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

1、 物位檢測(cè)方法與儀表物位檢測(cè)方法與儀表物位檢測(cè)方法及儀表物位檢測(cè)方法及儀表物位檢測(cè)方法物位檢測(cè)方法v應(yīng)用浮力原理檢測(cè)物位v應(yīng)用靜壓原理檢測(cè)物位v應(yīng)用超聲波反射檢測(cè)物位物位檢測(cè)儀表物位檢測(cè)儀表v超聲波物位計(jì)本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容物位檢測(cè)方法及儀表物位檢測(cè)方法及儀表 物位物位-指容器中的液體介質(zhì)的液位、固體的料位或顆粒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(chēng)物的料位和兩種不同液體介質(zhì)分界面的總稱(chēng) 液位液位容器中的液體介質(zhì)的高低容器中的液體介質(zhì)的高低料位料位容器中固體或顆粒狀物質(zhì)的堆積高度容器中固體或顆粒狀物質(zhì)的堆積高度界面計(jì)界面計(jì)_ _ 測(cè)量不同密度介質(zhì)

2、的分界面的儀表測(cè)量不同密度介質(zhì)的分界面的儀表 物位檢測(cè)的作用物位檢測(cè)的作用 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；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； 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)；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)； 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。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。 物位的基本概念物位的基本概念物位檢測(cè)方法及儀表物位檢測(cè)方法及儀表物物位位檢檢測(cè)測(cè)方方法法物位檢測(cè)方法及儀表物位檢測(cè)方法及儀表應(yīng)用浮力原理檢測(cè)物位應(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

3、液體中的浮筒對(duì)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。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。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)量原理測(cè)量原理物位檢測(cè)方法及儀表物位檢測(cè)方法及儀表應(yīng)用靜壓原理檢測(cè)物位應(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。通過(guò)液柱靜壓的方法對(duì)液位進(jìn)行

4、測(cè)量的。敞口容器敞口容器：多用直接測(cè)量容器底部壓力的方法。：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，便可推知液位連，由測(cè)壓儀表的壓力指示值，便可推知液位的高度的高度 。 其關(guān)系為其關(guān)系為式中式中 P P測(cè)壓儀表指示值測(cè)壓儀表指示值 H H液位的高度液位的高度液體的密度液體的密度g g重力加速度重力加速度gHPgHPPABgHPPPAB 式中式中 P PA A、P PB B分別是液面上部介質(zhì)壓力和液面以下分別是液面上部介質(zhì)壓力和液面以下H H深度的液體壓力。深度的液體壓力。密閉容器密閉容器：測(cè)量容

5、器底部壓力，除與液面高度有關(guān)外，還與液面上部測(cè)量容器底部壓力，除與液面高度有關(guān)外，還與液面上部介介 質(zhì)壓力有關(guān)，其關(guān)系為質(zhì)壓力有關(guān)，其關(guān)系為物位檢測(cè)方法及儀表物位檢測(cè)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（差壓變送器測(cè)量液位時(shí)的零點(diǎn)遷移問(wèn)題（重點(diǎn)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特征：差壓變送器的正壓室取壓口正好與容器的最低液位（與容器的最低液位（Hmin=0Hmin=0）處于同一）處于同一水平位置。作用于變送器正、負(fù)壓室的水平位置。作用于變送器正、負(fù)壓室的差壓差壓PP與液位高度與液位高度H H的關(guān)系為的關(guān)系為P=HgP=Hg。當(dāng)當(dāng)H =0H

6、 =0時(shí)，正負(fù)壓室的差壓時(shí)，正負(fù)壓室的差壓P=0P=0，變送，變送 器輸出信號(hào)為器輸出信號(hào)為4mA4mA當(dāng)當(dāng)H= HmaxH= Hmax時(shí)，差壓時(shí)，差壓Pmax=gHmaxPmax=gHmax， 變送器的輸出信號(hào)為變送器的輸出信號(hào)為20 mA20 mA，無(wú)遷移無(wú)遷移ghhgHPPP2121)(物位檢測(cè)方法及儀表物位檢測(cè)方法及儀表負(fù)遷移負(fù)遷移 差壓變送器的正、負(fù)壓室的壓力分別為差壓變送器的正、負(fù)壓室的壓力分別為 ghgHPP211氣 ghPP22氣正、負(fù)壓室的壓差為正、負(fù)壓室的壓差為當(dāng)被測(cè)液位當(dāng)被測(cè)液位H=0H=0時(shí)，時(shí)，P=-P=-（h h2 2-h-h1 1）2 2g0g0，從而使變送器在H

