第三章第四節(jié)物位

1、第三章 檢測儀表與傳感器第一節(jié)第一節(jié) 概述概述第二節(jié)第二節(jié) 壓力檢測及儀表壓力檢測及儀表第三節(jié)第三節(jié) 流量檢測及儀表流量檢測及儀表第四節(jié)第四節(jié) 物位檢測及儀表物位檢測及儀表第五節(jié)第五節(jié) 溫度檢測及儀表溫度檢測及儀表第七節(jié)第七節(jié) 顯示儀表顯示儀表2022-2-23第四節(jié)第四節(jié) 物位檢測及儀表物位檢測及儀表 一、概述一、概述 二、差壓式液位變送器二、差壓式液位變送器 三、電容式物位傳感器三、電容式物位傳感器 四、核輻射物位計四、核輻射物位計 七、稱重式液罐計量儀七、稱重式液罐計量儀物位測量：物位測量：液位液位容器中液體介質(zhì)的高低。容器中液體介質(zhì)的高低。一、概一、概 述述 界面界面兩種不同密度液體間

2、的接觸面。兩種不同密度液體間的接觸面。料位料位容器中固體或顆粒狀物質(zhì)的堆積高度。容器中固體或顆粒狀物質(zhì)的堆積高度。按基本工作原理，主要有下列幾種類型：按基本工作原理，主要有下列幾種類型：1.1.直讀式物位儀表直讀式物位儀表利用連通器原理工作。利用連通器原理工作。3.3.浮力式物位儀表浮力式物位儀表利用液體中浮子的浮力隨液位高度變化的原理工作。利用液體中浮子的浮力隨液位高度變化的原理工作。2.2.差壓式物位儀表差壓式物位儀表 利用液柱或物料堆積對某定點產(chǎn)生壓力的原理利用液柱或物料堆積對某定點產(chǎn)生壓力的原理而工作。而工作。 4.4.電電磁磁式物位儀表式物位儀表 物位的變化轉(zhuǎn)換某些電量的變化，通過測

3、量這些電物位的變化轉(zhuǎn)換某些電量的變化，通過測量這些電量的變化間接的測知物位。量的變化間接的測知物位。 直讀式直讀式浮力式浮力式5.5.核輻射式物位儀表核輻射式物位儀表 利用核輻射透過物料時，物質(zhì)對放射性同位素射利用核輻射透過物料時，物質(zhì)對放射性同位素射線吸收作用為基礎(chǔ)來進行物位測量。應(yīng)用較多的是線吸收作用為基礎(chǔ)來進行物位測量。應(yīng)用較多的是射線射線。6.6.聲波式物位儀表聲波式物位儀表 利用超聲波在氣體利用超聲波在氣體、液體或固體中的衰減液體或固體中的衰減程程度度進行物位測量。進行物位測量。 利用物體對光波的遮斷和反射原理。利用物體對光波的遮斷和反射原理。7.7.光學(xué)式物位儀表光學(xué)式物位儀表第四

4、節(jié)第四節(jié) 物位檢測及儀表物位檢測及儀表 一、概述一、概述 二、差壓式液位變送器二、差壓式液位變送器 三、電容式物位傳感器三、電容式物位傳感器 四、核輻射物位計四、核輻射物位計 七、稱重式液罐計量儀七、稱重式液罐計量儀二、差壓式液位變送器二、差壓式液位變送器 液柱產(chǎn)生的靜壓液柱產(chǎn)生的靜壓P=gH，與，與介質(zhì)密度和液柱高度成正比。介質(zhì)密度和液柱高度成正比。1 1、工作原理、工作原理 圖圖3-37 3-37 差壓液位變送器原理圖差壓液位變送器原理圖 將差壓變送器的一端接液相，另將差壓變送器的一端接液相，另一端接氣相。設(shè)容器上部空間為干一端接氣相。設(shè)容器上部空間為干燥氣體，其壓力為燥氣體，其壓力為p，

