的蒸汽相对于空气引起测量探级与金属测量筒之间的电容增加量；dB的变化反映了蒸汽的介电常数变化；

经过上述参数标定的液位计在工作时每测量到一组电容值(Cx1、Cx2和Cx3)后计算液位值Hx；

首先分别计算dA和dB：

A)当满足条件 $\mathrm{Cx}2-\mathrm{Ce}2>\frac{\mathrm{Cx}3-\mathrm{Ce}3}{H32}\×H2$ 时，更新dA，

$\mathrm{dA}=\frac{\mathrm{Cx}1-\mathrm{Ce}1}{H12}$

B)当满足条件 $\frac{\mathrm{Cx}1-\mathrm{Ce}1}{H12}\×H2>(\mathrm{Cx}2-\mathrm{Ce}2)$ 时，更新dB，

$\mathrm{dB}=\frac{\mathrm{Cx}3-\mathrm{Ce}3}{H32}$

C)不满足条件则使用最近一次更新的dA或dB；

D)液位计刚上电时使用预设的dA和dB；

然后计算液位值Hx：

1)不考虑E2和E3计算出与映射高度H12和H32相关联液位临时变量hx：

$\mathrm{hx}=\frac{(\mathrm{Cx}1+\mathrm{Cx}2+\mathrm{Cx}3-\mathrm{Ce}1-\mathrm{Ce}2-\mathrm{Ce}3)-(H12+H2+H32)\×\mathrm{dB}}{\mathrm{dA}-\mathrm{dB}}+E1$

2)根据所计算的hx值判断液位的位置范围，计算实际液位Hx

A)当hx＞E1+H12+H2时，说明液位在3#探级处，此时的Hx即为1#探级高度H1、2#探级高度H2、E1、E2、E3及液位在3#探级的高度之和，即：

$\mathrm{Hx}=H1+H2+E1+E2+E3+\frac{(\mathrm{hx}-E1-H12-H2)}{H32}\×H3$

B)条件A不满足，当hx＞E1+H12时，说明液位在2#探级处，此时Hx应该加上1#探级和2#探级间的间隙E2，同时将H12换算回物理高度H1，即：

Hx＝hx+E2-H12+H1

C)条件B不满足，当hx＞E1时候，说明液位在1#探级处，此时应将1#探级处的液位按照H12和H1的比例计算回物理高度，即：

$\mathrm{Hx}=(\mathrm{hx}-E1)\×\frac{H1}{H12}+E1$

D)条件C不满足，说明液位在1#探级以下或与1#探级底端处于同一水平面，即：

Hx＝E1。

其中：

H1、H2、H3：分别为1#探级、2#探级和3#探级的物理高度；本实施例中，H1＝100mmH2＝400mm  H3＝150mm

H12、H32：分别为1#探级、3#探级相对于2#探级的映射高度，在物理结构理想状态下，H12等于H1，H32等于H3；

Ce1、Ce2、Ce3：空值电容，分别为1#探级、2#探级和3#探级在介质为空气时的电容测量值；

Cm1、Cm2、Cm3：满值电容，分别为1#探级、2#探级、3#探级在标定介质时的电容测量值，通常在标定时采用水作为该介质，本实施例中，采用水作为该介质；

Cx1、Cx2、Cx3：液位计工作时测量的1#探级、2#探级和3#探级的电容值；

E1：1#探级下端离汽包水侧管的中心线的距离；当1#探级下端低于水侧管中心处时为负值、高于水侧管中心处时为正值，本实施例中1#探级下端离汽包水侧管的中心线的距离为0，即制作时让1#探级下端与汽包水侧管中心线对齐；

E2、E3：分别为1#探级与2#探级之间和2#探级与3#探级之间的间隙；本实施例中，1#探级与2#探级之间和2#探级与3#探级之间的间隙均为3mm。

L：液位计的量程，即锅炉水侧管与汽侧管的中心距；

dA：单位高度的水相对于空气引起测量探级与金属测量筒之间的电容增加量；dA的变化反映了水的介电常数变化；

dB：单位高度的蒸汽相对于空气引起测量探级与金属测量筒之间的电容增加量；dB的变化反映了蒸汽的介电常数变化；

hx：液位的临时变量；

Hx：液位值。

标定时：Ce1＝100pF    Ce2＝180pF   Ce3＝120pF

Cm1＝123pF   Cm2＝270pF   Cm3＝159pF

H1＝100mm  H2＝400mm  H3＝150mm

E1＝0    E2＝E3＝3    dA预设＝0.2    dB预设＝0

在某一时刻测量电容值：Cx1＝125pF  Cx2＝228pF  Cx3＝125pF

计算映射高度H12和H32：

$H12=\frac{\mathrm{Cm}1-\mathrm{Ce}1}{\mathrm{Cm}2-\mathrm{Ce}2}\×H2=102.22\mathrm{mm}$

