第三章 物位測量及變送

第三章物位測量及變送概述浮力式液位計差壓式液位計其它物位計小結(jié)物位測量：液位—氣體和液體間的分界面。第一節(jié)概述界位—兩種不同液體間的接觸面；液體與固體間的接觸面。料位—氣體與固體顆粒或粉末的分界面。返回第二節(jié)浮力式液位計利用漂浮于液面上的浮子高度或浸入液體中浮子的浮力變化測知液位或界位。恒浮力式自動跟蹤式、浮標(biāo)式、浮球式、鋼帶式液位計等。變浮力式浮筒式液位計

浮力不變。浮子永遠(yuǎn)漂浮在液面上，位置隨著液位變化。浮力變化。浮子浸沒在液體里，浮力隨液位變化。

恒浮力原理原理示意返回確定浮標(biāo)位置→液位確定浮力變化→液位測量原理：第二節(jié)浮力式液位計（一）磁翻轉(zhuǎn)式液位計

每個翻板或翻球的翻轉(zhuǎn)直徑為10mm。返回一、恒浮力式

浮子位置隨液位高低而變，檢測其位移，可知液位高度。第二節(jié)浮力式液位計（二）浮球式液位計

1.工作原理2.特點（1）量程小，受連桿長度和角度限制；（2）精度低，最高0.5級左右；（3）適用于溫度、粘度較高，壓力不高的液位測量。W—浮球的重力；G—重錘的重力；OA—轉(zhuǎn)軸到浮球中心垂直距離；OB—轉(zhuǎn)軸到重錘中心垂直距離。內(nèi)浮球液位計P≤4MPa，T≤450℃，ρ≥0.55g/cm3H≤1200mmH↑→

F↑→

(W-F)↓→

杠桿順時針轉(zhuǎn)動→F

↓返回第二節(jié)浮力式液位計二、變浮力式

介質(zhì)浸沒物體的高度或密度變化時，物體所受浮力發(fā)生變化。由浮力的變化可測知物位高度。此原理液位計：浮筒式液位計

（一）工作原理C—彈簧剛度；

x—彈簧壓縮位移；A—浮筒截面；H—浮筒浸沒高度；ΔH↑→浮筒上移Δx返回第二節(jié)浮力式液位計（二）扭力管式結(jié)構(gòu)1.測量元件作用：ΔH→Δθ

H↑→

浮力↑→

Fx↓→扭角Δθ↓

H=Hmax時：杠桿作用力為H=0時：杠桿作用力為Ｆx

=Ｗ扭力管產(chǎn)生扭角△θmax(約7°)。扭力管產(chǎn)生最小扭角為△θmin

(約2°)。

A—浮筒截面積；ρ—被測液體密度。Fx

↓測量部分返回第二節(jié)浮力式液位計2.轉(zhuǎn)換部分作用：將Δθ→Δu→I0

K—比例系數(shù)，K=0～100%短路環(huán)轉(zhuǎn)至中舌最左端時，K=0；最右端時，K=100%。Φ01=KΦ0

Φ02=（1-K）Φ0Z—磁通-電壓轉(zhuǎn)換系數(shù)。Δu與K成正比，則Δu與Δθ成正比。差動變壓器返回第二節(jié)浮力式液位計返回第二節(jié)浮力式液位計1.量程由浮筒長度決定。國產(chǎn)：300、500、800、1200、1600、2000mm（三）特點2.只能用于測量輕、凈介質(zhì)。

