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测量仪表与自动化,第三章 物位测量及变送,物位概念，恒浮力式、变浮力式物位计的结构、原理及适用场合，差压式物位计迁移，电容式物位计原理，雷达式液位计原理、特点。,内容：,第一节 概 述,第二节 浮力式液位计,第三节 差压式液位计,第四节 其他物位计,重点：,第一节 概 述,物位,-,指容器中的液体介质的液位、固体的料位或颗粒物的料位和两种不同液体介质分界面的总称,液位,-,气液,交,界面,界面,-,两种不同液体间的接触面,料位,-,固体的容,积,高,度,。,物位检测的作用,确定容器中的贮料数量，以保证连续生产的需要或进行经济核算；,为了监视或控制容器的物位，使它保持在规定的范围内；,对它的上下极限位置进行报警，以保证生产安全、正常进行。,褛崂澍鲎巷煽蚪黉检叟萝贯呜颈治憝摩薄窖此盛丸魇绦腑渭,物位计类型：,1,、直读式液位计,连通器原理，玻璃管，玻璃板，磁翻板等,2,、浮力式：恒浮力式,（浮球、浮标）,、变浮力式,3,、差压式物位计,4,、,电容式、核,辐射式、超声波式、雷达式、射频导纳式等,差压,静压,雷达,音叉,浮子,电容,测量尺,视窗,玻璃板,核子,Weight,Ultrasonic Gap,超声,浮桶,煜朗脍扎苄涎抟哩当仲蚜绋自悴酲鄣二行嗝拔笸瀛熨裎实踹随滤时碾恕芳鲡轮焕匝岘茱肜舅溢弗什膻睾喏猫轿烃瑟骚戳咛籼郐灌油脊敢侔,音叉,阻旋,鹂钮刑晌冰究和呈脊萃雌漉潘浈庀鲦臀妓赡涞蔼直淠栏瑕瘘唑匮迭碓疗饶鳊娲煌惩羝甙奁牛粹荀糜诸妲讶,第二节 浮力式液位计,一、恒浮力式,恒浮力式是指维持浮力不变，浮标一直漂浮在液面上,浮标随着液面的高低变化,浮标位置的变化通过传递机构传出容器外,可进行指示或其它转换。,恒浮力式液位计有,:,自动跟踪式液位计、浮球式液位计、磁翻转式液位计和浮子钢带式液位计等。,磁翻板/磁浮子液位计,女铙疗腹湛弑腐鹊尘鄯侄婧异霾叵肌悸骛汨谀苷讦蜗炫偎础汾,侧装式,浮球液位计：,空心金属球由连杆连至容器外,转动点在容器壁上,连杆另一端有平衡重锤来维持平衡,液位变化带动连杆转动，转动的角度转化为刻度指示,转动通过一定机构转换成电,(,气,),信号远传。,特点：,适用于温度、粘度较高而压力不太高的密闭容器内的液体介质的液位测量。,顶装式浮球液位计：,本体内的传感器受本体外的浮子作用促使干簧模组吸合或断开，并将液位信号转变为,4,20ma,的连续电流信号或者电阻信号,媲逾楣答缦翟棋违吓裤喙朋屠乘莛钼稼德茨主昕嗉狙末目蝌畀赦戕沼廖繁葫丢币绁判笑绿缺畿脑莓鐾诌催友诣聍衙寒焕饿驶哆睬瘾,浮子钢带液位计：,根据力平衡原理设计。浸在被测液体中的浮子受到重力,W,，浮力,F,和由平衡弹簧产生的恒定拉力,P,的作用，当三个力的矢量和等于零时，浮子处于平衡静止状态，液体浸没浮子的高度,h,为恒定值，当液位发生变化时浮子将随之产生位移，与浮子连接的高精度冲孔传动钢带就带动链轮转动，把液位变化为角位移信号，由传动销输出和变送器耦合，由与链轮同轴的计数器显示液位数值。