$H32=\frac{\mathrm{Cm}3-\mathrm{Ce}3}{\mathrm{Cm}2-\mathrm{Ce}2}\×H2=173.33\mathrm{mm}$

计算dA和dB：

A)Cx2-Ce2＝48 $\frac{\mathrm{Cx}3-\mathrm{Ce}3}{H32}\×H2=11.54$

满足条件 $\mathrm{Cx}2-\mathrm{Ce}2>\frac{\mathrm{Cx}3-\mathrm{Ce}3}{H32}\×H2$ 更新dA：

$\mathrm{dA}=\frac{\mathrm{Cx}1-\mathrm{Ce}1}{H12}=0.24457$

B) $\frac{\mathrm{Cx}1-\mathrm{Ce}1}{H12}\×H2=97.8$ Cx2-Ce2＝48

满足条件 $\frac{\mathrm{Cx}1-\mathrm{Ce}1}{H12}\×H2>(\mathrm{Cx}2-\mathrm{Ce}2),$ 更新dB：

$\mathrm{dB}=\frac{\mathrm{Cx}3-\mathrm{Ce}3}{H32}=0.0288$

计算液位值Hx：

1)计算临时变量hx：

$\mathrm{hx}=\frac{(\mathrm{Cx}1+\mathrm{Cx}2+\mathrm{Cx}3-\mathrm{Ce}1-\mathrm{Ce}2-\mathrm{Ce}3)-(H12+H2+H32)\×\mathrm{dB}}{\mathrm{dA}-\mathrm{dB}}+E1$

$=271.3\mathrm{mm}$

2)根据所计算的hx值判断液位的位置范围，计算实际液位Hx

A)E1+H12+H2＝502.22mm，不满足hx＞E1+H12+H2；

B)E1+H12＝102.22mm，满足hx＞E1+H12：则：

Hx＝hx+E2-H12+H1＝271.3+3-102.22+100＝272.1mm。

Claims (5)

1、一种全工况连续测量锅炉汽包液位计，其特征在于，所述锅炉汽包液位计包括一金属测量筒、一变送器；所述金属测量筒上部设有连接到汽包的汽侧管，所述金属测量筒下部设有连接到汽包的水侧管，所述金属测量筒内有一绝缘护套管，所述绝缘护套管内自下而上依次装有1#探极、2#探极和3#探极；所述三个探极之间彼此绝缘不导通；所述三个探极分别通过探极引线与变送器连接。

2、根据权利要求1所述的全工况连续测量锅炉汽包液位计，其特征在于，所述探级引线为屏蔽导线，所述屏蔽导线一端的线芯连接探级，所述屏蔽导线另一端线芯和屏蔽层连接到变送器。

3、根据权利要求1所述的全工况连续测量锅炉汽包液位计，其特征在于，所述三个探级轮流测量电容，任何一个探级测量电容的同时其他探级均停止测量。

4、一种权利要求1所述的全工况连续测量锅炉汽包液位计的液位计算方法，其特征在于，所述液位计算方法是：

采用液位计标定的参数，在液位计工作时测量1#探级、2#探级和3#探级的电容值，利用1#探级和3#探级分别监测水和蒸汽的介电常数，

首先分别计算dA和dB：

A)当满足条件 $\mathrm{Cx}2-\mathrm{Ce}2>\frac{\mathrm{Cx}3-\mathrm{Ce}3}{H3}\×H2$ 时，更新dA，

$\mathrm{dA}=\frac{\mathrm{Cx}1-\mathrm{Ce}1}{H1}$

B)当满足条件 $\frac{\mathrm{Cx}1-\mathrm{Ce}1}{H1}\×H2>(\mathrm{Cx}2-\mathrm{Ce}2)$ 时，更新dB，

$\mathrm{dB}=\frac{\mathrm{Cx}3-\mathrm{Ce}3}{H3}$

C)不满足条件则使用最近一次更新的dA或dB；

D)液位计刚上电时使用预设的dA和dB；

然后计算液位值Hx：

1)不考虑E2和E3计算出液位临时变量hx：

$\mathrm{hx}=\frac{(\mathrm{Cx}1+\mathrm{Cx}2+\mathrm{Cx}3-\mathrm{Ce}1-\mathrm{Ce}2-\mathrm{Ce}3)-(H1+H2+H3)\×\mathrm{dB}}{\mathrm{dA}-\mathrm{dB}}+E1$

