第3.3章物位檢測(cè)方法及儀表

化工儀表及自動(dòng)化昆明理工大學(xué)楊彪2010~2011學(xué)年下第三章檢測(cè)儀表及傳感器知識(shí)結(jié)構(gòu)第5章自動(dòng)控制儀表第6章執(zhí)行器第2章過(guò)程特性第3章檢測(cè)儀表與傳感器第4章顯示儀表第1章自動(dòng)控制系統(tǒng)基本概念第7章簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)第8章復(fù)雜控制系統(tǒng)第9章新型控制系統(tǒng)第10章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)昆明理工大學(xué)壓力檢測(cè)方法及儀表本章內(nèi)容物位檢測(cè)方法及儀表流量檢測(cè)方法及儀表溫度檢測(cè)方法及儀表數(shù)字式顯示記錄儀表昆明理工大學(xué)第四節(jié)

物位檢測(cè)方法及儀表

第三章檢測(cè)儀表與傳感器昆明理工大學(xué)物位檢測(cè)方法應(yīng)用浮力原理檢測(cè)物位應(yīng)用靜壓原理檢測(cè)物位應(yīng)用超聲波反射檢測(cè)物位物位檢測(cè)儀表超聲波物位計(jì)本章主要內(nèi)容昆明理工大學(xué)

物位-----指容器中的液體介質(zhì)的液位、固體的料位或顆粒物的料位和兩種不同液體介質(zhì)分界面的總稱

液位――容器中的液體介質(zhì)的高低料位――容器中固體或顆粒狀物質(zhì)的堆積高度

物位檢測(cè)的作用①確定容器中的貯料數(shù)量，以保證連續(xù)生產(chǎn)的需要或進(jìn)行經(jīng)濟(jì)核算；②為了監(jiān)視或控制容器的物位，使它保持在規(guī)定的范圍內(nèi)；③對(duì)它的上下極限位置進(jìn)行報(bào)警，以保證生產(chǎn)安全、正常進(jìn)行。

物位的基本概念昆明理工大學(xué)應(yīng)用浮力原理檢測(cè)物位應(yīng)用靜壓原理檢測(cè)物位應(yīng)用超聲波反射檢測(cè)物位

物位檢測(cè)方法昆明理工大學(xué)應(yīng)用浮力原理檢測(cè)物位利用漂浮于液面上的浮標(biāo)或浸沒(méi)于液體中的浮筒對(duì)液位進(jìn)行測(cè)量的。當(dāng)液位變化時(shí)，前者產(chǎn)生相應(yīng)的位移，而所受到的浮力維持不變，后者則發(fā)生浮力的變化。因此，只要檢測(cè)出浮標(biāo)的位移或浮筒所受到的浮力的變化，就可以知道液位的高低。

恒浮力法液位測(cè)量示意圖

測(cè)量原理昆明理工大學(xué)二、浮力式物位計(jì)-1.浮子式液位計(jì) 浮子式液位計(jì)是恒浮力式液位計(jì)。浮子隨液面變化上下移動(dòng)，但所受浮力保持恒定。檢測(cè)浮子所在位置可知液面高低。浮子根據(jù)使用可設(shè)計(jì)為：圓盤(pán)、圓柱、球形。圓柱形浮子所受的浮力：此浮力與浮子的重量減去繩帶向上的拉力相平衡。浮力變化ΔF與液位變化ΔH的關(guān)系可表示為：浮子位置的檢測(cè)方法：磁性轉(zhuǎn)換方式構(gòu)成的舌形管液位計(jì)昆明理工大學(xué)二、浮力式物位計(jì)-2.浮筒式液位計(jì)

浮筒式液位計(jì)是變浮力式液位計(jì)。浮筒由彈簧懸掛，彈簧的下端固定在容器底部。圓筒在液位零點(diǎn)滿足如下關(guān)系：C-彈簧的彈性系數(shù)，X0-彈簧被壓縮的位移H-浮筒沒(méi)入液體的高度當(dāng)液位變化ΔH時(shí)：由上兩式可得：容器中液位的高度為：通過(guò)檢測(cè)彈簧的變形可知浮筒的位移，進(jìn)而可知液位昆明理工大學(xué)應(yīng)用靜壓原理檢測(cè)物位壓力表測(cè)量液位原理

通過(guò)液柱靜壓的方法對(duì)液位進(jìn)行測(cè)量的。敞口容器：多用直接測(cè)量容器底部壓力的方法。如圖所示，測(cè)壓儀表通過(guò)導(dǎo)壓管與容器底部相連，由測(cè)壓儀表的壓力指示值，便可推知液位的高度。