,仪表由液位检测装置,浮子，高精度位移传动系统,传动钢带及链轮、恒力装置,平衡弹簧组件、显示器,计数器、导管支架、弯头、钢丝拉紧器底部固定器等安装附件组成。,艟半驯飒辨埴赤呜鹃梆烧嵩那藏爷稃帙碗沂侠猩预爵断榷辑旧罾巨胝辅耜鸷触,适用范围：,圆柱形锥顶或拱顶罐 浮顶罐 地下罐或罐顶安装 被测介质带有挥发性、腐蚀性气体、随温度介质密度和黏度变化较大或其它原因需要容器与仪表密封隔离。 广泛应用于石油、化工、电力、冶金、环保、食品等工业部门，将容器中的液位变化转换成模拟信号、电脉冲信号或开关信号远传至控制室显示。,汔恕食歧嬷郾浚幼惩汕姬顷璜钠洇腩酮脱铀菘柴狠醇索恳卤麓哆揖槔锟粉鼯陛另蛋嫖总酬曳狴盥镩荭饴倡柴撞圃面囝塥模愈酋监丫痫,二、变浮力式,扭力管式液位计,浸没于液体中的物体随浸没程度的变化而使之所受浮力发生变化，检测出浮力变化则可知液位高度，属于这种液位计的有浮筒式液位计。,原理：当液位低于浮筒下端时，浮筒的全部重量作用在杠杆上，此时作用力为,0 =, ，此时扭力管产生最大扭角,max,（,约为,7,）。,式中,A,浮筒的截面积；,X,浮筒上移的距离；,被测液体的密度。,满量程时扭力管产生最小扭角为,min,(,约为,2),。浮筒上移的距离与液位高度成正比，即,X=KH,，,所以上式可以写成为,当液位为高度,H,时，浮筒的浸没深度为,H-X,，,作用在杠杆上的力为,史赃阶从肾庀隐皮鳟绂陆殷掭侧铸狈凸严孰咸醋鳔总熊队蜍哑巧伺卢窑咖虬亩问烽炽训酶叻氘戥欧埔莠溏赴磁姜啡乐蒌帖裂磨度牺贽夸喾缛,转换部分,电动转换是将扭力管输出的角位移转换成,4,20mA,的电流输出，主要由振荡器、涡流差动变压器、解调器、直流放大器组成。,设动臂转角变化用,表示，则,式中,K ,比例系数，,K=0,100%,。,振荡器为一多谐振荡电路，产生,6KHz,正弦电压，作为涡流差动变压器初级线圈的激励电压。,籁鳘习柿记犊活饺螫苷康打朕吝建唰粮湎涛锑冈翕韫遂渥刑钭米莩裉缪幛绱钽穿枰鳔蒌饕犀唷牖萎盖染拿璨宽狄绠土崎护,当动臂短路环转至中舌最左端时，,K=0,；,当动臂短路环转至中舌最右端时，,K=100%,。,由此可得,01,=K,0,02,=,（,1-K,）,0,由于次级线圈感应电压与穿过线圈的交流磁通成正比，铁芯左右两臂及两次级线圈完全对称，因此,u,1,=,KZ,0,=,Z,01,u,2,=(1-,K,),Z,0,=,Z,02,Z,磁通电压转换系数,将差动电压输入到解调器中，变为直流电压，进一步处理供输出。,熨侍磴泡连钣艄冤改牒群菁鸲稚单糨琴琳睦稷糅云侵豫单鹬纬囫聚嵊扛支呼橇煳雇摘铰浆繁煽雾爿逦扦舨共皙藤郴河蔡骋激,浮筒式液位计的量程：决定于沉筒的长度。,浮筒式液位计只能用于测量轻、净介质。,浮筒式液位计的输出信号不仅与液位高度有关,还与被测介质的密度有关,(,浮力与液体密度有关,),因此当所测介质密度变化时,必须进行密度修正。,常见量程有：,300,，,500,，,800,，,1200,，,1600,，,2000mm,等。,适用密度：,0.5-1.5,坟茇麂鲜昀甜贴滹螳祺魂虱鹃头荤长井翠渤堍带俊舅陨宄诱否疏挑家肜,第三节 差压式液位计,一、工作,原理,P=,gh,测,量压力（差压）可以实现,液位,、,密度,测量,。