化工儀表自動化-第3章4節(jié)

化工儀表自動化-第3章4節(jié)第一頁，共46頁?！?-5物位測量儀表物位檢測方法2概述31靜壓式液位計磁浮子式液位計電容式物位計其他物位測量儀表332第二頁，共46頁。物位的定義：“物位”一詞統(tǒng)指設(shè)備和容器中液體或固體物料的表面位置。對應(yīng)不同性質(zhì)的物料又有以下的定義。1、液位指設(shè)備和容器中液體介質(zhì)表面的高低。2、料位指設(shè)備和容器中所儲存的塊狀、顆粒或粉末狀固體物料的堆積高度。3、界位指相界面位置。容器中兩種互不相溶的液體，因其重度不同而形成分界面，為液-液相界面；容器中互不相溶的液體和固體之間的分界面，為液-固相界面。液-液、液-固相界面的位置簡稱界位。物位是液位、料位、界位的總稱。對物位進(jìn)行測量、指示的儀表，稱物位檢測儀表。一、概述3第三頁，共46頁。一、概述物位檢測儀表的分類：由于被測對象種類繁多，檢測的條件和環(huán)境也有很大差別，所以物位檢測的方法有多種多樣，以滿足不同生產(chǎn)過程的測量要求。按測量方式分類：可分為連續(xù)測量和定點測量兩大類。連續(xù)測量方式能持續(xù)測量物位的變化。定點測量方式則只檢測物位是否達(dá)到上限、下限或某個特定位置，定點測量儀表一般稱為物位開關(guān)。按工作原理分類，物位檢測儀表有直讀式、浮力式、靜壓式、電磁式、聲波式、輻射式等。4第四頁，共46頁。1、直讀式物位檢測儀表采用側(cè)壁開窗口或旁通管方式，直接顯示容器中物位的高度。方法可靠、準(zhǔn)確，但是只能就地指示。主要用于液位檢測和壓力較低的場合。2、靜壓式物位檢測儀表基于流體靜力學(xué)原理，適用于液位檢測。容器內(nèi)的液面高度與液柱重量所形成的靜壓力成比例關(guān)系，當(dāng)被測介質(zhì)密度不變時，通過測量參考點的壓力可測知液位。這類儀表有壓力式、吹氣式和差壓式等型式。一、概述5第五頁，共46頁。3、浮力式物位檢測儀表其工作原理基于阿基米德定律，適用于液位檢測。漂浮于液面上的浮子或浸沒在液體中的浮筒，在液面變動時其浮力會產(chǎn)生相應(yīng)的變化，從而可以檢測液位。這類儀表有各種浮子式液位計、浮筒式液位計等。4、電磁式物位儀表是將物位變化轉(zhuǎn)換為電量的變化，并通過對電量變化的測量間接測知物位。一、概述6第六頁，共46頁。5、聲波式物位儀表:基于聲學(xué)回聲原理，通過測量超聲波由發(fā)射到返回的時間推算物位的高度。6、輻射式物位儀表:利用伽瑪射線穿過介質(zhì)時，其輻射強度隨介質(zhì)的厚度而衰減的原理測量物位。一、概述7第七頁，共46頁。二、物位檢測方法2.1靜壓式液位計

1．工作原理靜壓式液位計是根據(jù)液體在容器內(nèi)的液位與液柱高度產(chǎn)生的靜壓力成正比的原理進(jìn)行工作的。A、敞口容器的液位測量原理圖：8第八頁，共46頁。將壓力計與容器底部相連，根據(jù)流體靜力學(xué)原理，所測壓力與液位的關(guān)系為p=ρgH式中p—容器內(nèi)取壓平面上由液柱產(chǎn)生的靜壓力；ρ—容器內(nèi)被測介質(zhì)的密度；g—重力加速度。H—從取壓平面到液面的高度；9第九頁，共46頁。B、在測量受壓密閉容器中的液位時，由于介質(zhì)上方的壓力影響會產(chǎn)生附加靜壓力，所以采用差壓法測液位，如圖所示。10第十頁，共46頁。

