化工儀表及自動(dòng)化第章9

化工儀表及自動(dòng)化第四章物位檢測(cè)內(nèi)容提要物位檢測(cè)的意義及主要類(lèi)型壓差式液位計(jì)工作原理零點(diǎn)遷移問(wèn)題用法蘭式差壓變送器測(cè)量液位其他物位計(jì)電容式物位計(jì)核輻射物位計(jì)雷達(dá)式液位計(jì)稱(chēng)重式液罐計(jì)量?jī)x1第一節(jié)物位檢測(cè)的意義及主要類(lèi)型2幾個(gè)概念液位料位液位計(jì)料位計(jì)界面計(jì)測(cè)量物位的兩個(gè)目的按其工作原理分為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(xué)式物位儀表第二節(jié)差壓式液位計(jì)將差壓變送器的一端接液相，另一端接氣相因此3一、工作原理圖4-1差壓式液位計(jì)原理圖第二節(jié)差壓式液位計(jì)當(dāng)用差壓式液位計(jì)來(lái)測(cè)量液位時(shí),若被測(cè)容器是敞口的,氣相壓力為大氣壓,則差壓計(jì)的負(fù)壓室通大氣就可以了,這時(shí)也可以用壓力計(jì)來(lái)直接測(cè)量液位的高低。若容器是受壓的,則需將差壓計(jì)的負(fù)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(jié)論4第二節(jié)差壓式液位計(jì)5二、零點(diǎn)遷移問(wèn)題在使用差壓變送器測(cè)量液位時(shí)，一般來(lái)說(shuō)實(shí)際應(yīng)用中，正、負(fù)室壓力p1、p2分別為則圖4-2負(fù)遷移示意圖第二節(jié)差壓式液位計(jì)遷移彈簧的作用

改變變送器的零點(diǎn)。遷移和調(diào)零

都是使變送器輸出的起始值與被測(cè)量起始點(diǎn)相對(duì)應(yīng)，只不過(guò)零點(diǎn)調(diào)整量通常較小，而零點(diǎn)遷移量則比較大。遷移

同時(shí)改變了測(cè)量范圍的上、下限，相當(dāng)于測(cè)量范圍的平移，它不改變量程的大小。6第二節(jié)差壓式液位計(jì)圖4-3正負(fù)遷移示意圖圖4-4正遷移示意圖舉例某差壓變送器的測(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。

7一般型號(hào)后面加“A”的為正遷移；加“B”的為負(fù)遷移。第二節(jié)差壓式液位計(jì)三、用法蘭式差壓變送器測(cè)量液位

單法蘭式

雙法蘭式

法蘭式差壓變送器按其結(jié)構(gòu)形式8

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4-5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—變送器第二節(jié)差壓式液位計(jì)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—?dú)んw；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(fù)壓室；8—測(cè)量波紋管；9—正壓室；10—硅油；11—毛細(xì)管；12—密封環(huán)；13—膜片；14—平法蘭9第三三節(jié)節(jié)其其他他物物位位計(jì)計(jì)一、、電電容容式式物物位位計(jì)計(jì)1.測(cè)測(cè)量量原原理理圖4-8電容器的組成1—內(nèi)電極；2—外電極兩圓筒間的電容量C當(dāng)D和d一定定時(shí)時(shí)，，電電容容量量C的大大小小與與極極板板的的長(zhǎng)長(zhǎng)度度L和介介質(zhì)質(zhì)的的介介電電常常數(shù)數(shù)ε的乘乘積積成成比比例例。。10通過(guò)過(guò)測(cè)測(cè)量量電電容容量量的的變變化化可可以以用用來(lái)來(lái)檢檢測(cè)測(cè)液液位位、、料料位位和和兩兩種種不不同同液液體體的的分分界界面面。。第三三節(jié)節(jié)其其他他物物位位計(jì)計(jì)2.液液位位的的檢檢測(cè)測(cè)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)非非導(dǎo)導(dǎo)電電介介質(zhì)質(zhì)液液位位測(cè)測(cè)量量的的電電容容式式液液位位傳傳感感器器原原理理如如下下圖圖所所示示。。當(dāng)液位上升為H時(shí)，電容量變?yōu)殡娙萘康淖兓癁?1第三三節(jié)節(jié)其其他他物物位位計(jì)計(jì)