3.當(dāng)被測介質(zhì)密度變化時，必須進(jìn)行密度修正。4.精度0.5～1.0級，可測液位、界位。返回第三節(jié)差壓式液位計

液柱靜壓P=ρgH，與介質(zhì)密度和液柱高度成正比。其中：ΔP—差壓值；

H—液位高度；

ρ—介質(zhì)密度；

g—重力加速度。敞口容器：差壓變送器負(fù)壓室通大氣或壓力變送器。密閉容器：差壓變送器負(fù)壓室連接容器的氣相部分。一、工作原理

返回操作條件不變時，測靜壓得液位。第三節(jié)差壓式液位計二、零點遷移差壓變送器測液位，一般情況下：

實用中，大多數(shù)情況下，存在零點遷移問題。

此為理想情況，稱為無遷移。即：H=0

，ΔP=0

1.正遷移H=0ΔP=hρg>0I>4mA；H=Hmax

ΔPmax=Hmaxρg

+hρg

I>20mA正遷移(圖3-14)返回第三節(jié)差壓式液位計設(shè):變送器量程ΔPmax=5000Pahρg

=2000Pa調(diào)整壓差為大于零的附加靜壓，稱正遷移。H=0ΔP=2000Pa調(diào)零點遷移使I=4mA；H=Hmax

ΔPmax=5000+2000=7000PaI=20mA。2.負(fù)遷移

負(fù)壓側(cè)與取壓點之間安裝隔離罐或冷凝罐。H=0ΔP=-hρg<0I<4mAH=Hmax

ΔPmax=Hmaxρg–hρg

I≤4mA返回第三節(jié)差壓式液位計設(shè):變送器的量程ΔPmax=5000Pa,hρg

=5000Pa。H=0ΔP=-5000Pa，調(diào)整零點遷移使I=4mA；H=Hmax=hΔPmax=5000-5000=0I=20mA。調(diào)整壓差為小于零的附加靜壓，稱負(fù)遷移。如何判斷正負(fù)遷移、計算遷移量、遷移后的測量范圍？(1)分別計算正負(fù)壓室兩側(cè)靜壓P1、P2,求ΔP=P1-P2

(2)令被測液位H=Hmin時:

即:ΔPmin

=遷移量D

，其代數(shù)和為正則正遷移；為零則無遷移；為負(fù)則負(fù)遷移。(3)差壓變送器量程:L=ΔHmaxρg(4)遷移后的測量范圍：D～L+D

返回第三節(jié)差壓式液位計零點遷移的目的：

零點遷移的實質(zhì)：改變差壓變送器零點起始值，實現(xiàn)輸出與液位的正常對應(yīng)關(guān)系。

零點遷移僅改變了變送器測量范圍上、下限，而變送器量程不變。同理上述方法還可用于兩種液體的界位測量。即：H=Hmin,I=4mA;H=Hmax,I=20mA。返回用于腐蝕性或含懸浮顆粒、粘度大、易凝等介質(zhì)測量。

采用法蘭式差壓變送器，原理及方法與差壓變送器相同。三、法蘭式差壓式液位計

第三節(jié)差壓式液位計

有單法蘭、雙法蘭、插入式、平法蘭等結(jié)構(gòu)形式。

雙法蘭式差壓變送器的遷移量僅與取壓位置和介質(zhì)密度有關(guān)，與變送器安裝位置無關(guān)。返回法蘭式差壓變送器單法蘭式壓力變送器雙法蘭式差壓變送器返回第四節(jié)其它液位計

一、電容式物位計

1.工作原理

由電容傳感器和測量電路組成。被測物位H→電容傳感器→電容量C→測量電路→?C一般R、r固定，改變ε、L測量液位。圓筒型電容器：R—外電極內(nèi)半徑；r—內(nèi)電極外半徑；ε—內(nèi)、外電極之間的介電常數(shù)；L—內(nèi)、外電極覆蓋長度。返回第四節(jié)其它液位計2.測量非導(dǎo)電介質(zhì)H=0：