2)根据所计算的hx值判断液位的位置范围，计算实际液位Hx：

A)当hx＞E1+H1+H2时，液位在3#探级处，

Hx＝hx+E2+E3

B)条件A不满足，当hx＞E1+H1时，液位在2#探级处，

Hx＝hx+E2

C)条件B不满足，液位不超过1#探级，此时Hx不用变，

Hx＝hx

其中：

H1、H2、H3：分别为1#探级、2#探级和3#探级的物理高度；

Ce1、Ce2、Ce3：空值电容，分别为1#探级、2#探级和3#探级在介质为空气时的电容测量值；

Cx1、Cx2、Cx3：液位计工作时测量的1#探级、2#探级和3#探级的电容值；

E1：1#探级下端离汽包水侧管的中心线的距离；

E2、E3：分别为1#探级与2#探级之间和2#探级与3#探级之间的间隙；

L：液位计的量程，即锅炉水侧管与汽侧管的中心距；

dA：单位高度的水相对于空气引起测量探级与金属测量筒之间的电容增加量；dA的变化反映了水的介电常数变化；

dB：单位高度的蒸汽相对于空气引起测量探级与金属测量筒之间的电容增加量；dB的变化反映了蒸汽的介电常数变化；

hx：液位的临时变量；

Hx：液位值。

5、一种权利要求1所述的全工况连续测量锅炉汽包液位计的液位计算方法，其特征在于，所述液位计算方法是：

采用液位计标定的参数，在液位计工作时测量1#探级、2#探级和3#探级的电容值，利用1#探级和3#探级分别监测水和蒸汽的介电常数，利用3个探级的空值电容Ce1、Ce2、Ce3和满值电容Cm1、Cm2、Cm3计算得到1#探级和3#探级相对于2#探级的映射高度H12和H32，

$H12=\frac{\mathrm{Cm}1-\mathrm{Ce}1}{\mathrm{Cm}2-\mathrm{Ce}2}\×H2$

$H32=\frac{\mathrm{Cm}3-\mathrm{Ce}3}{\mathrm{Cm}2-\mathrm{Ce}2}\×H2$

首先分别计算dA和dB：

A)当满足条件 $\mathrm{Cx}2-\mathrm{Ce}2>\frac{\mathrm{Cx}3-\mathrm{Ce}3}{H32}\×H2$ 时，更新dA，

$\mathrm{dA}=\frac{\mathrm{Cx}1-\mathrm{Ce}1}{H12}$

B)当满足条件 $\frac{\mathrm{Cx}1-\mathrm{Ce}1}{H12}\×H2>(\mathrm{Cx}2-\mathrm{Ce}2)$ 时，更新dB，

$\mathrm{dB}=\frac{\mathrm{Cx}3-\mathrm{Ce}3}{H32}$

C)不满足条件则使用最近一次更新的dA或dB；

D)液位计刚上电时使用预设的dA和dB；

然后计算液位值Hx：

1)不考虑E2和E3计算出与映射高度H12和H32相关联液位临时变量hx：

$\mathrm{hx}=\frac{(\mathrm{Cx}1+\mathrm{Cx}2+\mathrm{Cx}3-\mathrm{Ce}1-\mathrm{Ce}2-\mathrm{Ce}3)-(H12+H2+H32)\×\mathrm{dB}}{\mathrm{dA}-\mathrm{dB}}+E1$

2)根据所计算的hx值判断液位的位置范围，计算实际液位Hx

A)当hx＞E1+H12+H2时，液位在3#探级处，

$\mathrm{Hx}=H1+H2+E1+E2+E3+\frac{(\mathrm{hx}-E1-H12-H2)}{H32}\×H3$

B)条件A不满足，当hx＞E1+H12时，液位在2#探级处，

Hx＝hx+E2-H12+H1

C)条件B不满足，当hx＞E1时，液位在1#探级处，

$\mathrm{Hx}=(\mathrm{hx}-E1)\×\frac{H1}{H12}+E1$

D)条件C不满足，液位在1#探级以下或与1#探级底端处于同一水平面，

Hx＝E1。

其中：

H1、H2、H3：分别为1#探级、2#探级和3#探级的物理高度；

H12、H32：分别为1#探级、3#探级相对于2#探级的映射高度；

Ce1、Ce2、Ce3：空值电容，分别为1#探级、2#探级和3#探级在介质为空气时的电容测量值；

Cm1、Cm2、Cm3：满值电容，分别为1#探级、2#探级、3#探级在标定介质时的电容测量值；

Cx1、Cx2、Cx3：液位计工作时测量的1#探级、2#探级和3#探级的电容值；

E1：1#探级下端离汽包水侧管的中心线的距离；

E2、E3：分别为1#探级与2#探级之间和2#探级与3#探级之间的间隙；

L：液位计的量程，即锅炉水侧管与汽侧管的中心距；

dA：单位高度的水相对于空气引起测量探级与金属测量筒之间的电容增加量；dA的变化反映了水的介电常数变化；

dB：单位高度的蒸汽相对于空气引起测量探级与金属测量筒之间的电容增加量；dB的变化反映了蒸汽的介电常数变化；

hx：液位的临时变量；

Hx：液位值。