第四章物位檢測

1、 化工儀表及自動化化工儀表及自動化第四章第四章 物位檢測物位檢測v物位檢測物位檢測的意義及主要類型的意義及主要類型v壓差式液位計壓差式液位計v工作原理工作原理v零點遷移問題零點遷移問題v用法蘭式差壓變送器測量液位用法蘭式差壓變送器測量液位v其他物位計其他物位計v電容式物位計電容式物位計v核輻射物位計核輻射物位計v雷達式液位計雷達式液位計v稱重式液罐計量儀稱重式液罐計量儀1目錄：目錄：第一節(jié)第一節(jié) 物位檢測的意義及主要類型物位檢測的意義及主要類型2液位 料位液位計 料位計 界面計直讀式物位儀表 差壓式物位儀表浮力式物位儀表 電磁式物位儀表核輻射式物位儀表 聲波式物位儀表光學式物位儀表物位檢物位檢

2、測儀表測儀表第一節(jié)第一節(jié) 物位檢測的意義及主要類型物位檢測的意義及主要類型3分體式超聲波液位計分體式超聲波液位計LIT25 磁翻轉液位計磁翻轉液位計差壓式液位計差壓式液位計4法蘭式陶瓷液位法蘭式陶瓷液位變送器變送器浮球液位變送器浮球液位變送器射頻導納料位儀射頻導納料位儀56第二節(jié)第二節(jié) 差壓式液位計差壓式液位計gHppAB將差壓變送器的一端接液相，另一端接氣相gHpppAB因此7一、工作原理一、工作原理圖4-1 差壓式液位計原理圖第二節(jié)第二節(jié) 差壓式液位計差壓式液位計 當用差壓式液位計來測量液位時,若被測容器是敞口的,氣相壓力為大氣壓,則差壓計的負壓室通大氣就可以了,這時也可以用壓力計來直接測

3、量液位的高低。若容器是受壓的,則需將差壓計的負壓室與容器的氣相相連接。以平衡氣相壓力 pA的靜壓作用。 結論8圖4-2 負遷移示意圖第二節(jié)第二節(jié) 差壓式液位計差壓式液位計9 二、二、零點遷移問題零點遷移問題gHp在使用差壓變送器測量液位時，一般來說01211pgHghp0222pghp實際應用中，正、負室壓力p1、p2分別為ghghgHpp2221121ghhgHp2121則第二節(jié)第二節(jié) 差壓式液位計差壓式液位計 改變變送器的零點。 都是使變送器輸出的起始值與被測量起始點相對應，只不過零點調整量通常較小，而零點遷移量則比較大。 同時改變了測量范圍的上、下限，相當于測量范圍的平移，它不改變量程的

4、大小。10第二節(jié)第二節(jié) 差壓式液位計差壓式液位計 某差壓變送器的測量范圍為05000Pa，當壓差由0變化到5000Pa時，變送器的輸出將由4mA變化到20mA，這是無遷移的情況，如左圖中曲線a所示。負遷移如曲線b所示，正遷移如曲線c所示。 11一般型號后面加一般型號后面加“A”A”的為正的為正遷移；加遷移；加“B”B”的為負遷移。的為負遷移。圖4-3 正負遷移示意圖圖4-4 正遷移示意圖第二節(jié)第二節(jié) 差壓式液位計差壓式液位計 三、用法蘭式差壓變送器測量液位三、用法蘭式差壓變送器測量液位12圖4-5 法蘭式差壓變送器測量液位示意圖1法蘭式測量頭；2毛細管；3變送器第二節(jié)第二節(jié) 差壓式液位計差壓式

5、液位計 三、用法蘭式差壓變送器測量液位三、用法蘭式差壓變送器測量液位 單法蘭式單法蘭式 雙法蘭式雙法蘭式 13 為了解決測量具有腐蝕性或含有結晶顆粒以及黏度大、易凝固等液體液位時引壓管線被腐蝕、被堵塞的問題，應使用法蘭式差壓變送器，如下圖所示。 第二節(jié)第二節(jié) 差壓式液位計差壓式液位計圖4-6 單法蘭插入式差壓變送器1擋板；2噴嘴；3彈簧；4反饋波紋管；5主杠桿；6密封片；7殼體；8連桿；9插入筒；10膜盒圖4-7 雙法蘭式差壓變送器1擋板；2噴嘴； 3杠桿；4反饋波紋管；5密封片；6插入式法蘭；7負壓室；8測量波紋管；9正壓室；10硅油；11毛細管；12密封環(huán)；13膜片；14平法蘭14第三節(jié)第

6、三節(jié) 其他物位計其他物位計一、電容式物位計一、電容式物位計圖4-8 電容器的組成1內電極；2外電極dDLCln215 通過測量電容量的變化可以用來檢測液位、料位和兩種不同液體的分界面。 第三節(jié)第三節(jié) 其他物位計其他物位計4-9 非導電介質的液位測量1內電極；2外電極；3絕緣套；4流通小孔dDLCln200當液位為零時，儀表調整零點，其零點的電容為 對非導電介質液位測量的電容式液位傳感器原理如下圖所示。dDHLdDHCln2ln20當液位上升為H時，電容量變?yōu)镠KdDHCCCiXln200電容量的變化為16第三節(jié)第三節(jié) 其他物位計其他物位計 電容量的變化與液位高度H成正比。該法是利用被測介質的介