H=H：ε0—氣相介質(zhì)介電常數(shù)。εx

—被測液體介電常數(shù)。內(nèi)電極—光電極；外電極—絕緣同軸金屬圓筒。返回第四節(jié)其它液位計

3.測量導(dǎo)電介質(zhì)設(shè):氣體介電常數(shù)為ε0

絕緣層介電常數(shù)為ε

存在問題：

a.隨物位升降電極掛料導(dǎo)致電容值加大，產(chǎn)生誤差大。

導(dǎo)電液體更嚴(yán)重，不適用于粘滯性介質(zhì)。b.電極與電路連接電纜相當(dāng)一較大電容，且隨溫度而變。

ε較小、信號較弱場合，誤差較大。內(nèi)電極——加絕緣套管；外電極——金屬容器壁。

R—絕緣層外半徑。返回4.固體料位的測量(1)非導(dǎo)電固體料位

內(nèi)電極——不銹鋼金屬棒；外電極——金屬容器壁。εx

—固體介質(zhì)介電常數(shù)；

R—容器壁內(nèi)徑；

(2)導(dǎo)電固體料位內(nèi)電極加絕緣套管，原理同導(dǎo)電液位。

同理，可測導(dǎo)電和非導(dǎo)電以及兩介電常數(shù)不同的非導(dǎo)電液體界位。第四節(jié)其它液位計

返回第四節(jié)其它液位計

射頻導(dǎo)納技術(shù)是一種能消除掛料影響、可靠準(zhǔn)確、使用更廣的液位測量技術(shù)。適用于導(dǎo)電高粘度介質(zhì)物位測量。二、射頻導(dǎo)納物位計射頻導(dǎo)納：用高頻無線電波測量系統(tǒng)導(dǎo)納。

以導(dǎo)納變化反映液位變化。

物料橫截面積>>掛料層橫截面積且具有導(dǎo)電性，則物料電阻可略。

物料作為電容一個極板，物位以下電容變化量仍可示為：測電容測復(fù)數(shù)阻抗排除掛料返回掛料層電阻不能忽略。等效為：由無窮多個無窮小的電容和電阻組成的傳輸線。

據(jù)電化學(xué)實驗：導(dǎo)電掛料足夠長，掛料和電極形成的以絕緣層為介質(zhì)的電容容抗XC掛與掛料電阻R數(shù)值相等。即測得電容為：?C—真實物位的電容；C掛—導(dǎo)電掛料所表現(xiàn)的電容。

由射頻導(dǎo)納原理，導(dǎo)電掛料電阻R含掛料電容，測得C掛則?C=Cx-C掛，得?

C可知H。Cx=?C+C掛第四節(jié)其它液位計

返回

適用于污水處理、紙漿、化學(xué)制劑、煤粉灰漿、原油等測量。

不受掛料、溫度、壓力、材料密度、濕度、甚至物料化學(xué)特性變化的影響。精度：0.5級介質(zhì)溫度范圍：-185~800

℃

可耐壓力：6.4MPa第四節(jié)其它液位計

返回尤其適用于導(dǎo)電(電導(dǎo)率>100μs/cm)

的粘稠介質(zhì)。第四節(jié)其它液位計1.工作原理△t=2h/c

雷達(dá)系統(tǒng)不斷發(fā)射線性調(diào)頻信號，可測得發(fā)射與反射信號的差頻△f，它正比于延遲時間△t，即正比于h。測得延遲時間△t則得h。三、雷達(dá)液位計

c—電磁波傳播速度,300000km/s；h—被測介質(zhì)液面與探頭間距；返回測量以光速c傳播的超高頻電磁波發(fā)射與反射間的時差△t，確定天線與反射面之間的高度（空高h(yuǎn)）。天線以波束的形式發(fā)射最小5.8GHz的雷達(dá)信號。第四節(jié)其它液位計2.特點及適用范圍

非接觸測量方式，無活動部件，可靠性高，平均無故障時間達(dá)10年，幾乎免維護(hù)，費用低。無污染，安裝方便。適用于高粘度、易結(jié)晶、強腐蝕及易爆易燃介質(zhì)。尤其大型立罐和球罐等導(dǎo)電粘稠介質(zhì)液位測量。精度可達(dá)0.25級;工作溫度：-200～230℃；工作壓力：≤40MPa；測量范圍：0～40m。氣體波動變化不影響電磁波傳播速度（采用導(dǎo)波管型）。返回小結(jié)一、浮力式液位計二、差壓式液位計恒浮力式：浮球式、磁翻轉(zhuǎn)式變浮力式：浮筒式物位計（液位、界位）扭力管式結(jié)構(gòu)H→浮力→Fx→扭角Δθ特點靜壓原理：