7、=0時(shí)輸出電流大于4 mA；H=Hmax時(shí)，輸出電流大于20 mA。 pA H p1 p2 h1 + - 液位零面 pB 物位檢測(cè)方法及儀表物位檢測(cè)方法及儀表應(yīng)用靜壓原理檢測(cè)物位應(yīng)用靜壓原理檢測(cè)物位圖圖3-42 3-42 正負(fù)遷移示意圖正負(fù)遷移示意圖圖圖3-4 33-4 3正遷移示意圖正遷移示意圖 某差壓變送器的測(cè)量范某差壓變送器的測(cè)量范圍為圍為0 05000Pa5000Pa，當(dāng)壓差由，當(dāng)壓差由0 0變化到變化到5000Pa5000Pa時(shí)，變送器的時(shí)，變送器的輸出將由輸出將由4mA4mA變化到變化到20mA20mA，這是無(wú)遷移的情況，如左圖這是無(wú)遷移的情況，如左圖中曲線中曲線a a所示。負(fù)遷移

8、如曲所示。負(fù)遷移如曲線線b b所示，正遷移如曲線所示，正遷移如曲線c c所所示。示。 一般型號(hào)后面加一般型號(hào)后面加“A”A”的為正的為正遷移；加遷移；加“B”B”的為負(fù)遷移。的為負(fù)遷移。物位檢測(cè)方法及儀表物位檢測(cè)方法及儀表調(diào)節(jié)儀表上的調(diào)節(jié)儀表上的物位檢測(cè)方法及儀表物位檢測(cè)方法及儀表3 3、用法蘭式差壓變送器測(cè)量液位、用法蘭式差壓變送器測(cè)量液位 單法蘭式單法蘭式 雙法蘭式雙法蘭式 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、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)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，

9、如下圖所示。使用法蘭式差壓變送器，如下圖所示。 圖圖3-44 3-44 法蘭式差壓變送器測(cè)量液位示意圖法蘭式差壓變送器測(cè)量液位示意圖11法蘭式測(cè)量頭；法蘭式測(cè)量頭；22毛細(xì)管；毛細(xì)管；33變送器變送器物位檢測(cè)方法及儀表物位檢測(cè)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03m,被測(cè)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(cè)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(wèn)對(duì)測(cè)量有何影響?

10、 物位檢測(cè)方法及儀表物位檢測(cè)方法及儀表PagHp2648781. 99003max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 2121/11skgmmNPa 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，即物位檢測(cè)方法及儀表物位檢測(cè)方法及儀表 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(guò)圓整后,測(cè)量范圍可選030kPa。 ghgHpp0101 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 ghhpp012

11、02負(fù)壓室所受的壓力p2為物位檢測(cè)方法及儀表物位檢測(cè)方法及儀表因此，差壓變送器所受的壓差為ghgHppp0221 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。物位檢測(cè)方法及儀表物位檢測(cè)方法及儀表dDL1DdL1H212ln()LCD d212 ()ln()HCKHD d 物位檢測(cè)方法及儀表物位檢測(cè)方法及儀表4-9 4-9 非導(dǎo)電介質(zhì)的非導(dǎo)電介質(zhì)的液位測(cè)量液位測(cè)量11內(nèi)電極；內(nèi)電極；22外電極；外電極；33絕緣套；絕緣套；44流通小孔流通小孔dDLCln200當(dāng)液位為零時(shí)，儀表調(diào)整零點(diǎn)，其當(dāng)液位為

12、零時(shí)，儀表調(diào)整零點(diǎn)，其零點(diǎn)的電容為零點(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。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。dDHLdDHCln2ln20當(dāng)液位上升為當(dāng)液位上升為H H時(shí)，電容量變?yōu)闀r(shí)，電容量變?yōu)镠KdDHCCCiXln200電容量的變化為電容量的變化為1111 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，容易磨損較大，容易“滯留滯留”，可用電極棒及容器壁組成電容器的兩極來(lái)，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。測(cè)量非導(dǎo)電固體料位。左圖所示為用金屬電極棒插

13、入容器來(lái)測(cè)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。量料位的示意圖。 dDHCXln20電容量變化與料位升降的關(guān)系為電容量變化與料位升降的關(guān)系為11金屬電極棒；金屬電極棒；22容器容器壁壁圖圖3-47 3-47 料位檢測(cè)料位檢測(cè) 電容物位計(jì)的傳感部分結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便。電容物位計(jì)的傳感部分結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便。 需借助較復(fù)雜的電子線路。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。發(fā)生變化這種情況。核輻射物位計(jì)核輻射物位計(jì)HeII0射線的透射強(qiáng)度隨著射線的透射強(qiáng)度隨著，具，具體關(guān)系見(jiàn)式（體關(guān)系見(jiàn)式（4-94-9）。）。（4-94-9）圖圖4-10 4-10 核輻射物位計(jì)示意圖核輻射物位計(jì)示意圖11輻射源；輻射源；22接受器接受器適用于高溫、高壓容器、強(qiáng)腐蝕、劇適用于高溫、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。溫融熔金屬的液位?？稍诟邷?、煙霧等環(huán)境下工作?？稍诟邷?、煙霧等環(huán)境下工作。但由于放射線對(duì)人體有害，使用范圍但由于放射線對(duì)人體有害，使用范圍受到一些限制。受到一些限制。1515 五、稱(chēng)重式液罐計(jì)量?jī)x既能將，又能反