電容量的變化與液位高度H成正比。該法是利用被測(cè)介質(zhì)的介電系數(shù)ε與空氣介電系數(shù)ε0不等的原理進(jìn)行工作，（ε-ε0）值越大，儀表越靈敏。電容器兩極間的距離越小，儀表越靈敏。結(jié)論12第三三節(jié)節(jié)其其他他物物位位計(jì)計(jì)3.料料位位的的檢檢測(cè)測(cè)用電電容容法法可可以以測(cè)測(cè)量量固固體體塊塊狀狀顆顆粒粒體體及及粉粉料料的的料料位位。。由由于于固固體體間間磨磨損損較較大大，，容容易易““滯滯留留””，，可可用用電電極極棒棒及及容容器器壁壁組組成成電電容容器器的的兩兩極極來(lái)來(lái)測(cè)測(cè)量量非非導(dǎo)導(dǎo)電電固固體體料料位位。。左圖圖所所示示為為用用金金屬屬電電極極棒棒插插入入容容器器來(lái)來(lái)測(cè)測(cè)量量料料位位的的示示意意圖圖。。電容量變化與料位升降的關(guān)系為131—金屬電極棒；2—容器壁圖4-10料位檢測(cè)第三三節(jié)節(jié)其其他他物物位位計(jì)計(jì)優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)電容容物物位位計(jì)計(jì)的的傳傳感感部部分分結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單、、使使用用方方便便。。缺點(diǎn)點(diǎn)需借借助助較較復(fù)復(fù)雜雜的的電電子子線線路路。。應(yīng)注注意意介介質(zhì)質(zhì)濃濃度度、、溫溫度度變變化化時(shí)時(shí)，，其其介介電電系系數(shù)數(shù)也也要要發(fā)發(fā)生生變變化化這這種種情情況況。。14第三三節(jié)節(jié)其其他他物物位位計(jì)計(jì)二、、核核輻輻射射物物位位計(jì)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)點(diǎn)適用用于于高高溫溫、、高高壓壓容容器器、、強(qiáng)強(qiáng)腐腐蝕蝕、、劇劇毒毒、、有有爆爆炸炸性性、、黏黏滯滯性性、、易易結(jié)結(jié)晶晶或或沸沸騰騰狀狀態(tài)態(tài)的的介介質(zhì)質(zhì)的的物物位位測(cè)測(cè)量量，，還還可可以以測(cè)測(cè)量量高高溫溫融融熔熔金金屬屬的的液液位位。。可在在高高溫溫、、煙煙霧霧等等環(huán)環(huán)境境下下工工作作。。但由由于于放放射射線線對(duì)對(duì)人人體體有有害害，，使使用用范范圍圍受受到到一一些些限限制制。。15第三三節(jié)節(jié)其其他他物物位位計(jì)計(jì)三、、雷雷達(dá)達(dá)式式液液位位計(jì)計(jì)雷達(dá)達(dá)式式液液位位計(jì)計(jì)是是一一種種采采用用微微波波技技術(shù)術(shù)的的液液位位檢檢測(cè)測(cè)儀儀表表。?？梢砸杂糜脕?lái)來(lái)連連續(xù)續(xù)測(cè)測(cè)量量腐腐蝕蝕性性液液體體、、高高黏黏度度液液體體和和有有毒毒液液體體的的液液位位。。它沒(méi)沒(méi)有有可可動(dòng)動(dòng)部部件件、、不不接接觸觸介介質(zhì)質(zhì)、、沒(méi)沒(méi)有有測(cè)測(cè)量量盲盲區(qū)區(qū),而而且且測(cè)測(cè)量量精精度度幾幾乎乎不不受受被被測(cè)測(cè)介介質(zhì)質(zhì)的的溫溫度度、、壓壓力力、、相相對(duì)對(duì)介介電電常常數(shù)數(shù)的的影影響響,在在易易燃燃易易爆爆等等惡惡劣劣工工況況下下仍仍能能應(yīng)應(yīng)用用。。優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)16第三三節(jié)節(jié)其其他他物物位位計(jì)計(jì)圖4-12雷達(dá)式液位計(jì)示意圖雷達(dá)波由天線發(fā)出到接收到由液面來(lái)的反射波的時(shí)間t由下式確定由于故雷達(dá)達(dá)探探測(cè)測(cè)器器對(duì)對(duì)時(shí)時(shí)間間的的測(cè)測(cè)量量有有微微波波脈脈沖沖法法及及連連續(xù)續(xù)波波調(diào)調(diào)頻頻法法兩兩種種方方式式。。17第三三節(jié)節(jié)其其他他物物位位計(jì)計(jì)圖4-13微波脈沖法原理示意圖要使使用用導(dǎo)導(dǎo)波波管管？？18第三三節(jié)節(jié)其其他他物物位位計(jì)計(jì)四、、稱(chēng)稱(chēng)重重式式液液罐罐計(jì)計(jì)量量?jī)x儀既能能將將液位位測(cè)測(cè)得得很很準(zhǔn)準(zhǔn)，又又能能反反映映出出罐罐中中真實(shí)實(shí)的的質(zhì)質(zhì)量量?jī)?chǔ)儲(chǔ)量量。稱(chēng)重重儀儀根根據(jù)據(jù)天平平原原理理設(shè)計(jì)計(jì)。。由于杠桿平衡時(shí)（3-64）代入（3-64）（3-65）如果液罐是均勻截面（3-66）（3-67）19第三三節(jié)節(jié)其其他他物物位位計(jì)計(jì)圖4-14稱(chēng)重式液罐計(jì)量?jī)x1—下波紋管；2—上波紋管；3—液相引壓管；4—?dú)庀嘁龎汗埽?—砝碼；6—絲杠；7—可逆電機(jī)；8—編碼盤(pán)；9—發(fā)訊器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（3-68）20例題題分分析析舉例1.某貯罐內(nèi)的壓力變化范圍為12~15MPa，要求遠(yuǎn)傳顯示，試選擇一臺(tái)DDZ-Ⅱ型壓力變送器(包括準(zhǔn)確度等級(jí)和量程)。如果壓力由12MPa變化到15MPa，問(wèn)這時(shí)壓力變送器的輸出變化了多少?如果附加遷移機(jī)構(gòu),問(wèn)是否可以提高儀表的準(zhǔn)確度和靈敏度?試舉例說(shuō)明之。