5、則：，則： gHpp 1pp 2gHppp 21由此可得由此可得 式中：式中：H 液位高度液位高度; 介質(zhì)密度介質(zhì)密度; g 重力加速度重力加速度密閉容器：密閉容器：密閉容器：密閉容器：差壓變送器負(fù)壓室連接容器的氣相部分。差壓變送器負(fù)壓室連接容器的氣相部分。 式中：式中：H 液位高度液位高度 介質(zhì)密度介質(zhì)密度 g 重力加速度重力加速度gHp 開口容器：開口容器：開口容器：開口容器：可用差壓變送器負(fù)壓室通大氣?？捎貌顗鹤兯推髫?fù)壓室通大氣。圖圖3-38 3-38 壓力表式液位計壓力表式液位計差壓與信號的關(guān)系：差壓與信號的關(guān)系：當(dāng)當(dāng)H=Hmin時，時， I0=4mA420P I(mA)P 當(dāng)當(dāng)H=H

6、max時，時， I0=20mAH2.2.零點遷移問題零點遷移問題 差壓變送器測液位，一般情況下：差壓變送器測液位，一般情況下： 但實用中，大多數(shù)情況下，但實用中，大多數(shù)情況下，存在存在零點遷移零點遷移問題。問題。 此為理想情況，稱為此為理想情況，稱為無遷移無遷移。即：當(dāng)即：當(dāng)H=0時時 ，P =0 gHp H(3-46)1 1）負(fù)遷移）負(fù)遷移 負(fù)壓側(cè)安裝有隔離罐或冷凝罐。負(fù)壓側(cè)安裝有隔離罐或冷凝罐。（1 1）差壓變送器的量程）差壓變送器的量程gHL 01211pgHghp 0222pghp （2 2）這時正、負(fù)壓室的壓力分別為：）這時正、負(fù)壓室的壓力分別為： (3-47)正、負(fù)壓室間的壓差為：

7、正、負(fù)壓室間的壓差為： (3-49)(3-48)ghhgHghghgHppp21212221121)( gHp 圖圖3-393-39 H = Hmax, p=Hmax1g -(h2-h1)2gpmax，Io20mAH = 0時時, p= -(h2-h1)2g 0, Io 4mA（3）遷移量：）遷移量：ghhD212)( （4）判斷遷移方向：）判斷遷移方向： 當(dāng)當(dāng)H=0，p 20mA。H = 0 時，時，p=hg 0， I 4mA；（3）遷移量：）遷移量：ghD （4）判斷遷移方向：）判斷遷移方向： 當(dāng)當(dāng)H=0時，時，p0時，為正遷移。時，為正遷移。（5）遷移后測量范圍：）遷移后測量范圍：ghg

8、Hgh 設(shè)設(shè): :變送器量程變送器量程pmax = 5000Pa，hg = 2000PaH = Hmax時，時，pmax= 5000+2000=7000Pa, Io= 20mA。當(dāng)液位最低時壓差大于零當(dāng)液位最低時壓差大于零，則采用，則采用正遷移正遷移。H = 0時，時， p = 2000Pa 調(diào)零點遷移使調(diào)零點遷移使 Io= 4mA；I I0mAP20500040正遷移示意圖正遷移示意圖a70002000c2.分別計算正負(fù)壓室兩側(cè)靜壓分別計算正負(fù)壓室兩側(cè)靜壓p+ 、p- ,令被測液位令被測液位 H =Hmin時時: 求求pmin =p+ - p- 3.遷移量遷移量:pmin = 遷移量遷移量D

9、，其代數(shù)和為正，則，其代數(shù)和為正，則正遷移正遷移； 為零，則為零，則無遷移無遷移； 為負(fù)，則為負(fù)，則負(fù)遷移負(fù)遷移。4.遷移后的測量范圍：遷移后的測量范圍：DL+D 小結(jié)：小結(jié)： L = Hmaxg1.量程：液位量程：液位HminHmax實際高度所產(chǎn)生的靜壓。實際高度所產(chǎn)生的靜壓。零點遷移的目的：零點遷移的目的： mAIpHHo4maxmin 遷移的實質(zhì)：遷移的實質(zhì)：改變差壓變送器零點起始值，實現(xiàn)輸改變差壓變送器零點起始值，實現(xiàn)輸 出與液位正常對應(yīng)關(guān)系。出與液位正常對應(yīng)關(guān)系。 即即H =Hmin, I= 4mA; H=Hmax , I= 20mA。 零點遷移僅僅改變變送零點遷移僅僅改變變送器測量

