第三章第四節(jié)物位

第三章檢測(cè)儀表與傳感器第一節(jié)概述第二節(jié)壓力檢測(cè)及儀表第三節(jié)流量檢測(cè)及儀表第四節(jié)物位檢測(cè)及儀表第五節(jié)溫度檢測(cè)及儀表第七節(jié)顯示儀表2023/2/2第四節(jié)物位檢測(cè)及儀表一、概述二、差壓式液位變送器三、電容式物位傳感器四、核輻射物位計(jì)七、稱重式液罐計(jì)量?jī)x物位測(cè)量：液位—容器中液體介質(zhì)的高低。一、概述

界面—兩種不同密度液體間的接觸面。料位—容器中固體或顆粒狀物質(zhì)的堆積高度。按基本工作原理，主要有下列幾種類型：1.直讀式物位儀表利用連通器原理工作。3.浮力式物位儀表利用液體中浮子的浮力隨液位高度變化的原理工作。2.差壓式物位儀表利用液柱或物料堆積對(duì)某定點(diǎn)產(chǎn)生壓力的原理而工作。

4.電磁式物位儀表

物位的變化轉(zhuǎn)換某些電量的變化，通過(guò)測(cè)量這些電量的變化間接的測(cè)知物位。

直讀式浮力式5.核輻射式物位儀表

利用核輻射透過(guò)物料時(shí)，物質(zhì)對(duì)放射性同位素射線吸收作用為基礎(chǔ)來(lái)進(jìn)行物位測(cè)量。應(yīng)用較多的是γ射線。6.聲波式物位儀表

利用超聲波在氣體、液體或固體中的衰減程度進(jìn)行物位測(cè)量。

利用物體對(duì)光波的遮斷和反射原理。7.光學(xué)式物位儀表第四節(jié)物位檢測(cè)及儀表一、概述二、差壓式液位變送器三、電容式物位傳感器四、核輻射物位計(jì)七、稱重式液罐計(jì)量?jī)x二、差壓式液位變送器液柱產(chǎn)生的靜壓P=ρgH，與介質(zhì)密度和液柱高度成正比。1、工作原理

圖3-37差壓液位變送器原理圖

將差壓變送器的一端接液相，另一端接氣相。設(shè)容器上部空間為干燥氣體，其壓力為p，則：

由此可得式中：H—液位高度;ρ—介質(zhì)密度;g—重力加速度密閉容器：密閉容器：差壓變送器負(fù)壓室連接容器的氣相部分。式中：H—液位高度

ρ—介質(zhì)密度

g—重力加速度開口容器：開口容器：可用差壓變送器負(fù)壓室通大氣。圖3-38壓力表式液位計(jì)差壓與信號(hào)的關(guān)系：當(dāng)H=Hmin時(shí)，I0=4mA420I(mA)當(dāng)H=Hmax時(shí)，

I0=20mAH2.零點(diǎn)遷移問(wèn)題

差壓變送器測(cè)液位，一般情況下：

但實(shí)用中，大多數(shù)情況下，存在零點(diǎn)遷移問(wèn)題。

此為理想情況，稱為無(wú)遷移。即：當(dāng)H=0時(shí)，ΔP=0

H(3-46)1）負(fù)遷移

負(fù)壓側(cè)安裝有隔離罐或冷凝罐。（1）差壓變送器的量程（2）這時(shí)正、負(fù)壓室的壓力分別為：

(3-47)正、負(fù)壓室間的壓差為：

(3-49)(3-48)圖3-39

H=Hmax,Δp=Hmaxρ1g-(h2-h1)ρ2g<Δpmax，Io<20mAH=0時(shí),Δp=-(h2-h1)ρ2g<0,Io<4mA（3）遷移量：（4）判斷遷移方向：當(dāng)H=0，Δp<0時(shí)，為負(fù)遷移。（5）遷移后測(cè)量范圍：

(3-49)采用零點(diǎn)遷移的辦法，即調(diào)節(jié)儀表上的遷移彈簧，以抵消固定壓差-(h2-h1)ρ2g的作用。H=Hmax

時(shí)，Δpmax=5000-2000=3000，Io=20mA當(dāng)液位最低時(shí)壓差小于零，則采用負(fù)遷移。設(shè)某變送器的量程測(cè)量范圍為：0~5000Pa當(dāng)有遷移時(shí)，假定固定壓差為(h2-h1)ρ2g=2000Pa，H=0時(shí)，Δp=-2000Pa，調(diào)整零點(diǎn)遷移使

Io=4mA?PI0（mA）20500040a-20003000b負(fù)遷移示意圖圖3-41正遷移圖2）正遷移（1）差壓變送器的量程（2）正、負(fù)壓室的壓力過(guò)程分析H=Hmax時(shí)，Δpmax=Hmaxρg+hρg，I>20mA。H=0時(shí)，Δp=hρg>0，I>4mA；（3）遷移量：（4）判斷遷移方向：當(dāng)H=0時(shí)，Δp>0時(shí)，為正遷移。（5）遷移后測(cè)量范圍：設(shè):變送器量程Δpmax=5000Pa，hρg=2000PaH=Hmax時(shí)，Δpmax=5000+2000=7000Pa,Io=20mA。當(dāng)液位最低時(shí)壓差大于零，則采用正遷移。H=0時(shí)，Δp=2000Pa調(diào)零點(diǎn)遷移使Io=4mA；I0mA?P20500040正遷移示意圖a70002000c2.分別計(jì)算正負(fù)壓室兩側(cè)靜壓p+、p-,令被測(cè)液位