解：：如果果已已知知某某廠廠生生產(chǎn)產(chǎn)的的DDZ-ⅡⅡ型壓壓力力變變送送器器的的規(guī)規(guī)格格有有：：0～10，16，25，60，100（（MPa））精度等級(jí)級(jí)均為0.5級(jí)級(jí)。輸出信號(hào)號(hào)范圍為為0～10mA。21例題分析析由已知條件，最高壓力為15MPa，若貯罐內(nèi)的壓力是比較平穩(wěn)的，取壓力變送器的測(cè)量上限為若選擇測(cè)量范圍為0～25MPa、準(zhǔn)確度等級(jí)為0.5級(jí),這時(shí)允許的最大絕對(duì)誤差為

由于變送器的測(cè)量范圍為0～25MPa，輸出信號(hào)范圍為0～10mA,故壓力為12MPa時(shí),輸出電流信號(hào)為

22例題分析析壓力為15MPa時(shí)，輸出電流信號(hào)為

這就是說(shuō)說(shuō),當(dāng)貯貯罐內(nèi)的的壓力由由12MPa變化到15MPa時(shí),變送送器的輸輸出電流流只變化化了1.2mA。在用差壓壓變送器器來(lái)測(cè)量量液位時(shí)時(shí)，由于于在液位位H=0時(shí),差壓變變送器的的輸入差差壓信號(hào)號(hào)Δp并不一定定等于0，故要要考慮零零點(diǎn)的遷遷移。實(shí)實(shí)際上遷遷移問(wèn)題題不僅在在液位測(cè)測(cè)量中遇遇到，在在其他參參數(shù)的測(cè)測(cè)量中也也可能遇遇到。加加上遷移移機(jī)構(gòu)，，可以改改變測(cè)量量的起始始點(diǎn)，提提高儀表表的靈敏敏度(只不過(guò)過(guò)這時(shí)儀儀表量程程也要作作相應(yīng)改改變)。。23例題分析析由本例題可知，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(shí)變送器的實(shí)際測(cè)量范圍為7～23MPa，即輸入壓力為7MPa時(shí)，輸出電流為0mA；輸入壓力為23MPa時(shí)，輸出電流為10mA。這時(shí)如果輸入壓力為12MPa，則輸出電流為輸入壓力為15MPa時(shí),輸出電流為

