第七章 物位檢測110206

1、第七章 物位檢測 1.物位的定義和分類 2.常用檢測方法 3.影響物位測量的因數(shù) 7.1.物位的定義及物位檢測儀表 的分類 n“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)的物料又有不同的定義： n液位：設(shè)備和容器中液體介質(zhì)表面的高低。 n料位：設(shè)備和容器中所儲存的塊狀、顆?；蚍勰?固體物料的堆積高度 n界位：相界面位置， 如液-液相界面（水/油）； 液-固相界面（液/顆粒物）； n物位是液位、料位、界位的總稱。本課程的主要討論 液位測量方法。 7.1.2.物位檢測儀表的分類 n物位檢測儀表按測量方式分類： na.連續(xù)測量方式能持續(xù)測量物位的變化和 波動； nb.定點測

2、量方式只檢測物位是否到達預(yù)定 的上下限或某個特定位置； n物位檢測儀表按工作原理分類： 1)直讀式、 2)靜壓式、 3)浮力式、 4)機械式、 5)電氣式 7.1.2.1直讀式液位測量儀表 n直讀式：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。 n實例： 小型低壓鍋爐水位測量 和監(jiān)視，采用簡單的玻 璃管水位計，利用連通 管原理實現(xiàn)。 使用條件： 溫度不太高， 低壓力狀態(tài)， 適合場地便于觀察 7.1.2.2其它物位檢測方法 n靜壓式：容器內(nèi)液面高度與液住重量形成的 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相應(yīng)的液位。 n浮力式：浮子或浮筒在液面變動時其

3、浮力會 發(fā)生相應(yīng)的變化，從而可測得液位。 n機械接觸式：通過測量物位探頭與物料面接 觸時的機械力實現(xiàn)物位的測量。 n電氣式：將電氣式物位敏感元件置與被測介 質(zhì)中，當(dāng)物位變化時通過檢測這些電量的變化 可知物位。 n其他物位檢測法：聲學(xué)式、光纖式、射線式 等。 7.2.常用物位檢測儀表 n7.2.1.靜壓式液位檢測儀表 n靜壓式檢測方法的測量原理是將液位的檢測轉(zhuǎn)換為靜 壓力測量。 n靜壓差p可表示為： np為介質(zhì)密度， ng為重力加速度， nH液位高度 nPa液面的壓力（大氣壓） nPb液底測壓點的壓力 n當(dāng)Pa=0（通大氣）， n有：p = Pb = Hpg gHpppAB 7.2.1.1靜壓式

4、液位檢測條件 n應(yīng)用條件： 1）介質(zhì)密度不變； 2）液面上方壓力恒定不變； 問題：問題： 密閉容器中液面上方氣相壓力改變時，直 接影響液面壓力，并進而疊加到液底測壓點的 壓力上，即使液位無改變，Pb壓力值也隨之變 化。因此，靜壓式測量方法必須使Pa通大氣， 適用于開口容器的液位測量。 解決方案：解決方案： 測量Pa, Pb兩個壓力值，求取差壓dP，即 采用差壓法替代靜壓法。 7.2.1.1.差壓液位計原理 n凡是可以測壓力和壓差的儀表，選擇合適的量程均可 用于檢測液位。此儀表的特點是測量范圍大，安裝方 便工作可靠。 n下圖是兩種不同容器的液位測量原理： na) 靜壓式方法 b) 差壓式方法 7

5、.2.1.1.差壓液位計原理1 n差壓關(guān)系式： 正壓側(cè)：P+= P + Hpg ; （1） 負壓側(cè)：P- = P ; （2） 差壓： dP = P+ - P- = Hpg ; （3） （3）表明差壓只與液位高度H相關(guān)，與氣相壓 力P無關(guān)。 在受壓容器中，氣相壓力的變化會通過引壓管 路同時作用到差壓計的正負壓側(cè)，因而可以在 差壓計中對沖抵消，從而并不影響液位產(chǎn)生的 壓力值Hpg。 n結(jié)論：差壓法適合受壓容器的液位測量。 7.2.1.1.差壓液位計應(yīng)用實例1 n基本關(guān)系： ndP=Hpg+hpg ; n1)當(dāng)液位低于Hmin時，H=0 ， ndP=hpg 零點遷移值 n2)液位測量正常工作于： n