H=Hmin時(shí):求Δpmin=p+-p-

3.遷移量:Δpmin=遷移量D，其代數(shù)和為正，則正遷移；為零，則無(wú)遷移；為負(fù)，則負(fù)遷移。4.遷移后的測(cè)量范圍：D～L+D

小結(jié)：L=ΔHmaxρg1.量程：液位Hmin~Hmax實(shí)際高度所產(chǎn)生的靜壓。零點(diǎn)遷移的目的：

遷移的實(shí)質(zhì)：改變差壓變送器零點(diǎn)起始值，實(shí)現(xiàn)輸出與液位正常對(duì)應(yīng)關(guān)系。

即

H=Hmin,

I=4mA;H=Hmax,

I=20mA。零點(diǎn)遷移僅僅改變變送器測(cè)量范圍上、下限，而量程不變。I0mA?P70002000205000403000-2000圖3-40正負(fù)遷移示意圖圖3-42主要用于腐蝕性或含懸浮顆粒、粘度大、易凝等介質(zhì)測(cè)量。

3.用法蘭式差壓變送器測(cè)量液位有單法蘭、雙法蘭。

雙法蘭差壓變送器的遷移量?jī)H與取壓位置和介質(zhì)密度有關(guān)；與最低液位高度有關(guān)；而與變送器安裝位置無(wú)關(guān)。法蘭式差壓變送器單法蘭式差壓變送器雙法蘭式差壓變送器2023/2/2第四節(jié)物位檢測(cè)及儀表一、概述二、差壓式液位變送器三、電容式物位傳感器四、核輻射物位計(jì)七、稱重式液罐計(jì)量?jī)x三、電容式物位傳感器1.測(cè)量原理

由電容傳感器和測(cè)量電路組成。被測(cè)物位通過(guò)電容傳感器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電容量，利用測(cè)量電路測(cè)得電容的變化量，即可間接得到被測(cè)物位的變化。圓筒型電容器：L—內(nèi)、外電極板相互覆蓋長(zhǎng)度。D—外電極內(nèi)徑；r—內(nèi)電極外徑；ε—內(nèi)、外電極間介質(zhì)的介電系數(shù)；一般D、d固定，改變?chǔ)拧測(cè)量物位。(3-50)圖3-43電容器的組成1-內(nèi)電極;2-外電極2.液位的檢測(cè)

H=0時(shí)，

H=H時(shí)，ε0

—空氣介電系數(shù)；ε—被測(cè)介質(zhì)的介電系數(shù)Dd4圖3－44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-小孔電容量的變化為：

(3-53)(3-51)(3-52)(ε－ε0)值越大，儀表越靈敏。D與d越接近，即兩極間距離越小，儀表靈敏度越高。

dD3.料位的檢測(cè)（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。ε

—固體介質(zhì)介電系數(shù)；

D－容器內(nèi)徑；d-電極的外徑。圖3-45(3-54)

（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(cè)導(dǎo)電和非導(dǎo)電及兩介電常數(shù)不同的非導(dǎo)電液體界位。物位升高后再回落時(shí),電極可能會(huì)有掛料,導(dǎo)致電容值加大,導(dǎo)電液體情況會(huì)更嚴(yán)重,產(chǎn)生很大誤差。不適用于粘滯性介質(zhì)。b.電極與電路之間的連接電纜相當(dāng)一較大電容,且隨溫度變化,尤其在物料介電常數(shù)較小、信號(hào)較弱的場(chǎng)合,誤差將很大。電容式物位傳感器測(cè)量物位時(shí)存在的問(wèn)題：

2023/2/2第四節(jié)物位測(cè)量及變送一、概述二、差壓式液位變送器三、電容式物位傳感器四、核輻射物位計(jì)七、稱重式液罐計(jì)量?jī)x四、核輻射物位計(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。

入射強(qiáng)度為I0的放射源，隨介質(zhì)厚度增加其強(qiáng)度層指數(shù)規(guī)律衰減，其關(guān)系為：

圖3-46核輻射物位計(jì)示意圖

1-輻射源;2-接受器該方法的特點(diǎn)：(1)可以完全不接觸被測(cè)物質(zhì)，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)晶或沸騰狀態(tài)的介質(zhì)的物位測(cè)量；(2)可以測(cè)量高溫融熔金屬的液位。

可在高溫、煙霧、塵埃、強(qiáng)光及強(qiáng)電磁場(chǎng)等環(huán)境下工作.(3)由于放射線對(duì)人體有害，它的劑量要嚴(yán)格控制，使用范圍受到一些限制2023/2/2第四節(jié)物位測(cè)量及變送一、概述二、差壓式液位變送器三、電容式物位傳感器四、核輻射物位計(jì)七、稱重式液罐計(jì)量?jī)x七、稱重式液罐計(jì)量?jī)x原理：力矩平衡杠桿平衡時(shí)，有：M：砝碼質(zhì)量；g：重力加速度；L1，L2：杠桿臂長(zhǎng)；A1：紋波管有效面積