化工儀表自動(dòng)化課件

1、 化工儀表自動(dòng)化化工儀表及自動(dòng)化第四章 物位檢測物位檢測的意義及主要類型壓差式液位計(jì)工作原理零點(diǎn)遷移問題用法蘭式差壓變送器測量液位其他物位計(jì)電容式物位計(jì)核輻射物位計(jì)雷達(dá)式液位計(jì)稱重式液罐計(jì)量儀1目錄：第一節(jié) 物位檢測的意義及主要類型2幾個(gè)概念液位 料位液位計(jì) 料位計(jì) 界面計(jì)測量物位的兩個(gè)目的按其工作原理分為直讀式物位儀表 差壓式物位儀表浮力式物位儀表 電磁式物位儀表核輻射式物位儀表 聲波式物位儀表光學(xué)式物位儀表物位檢測儀表第一節(jié) 物位檢測的意義及主要類型3分體式超聲波液位計(jì)LIT25 磁翻轉(zhuǎn)液位計(jì)差壓式液位計(jì)4法蘭式陶瓷液位變送器浮球液位變送器射頻導(dǎo)納料位儀56第二節(jié) 差壓式液位計(jì)將差壓變送器

2、的一端接液相，另一端接氣相因此7一、工作原理圖4-1 差壓式液位計(jì)原理圖第二節(jié) 差壓式液位計(jì) 當(dāng)用差壓式液位計(jì)來測量液位時(shí),若被測容器是敞口的,氣相壓力為大氣壓,則差壓計(jì)的負(fù)壓室通大氣就可以了,這時(shí)也可以用壓力計(jì)來直接測量液位的高低。若容器是受壓的,則需將差壓計(jì)的負(fù)壓室與容器的氣相相連接。以平衡氣相壓力 pA的靜壓作用。 結(jié)論8圖4-2 負(fù)遷移示意圖第二節(jié) 差壓式液位計(jì)9 二、零點(diǎn)遷移問題在使用差壓變送器測量液位時(shí)，一般來說實(shí)際應(yīng)用中，正、負(fù)室壓力p1、p2分別為則第二節(jié) 差壓式液位計(jì)遷移彈簧的作用 改變變送器的零點(diǎn)。遷移和調(diào)零 都是使變送器輸出的起始值與被測量起始點(diǎn)相對應(yīng)，只不過零點(diǎn)調(diào)整量通

3、常較小，而零點(diǎn)遷移量則比較大。 遷移 同時(shí)改變了測量范圍的上、下限，相當(dāng)于測量范圍的平移，它不改變量程的大小。10第二節(jié) 差壓式液位計(jì) 某差壓變送器的測量范圍為05000Pa，當(dāng)壓差由0變化到5000Pa時(shí)，變送器的輸出將由4mA變化到20mA，這是無遷移的情況，如左圖中曲線a所示。負(fù)遷移如曲線b所示，正遷移如曲線c所示。 11一般型號后面加“A”的為正遷移；加“B”的為負(fù)遷移。圖4-3 正負(fù)遷移示意圖圖4-4 正遷移示意圖舉例第二節(jié) 差壓式液位計(jì) 三、用法蘭式差壓變送器測量液位12圖4-5 法蘭式差壓變送器測量液位示意圖1法蘭式測量頭；2毛細(xì)管；3變送器第二節(jié) 差壓式液位計(jì) 三、用法蘭式差壓

4、變送器測量液位 單法蘭式 雙法蘭式 法蘭式差壓變送器按其結(jié)構(gòu)形式13 為了解決測量具有腐蝕性或含有結(jié)晶顆粒以及黏度大、易凝固等液體液位時(shí)引壓管線被腐蝕、被堵塞的問題，應(yīng)使用法蘭式差壓變送器，如下圖所示。 第二節(jié) 差壓式液位計(jì)圖4-6 單法蘭插入式差壓變送器1擋板；2噴嘴；3彈簧；4反饋波紋管；5主杠桿；6密封片；7殼體；8連桿；9插入筒；10膜盒圖4-7 雙法蘭式差壓變送器1擋板；2噴嘴； 3杠桿；4反饋波紋管；5密封片；6插入式法蘭；7負(fù)壓室；8測量波紋管；9正壓室；10硅油；11毛細(xì)管；12密封環(huán)；13膜片；14平法蘭14第三節(jié) 其他物位計(jì)一、電容式物位計(jì)1.測量原理圖4-8 電容器的組成