差壓變送器的高壓側(cè)與容器底部的取壓管相連，低壓側(cè)與液面上方容器的頂部相連。如果容器上部空間為干燥的氣體，則此時差壓變送器高，低壓側(cè)所感受的壓力分別為：11第十一頁，共46頁。差壓變送器所受的壓差因此，可以根據(jù)差壓變送器測得的差壓按下式計算出液位的高度12第十二頁，共46頁。特點：利用靜壓原理測液位，就是把液位測量分別轉(zhuǎn)化為壓力或差壓測量。各種壓力和差壓測量儀表，只要量程合適，都可用來測量液位。分別叫壓力式液位計和差壓式液位計。13第十三頁，共46頁。*2．零點遷移問題由差壓式液位計的測量原理可知，液柱的靜壓差△P與液位高度H滿足式的條件是：

（1）差壓變送器的高壓室取壓口正好與起始液面（H=0）在同一水平面上；（2）差壓變送器低壓室的導(dǎo)壓管中沒有任何氣體的冷凝液存在；（3）被測介質(zhì)的密度保持不變。

在這種情況下，差壓變送器處于理想條件下的無遷移工作狀態(tài)。假定采用輸出為4mA～20mA的差壓變送器,當(dāng)H＝0時，變送器輸入△p＝0，輸出電流為4mA；當(dāng)液位到上限，變送器輸入△p=Hmaxρg，輸出電流20mA。14第十四頁，共46頁。在實際應(yīng)用中，差壓變送器的安裝位置不能與最低液位處于同一水平面上，如圖所示。15第十五頁，共46頁。這時差壓變送器高低壓室所受壓力分別為：高低壓室所受的壓差為：與無遷移情況式相比，式（3-33）中多出一項hρg，即在高壓室增加了一個恒定的靜壓hρg。由于此項的存在，使得當(dāng)H=0時，△p=hρg，此時的變送器輸出必然大于4mA。16第十六頁，共46頁。零點遷移功能為使變送器輸出與被測液位仍保持無遷移對應(yīng)關(guān)系，必須應(yīng)用差壓變送器的零點遷移功能來抵消靜壓影響。使得當(dāng)H=0，△p=hρg時，變送器輸出為4mA。*正遷移：在上圖這種工作狀態(tài)下，變送器的起始輸入點由零點變?yōu)橐粋€正值，因此稱為正遷移。17第十七頁，共46頁。*負(fù)遷移：在工程中還經(jīng)常遇到負(fù)遷移的情況，如圖所示。若被測液體的密度為ρ1，隔離液的密度為ρ2，且ρ1>ρ2，則變送器高低壓室的壓力分別為：18第十八頁，共46頁。高低壓室所感受的壓差為

與無遷移情況相比較，總的差壓減少了(h2-h1)ρ2g，即相當(dāng)于在低壓室增加了一個恒定的靜壓。由于它的存在，使得當(dāng)H=0時，△p=-（h2-h1）p２g,此時變送器的輸出必然小于4mA，當(dāng)H=Hmax時，變送器的輸出也達(dá)不到20mA。19第十九頁，共46頁。零點遷移功能為了使變送器輸出與被測液位之間仍然保持無遷移情況的對應(yīng)關(guān)系。就必須借助差壓變送器的零點遷移功能來抵消這靜壓力的影響，使得當(dāng)△p=－（h2–h1）ρg時，變送器的輸出為4mA。變送器的起始輸入點由零點變?yōu)橐粋€負(fù)值，這種情況就是負(fù)遷移。20第二十頁，共46頁。針對上述三種情況，如果選用的差壓變送器測量范圍為0～5kPa，且零點通過遷移功能抵消的固定靜壓分別為＋2kPa和-2kPa，則這臺差壓變送器零點遷移特性曲線如圖3-35所示。

