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,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,化工仪表及自动化,第四章 物位检测,2024/10/3,1,内容提要,物位检测的意义及主要类型,压差式液位计,工作原理,零点迁移问题,用法兰式差压变送器测量液位,其他物位计,电容式物位计,核辐射物位计,雷达式液位计,称重式液罐计量仪,1,2024/10/3,2,第一节 物位检测的意义及主要类型,2,几个概念,液位 料位,液位计 料位计 界面计,测量物位的两个目的,按其工作原理分为,直读式物位仪表 差压式物位仪表,浮力式物位仪表 电磁式物位仪表,核辐射式物位仪表 声波式物位仪表,光学式物位仪表,2024/10/3,3,第二节 差压式液位计,将差压变送器的一端接液相，另一端接气相,因此,3,一、工作原理,图,4-1,差压式液位计原理图,2024/10/3,4,第二节 差压式液位计,当用差压式液位计来测量液位时,若被测容器是敞口的,气相压力为大气压,则差压计的负压室通大气就可以了,这时也可以用压力计来直接测量液位的高低。若容器是受压的,则需将差压计的负压室与容器的气相相连接。以平衡气相压力,p,A,的静压作用。,结论,4,2024/10/3,5,第二节 差压式液位计,5,二、零点迁移问题,在使用差压变送器测量液位时，一般来说,实际应用中，正、负室压力,p,1,、,p,2,分别为,则,图,4-2,负迁移示意图,2024/10/3,6,第二节 差压式液位计,迁移弹簧的作用,改变变送器的零点。,迁移和调零,都是使变送器输出的起始值与被测量起始点相对应，只不过零点调整量通常较小，而零点迁移量则比较大。,迁移,同时改变了测量范围的上、下限，相当于测量范围的平移，它不改变量程的大小。,6,2024/10/3,7,第二节 差压式液位计,图,4-3,正负迁移示意图,图,4-4,正迁移示意图,举例,某差压变送器的测量范围为,0,5000Pa,，当压差由,0,变化到,5000Pa,时，变送器的输出将由,4mA,变化到,20mA,，这是无迁移的情况，如左图中曲线,a,所示。负迁移如曲线,b,所示，正迁移如曲线,c,所示。,7,一般型号后面加“,A”,的为正迁移；加“,B”,的为负迁移。,2024/10/3,8,第二节 差压式液位计,三、用法兰式差压变送器测量液位,单法兰式,双法兰式,法兰式差压变送器按其结构形式,8,为了解决测量具有腐蚀性或含有结晶颗粒以及黏度大、易凝固等液体液位时引压管线被腐蚀、被堵塞的问题，应使用法兰式差压变送器，如下图所示。,图,4-5,法兰式差压变送器测量液位示意图,1,法兰式测量头；,2,毛细管；,3,变送器,2024/10/3,9,第二节 差压式液位计,图,4-6,单法兰插入式差压变送器,1,挡板；,2,喷嘴；,3,弹簧；,4,反馈波纹管；,5,主杠杆；,6,密封片；,7,壳体；,8,连杆；,9,插入筒；,10,膜盒,图,4-7,双法兰式差压变送器,1,挡板；,2,喷嘴；,3,杠杆；,4,反馈波纹管；,5,密封片；,6,插入式法兰；,7,负压室；,8,测量波纹管；,9,正压室；,10,硅油；,11,毛细管；,12,密封环；,13,膜片；,14,平法兰,9,2024/10/3,10,第三节 其他物位计,一、电容式物位计,1.,测量原理,图,4-8,电容器的组成,1,内电极；,2,外电极,两圆筒间的电容量,C,当,D,和,d,一定时，电容量,C,的大小与极板的长度,L,和介质的介电常数,的乘积成比例。,10,通过测量电容量的变化可以用来检测液位、料位和两种不同液体的分界面。,2024/10/3,11,第三节 其他物位计,2.,液位的检测,4-9,非导电介质的液位测量,1,内电极；,2,外电极；,3,绝缘套；,4,流通小孔,当液位为零时，仪表调整零点，其零点的电容为,对非导电介质液位测量的电容式液位传感器原理如下图所示。,当液位上升为,H,时，电容量变为,电容量的变化为,11,2024/10/3,12,第三节 其他物位计,电容量的变化与液位高度,H,成正比。该法是利用被测介质的介电系数,与空气介电系数,0,不等的原理进行工作，（,-,0,）值越大，仪表越灵敏。电容器两极间的距离越小，仪表越灵敏。,结论,12,2024/10/3,13,第三节 其他物位计,3.,料位的检测,用电容法可以测量固体块状颗粒体及粉料的料位。由于固体间磨损较大，容易“滞留”，可用电极棒及容器壁组成电容器的两极来测量非导电固体料位。