合肥工業(yè)大學(xué)化工儀表 第3章 4物位檢測(cè)方法與儀表

物位檢測(cè)方法(fāngfǎ)與儀表精品資料物位檢測(cè)方法(fāngfǎ)及儀表物位檢測(cè)(jiǎncè)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)容精品資料物位檢測(cè)方法(fāngfǎ)及儀表物位-----指容器中的液體介質(zhì)的液位、固體的料位或顆粒(kēlì)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)的堆積高度界面計(jì)_測(cè)量不同密度介質(zhì)的分界面的儀表

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。

物位的基本概念精品資料物位檢測(cè)(jiǎncè)方法及儀表物位檢測(cè)方法工作原理不同:直讀式物位儀表：玻璃管液位計(jì)、玻璃板液位計(jì)等。差壓式物位儀表：利用液柱或物料(wùliào)堆積對(duì)某定點(diǎn)產(chǎn)生壓力的原理而工作。浮力式物位儀表：利用浮子高度或浮力隨液位高度而變化的原理工作。電磁式物位儀表：使物位的變化轉(zhuǎn)換為一些電量的變化，如電容核輻射物位儀表：利用射線透過(guò)物料(wùliào)時(shí)其強(qiáng)度隨物質(zhì)層的厚度而變化的原理聲波式物位儀表：由于物位的變化引起聲阻抗的變化、聲波的遮斷和聲波反射距離的不同，測(cè)出這些變化就可測(cè)知物位。根據(jù)工作原理分為聲波遮斷式、反射式和阻尼式。光學(xué)式物位儀表：利用物位對(duì)光波的遮斷和反射原理工作……精品資料物位檢測(cè)方法(fāngfǎ)及儀表應(yīng)用浮力(fúlì)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)量原理精品資料物位檢測(cè)方法(fāngfǎ)及儀表應(yīng)用靜壓原理(yuánlǐ)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)系為精品資料物位檢測(cè)(jiǎncè)方法及儀表差壓變送器測(cè)量液位時(shí)的零點(diǎn)遷移問(wèn)題(wèntí)（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)遷移精品資料物位檢測(cè)(jiǎncè)方法及儀表負(fù)遷移(qiānyí)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圖3-41負(fù)遷移示意圖精品資料物位檢測(cè)方法及儀表正遷移(qiānyí)變送器的安裝(ānzhuāng)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。精品資料物位檢測(cè)方法及儀表應(yīng)用靜壓原理(yuánlǐ)檢測(cè)物位圖3-42正負(fù)遷移示意圖圖3-43正遷移示意圖舉例(jǔlì)

某差壓變送器的測(cè)量范圍為0～5000Pa，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(wú)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。

一般型號(hào)后面加“A”的為正遷移；加“B”的為負(fù)遷移。精品資料物位檢測(cè)(jiǎncè)方法及儀表ΔP=ρ1gHΔP=ρ1gH-ρ2g（h2-h1）ΔP=ρ1gH+ρ1gh1零點(diǎn)遷移(qiānyí)的目的：使H＝0時(shí)，變送器輸出為Io=4mA,H=Hmax時(shí)，變送器輸出為Io=20mA無(wú)遷移

負(fù)遷移

遷移量：

ρ2g（h2-h1）正遷移

遷移量：

ρ1gh1如何實(shí)現(xiàn)零點(diǎn)遷移？調(diào)節(jié)儀表上的遷移彈簧零點(diǎn)遷移問(wèn)題(小結(jié))精品資料物位檢測(cè)(jiǎncè)方法及儀表3、用法蘭式差壓變送器測(cè)量(cèliáng)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

為了解決測(cè)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(wèn)題，應(yīng)使用法蘭式差壓變送器，如下圖所示。圖3-44法蘭式差壓變送器測(cè)量液位示意圖1—法蘭式測(cè)量頭；2—毛細(xì)管；3—變送器精品資料物位檢測(cè)(jiǎncè)方法及儀表圖4-15法蘭式差壓變送器測(cè)液位2.用一臺(tái)雙法蘭式差壓變送器測(cè)量某容器的液位,如圖4-15所示。已知被測(cè)液位的變化范圍為0~3m,被測(cè)介質(zhì)密度ρ=900kg/m3,毛細(xì)管內(nèi)工作介質(zhì)密度ρ0=950kg/m3。變送器的安裝尺寸為h1=1m,h2=4m。求變送器的測(cè)量范圍,并判斷零點(diǎn)遷移方向(fāngxiàng),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(wèn)對(duì)測(cè)量有何影響?精品資料物位檢測(cè)方法(fāngfǎ)及儀表解：當(dāng)不考慮遷移量時(shí),變送器的測(cè)量范圍應(yīng)根據(jù)液位的最大變化范圍來(lái)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-1·kg·s-2，即精品資料物位檢測(cè)(jiǎncè)方法及儀表所以液柱壓力用Hρg計(jì)算時(shí),只要H用m,ρ用kg/m3，g用m/s2為單位時(shí),相乘(xiānɡchénɡ)結(jié)果的單位就是Pa。上述計(jì)算結(jié)果Δpmax為26.487kPa,經(jīng)過(guò)圓整后,測(cè)量范圍可選0～30kPa。

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為精品資料物位檢測(cè)(jiǎncè)方法及儀表因此，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h2ρ0g。當(dāng)差(dāngchāi)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。精品資料物位檢測(cè)方法(fāngfǎ)及儀表基本工作(gōngzuò)原理dDLDdLH由兩個(gè)同軸圓柱極板組成的電容器，當(dāng)兩極板之間填充介電常數(shù)為ε1的介質(zhì)時(shí)，兩極板間的電容量為：

當(dāng)極板之間一部分介質(zhì)被介電常數(shù)為ε2的另一種介質(zhì)填充時(shí)，可推導(dǎo)出電容變化量當(dāng)電容器的幾何尺寸和介電常數(shù)保持不變時(shí)，電容變化量就與物位高度H成正比。電容式物位計(jì)精品資料物位檢測(cè)(jiǎncè)方法及儀表2.液位的檢測(cè)(jiǎncè)4-9非導(dǎo)電介質(zhì)的液位測(cè)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(duì)非導(dǎo)電介質(zhì)液位測(cè)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?1精品資料3.料位的檢測(cè)(jiǎncè)用電容法可以測(cè)量固體塊狀顆粒體及粉料的料位。由于固體間磨損較大(jiàodà)，容易“滯留”，可用電極棒及容器壁組成電容器的兩極來(lái)測(cè)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(lái)測(cè)量料位的示意圖。

電容量變化與料位升降的關(guān)系為1—金屬電極棒；2—容器壁圖3-47料位檢測(cè)精品資料優(yōu)點(diǎn)(yōudiǎn)電容物位計(jì)的傳感部分結(jié)構(gòu)(jiégòu)簡(jiǎn)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。精品資料核輻射物位計(jì)射線的透射強(qiáng)度隨著通過(guò)介質(zhì)層厚度的增加而減弱，具體關(guān)系見(jiàn)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)(tèdiǎn)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(cè)量，還可以測(cè)量高溫融熔金屬的液位?？稍诟邷?、煙霧(yānwù)等環(huán)境下工作。但由于放射線對(duì)人體有害，使用范圍受到一些限制。15精品資料五、稱重(chēnɡzhònɡ)式液罐計(jì)量?jī)x既能將液位測(cè)得很準(zhǔn)，又能反映(fǎnyìng)出罐中真實(shí)的質(zhì)量?jī)?chǔ)量。稱重儀根據(jù)天平原理設(shè)計(jì)。