5、1內(nèi)電極；2外電極兩圓筒間的電容量C當(dāng) D 和 d 一定時(shí)，電容量 C 的大小與極板的長度 L 和介質(zhì)的介電常數(shù)的乘積成比例。 15 通過測量電容量的變化可以用來檢測液位、料位和兩種不同液體的分界面。 第三節(jié) 其他物位計(jì)2.液位的檢測4-9 非導(dǎo)電介質(zhì)的液位測量1內(nèi)電極；2外電極；3絕緣套；4流通小孔當(dāng)液位為零時(shí)，儀表調(diào)整零點(diǎn)，其零點(diǎn)的電容為 對非導(dǎo)電介質(zhì)液位測量的電容式液位傳感器原理如下圖所示。當(dāng)液位上升為H時(shí)，電容量變?yōu)殡娙萘康淖兓癁?6第三節(jié) 其他物位計(jì) 電容量的變化與液位高度H成正比。該法是利用被測介質(zhì)的介電系數(shù)與空氣介電系數(shù)0不等的原理進(jìn)行工作，（-0）值越大，儀表越靈敏。電容器兩極

6、間的距離越小，儀表越靈敏。 結(jié)論171金屬電極棒；2容器壁圖4-10 料位檢測第三節(jié) 其他物位計(jì)3.料位的檢測 用電容法可以測量固體塊狀顆粒體及粉料的料位。由于固體間磨損較大，容易“滯留”，可用電極棒及容器壁組成電容器的兩極來測量非導(dǎo)電固體料位。左圖所示為用金屬電極棒插入容器來測量料位的示意圖。 電容量變化與料位升降的關(guān)系為18第三節(jié) 其他物位計(jì)優(yōu)點(diǎn) 電容物位計(jì)的傳感部分結(jié)構(gòu)簡單、使用方便。 缺點(diǎn) 需借助較復(fù)雜的電子線路。 應(yīng)注意介質(zhì)濃度、溫度變化時(shí)，其介電系數(shù)也要發(fā)生變化這種情況。19射頻電容式液位變送器 20第三節(jié) 其他物位計(jì)二、核輻射物位計(jì) 射線的透射強(qiáng)度隨著通過介質(zhì)層厚度的增加而減弱，

7、具體關(guān)系見式（4-9）。（4-9）圖4-10 核輻射物位計(jì)示意圖1輻射源；2接受器特點(diǎn)適用于高溫、高壓容器、強(qiáng)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，還可以測量高溫融熔金屬的液位?？稍诟邷?、煙霧等環(huán)境下工作。但由于放射線對人體有害，使用范圍受到一些限制。21第三節(jié) 其他物位計(jì)三、雷達(dá)式液位計(jì) 雷達(dá)式液位計(jì)是一種采用微波技術(shù)的液位檢測儀表。 可以用來連續(xù)測量腐蝕性液體、高黏度液體和有毒液體的液位。 它沒有可動(dòng)部件、不接觸介質(zhì)、沒有測量盲區(qū),而且測量精度幾乎不受被測介質(zhì)的溫度、壓力、相對介電常數(shù)的影響,在易燃易爆等惡劣工況下仍能應(yīng)用。 優(yōu)點(diǎn)22雷達(dá)液位計(jì) 23第三節(jié) 其他物