,左图所示为用金属电极棒插入容器来测量料位的示意图。,电容量变化与料位升降的关系为,13,1,金属电极棒；,2,容器壁,图,4-10,料位检测,2024/10/3,14,第三节 其他物位计,优点,电容物位计的传感部分结构简单、使用方便。,缺点,需借助较复杂的电子线路。,应注意介质浓度、温度变化时，其介电系数也要发生变化这种情况。,14,2024/10/3,15,第三节 其他物位计,二、核辐射物位计,射线的透射强度随着,通过介质层厚度的增加而减弱,，具体关系见式（,4-9,）。,（,4-9,）,图,4-10,核辐射物位计示意图,1,辐射源；,2,接受器,特点,适用于高温、高压容器、强腐蚀、剧毒、有爆炸性、黏滞性、易结晶或沸腾状态的介质的物位测量，还可以测量高温融熔金属的液位。,可在高温、烟雾等环境下工作。,但由于放射线对人体有害，使用范围受到一些限制。,15,2024/10/3,16,第三节 其他物位计,三、雷达式液位计,雷达式液位计是一种采用微波技术的液位检测仪表。,可以用来连续测量腐蚀性液体、高黏度液体和有毒液体的液位。,它没有可动部件、不接触介质、没有测量盲区,而且测量精度几乎不受被测介质的温度、压力、相对介电常数的影响,在易燃易爆等恶劣工况下仍能应用。,优点,16,2024/10/3,17,第三节 其他物位计,图,4-12,雷达式液位计示意图,雷达波由天线发出到接收到由液面来的反射波的时间,t,由下式确定,由于,故,雷达探测器对时间的测量有微波脉冲法及连续波调频法两种方式。,17,2024/10/3,18,么么么么方面,Sds,绝对是假的,第三节 其他物位计,图,4-13,微波脉冲法原理示意图,要使用导波管？,18,2024/10/3,20,第三节 其他物位计,四、称重式液罐计量仪,既能将,液位测得很准,，又能反映出罐中,真实的质量储量,。,称重仪根据,天平原理,设计。,由于,杠杆平衡时,（,3-64,）,代入（,3-64,）,（,3-65,）,如果液罐是均匀截面,（,3-66,）,（,3-67,）,19,2024/10/3,21,第三节 其他物位计,图,4-14,称重式液罐计量仪,1,下波纹管；,2,上波纹管；,3,液相引压管；,4,气相引压管；,5,砝码；,6,丝杠；,7,可逆电机；,8,编码盘；,9,发讯器,式中,如果液罐的横截面积,A,为常数，得,将式（,3-67,）代入式（,3-65,），得,（,3-68,）,20,2024/10/3,22,例题分析,举例,1.,某贮罐内的压力变化范围为,12,15MPa,，要求远传显示，试选择一台,DDZ-,型压力变送器,(,包括准确度等级和量程,),。如果压力由,12MPa,变化到,15MPa,，问这时压力变送器的输出变化了多少,?,如果附加迁移机构,问是否可以提高仪表的准确度和灵敏度,?,试举例说明之。,解：,如果已知某厂生产的,DDZ-,型压力变送器的规格有：,0,10,，,16,，,25,，,60,，,100,（,MPa,）,精度等级均为,0.5,级。,输出信号范围为,0,10mA,。,21,2024/10/3,23,例题分析,由已知条件，最高压力为,15,MPa,，若贮罐内的压力是比较平稳的，取压力变送器的测量上限为,若选择测量范围为,0,25,MPa,、准确度等级为,0.5,级,这时允许的最大绝对误差为,由于变送器的测量范围为,0,25,MPa,，输出信号范围为,0,10,mA,故压力为,12,MPa,时,输出电流信号为,22,2024/10/3,24,例题分析,压力为,15,MPa,时，输出电流信号为,这就是说,当贮罐内的压力由,12MPa,变化到,15MPa,时,变送器的输出电流只变化了,1.2mA,。,在用差压变送器来测量液位时，由于在液位,H=0,时,差压变送器的输入差压信号,p,并不一定等于,0,，故要考虑零点的迁移。实际上迁移问题不仅在液位测量中遇到，在其他参数的测量中也可能遇到。加上迁移机构，可以改变测量的起始点，提高仪表的灵敏度,(,只不过这时仪表量程也要作相应改变,),。,23,2024/10/3,25,例题分析,由本例题可知，如果确定正迁移量为,7,MPa,，则变送器的量程规格可选为,16,MPa,。那么此时变送器的实际测量范围为,7,23,MPa,，即输入压力为,7,MPa,时，输出电流为,0,mA,；输入压力为,23,MPa,时，输出电流为,10,mA,。这时如果输入压力为,12,MPa,，则输出电流为,输入压力为,15,MPa,时,输出电流为,24,2024/10/3,26,例题分析,由此可知，当输入压力由,12MPa,变化到,15MPa,时，输出电流变化了,1.875mA,，比不带迁移机构的变送器灵敏度提高了。