21第二十一頁，共46頁。二、物位檢測方法2.2磁浮子式液位計

磁浮子式液位計是一種浮力式液位計，利用浮力原理，靠漂浮于液面上的浮子隨液面升降的位移反映液位的變化。22第二十二頁，共46頁。磁浮子式液位越限報警采用圖3-37所示：結(jié)構(gòu)特點：上下限報警液位處裝兩個舌簧管，并由導(dǎo)線引出至報警裝置。23第二十三頁，共46頁。磁浮子式就地指示型液位計磁翻板液位計磁滾柱液位計結(jié)構(gòu)特點：將液體引入裝有磁浮子的鋼管內(nèi)，由連通器原理，內(nèi)外液面一致。同性相斥異性相吸24第二十四頁，共46頁。磁浮子式液位計的特點是結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計合理，顯示清晰直觀。主要用于中小容器和生產(chǎn)設(shè)備的液位或界面的測量。25第二十五頁，共46頁。恒浮力法測量液位的原理：26第二十六頁，共46頁。二、物位檢測方法2.3、電容式物位計工作原理電容式物位計是將被測介質(zhì)料位的變化轉(zhuǎn)化成電容量的變化，并通過對電容的檢測與轉(zhuǎn)換將其變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)的電流信號輸出。電容式物位計大致可分成三種工作方式。27第二十七頁，共46頁。RLHL28第二十八頁，共46頁。圖（a）適用于立式圓筒形導(dǎo)電容器，非導(dǎo)電液體或固體粉末的物位測量。在這種應(yīng)用中，器壁為電容的外電極，沿軸線插入金屬棒，作為內(nèi)電極。總電容由上部空氣電容和下部物料電容構(gòu)成。29第二十九頁，共46頁。圖（b）適用于非金屬容器，物料為非導(dǎo)電性液體的液位的測量。中心棒狀電極的外面套有同軸金屬筒，通過絕緣支架固定，金屬筒的上下開口，使筒內(nèi)外的液位相同。中央圓棒與金屬套筒構(gòu)成兩個電極，電容介質(zhì)為氣體和液體物料。這樣電容與容器的形狀無關(guān)，只取決于液位的高低。30第三十頁，共46頁。圖（c）適用立式圓筒形導(dǎo)電容器，且物料為導(dǎo)電性液體的液位測量。中央圓棒電極包有絕緣材料，作為介質(zhì)，導(dǎo)電液體和容器壁共同作為外電級?？傠娙萦山^緣材料介電常數(shù)和液位高度構(gòu)成。31第三十一頁，共46頁。電容式物位計特點：電容式物位計可測量液位、粉狀料位、也可測界位，具有結(jié)構(gòu)簡單，安裝要求低等特點。但當(dāng)被測介質(zhì)粘度較大時，液位下降后，電極表面仍會粘附一層被測介質(zhì)，從而造成虛假液位示值，嚴(yán)重影響測量精度。被測介質(zhì)的溫度、濕度等變化都能影響測量精度，當(dāng)精度要求較高時，應(yīng)采用修正措施。32第三十二頁，共46頁。三、其他物位測量儀表1．超聲波物位儀表一般把超過20kHz的聲波稱為超聲波。聲頻越高，則發(fā)射的聲束越尖銳，方向性越強，但在介質(zhì)中衰減也越大。超聲波物位儀表是基于回聲測距原理設(shè)計的，利用超聲波發(fā)射探頭發(fā)出超聲脈沖，發(fā)射波在料位或液位表面反射形成回波，由接收探頭將信號接收下來，測出超聲脈沖從發(fā)射到接受所需時間，根據(jù)已知介質(zhì)中的波速就能計算出探頭到物位或液位表面的距離，從而確定物位的高度。33第三十三頁，共46頁。34第三十四頁，共46頁。超聲波物位計的特點：無可動部件，換能器的振幅小，壽命長，可實現(xiàn)非接觸式測量；不受介質(zhì)粘度的影響，并與介質(zhì)的介電常數(shù)、電導(dǎo)率、熱導(dǎo)率等無關(guān)；適合強腐蝕、高壓、有毒、高粘度液體的測量；不適宜被測液體中有氣泡和懸浮物，而且液面不能有很大的波動；測量精度受聲速的影響（聲速受溫度影響）。35第三十五頁，共46頁。三、其他物位測量儀表2、核輻射式物位儀表核輻射式物位儀表是根據(jù)被測物質(zhì)對放射線的吸收、散射等特性而設(shè)計制造的。不同的物質(zhì)對射線的吸收能力也不同，當(dāng)放射線穿過一定的被測介質(zhì)時，由于介質(zhì)的吸收作用，會使射線的輻射強度隨著被測介質(zhì)的厚度而按指數(shù)衰減。所以只要測出通過介質(zhì)射線強度就可獲得物位高度。式中I為穿過厚度為X的物質(zhì)后的輻射強度；I0為射入物質(zhì)前的輻射強度；μ為物質(zhì)的吸收系數(shù)；H為介質(zhì)層厚度。36第三十六頁，共46頁。37第三十七頁，共46頁。核輻射式物位計的特點：屬于非接觸測量，可用于高溫高壓、真空密封等各種容器中液體或固體物料的物位測量?？梢赃m應(yīng)腐蝕、有毒、高粘度、爆炸性等各種困難介質(zhì)和高溫、高濕、多粉塵、強干擾等惡劣的工作條件。其放射性安全防護(hù)措施需按有關(guān)規(guī)范操作。38第三十八頁，共46頁。課程小結(jié)物位測量：了解各類物位計的工作原理；重點掌握靜壓式液位測量的基本原理和零點遷移內(nèi)容，熟悉遷移概念、遷移量及判斷正、負(fù)遷移、會計算量程等。39第三十九頁，共46頁。作業(yè)題：做作業(yè)二（word附件2）40第四十頁，共46頁。電信學(xué)院自動化系先進(jìn)控制技術(shù)研究所ThankYou!41第四十一頁，共46頁。42內(nèi)容簡介《過程控制系統(tǒng)及儀表(第3版)》內(nèi)容簡介：過程控制系統(tǒng)的理論分析和設(shè)計需要較多的數(shù)學(xué)知識，自動化儀表在設(shè)計制造方面也有許多技術(shù)問題值得探討。但是，對于工藝技術(shù)人員來說，主要關(guān)心的問題是控制系統(tǒng)和儀表的基本原理及其應(yīng)用特性。因此，《過程控制系統(tǒng)及儀表(第3版)》盡量避免繁雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，力求用簡明扼要的文字和插圖使讀者對所學(xué)知識有更多的定性了解，通俗易懂，這是《過程控制系統(tǒng)及儀表(第3版)》的另一個特色。