其關(guān)系為式中

P—測(cè)壓儀表指示值H—液位的高度ρ—液體的密度g—重力加速度

式中PA、PB——分別是液面上部介質(zhì)壓力和液面以下H深度的液體壓力。密閉容器：測(cè)量容器底部壓力，除與液面高度有關(guān)外，還與液面上部介質(zhì)壓力有關(guān)，其關(guān)系為昆明理工大學(xué)差壓變送器測(cè)量液位時(shí)的零點(diǎn)遷移問(wèn)題（重點(diǎn)）安裝位置條件不同存在著儀表零點(diǎn)遷移問(wèn)題特征：差壓變送器的正壓室取壓口正好與容器的最低液位（Hmin=0）處于同一水平位置。作用于變送器正、負(fù)壓室的差壓ΔP與液位高度H的關(guān)系為ΔP=Hρg。當(dāng)H=0時(shí)，正負(fù)壓室的差壓ΔP=0，變送器輸出信號(hào)為4mA當(dāng)H=Hmax時(shí)，差壓ΔPmax=ρgHmax，變送器的輸出信號(hào)為20mA，無(wú)遷移昆明理工大學(xué)負(fù)遷移

差壓變送器的正、負(fù)壓室的壓力分別為

正、負(fù)壓室的壓差為當(dāng)被測(cè)液位H=0時(shí)，ΔP=-（h2-h1）ρ2g<0，使變送器在H=0時(shí)輸出電流小于4mA；H=Hmax時(shí)，輸出電流小于20mAΔP=Hρg昆明理工大學(xué)負(fù)遷移測(cè)量安裝圖負(fù)遷移示意圖昆明理工大學(xué)正遷移

變送器的安裝位置與容器的最低液位（H=0）不在同一水平位置

正、負(fù)壓室的壓力分別為正、負(fù)壓室的壓差為

當(dāng)被測(cè)液位H=0時(shí)，ΔP=h1ρg>0，從而使變送器在H=0時(shí)輸出電流大于4mA；H=Hmax時(shí)，輸出電流大于20mA。昆明理工大學(xué)正遷移測(cè)量安裝圖正遷移示意圖昆明理工大學(xué)無(wú)遷移、正遷移和負(fù)遷移示意圖（a）無(wú)遷移

（b）負(fù)遷移

（c）正遷移0500042020007000ΔP(Pa)-20003000I0(mA)某壓力變送器的測(cè)量范圍：0~5000Pa，固定差壓=2000Pa昆明理工大學(xué)【例】如圖3－35所示，用差壓變送器檢測(cè)液位。已知=1200kg/，=950kg/,=1.0m,=5.0m,液位變化的范圍是0～3.0m，已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹?.8m/，求差壓變送器的量程和遷移量。解：當(dāng)液位在0～3m變化時(shí)，差壓的變化量為：

Pa根據(jù)差壓變送器的量程系列，可選擇差變的量程為40KPa.當(dāng)H=0時(shí)，有

【例】昆明理工大學(xué)所以差變要進(jìn)行負(fù)遷移，遷移量為37.24KPa，遷移后該差變的測(cè)量范圍為－37.24～2.76KPa?！纠坷ッ骼砉ご髮W(xué)若采用DDZ-Ⅲ型儀表，則當(dāng)變送器輸出為4mA時(shí)，表示H=0,當(dāng)I=20mA時(shí)，H=40×3/35.28=3.4m,即實(shí)際可測(cè)量液位為：0～3.4m。若要求H=3.0m時(shí)差變輸出為20mA,應(yīng)如何處理？答：零點(diǎn)負(fù)遷移后，進(jìn)行量程調(diào)整，使得當(dāng)差壓為-37.24＋35.28＝-1.96KPa時(shí)，輸出為20mA。【例】昆明理工大學(xué)應(yīng)用超聲波反射檢測(cè)物位根據(jù)超聲波從發(fā)射到接收反射回波的時(shí)間間隔大小與被測(cè)介質(zhì)高度成比例關(guān)系的原理，實(shí)現(xiàn)液位測(cè)量的。測(cè)量時(shí)由置于容器底部的超聲波探頭向液面與氣體的分界面發(fā)射超聲波，經(jīng)過(guò)時(shí)間t后，便可接收到從界面反射回來(lái)的回波信號(hào)。

測(cè)量原理根據(jù)傳聲介質(zhì)的不同可以分為：液介式、氣介式、固介式三種。

V----超聲波在液體中的傳播速度H----從探頭至界面的距離（被測(cè)介質(zhì)物位高度）T----超聲波從探頭發(fā)射至液面反射回來(lái)的時(shí)間昆明理工大學(xué)六、超聲波物位計(jì)-1利用聲波在空氣中傳播速度不變的原理，通過(guò)檢測(cè)聲波發(fā)射和反射全過(guò)程的時(shí)間間隔可以計(jì)算出物料界面到探頭的距離，從而得到物位的高低。注意事項(xiàng)：確保反射波能回到探頭；防止物料對(duì)聲波的吸收（如表面泡沫漂浮）。昆明理工大學(xué)六、超聲波物位計(jì)-1c-超聲波在被測(cè)介質(zhì)中的傳播速度；t-傳播時(shí)間昆明理工大學(xué)六、超聲波物位計(jì)-2利用聲波在空氣中傳播速