10、范圍上、下限，而器測量范圍上、下限，而量程不變。量程不變。I0mAP70002000205000403000-2000圖圖3-40 正負(fù)遷移示意圖正負(fù)遷移示意圖圖圖3-42 主要用于腐蝕性或含懸浮顆粒、粘度大、易凝等主要用于腐蝕性或含懸浮顆粒、粘度大、易凝等介質(zhì)測量。介質(zhì)測量。 3.3.用法蘭式差壓變送器測量液位用法蘭式差壓變送器測量液位有有單法蘭、雙法蘭單法蘭、雙法蘭。 雙法蘭差壓變送器的雙法蘭差壓變送器的遷移量僅與取壓位置和遷移量僅與取壓位置和介質(zhì)密度有關(guān)；與最低介質(zhì)密度有關(guān)；與最低液位高度有關(guān)；而與變液位高度有關(guān)；而與變送器安裝位置無關(guān)。送器安裝位置無關(guān)。法蘭式差壓變送器法蘭式差壓變送器

11、單法蘭式差壓變送器單法蘭式差壓變送器雙法蘭式差壓變送器雙法蘭式差壓變送器2022-2-23第四節(jié)第四節(jié) 物位檢測及儀表物位檢測及儀表 一、概述一、概述 二、差壓式液位變送器二、差壓式液位變送器 三、電容式物位傳感器三、電容式物位傳感器 四、核輻射物位計四、核輻射物位計 七、稱重式液罐計量儀七、稱重式液罐計量儀三、電容式物位傳感器三、電容式物位傳感器1.1.測量原理測量原理 由電容傳感器和測量電路組成。由電容傳感器和測量電路組成。 被測物位通過電容傳感器被測物位通過電容傳感器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電容量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電容量，利用測量電路測得電容的變化量，即可間接得到被利用測量電路測得電容的變化量，即可間接得

12、到被測物位的變化。測物位的變化。dDLCln2 圓筒型電容器：圓筒型電容器：L 內(nèi)、外電極板相互覆蓋長度。內(nèi)、外電極板相互覆蓋長度。 D 外電極內(nèi)徑；外電極內(nèi)徑；r 內(nèi)電極外徑；內(nèi)電極外徑；內(nèi)、外電極間介質(zhì)的介電系數(shù)；內(nèi)、外電極間介質(zhì)的介電系數(shù)；一般一般D、d固定，改變固定，改變、L測量物位。測量物位。(3-50)圖圖3-43 電容器的組成電容器的組成1-內(nèi)電極內(nèi)電極;2-外電極外電極2.2.液位的檢測液位的檢測 H=0時，時， dDLCln200 dDHLdDHCln)(2ln20 H=H時，時，0 0 空氣介電系數(shù)；空氣介電系數(shù)；被測介質(zhì)的介電系數(shù)被測介質(zhì)的介電系數(shù)HKHdDCCCix l

13、n)(200 Dd4圖圖344 非導(dǎo)電介質(zhì)的液位測量非導(dǎo)電介質(zhì)的液位測量1-內(nèi)電極內(nèi)電極;2-外電極外電極;3-絕緣套絕緣套;4-小孔小孔電容量的變化為：電容量的變化為： (3-53)(3-51)(3-52)(0)值越大，儀表越靈敏。值越大，儀表越靈敏。D與與d越接近，即兩極間距離越小，儀表靈敏度越高。越接近，即兩極間距離越小，儀表靈敏度越高。 dD3.3. 料位的檢測料位的檢測（1 1）非導(dǎo)電固體料位）非導(dǎo)電固體料位 內(nèi)電極內(nèi)電極不銹鋼金屬棒；不銹鋼金屬棒； 外電極外電極金屬容器壁。金屬容器壁。HdDCxln)(20 固體介質(zhì)介電系數(shù)；固體介質(zhì)介電系數(shù)； D容器內(nèi)徑；容器內(nèi)徑；d-電極的外徑