8、位計(jì)圖4-12 雷達(dá)式液位計(jì)示意圖 雷達(dá)波由天線發(fā)出到接收到由液面來的反射波的時(shí)間t由下式確定 由于故 雷達(dá)探測器對時(shí)間的測量有微波脈沖法及連續(xù)波調(diào)頻法兩種方式。24第三節(jié) 其他物位計(jì)圖4-13 微波脈沖法原理示意圖要使用導(dǎo)波管？25第三節(jié) 其他物位計(jì)四、稱重式液罐計(jì)量儀既能將液位測得很準(zhǔn)，又能反映出罐中真實(shí)的質(zhì)量儲量。稱重儀根據(jù)天平原理設(shè)計(jì)。由于杠桿平衡時(shí)（3-64）代入（3-64）（3-65）如果液罐是均勻截面（3-66）（3-67）19第三節(jié) 其他物位計(jì)圖4-14 稱重式液罐計(jì)量儀1下波紋管；2上波紋管；3液相引壓管；4氣相引壓管；5砝碼；6絲杠；7可逆電機(jī)；8編碼盤；9發(fā)訊器式中如果液

9、罐的橫截面積A為常數(shù)，得將式（3-67）代入式（3-65），得（3-68）20纜式液位變送器 投入式液位變送器 浮球液位變送器 第三節(jié) 其他物位計(jì)28例題分析舉例1.某貯罐內(nèi)的壓力變化范圍為1215MPa，要求遠(yuǎn)傳顯示，試選擇一臺DDZ-型壓力變送器 (包括準(zhǔn)確度等級和量程)。如果壓力由12MPa變化到15MPa，問這時(shí)壓力變送器的輸出變化了多少?如果附加遷移機(jī)構(gòu),問是否可以提高儀表的準(zhǔn)確度和靈敏度?試舉例說明之。 解：如果已知某廠生產(chǎn)的 DDZ-型壓力變送器的規(guī)格有： 010，16，25，60，100 （MPa） 精度等級均為0.5級。 輸出信號范圍為010mA。 29025P/MPa10I

10、/mA124.861530例題分析 由已知條件，最高壓力為15MPa，若貯罐內(nèi)的壓力是比較平穩(wěn)的，取壓力變送器的測量上限為 若選擇測量范圍為025MPa、準(zhǔn)確度等級為0.5級,這時(shí)允許的最大絕對誤差為 由于變送器的測量范圍為025MPa，輸出信號范圍為010mA,故壓力為12MPa時(shí),輸出電流信號為 31例題分析壓力為15MPa時(shí)，輸出電流信號為 這就是說,當(dāng)貯罐內(nèi)的壓力由12MPa變化到15MPa時(shí),變送器的輸出電流只變化了1.2mA。 在用差壓變送器來測量液位時(shí)，由于在液位H=0時(shí),差壓變送器的輸入差壓信號p并不一定等于0，故要考慮零點(diǎn)的遷移。實(shí)際上遷移問題不僅在液位測量中遇到，在其他參數(shù)

11、的測量中也可能遇到。加上遷移機(jī)構(gòu)，可以改變測量的起始點(diǎn)，提高儀表的靈敏度 (只不過這時(shí)儀表量程也要作相應(yīng)改變)。 32016723P/kPa10I/mA123.12551533例題分析 由本例題可知，如果確定正遷移量為7MPa，則變送器的量程規(guī)格可選為16MPa。那么此時(shí)變送器的實(shí)際測量范圍為723MPa，即輸入壓力為7MPa時(shí)，輸出電流為0mA；輸入壓力為23MPa時(shí)，輸出電流為10mA。這時(shí)如果輸入壓力為12MPa，則輸出電流為 輸入壓力為15MPa時(shí),輸出電流為 34例題分析 由此可知，當(dāng)輸入壓力由12MPa變化到15MPa時(shí)，輸出電流變化了1.875mA，比不帶遷移機(jī)構(gòu)的變送器靈敏度提