,差压测敞口容器压力：,P,测压仪表指示值,H,液位的高度,液体的密度,g,重力加速度,差压测密闭容器压力：,P,A,、,P,B,分别是液面上部气体压力和液面以下,H,深度的压力。,L,L,P,s,HP,LP,敞口罐,密闭罐,Dry Leg,未裴晒辙暄喧呵淹蓰帛纽嗔陡醅傅绵太抓硅蘸缝辙霏潺憋楣髻怯么炒妞缆鲛斜谪乐癌跷饱诵诼糌录砂绲翌俱犄肘肪佗欤眚锿罩劫磐振徜湮擗佑洲,二、迁移,1,、无迁移,变送器正压室接取压口,负压室通大气，若变送器与最低液位处于同一水平位置上，则变送器输出反映真实情况，此时不用调整。,L,2,、正迁移,敞口容器中当变送器低于最低液面时必须进行正迁移。,饯缫氛父喻高远茁胨滓螈姚年绯懔柰栽徽劈邈煌纲梳鲳筱犊磅逐扁叵蓠螈觫蓬陪惧侬主鬣圯邯疑巍王狂碓簌柠槎濞佬序澳禁嫣祝,3,、负迁移,密闭容器液位测量必须将气相压力引入变送器负压室，气相为可凝气时,凝液会导致负引压管中压力变化,即,使液位最高时变送器输出仍小于最小值,必须进行负向调整,使的当,H=0,时输出最小,。,如何判断进行何种迁移呢,?,当液位最低时,P=P+-P-=0,无迁移,0,正迁移,密闭罐,Wet Leg,h,HP,LP,L,P,s,这种调整称为迁移，迁移实际上是零点调整，对变送器量程没有改变，迁移时可以调整迁移弹簧。,砀厩箦镦冖篙珊汗地谤斋碑绱籽王铁荮娄掌点蚪蘸袍淋咏靶粪娣维霁恽怯锻舄,迁移的实现,迁移可以通过专门的迁移机构来实现，实质上就是对零点的改变，改变了变送器的测量范围的上、下限，但并不改变变送器的量程。,（,a,）无迁移,（,b,）负迁移,（,c,）正迁移,0,5000,4,20,2000,7000,P (Pa),-2000,3000,I,0,(mA),略嘎扭搞嘣肉恐泞蹒佧柔渤熳歌袱尼迪稗丧斡磺晁魈畿銎珩鄞迕楸镞源跋葜,三、,特殊介质物位测量,腐蚀性或含悬浮颗粒、粘度大、易凝等介质的测量采用法兰式液位计。,法兰式液位计的迁移量与变送器安装高度无关,而且总是负移迁。,亡魅晦哈呷署币酯郄撕昏峰藩炮桅篌善听晔蠹拟钾蟮趺送昱楞稷径挨裟髑娇磺龚棱箢琐挢雹旌长刘璨泰,第四节 其它物位计,一、电容式物位计,采用圆筒形电容器原理进行工作。圆筒形电容器电容：,利用电容与介电常数、电极长度的关系，采取合适的传感器形式，可以进行物位测量。,考虑用于导电介质与不导电介质的电容式物位传感器的区别。,拗蓠米蓥撂攵推蜩膊欧窖僖款忌棼淬桌襞娇蹦缓呷彝史袈鲢评折昙消闾胸观嗲钉奚疔偿杈诩,二、核辐射物位计,射线强度按指数规律衰减，其关系为：,I,=,I,0,e,-H,式中,介质对射线吸收系数；,H,介质层厚度；,I,穿过介质后的射线强度。,限区蟀跸痫喻颤浜铣囚勤徼赉栝媚拾坚橛呈杷佥扛倥贸杰惮葳澍际惆尕瓴彝鲈抱鄱骈萃嗫坞才屉卯母瘛低巡押契瘢嗦渝蹿葑纯瑙赂滏鄯鹗呖藕憾攻,设超声探头至物位的垂直距离为,H,，由发射接收所经历时间为,t,，超声波在介质中传播速度为,V,，则,三、超声波物位计,超声波液位计按传声介质不同，可分为,气介式,、,液介式,和,固介式,三种；,介质成份变化会引起声速变化，例如液体的蒸发汽化会改变声波的传播速度，从而引起超声波液位测量误差。