物位检测资料课件

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,第五章 物位检测,第一节 浮力式液位计,第二节 差压式液位计,第三节 电容式物位计,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,容器中的液体介质的高低,料位,容器中固体或颗粒状物质的堆积高度,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。,物位的基本概念,利用漂浮于液面上的浮标或浸没于液体中的浮筒对液位进行测量的。,当液位变化时，前者产生相应的位移，而所受到的浮力维持不变，后者则发生浮力的变化。因此，只要检测出浮标的位移或浮筒所受到的浮力的变化，就可以知道液位的高低。,恒浮力法液位测量示意图,测量原理,第一节 浮力式液位计,一、恒浮力式,二、变浮力式,典型仪：扭力管浮筒液位计。,杠杆2的左端垂直悬挂浮筒1；,扭力管3及芯轴4垂直紧固于2右端；另一端为自由端，输出角位移；,当液位低于浮筒下端时，浮筒全重作用于杠杆：,F0,W,W,浮筒的重力。,此时扭力矩最大，扭力管产生最大的扭角(约为4)；,当浮筒整个浸没，扭力矩最小，扭力管产生最小扭角(约为2)。,液位的测量及转换：,第二节 差压式液位计,一、通过液柱静压的方法对液位进行测量,敞口容器,：多用直接测量容器底部压力的方法。如图所示，测压仪表通过导压管与容器底部相连，由测压仪表的压力指示值，便可推知液位的高度。,其关系为,式中 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,容器下部的压力与液位高度及液面上部介质压力有关；,差压值还受液体密度和仪表安装位置影响。,零点迁移问题,压力、差压检测,要求：取压口(零液位)与压力/差压仪表的入口在同一水平面,，,否则有附加静压差,；,实际安装时不能保证满足该要求。,如测地下储槽，仪表安在,地面,；,法兰式差压变送器，导压管中充满硅油，安装在任何高度，均有附加静压。,无迁移,差压变送器正、负压室分别与容器下部和上部的取压点相连通，正压室与零液位等高；压力分别为P+和P-，则：,H,0，P 0，无需迁移。,当H=0时，正负压室的差压P=0，变送,器输出信号为,4mA,当H=Hmax时，差压Pmax=gHmax，,变送器的输出信号为,20 mA,，,负迁移,上方气体可凝；,或介质有腐蚀性，为防腐，差变正、负室与取压点间装有隔离罐，并充满隔离液。,其密度为 ，正、负压室所受压力为：,当,H,0,，,B,0,，,有一固定值（输出,I,4mA,）；,要,H,0,，输出,I,4mA,，需消去,B,的作用,零点迁移。迁移的量为,B,，故为负迁移。,正迁移,实际安装时，常不能保证变送器和零液位在同一水平面。,H,0,，,C,，,有一固定值，使输出,I,4mA,；,要,H,0,，,I,4mA,，,需消去,C,的作用。迁移量,C,0,，,故需正迁移。方法与负迁移相似。,零点迁移,仅改变了变送器测量范围的上、下限，而量程大小不会改变。,用迁移弹簧,改变变送器的零点。,某差压变送器的测量范围为05000,Pa,，当压差由0变化到5000,Pa,时，变送器的输出将由4,mA,变化到20,mA,，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。,一般型号后面加“A”的为正迁移；加“B”的为负迁移。,正负迁移示意图,例1 用差变测液位。1200kgm,3,，950kgm,3,，h,1,1.0m，h,2,5.0m，液位变化范围：03.Om。重力加速度g9.8ms,2,，求变送器的量程和迁移量。,解：液位在03.Om变化时，差压的变化量：,可选差变的量程：040kPa。,H,0，有：,需负迁移，迁移量为-34.24kPa。,迁移后测量范围：34245.76kPa。,若选用DDZ型仪表，则当,I,4mA时，,H,0；当,I,20mA时，,H,403.035.283.4m，即实际可测液位：03.4m。,若要求H3.0m时，输出20mA，则还需量程迁移，使当 1.04kPa时，输出I=20mA。,二、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,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。,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,例题2、如图示，用差压变送器测密闭容器的液位。已知,h,1,=50cm，h,2,=200cm，h,3,=140cm,，被测介质的密度,1,=0.85g/cm,3,，负压管内的隔离液为水，求变送器的调校范围和迁移量。,解：仪表的量程P：,当液位最低时，变送器正、负压室的受力：,迁移量：,因,P,0，故为负迁移。,仪表的调校范围为：,-26577-9905.1Pa（-26577+16671.9）,P,0,例题3、用双法兰式差压变送器测量某容器的液位，如图示。已知被测液位的变化范围为,03m,，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升高或降低时，问对测量有何影响？,解：变送器的测量范围应根据液位的最大变化范围来计算，即液位为3米时，其压差为：,测量范围可选 0 30 kPa（实际可测03.4m),由图知：P=P,+,-P,-,=H,g-h,2,0,g,当H=0时，P,min,=-h,2,0,g,变送器需负迁移，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不变，迁移量不变，对测量无影响。,P,max,=Hg=39009.81,=26487(Pa)=26.487(kPa),特殊液位测量:,第三节,电容式物位计,1.测量原理,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。,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。,2.液位的检测,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,导电液的液位测量,液位，两电极覆盖面积 传感器的电容量；反之电容量；,测量传感器的电容量大小可知液位。,当液位为零时,聚四氟乙烯套管和容器内气体的等效介电常数Fm；,L,液位测量范围(可变电容器两电极的最大覆盖长度)m；,容器内径m；,d,不锈钢棒直径m。,当液位为,H,时，电容量 CH：,聚四氟乙烯的介电常数Fm；,D,聚四氟乙烯套管外径m。,D,0,D,，且,，忽略第二项。,当电极确定时，,、,D,和,d,定值，则：,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,只要,、,D,和,d,的数值稳定,（不受压力、温度等因素的影响），即,K,为常数，,电容变化与液位变化成线性,。,绝缘材料的介电常数,较大，绝缘层厚度较薄，即,Dd,较小时，灵敏度较高,。,适于黏度小液体；黏度大，液位下降，介质黏附在电极套管黏附层起外电极作用虚假电容虚假液位。,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,1金属电极棒；2容器壁,料位检测,例题分析,举例,1.某贮罐内的压力变化范围为,1215MPa,，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：,010，16，25，60，100（,MPa）,精度等级均为0.5级。,输出信号范围为010,mA,。,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025,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025,MPa,，输出信号范围为010,mA,故压力为12,MPa,时,输出电流信号为,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12,MPa,变化到15,MPa,时,变送器的输出电流只变化了1.2,mA,。,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)。,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723,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,例题分析,由此可知，当输入压力由12,MPa,变化到15,MPa,时，输出电流变化了1.875,mA,，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%=0.08,MPa,，所以，由于加了迁移机构，使仪表的测量误差减少了。,例题分析,法兰式差压变送器测液位,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?,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,kgs,-2,，即,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26.487,kPa,经过圆整后,测量范围可选030,kPa,。,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,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。,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1,m,。如图4-16所示。已知差压变送器的输出信号为0,10,mA,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