12、高了。 變送器的準(zhǔn)確度等級仍為0.5級，此時(shí)儀表的最大允許絕對誤差為(23-7)0.5% = 0.08MPa，所以，由于加了遷移機(jī)構(gòu)，使儀表的測量誤差減少了。 35例題分析圖4-15 法蘭式差壓變送器測液位362.用一臺雙法蘭式差壓變送器測量某容器的液位,如圖4-15所示。已知被測液位的變化范圍為03m,被測介質(zhì)密度=900kg/m3 ,毛細(xì)管內(nèi)工作介質(zhì)密度0=950kg/m3。變送器的安裝尺寸為 h1=1m, h2=4m。求變送器的測量范圍,并判斷零點(diǎn)遷移方向,計(jì)算遷移量,當(dāng)法蘭式差壓變送器的安裝位置升高或降低時(shí),問對測量有何影響? 例題分析解：當(dāng)不考慮遷移量時(shí),變送器的測量范圍應(yīng)根據(jù)液位的

13、最大變化范圍來計(jì)算。 液位為3m時(shí),其壓差為 這里值得一提的是壓力單位Pa用SI基本單位時(shí)就相當(dāng)于m-1kgs-2，即37例題分析 所以液柱壓力用Hg計(jì)算時(shí),只要H用m,用kg/m3，g用m/s2為單位時(shí),相乘結(jié)果的單位就是Pa。上述計(jì)算結(jié)果pmax為26.487kPa,經(jīng)過圓整后,測量范圍可選030kPa。 根據(jù)圖示,當(dāng)液位高度為H時(shí),差壓變送器正壓室所受的壓力p1為 負(fù)壓室所受的壓力p2為38例題分析因此，差壓變送器所受的壓差為 由上式可知,該差壓變送器應(yīng)進(jìn)行負(fù)遷移,其遷移量為 h20g。 當(dāng)差壓變送器安裝的高度改變時(shí),只要兩個(gè)取壓法蘭間的尺寸h2不變,其遷移量是不變的。39例題分析3.用

14、單法蘭電動(dòng)差壓變送器來測量敞口罐中硫酸的密度,利用溢流來保持罐內(nèi)液位H恒為1m。如圖4-16所示。已知差壓變送器的輸出信號為010mA,硫酸的最小和最大密度分別為min = 1.32(g/cm3),max = 1.82(g/cm3) 圖4-16 流體密度測量示意圖min=1.32(g/cm3),max= 1.82(g/cm3) 要求:(1)計(jì)算差壓變送器的測量范圍；(2)如加遷移裝置,請計(jì)算遷移量；(3)如不加遷移裝置,可在負(fù)壓側(cè)加裝水恒壓器 (如圖中虛線所示) ，以抵消正壓室附加壓力的影響,請計(jì)算出水恒壓器所需高度h。40例題分析解：（1）若不考慮零點(diǎn)遷移,那么就要以max來計(jì)算差壓變送器的

15、測量范圍。當(dāng)=max = 1.82g/cm3時(shí),差壓變送器所承受的差壓為將H=1m,max=1820kg/m3，g=9.81m/s2代入上式,得 如果選擇差壓變送器的測量范圍為02104Pa,則當(dāng)=max= 1.82g/cm3時(shí),對應(yīng)的變送器輸出為 41例題分析當(dāng)=min=1.32g/cm3時(shí),其差壓為 這時(shí)差壓變送器的輸出為 由上可知，當(dāng)硫酸密度由最小值變化到最大值時(shí)，輸出電流由6.475mA變化到8.925mA，僅變化了2.45mA，靈敏度是很低的。 42例題分析 （2）為了提高靈敏度，可以考慮進(jìn)行零點(diǎn)遷移，提高測量的起始點(diǎn)。考慮到=max時(shí)，這時(shí)所對應(yīng)的壓差仍為1.785104Pa，所以在提高測量起始點(diǎn)的同時(shí)，測量上限卻可以不改變，這樣一來，實(shí)際量程壓縮了。 當(dāng)