《过程控制与自动化仪表》 教案 12.物位检测仪表

《过程控制与自动化仪表》课程教案NO.12授课班级周次日期任课教师复习提问系统校正的方式学习模块模块四过程参数检测与变送学习任务任务5物位检测仪表授课内容物位检测仪表课时2教学目标知识目标：1.了解物位测量的基本物理量；2.掌握物位测量仪表测量原理及各类压力计特点；能力目标：1.培养学生自主学习能力；2.培养学生解决问题的能力。素质目标：1.培养学生实事求是的科学态度、严谨的工作作风和勇于进取的精神。重点难点重点：物位测量仪表测量原理及各类物位计特点。难点：物位测量仪表测量原理及各类物位计特点。授课过程步骤内容方法、资源运用1物位概述启发式、多媒体课件2差压式液位计启发式、多媒体课件3其他物位检测仪表启发式、多媒体课件45授课方式讲授的教学方式教学地点多媒体教室教学资源设备、工具等：投影系统、PPT电子课件

教学时间教学内容注释5分钟回顾上节课内容，进行复习提问。80分钟相关知识1概述物位检测在现代化生产中的地位日趋重要。通过物位的测量，可以正确获知容器内所储物质的数量；监视或控制容器中介质的物位，使其保持在工艺要求的高度，或对它的上、下限位置进行报警，以及根据物位来连续监视或控制容器中流入与流出物料的平衡。由于被测对象种类繁多，检测的条件和环境也有很大差别，所以物位检测的方法有多种多样，以满足不同生产过程的测量要求。按测量方式物位检测仪表可分为连续测量和定点测量两大类。连续测量方式能持续测量物位的变化。定点测量方式则只检测物位是否达到上限、下限或某个特定位置，定点测量仪表一般称为物位开关。物位检测仪表类型如表4-11所示。物位检测仪表如图4-62所示。表4-11物位检测仪表分类及性能比较a）玻璃板液位计b）核辐射式物位计c）光学液位计图4-62部分物位检测仪表下面具体介绍应用广泛的差压式液位计以及其他几种物位检测仪表。2差压式液位计这里以法兰式差压变送器为例介绍差压式液位计的使用。法兰式差压变送器如图4-63所示。图4-63法兰式差压变送器（a）单法兰（b）双法兰图4-64法兰式压差液位计如图4-65b所示，若差压变送器的测量范围为0～5000Pa，当压差由0变化到5000Pa时，变送器的输出将由4mA变化到20mA，此时是无迁移的情况，如图4-65b图a曲线所示。假设偏移量h高度对应压力为2000Pa时变送器的输出为4mA，而压力为7000Pa时，输出为20mA。这种情况就是正迁移，如图4-65b图c曲线所示。若压力为-2000Pa时变送器的输出为4mA，则为负迁移，如图4-65b图b曲线所示。a）正迁移示意图b）正负迁移曲线图图4-65差压变送器的零点迁移4.5.3其他物位检测仪表1．电容式物位传感器通过测量电容量的变化可以用来检测液位、料位和两种不同液体的分界面。电容器的组成如图4-66所示。图4-66电容器的组成1—内电极；2—外电极电容量的变化与液位高度H成正比。该法是利用被测介质的介电系数与空气介电系数0不等的原理进行工作，（-0）值越大，仪表越灵敏。电容器两极间的距离越小，仪表越灵敏。1）液位检测电容式液位传感器如图4-67所示，是根据电容极板间物质介电常数的不同（如，水的介电常数为79，而干燥空气则为1）所引起的电容变化并测试电容，进而求得被测物理量（如液位）。在工业生产过程中，有许多大型的圆型贮料容器，器壁有金属的，也有非金属的；贮料有液体的，也有粒状（或粉状）固体的；电物理性方面有导电的，也有电绝缘的。在贮罐器壁为金属材质时具有最简单的电容极板构造形式，对非导电介质液位测量的电容式液位传感器原理如图4-68所示。图4-67电容式液位传感器图4-68非导电介质的液位测量1—内电极；2—外电极；3—绝缘套；4—流通小孔图4-69测量料位的示意图1—金属电极棒；2—容器壁2）料位检测用电容法可以测量固体块状颗粒体及粉料的料位。由于固体间磨损较大，容易“滞留”，可用电极棒及容器壁组成电容器的两极来测量非导电固体料位。用金属电极棒插入容器来测量料位的示意图如图4-69所示。2．超声波物位传感器超声波物位传感器如图4-70，超声波在气体、液体和固体介质中以一定速度传播时因被吸收而衰减，但衰减程度不同，在气体中衰减最大，在固体中衰减最小；当超声波穿越两种不同介质构成的分界面时会产生反射和折射，且当这两种介质的声阻抗差别较大时几乎为全反射。利用这些特性可以测量物位，如回波反射式超声波物位计通过测量从发射超声波至接收到被物位界面反射的回波的时间间隔来确定物位的高低。图4-71是超声波测量物位的原理图。图4-70超声波物位传感器图4-71超声波测量物位的原理图超声波物位计采用的是非接触测量，因此适用于液体、颗粒状、粉状物以及黏稠、有毒介质的物位测量，能够实现防爆，但有些介质对超声波吸收能力很强，无法采用超声波检测方法。（大屏幕投影）讲解物位的有关概念（大屏幕投影）简单解说测流量仪表的分类及性能，必要时可用图片或实物展示，让学生加深印象。（大屏幕投影）解说差压式液位计工作原理，必要时可用图片或实物展示，让学生加深印象。（大屏幕投影