24例題分析析由此可知知，當(dāng)輸輸入壓力力由12MPa變化到15MPa時(shí)，輸出出電流變變化了1.875mA，比不帶帶遷移機(jī)機(jī)構(gòu)的變變送器靈靈敏度提提高了。。變送器的的準(zhǔn)確度度等級(jí)仍仍為0.5級(jí)，，此時(shí)儀儀表的最最大允許許絕對(duì)誤誤差為(23-7)××0.5%=0.08MPa，所以，，由于加加了遷移移機(jī)構(gòu)，，使儀表表的測(cè)量量誤差減減少了。。25例題分析析圖4-15法蘭式差壓變送器測(cè)液位262.用一一臺(tái)雙法法蘭式差差壓變送送器測(cè)量量某容器器的液位位,如圖圖4-15所示示。已知知被測(cè)液液位的變變化范圍圍為0~3m,被被測(cè)介質(zhì)質(zhì)密度ρρ=900kg/m3,毛細(xì)管管內(nèi)工作作介質(zhì)密密度ρ0=950kg/m3。變送器器的安裝裝尺寸為為h1=1m,h2=4m。。求變送送器的測(cè)測(cè)量范圍圍,并判判斷零點(diǎn)點(diǎn)遷移方方向,計(jì)計(jì)算遷移移量,當(dāng)當(dāng)法蘭式式差壓變變送器的的安裝位位置升高高或降低低時(shí),問(wèn)問(wèn)對(duì)測(cè)量量有何影影響?例題分析析解：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27例題分析析所以液柱柱壓力用用Hρg計(jì)算時(shí),只要H用m,ρ用kg/m3，g用m/s2為單位時(shí)時(shí),相乘乘結(jié)果的的單位就就是Pa。上述計(jì)計(jì)算結(jié)果果Δpmax為26.487kPa,經(jīng)過(guò)圓圓整后,測(cè)量范范圍可選選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28例題分析析因此，差壓變送器所受的壓差為由上式可可知,該該差壓變變送器應(yīng)應(yīng)進(jìn)行負(fù)負(fù)遷移,其遷移移量為h2ρ0g。當(dāng)差壓變變送器安安裝的高高度改變變時(shí),只只要兩個(gè)個(gè)取壓法法蘭間的的尺寸h2不變,其其遷移量量是不變變的。29例題分析析3.用單單法蘭電電動(dòng)差壓壓變送器器來(lái)測(cè)量量敞口罐罐中硫酸酸的密度度,利用用溢流來(lái)來(lái)保持罐罐內(nèi)液位位H恒為1m。如圖4-16所示。。已知差差壓變送送器的輸輸出信號(hào)號(hào)為0~10mA,硫酸的的最小和和最大密密度分別別為ρmin=1.32(g/cm3),ρmax=1.82(g/cm3)圖4-16流體體密度測(cè)測(cè)量示意意圖ρmin=1.32(g/cm3),ρmax=1.82(g/cm3)要求:(1)計(jì)計(jì)算差壓壓變送器器的測(cè)量量范圍；；(2)如如加遷移移裝置,請(qǐng)計(jì)算算遷移量量；(3)如如不加遷遷移裝置置,可在在負(fù)壓側(cè)側(cè)加裝水水恒壓器器(如如圖中虛虛線所示示)，，以抵消消正壓室室附加壓壓力的影影響,請(qǐng)請(qǐng)計(jì)算出出水恒壓壓器所需需高度h。30例題分析析解：（1）若不考慮零點(diǎn)遷移,那么就要以ρmax來(lái)計(jì)算差壓變送器的測(cè)量范圍。當(dāng)ρ=ρmax=1.82g/cm3時(shí),差壓變送器所承受的差壓為將H=1m,ρmax=1820kg/m3，g=9.81m/s2代入