6、Hmin H Hmax, 這時dP=? n超液位后又回到正常狀態(tài)， 這時dP=? 結(jié)論：右圖設(shè)計方案在實用中存 在無法復(fù)原的問題，不適合實際 應(yīng)用。 7.2.1.1.差壓液位計應(yīng)用實例2 n實用設(shè)計方案的產(chǎn)生， 改進措施增加儲液 罐GL，裝于最高液位測 量處Hmax，并連接差壓 計負壓側(cè)。 n基本關(guān)系： ndP=Hpg-Hmaxpg n當(dāng)H=Hmax時， ndP=dPmax=0 n當(dāng)H=Hmin時， ndP=dPmin=-Hmaxpg n需要進行零點負遷移， 可保證超液位后的恢復(fù) 正常測量。 7.2.1.1.差壓液位計實例2操作要點 n投入運行操作：投入運行操作： 1）安裝差壓計到正確位置，連

7、接管道完畢，打開平衡閥，連通正負 壓側(cè)； 2）緩慢打開正壓側(cè)閥門，引入壓力，這時正負壓側(cè)壓力相同； 3）關(guān)閉平衡閥，切斷正負壓側(cè)聯(lián)系； 4）打開負壓側(cè)閥門，引入負壓側(cè)壓力，差壓計進入正常工作。 n退出運行操作：退出運行操作： 1）關(guān)閉正壓側(cè)閥門，切斷壓力傳遞； 2）打開平衡閥，使差壓計兩端壓力平衡相等； 3）關(guān)閉負壓側(cè)閥門，切斷壓力傳遞； 4）緩慢松開差壓計連接管道，釋放壓力，拆下差壓計。 n平衡閥的作用：平衡閥的作用： 保證差壓計不單相受壓，招受損壞！ 注意注意：差壓本身很小，但正壓側(cè)和負壓側(cè)壓力都可能很大。 零點遷移：差壓計的調(diào)整零點位置機構(gòu)對感壓元 件預(yù)加一個作用力將儀表的零點遷移到與液

8、位零 點相重合的地方。 n為使儀表零點指示液位的零點需要調(diào)整的遷移量 為正值的話那么這種遷移成為正遷移，反之，遷 移量為負值的話就叫負遷移。 n 對于有可凝結(jié)蒸汽或采用隔離介質(zhì)的液位測量 系統(tǒng)，差壓計的負壓側(cè)通 常有一個固定的壓力偏置 量如圖所示，這時加在兩 側(cè)的壓力為： ghhgHp2121)( n法蘭式儀表用于對有腐蝕性或有結(jié)晶顆粒、粘 度大、易凝固的液體介質(zhì)進行測量。 n因為儀表不和被測容器的 最低液位處一至所以要進行 修正。如圖7-4（a）。 n其差壓公式為： ghgHp 7.2.1.1.差壓液位計應(yīng)用實例思考 n應(yīng)用實例2的方案存在較大的零點遷移問題，實際使用 時差壓計的負壓側(cè)始終高

9、于正壓側(cè)的壓力。為避免這 種狀態(tài)出現(xiàn)，請考慮將正負壓側(cè)對調(diào)連接正負壓側(cè)對調(diào)連接。 n思考題思考題1：分析這種方案： n1）基本關(guān)系； n2）零點遷移量？ n3）出現(xiàn)最大差壓的測量點在何處？ n4）液位變化與差壓變化的規(guī)律？液位最高點時差壓多 達？ n思考題思考題2： n用差壓法測量容器液位，有效液位高度0.2-3.0m，密 度p=0.9，靜壓力P=0.6MP，請設(shè)計一液位測量系統(tǒng)， 作圖說明。 7.2.1.2.吹氣式液位計 n吹氣式液位計的原理如圖所示：將一根吹氣管 插入至被測液體的最低位，使吹氣管通入一定 量的氣體，使吹氣管中的壓力與管口處液柱靜 壓力相等。用壓力計測量吹氣管上端壓力就可 測