14、。電極的外徑。圖圖3-45(3-54) （2 2）導(dǎo)電固體料位）導(dǎo)電固體料位 內(nèi)電極加絕緣套管，內(nèi)電極加絕緣套管，原理同導(dǎo)電液位原理同導(dǎo)電液位。 同理：同理：可測導(dǎo)電和非導(dǎo)電及兩介電常數(shù)不同的非可測導(dǎo)電和非導(dǎo)電及兩介電常數(shù)不同的非導(dǎo)電液體界導(dǎo)電液體界位位。 物位升高后再回落時物位升高后再回落時, ,電極可能會有掛料電極可能會有掛料, ,導(dǎo)致導(dǎo)致 電容值加大電容值加大, ,導(dǎo)電液體情況會更嚴(yán)重導(dǎo)電液體情況會更嚴(yán)重, ,產(chǎn)生很大產(chǎn)生很大 誤差。誤差。不適用于粘滯性介質(zhì)。不適用于粘滯性介質(zhì)。b.b.電極與電路之間的連接電纜相當(dāng)一較大電容電極與電路之間的連接電纜相當(dāng)一較大電容, ,且且 隨溫度變化隨溫

15、度變化, ,尤其在物料介電常數(shù)較小、信號較尤其在物料介電常數(shù)較小、信號較 弱的場合弱的場合, ,誤差將很大。誤差將很大。電容式物位傳感器測量物位時存在的問題：電容式物位傳感器測量物位時存在的問題： 2022-2-23第四節(jié)第四節(jié) 物位測量及變送物位測量及變送 一、概述一、概述 二、差壓式液位變送器二、差壓式液位變送器 三、電容式物位傳感器三、電容式物位傳感器 四、核輻射物位計四、核輻射物位計 七、稱重式液罐計量儀七、稱重式液罐計量儀四、核輻射物位計四、核輻射物位計射線的透射強度隨著通過介質(zhì)層厚度的增加而減弱。射線的透射強度隨著通過介質(zhì)層厚度的增加而減弱。 入射強度為入射強度為I0的放射源，隨的

16、放射源，隨介質(zhì)厚度增加其介質(zhì)厚度增加其強度層指數(shù)規(guī)律衰減強度層指數(shù)規(guī)律衰減，其關(guān)系為：，其關(guān)系為： HeII 0。穿穿過過介介質(zhì)質(zhì)后后的的射射線線強強度度介介質(zhì)質(zhì)層層的的厚厚度度；數(shù)數(shù)；介介質(zhì)質(zhì)對對放放射射線線的的吸吸收收系系 IH 圖圖3-46 核輻射物位計核輻射物位計示意圖示意圖 1-輻射源輻射源;2-接受器接受器該方法的特點：該方法的特點：(1) 可以完全不接觸被測物質(zhì)，適用于高溫、可以完全不接觸被測物質(zhì)，適用于高溫、高壓容器、強腐蝕、劇毒、有爆炸性、黏高壓容器、強腐蝕、劇毒、有爆炸性、黏滯性、易結(jié)晶或沸騰狀態(tài)的介質(zhì)的物位測量；滯性、易結(jié)晶或沸騰狀態(tài)的介質(zhì)的物位測量；(2) 可以測量高溫

17、融熔金屬的液位?？梢詼y量高溫融熔金屬的液位。 可在高溫、煙霧、塵?？稍诟邷?、煙霧、塵埃、強光及強電磁場等環(huán)境下工作、強光及強電磁場等環(huán)境下工作.(3) 由于放射線對人體有害，它的劑量要嚴(yán)格控制，使用范由于放射線對人體有害，它的劑量要嚴(yán)格控制，使用范圍受到一些限制圍受到一些限制2022-2-23第四節(jié)第四節(jié) 物位測量及變送物位測量及變送 一、概述一、概述 二、差壓式液位變送器二、差壓式液位變送器 三、電容式物位傳感器三、電容式物位傳感器 四、核輻射物位計四、核輻射物位計 七、稱重式液罐計量儀七、稱重式液罐計量儀七、稱重式液罐計量儀七、稱重式液罐計量儀原理：力矩平衡原理：力矩平衡 21112)(MgLLApp gHpp 12HKHMLAL 112杠桿平衡時，有：杠桿平衡時，有：M：砝碼質(zhì)量；：砝碼質(zhì)量；g：重力加速度；：重力加速度；L1，L2：杠桿臂長；：杠桿臂長；A1：紋波管有效面積。：紋波管有效面積。代入式代入式(3-64)，就有：，就有：圖圖3-51(3-57)由于：由于：(3-58)：被測介質(zhì)密