7、電系數(shù)與空氣介電系數(shù)0不等的原理進行工作，（-0）值越大，儀表越靈敏。電容器兩極間的距離越小，儀表越靈敏。 171金屬電極棒；2容器壁圖4-10 料位檢測第三節(jié)第三節(jié) 其他物位計其他物位計 用電容法可以測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“滯留”，可用電極棒及容器壁組成電容器的兩極來測量非導電固體料位。左圖所示為用金屬電極棒插入容器來測左圖所示為用金屬電極棒插入容器來測量料位的示意圖。量料位的示意圖。 dDHCXln20電容量變化與料位升降的關系為電容量變化與料位升降的關系為18第三節(jié)第三節(jié) 其他物位計其他物位計 電容物位計的傳感部分結構簡單、使用方便。電容物位計的傳感部分

8、結構簡單、使用方便。 需借助較復雜的電子線路。需借助較復雜的電子線路。 應注意介質濃度、溫度變化時，其介電系數(shù)也要應注意介質濃度、溫度變化時，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。19射頻電容式液位變送器射頻電容式液位變送器 20第三節(jié)第三節(jié) 其他物位計其他物位計二、核輻射物位計二、核輻射物位計HeII0 射線的透射強度隨著，具體關系見式（4-9）。（4-94-9）圖4-10 核輻射物位計示意圖1輻射源；2接受器適用于高溫、高壓容器、強腐蝕、劇毒、有爆炸性、黏滯性、易結晶或沸騰狀態(tài)的介質的物位測量，還可以測量高溫融熔金屬的液位?？稍诟邷?、煙霧等環(huán)境下工作。但由于放射線對人體有害，使

9、用范圍受到一些限制。21第三節(jié)第三節(jié) 其他物位計其他物位計三、雷達式液位計三、雷達式液位計 雷達式液位計是一種采用微波技術的液位檢測儀表。 可以用來連續(xù)測量腐蝕性液體、高黏度液體和有毒液體的液位。 它沒有可動部件、不接觸介質、沒有測量盲區(qū),而且測量精度幾乎不受被測介質的溫度、壓力、相對介電常數(shù)的影響,在易燃易爆等惡劣工況下仍能應用。 22雷達液位計雷達液位計 23第三節(jié)第三節(jié) 其他物位計其他物位計圖4-12 雷達式液位計示意圖cHt02 雷達波由天線發(fā)出到接收到由液面來的反射波的時間t由下式確定 0HLH由于tcLH2故 雷達探測器對時間的測量有微波脈沖法及連續(xù)波調頻雷達探測器對時間的測量有微

10、波脈沖法及連續(xù)波調頻法兩種方式。法兩種方式。24第三節(jié)第三節(jié) 其他物位計其他物位計圖4-13 微波脈沖法原理示意圖要使用導波管？要使用導波管？25第三節(jié)第三節(jié) 其他物位計其他物位計四、稱重式液罐計量儀四、稱重式液罐計量儀既能將既能將，又能反映出罐中，又能反映出罐中。gHpp12由于21121MgLLApp杠桿平衡時（3-64）HKHMLAL112代入（3-64）（3-65）HAM0AMH0如果液罐是均勻截面（3-66）（3-67）19第三節(jié)第三節(jié) 其他物位計其他物位計圖4-14 稱重式液罐計量儀1下波紋管；2上波紋管；3液相引壓管；4氣相引壓管；5砝碼；6絲杠；7可逆電機；8編碼盤；9發(fā)訊器0

11、2MKLiAMLAAKKi11式中如果液罐的橫截面積A為常數(shù)，得將式（3-67）代入式（3-65），得02MAKL （3-68）20纜式液位變送器纜式液位變送器 投入式液位變送器投入式液位變送器 浮球液位變送器浮球液位變送器 第三節(jié)第三節(jié) 其他物位計其他物位計28例題分析例題分析1.1.某貯罐內的壓力變化范圍為某貯罐內的壓力變化范圍為1215MPa，要求遠傳顯，要求遠傳顯示，試選擇一臺示，試選擇一臺DDZ-型壓力變送器型壓力變送器 ( (包括準確度等包括準確度等級和量程級和量程) )。如果壓力由。如果壓力由12MPa變化到變化到15MPa，問這時，問這時壓力變送器的輸出變化了多少壓力變送器的輸

12、出變化了多少? ?如果附加遷移機構如果附加遷移機構, ,問是問是否可以提高儀表的準確度和靈敏度否可以提高儀表的準確度和靈敏度? ?試舉例說明之。試舉例說明之。解：解：如果已知某廠生產的 DDZ-型壓力變送器的規(guī)格有： 010，16，25，60，100 （MPa） 精度等級均為0.5級。 輸出信號范圍為010mA。 29025P/MPaP/MPa10I/mI/mA A124.861530例題分析例題分析MPa5 .222315 由已知條件，最高壓力為15MPa，若貯罐內的壓力是比較平穩(wěn)的，取壓力變送器的測量上限為 MPa125. 0%5 . 020 若選擇測量范圍為025MPa、準確度等級為0.