過程控制系統(tǒng)和儀表涉及的領(lǐng)域十分廣闊，研究內(nèi)容也極其豐富。本著理論聯(lián)系實際、學(xué)以致用的原則，《過程控制系統(tǒng)及儀表(第3版)》在取材方面，不追求包羅萬象、面面俱到，而是力爭把最基本、最常用的內(nèi)容都包含進(jìn)來。突出重點，注重實用是《過程控制系統(tǒng)及儀表(第3版)》的第三個特色。第3版2010-07第2版出版日期：2006-08-0142第四十二頁，共46頁。43目錄{第1篇}過程控制基礎(chǔ)知識

第1章緒論

1.1生產(chǎn)過程自動化概述

1.1.1生產(chǎn)過程及其特點

1.1.2生產(chǎn)過程對控制的要求

1.1.3生產(chǎn)過程自動化的發(fā)展歷程

1.2過程控制系統(tǒng)的組成及分類

1.2.1過程控制系統(tǒng)的組成

1.2.2過程控制系統(tǒng)的分類

1.3過程控制系統(tǒng)的方塊圖與工藝控制流程圖

1.3.1過程控制系統(tǒng)的方塊圖

1.3.2過程控制系統(tǒng)的工藝控制流程圖

1.4過程控制系統(tǒng)的過渡過程和性能指標(biāo)