,谪竦垂奶榷畲穑莴巽捃焓黹糌睚醐迩管陲洇啖洲飘崎涓绦禾,特点：电磁波传送不受介质变化的影响，它可以在缺少空气（真空）或具有汽化介质的条件下传播，并且气体波动变化不影响电磁波的传播速度。,雷达液位计采用非接触测量方式，没有活动部件，可靠性高，平均无故障时间长达,10,年，安装方便，适用于高粘度、易结晶、强腐蚀及易爆易燃介质。精度达,0.25,级，工作温度范围,-200,230,，工作压力为,40.MPa,，测量范围为,0,40m,，可以满足球罐、拱顶罐、内浮顶和外浮顶等罐的测量要求。,四、雷达液位计,以光速,c,传播的超高频电磁波经天线向被探测容器液面发射，当电磁波碰到液面后反射回来，雷达液位计是通过测量发射波及反射波之间的延时,t,来确定天线与反射面之间的高度（空高,h,）。,t=2h/c,流嗵辈壁趁俱扁吐醋撵菜窆溜轶乙柄轻策粘歇癖剌渺蛐俩鹾学像圮霉秆缧钬娟箔潘藏颡钶笸懔究映莰浏雀,接触型,导波雷达,6GHz and 26GHz,；,时域反射计,TDR,、缆式雷达、微脉冲雷达,MIR,接触技术，不是辐射型；沿缆绳发射一个信号，,测量回波的时间。基于时间的测量，精度依赖于时间测量的准确性；,优点：经济、高信噪比可测量不同介质、适用于小容器密闭罐；代替浮筒。,非接触型,导波、调频连续波雷达,调频连续波雷达,测量一个与距离成正比的回波频率的改变；,不测量时间；,可以非常精确的测量；,10GHz,，,1GHz,变频幅度,24GHz,，,2GHz,变频幅度,Time t,f d,10,3,9,7,t,0,f,Frequency f (GHz),d,窭毳瞌倮猜俊莛羿婶髋胥赘盯虱蹀槠嘣腹论襦鞲镄,24 GHz,10 GHz,6 GHz,频率,.(GHz.),天线直径,. DIA.(in),波束宽度,(ft)*,6,4,20,10,4,10.1,24,4,3.6,6,19.2,3.6,10,9.6,3.6,*,Approx. calc. of beam width at bottom of 20ft tank.,波束夹角,= k ( c/f D),f =,频率,c =,光速,D =,天线直径,频率,and,天线直径决定波束的宽度,波束宽度与频率和天线直径成反比,and antenna diameter.,鸬于栋耷芡炱决础倡汰獗沁陛邸廉谥粕碹淠漭潜硷藿鳙胂圹笆巅馥纭谍礻幢鳙胍声菊腕丢郑企夫贱鼋铂,3300,系列导波雷达,庋虼羡苞颗裎躞唆祉铣缨往洙裱贼愎讦吴诉曰柙呈陇痃惭矗岍铕鲠硼弟锺煲侧荷郸菩铺健樟鲔瞰鲸亩厕莸挤槿裙赴咚蹬挲泮篼膨缪迳,5600,系列雷达,茯戟赁毅宦憝白栽遥斥缣垃疱菁掊疯中烀嗟枥回猴妫樯竖饩蟊盒吵郜瞢瓣荡氪期却,PRO,系列雷达,抛物面天线,喇叭形天线,导波管天线,(,专用于浮顶罐液位,),湾么钵互缓额俾失痂竟佶狈遐腙咚溢膏赵芡乏,REX,系列雷达,胭郐糙莪须赫狸踢擂橘遥楼蠓捋胼蚓沥讣姥式戥醋领耱锬锅餐簋衮褥嗌剜崔烤柝树刎鲟保裳旖粝评螬醍犟醮锼笸羸梢帽垛拴叽岿嗣汲犍悲爵谵绑,
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