,变送器的准确度等级仍为,0.5,级，此时仪表的最大允许绝对误差为,(23-7)0.5% = 0.08MPa,，所以，由于加了迁移机构，使仪表的测量误差减少了。,25,2024/10/3,27,例题分析,图,4-15,法兰式差压变送器测液位,26,2.,用一台双法兰式差压变送器测量某容器的液位,如图,4-15,所示。已知被测液位的变化范围为,0,3m,被测介质密度,=900kg/m,3,毛细管内工作介质密度,0,=950kg/m,3,。变送器的安装尺寸为,h,1,=1m, h,2,=4m,。求变送器的测量范围,并判断零点迁移方向,计算迁移量,当法兰式差压变送器的安装位置升高或降低时,问对测量有何影响,?,2024/10/3,28,例题分析,解：,当不考虑迁移量时,变送器的测量范围应根据液位的最大变化范围来计算。,液位为,3,m,时,其压差为,这里值得一提的是压力单位,Pa,用,SI,基本单位时就相当于,m,-1,kg,s,-2,，即,27,2024/10/3,29,例题分析,所以液柱压力用,Hg,计算时,只要,H,用,m,用,kg/m,3,，,g,用,m/s,2,为单位时,相乘结果的单位就是,Pa,。上述计算结果,p,max,为,26.487kPa,经过圆整后,测量范围可选,0,30kPa,。,根据图示,当液位高度为,H,时,差压变送器正压室所受的压力,p,1,为,负压室所受的压力,p,2,为,28,2024/10/3,30,例题分析,因此，差压变送器所受的压差为,由上式可知,该差压变送器应进行负迁移,其迁移量为,h,2,0,g,。,当差压变送器安装的高度改变时,只要两个取压法兰间的尺寸,h,2,不变,其迁移量是不变的。,29,2024/10/3,31,例题分析,3.,用单法兰电动差压变送器来测量敞口罐中硫酸的密度,利用溢流来保持罐内液位,H,恒为,1m,。如图,4-16,所示。已知差压变送器的输出信号为,0,10mA,硫酸的最小和最大密度分别为,min,= 1.32(g/cm,3,),max,= 1.82(g/cm,3,),图,4-16,流体密度测量示意图,min,=1.32(g/cm,3,),max,= 1.82(g/cm,3,),要求,:,(1),计算差压变送器的测量范围；,(2),如加迁移装置,请计算迁移量；,(3),如不加迁移装置,可在负压侧加装水恒压器,(,如图中虚线所示,),，以抵消正压室附加压力的影响,请计算出水恒压器所需高度,h,。,30,2024/10/3,32,例题分析,解：,（,1,）若不考虑零点迁移,那么就要以,max,来计算差压变送器的测量范围。当,=,max,= 1.82g/cm,3,时,差压变送器所承受的差压为,将,H,=1m,max,=1820kg/m,3,，,g,=9.81m/s,2,代入上式,得,如果选择差压变送器的测量范围为,0,2,10,4,Pa,则当,=,max,= 1.82g/cm,3,时,对应的变送器输出为,31,2024/10/3,33,例题分析,当,=,min,=1.32g/cm,3,时,其差压为,这时差压变送器的输出为,由上可知，当硫酸密度由最小值变化到最大值时，输出电流由,6.475mA,变化到,8.925mA,，仅变化了,2.45mA,，灵敏度是很低的。,32,2024/10/3,34,例题分析,（,2,）为了提高灵敏度，可以考虑进行零点迁移，提高测量的起始点。考虑到,=,max,时，这时所对应的压差仍为,1.78510,4,Pa,，所以在提高测量起始点的同时，测量上限却可以不改变，这样一来，实际量程压缩了。,当,=,min,=1.32g/cm,3,时,p,min,=,1.29510,4,Pa,。因此可以选择迁移量为,110,4,Pa,测量范围为,110,4,210,4,Pa,的差压变送器。这时,若,=,min,时,变送器的输出为,33,2024/10/3,35,例题分析,当,=,max,时,变送器的输出为,这时,由,min,变到,max,时,输出电流由,2.95mA,变为,7.85mA,变化了,4.9mA,大大提高了仪表的灵敏度。,34,2024/10/3,36,例题分析,（,3,）如果不加迁移装置，而在负压侧加装水恒压器，而迁移量仍为,1,10,4,Pa,，根据,以水的密度,=1000,kg/m,3,代入,得,35,2024/10/3,37,END,2024/10/3,38,
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