1.4.1過程控制系統(tǒng)的過渡過程

1.4.2過程控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)

習(xí)題

第2章被控對象的特性

2.1概述

2.1.1基本概念

2.1.2被控對象的階躍響應(yīng)特性

2.2被控對象特性的數(shù)學(xué)描述

2.2.1一階對象的機理建模及特性分析

2.2.2二階對象的機理建模及特性分析

2.2.3純滯后對象的機理建模及特性分析

2.3被控對象的實驗測試建模

2.3.1階躍響應(yīng)曲線的獲取

2.3.2一階純滯后對象特性參數(shù)的確定

2.3.3二階對象特性參數(shù)的確定習(xí)題

{第2篇}過程自動化裝置

第3章過程測量儀表3.1測量儀表中的基本概念

3.1.1測量過程及測量儀表

3.1.2檢測系統(tǒng)的基本特性及性能指標(biāo)3.2溫度測量

3.2.1概述

3.2.2熱電偶溫度計

3.2.3熱電阻溫度計

3.2.4溫度測量儀表的選用

3.2.5溫度交迭器

3.2.6一體化溫度變送器

3.2.7智能溫度變送器3.3壓力測量

3.3.1概述

3.3.2彈性式壓力表

3.3.3電容武壓力變送器

3.3.4擴散硅壓力變送器

3.3.5智能差壓變送器

3.3.6壓力表的選擇和使用3.4流量測量

3.4.1概述

3.4.2差壓式流量計

3.4.3容積式流量計

3.4.4浮子式流量計

3.4.5電磁流量計

3.4.6渦街流量計

43第四十三頁，共46頁。443.5物位測量

3.5.1概述

3.5.2靜壓式液位計

3.5.3磁浮子式液位計

3.5.4電容武物位計

3.5.5其他物位測量儀表3.6顯示儀表

3.6.1概述

3.6.2模擬式顯示儀表

3.6.3數(shù)字式顯示儀表

3.6.4智能化、數(shù)字化記錄儀

習(xí)題

第4章過程控制儀表

4.1基本控制規(guī)律

4.1.1位式控制

4.1.2比例控制

4.1.3比例積分控制

4.1.4比例微分控制

4.1.5比例積分微分控制

4.2DDZ一Ⅲ型調(diào)節(jié)器

4.2.1主要功能

4.2.2構(gòu)成原理

4.3可編程調(diào)節(jié)器

4.3.1KMM可編程調(diào)節(jié)器的構(gòu)成

4.3.2KMM可編程調(diào)節(jié)器的主要功能

4.3.3正面板和側(cè)面板

4.4可編程控制器

4.4.1可編程控制器的產(chǎn)生與發(fā)展

4.4.2可編程控制器的應(yīng)用場合

4.4.3可編程控制器的構(gòu)成、分類及

工作過程

4.4.4可編程控制器的編程語言

4.4.5可編程控制器選型基本原則

4.4.6松下FPI可編程控制器

習(xí)題

第5章過程執(zhí)行儀表

5.1概述

5.2執(zhí)行機構(gòu)

5.2.1氣動執(zhí)行機構(gòu)

5.2.2電動執(zhí)行機構(gòu)

5.3調(diào)節(jié)機構(gòu)

5.3.1常用調(diào)節(jié)機構(gòu)及特點

5.3.2流量系數(shù)與可調(diào)比

5.3.3流量特性

5.4電一氣轉(zhuǎn)換器和閥門定位器

5.4.1電一氣轉(zhuǎn)換器

5.4.2閥門定位器的主要用途

5.4.3電一氣閥門定位器

習(xí)題

44第四十四頁，共46頁。45{第3篇}垃程控制系統(tǒng)第6章簡單控制系統(tǒng)

6.1概述

6.2被控變量的選擇

6.3操縱變量的選擇

6.3.1對象靜態(tài)特性對控制質(zhì)量的影響

6.3.2對象動態(tài)