13、5級,這時允許的最大絕對誤差為mA8 . 4102512 由于變送器的測量范圍為025MPa，輸出信號范圍為010mA,故壓力為12MPa時,輸出電流信號為31例題分析例題分析mA6102515壓力為15MPa時，輸出電流信號為 這就是說,當貯罐內的壓力由12MPa變化到15MPa時,變送器的輸出電流只變化了1.2mA。 在用差壓變送器來測量液位時，由于在液位H=0時,差壓變送器的輸入差壓信號p并不一定等于0，故要考慮零點的遷移。實際上遷移問題不僅在液位測量中遇到，在其他參數(shù)的測量中也可能遇到。加上遷移機構，可以改變測量的起始點，提高儀表的靈敏度 (只不過這時儀表量程也要作相應改變)。 320

14、16723P/kPaP/kPa10I/mI/mA A123.12551533例題分析例題分析mA125. 310723712 由本例題可知，如果確定正遷移量為7MPa，則變送器的量程規(guī)格可選為16MPa。那么此時變送器的實際測量范圍為723MPa，即輸入壓力為7MPa時，輸出電流為0mA；輸入壓力為23MPa時，輸出電流為10mA。這時如果輸入壓力為12MPa，則輸出電流為 mA510723715輸入壓力為15MPa時,輸出電流為34例題分析例題分析 由此可知，當輸入壓力由12MPa變化到15MPa時，輸出電流變化了1.875mA，比不帶遷移機構的變送器靈敏度提高了。 變送器的準確度等級仍為0

15、.5級，此時儀表的最大允許絕對誤差為(23-7)0.5% = 0.08MPa，所以，由于加了遷移機構，使儀表的測量誤差減少了。 35例題分析例題分析圖4-15 法蘭式差壓變送器測液位362.2.用一臺雙法蘭式差壓變送器測量某容器的液位用一臺雙法蘭式差壓變送器測量某容器的液位, ,如圖如圖4-154-15所所示。已知被測液位的變化范圍為示。已知被測液位的變化范圍為0 03m,3m,被測介質密度被測介質密度=900kg/m=900kg/m3 3 , ,毛細管內工作介質密度毛細管內工作介質密度0 0=950kg/m=950kg/m3 3。變送器的。變送器的安裝尺寸為安裝尺寸為 h h1 1=1m,

16、h=1m, h2 2=4m=4m。求變送器的測量范圍。求變送器的測量范圍, ,并判斷零點并判斷零點遷移方向遷移方向, ,計算遷移量計算遷移量, ,當法蘭式差壓變送器的安裝位置升高或當法蘭式差壓變送器的安裝位置升高或降低時降低時, ,問對測量有何影響問對測量有何影響? ? 例題分析例題分析PagHp2648781. 99003max解：解：當不考慮遷移量時,變送器的測量范圍應根據(jù)液位的最大變化范圍來計算。 液位為3m時,其壓差為 2121/11skgmmNPa 這里值得一提的是壓力單位Pa用SI基本單位時就相當于m-1kgs-2，即37例題分析例題分析 所以液柱壓力用Hg計算時,只要H用m,用k

17、g/m3，g用m/s2為單位時,相乘結果的單位就是Pa。上述計算結果pmax為26.487kPa,經過圓整后,測量范圍可選030kPa。 ghgHpp0101 根據(jù)圖示,當液位高度為H時,差壓變送器正壓室所受的壓力p1為 ghhpp01202負壓室所受的壓力p2為38例題分析例題分析因此，差壓變送器所受的壓差為ghgHppp0221 由上式可知,該差壓變送器應進行負遷移,其遷移量為 h20g。 當差壓變送器安裝的高度改變時,只要兩個取壓法蘭間的尺寸h2不變,其遷移量是不變的。39例題分析例題分析3.用單法蘭電動差壓變送器來測量敞口罐中硫酸的密度,利用溢流來保持罐內液位H恒為1m。如圖4-16所

18、示。已知差壓變送器的輸出信號為010mA,硫酸的最小和最大密度分別為min = 1.32(g/cm3),max = 1.82(g/cm3) 圖4-16 流體密度測量示意圖min=1.32(g/cm3),max= 1.82(g/cm3) 要求:(1)計算差壓變送器的測量范圍；(2)如加遷移裝置,請計算遷移量；(3)如不加遷移裝置,可在負壓側加裝水恒壓器 (如圖中虛線所示) ，以抵消正壓室附加壓力的影響,請計算出水恒壓器所需高度h。40例題分析例題分析gHpmax解：解：（1）若不考慮零點遷移,那么就要以max來計算差壓變送器的測量范圍。當=max = 1.82g/cm3時,差壓變送器所承受的差壓為Pap410785. 181. 918201將H=1m,max=1820kg/m3，g=9.81m/s2代入上式,得 mAI925. 81010210785. 144max 如果選擇差壓變送器的測量范圍為02104Pa,則當=max= 1.82