10、得液位。 n 特點：使用和維修方便。 n 液位測量精確度取決于測壓 儀表的精度以及液體的溫度。 7.2.2.浮力式物位檢測儀表 n7.2.2.1.浮子式液位計 n它是一種恒浮力式液位計。作為檢測元件的浮 子漂浮在液面上隨著液面的變化 而上下移動其所受浮力的大小 保持一定，檢測浮子所在位置 就知液面高低。 n原理如圖所示： n浮子所受浮力為： n浮力變化F與液位變化H的 n關(guān)系可表示為： gh D F 4 2 4 2 D g H F 7.2.2.2.浮筒式液位計 n這是一種變浮力式液位計，作為檢測元 件的浮筒部分浸于液體中，利用浮筒被 液體浸沒高度不同引起的浮力變化而檢 測液位。 n 對應(yīng)于起始

11、液位有以下關(guān)系： n當(dāng)液位變化時： n結(jié)合上面兩式可得： n液位高度為： gAHmgcx0 gxHHAmgxxc)()(0 x gA c H)1 ( HHH 7.2.3.其他物位測量儀表 n7.2.3.1.電容式物位計 n電容式物位計的工作原理基于圓筒形電容器的電容值 隨物位而變化。 n原有的介質(zhì)的介電常數(shù)為 被測物料的介電常數(shù)為 電極浸沒深度為H則電容變化為 dD l C /ln 2 0 H dD kC /ln )(12 1 2 7.2.3.2超聲式物位計 n利用超聲波發(fā)射和接收的時間間隔與分 界面位置有關(guān)的比例關(guān)系測量物位。 根據(jù)傳播介質(zhì)的不同可分為固介式，液介式和 氣介式。 n液介式：

12、n7.2.3.3.核輻射式物位計 利用核輻射線在穿透物質(zhì)時將被衰減的現(xiàn)象來 確定物位。 在核電站等處應(yīng)用 ctH 2 1 H eII 0 7.2.3.2超聲液位測量原理 n超聲波在液體中的傳播速度c 固定； n超聲波在液面處反射； n求取發(fā)射和接收信號的時間 差dT; n計算液位H=1/2cdT; n注意： n1）溫度影響液體中的傳播速 度； n2）液位波動反射信號識別要 求高； n3）適合高粘度介質(zhì)，有毒液 體，密閉容器中測量. 超聲液位計產(chǎn)品 液位雷達 n微波發(fā)射和接收原理 實現(xiàn)液位測量。 7.2.3.3.定點測量物位方法 n定點測量開關(guān)量輸出（H/L） 測量要求：輸出信號表示物位是 否達

13、到或超過預(yù)定界限。 n磁浮子液位開關(guān)原理： n桶內(nèi)浮球與桶外開關(guān)觸點為磁性 聯(lián)系， n浮球低位輸出低信號L; n浮球高位輸出高信號H; n液位開關(guān)信號輸出： n1）液位低于下限位，輸出LL， 液位低；需要進料； n2）液位介于上下液位之間 n輸出LH，液位中間（正常）； n3）液位高于上限位，輸出HH， 液位高；停止進料； n適用于腐蝕性介質(zhì)的液位測量。 n問題：液位開關(guān)適用于哪些夜位 測量場合？是否可以連續(xù)測量液 位變化？ 7.2.3.4.物位開關(guān) n用于檢測物位是否達到預(yù)定高度，并發(fā)出相應(yīng)的開關(guān) 信號。其工作原理與相應(yīng)的連續(xù)測量儀表相同。 n利用全反射原理制成的開關(guān)式光纖液位探測器 7.3.影響物位測量的因素 n7.3.1.液位測量的特點 絕對靜止，規(guī)則的液面是不存在的。 容器中各處液體的物理特性不相同 液體呈高溫高壓高粘度狀態(tài)或含有大量雜質(zhì)、懸浮物。 n7.3.2.料位測量的特點 料面不規(guī)則，存在自然堆積的角度 物料排出后存在滯留區(qū) 物料中的空隙不穩(wěn)定，會影響容器中實際儲量的計 量。 7.3.3.界位測量 n界