物位测量及变送.doc

第三章 物位测量及变送第一节 引言物位测量的目的： 1）正确测得容器中储藏物质的容量或重量； 2）监视容器内物位，使之保持在一定高度，对物位允许的上、下限发出报警； 3）连续监视或调节容器中流入流出物料的平衡。 物位：液位、界面、料位液位：气液界面 界面：不同液体接触面 料位：固体容高 宽界液位计：能反映整个容器液位高度的液位计。 狭界液位计：要求液位保持在某一规定值，而量程又不必很宽的液位计。物位测量仪表分类1） 直读式物位仪表2） 浮力式物位仪表3） 静压式物位仪表4） 电气式物位仪表5） 核辐射式物位仪表6） 声波式物位仪表7） 光学式物位仪表浮力式液位计浮力式液位计分类：恒浮力式液位计：维持浮力不变，浮标永远漂浮在液面上，浮标的位置随着液面高低而变化，检测出浮标的位移量，便可以知道液位的高低。变浮力式液位计：浮力是变化的，浮标浸没在液体里，由于浮标被浸没的程度不同，浮标所受的浮力也不同，检测出浮标所受的浮力的变化，便可以知道液位的高低。恒浮力式液位计1. 自动跟踪式液位计 油罐区自动跟踪式液位计由发讯器、一次仪表、二次仪表三部分组成。1） 浮标对液面的自动跟踪；液位浮标所受的浮力浮标对杠杆的拉力差动变压器输出电压信号经放大器放大可逆电机转动浮标2） 数字轮可以指示出液位的数值；3） 自整角机将液位信号转换成电信号送到二次仪表进行指示。仪表的灵敏度与精度较高。 2浮球式液位计浮球式液位计适用于温度、粘度较高，而压力不太高的密闭容器内的液位测量。内浮式：浮球直接装在容器内部；外浮式：在容器外侧另做一浮球室与容器相连通。液位浮球被液体浸没的深度浮球所受的浮力平衡重物拉动杠杆做顺时针方向转动浮球指针角位移液位高低W浮球的重力；F介质的浮力；G重锤的重力；OA转轴到浮球中心的垂直距离；OB转轴到重锤中心的垂直距离。3磁翻转式液位计磁翻转式液位计可替代玻璃板或玻璃管液位计，用来测量有压容器或敞口容器内的液位，不仅可以就地指示，亦可以附加液位越限报警及信号远传功能，实现远距离的液位报警和监控。液位计根据浮力原理和磁性耦合作用原理工作的。当被测容器中的液位升降时，液位计主导管中的浮子也随之升降，浮子内的永久磁钢通过磁耦合传递到现场指示器，驱动红、白翻柱翻转180，当液位上升时，翻柱由白色转为红色，当液位下降时，翻柱由红色转为白色，指示器的红、白界位处为容器内介质液位的实际高度，从而实现液位的指示。4.浮子钢带式液位计浮子经过钢带和滑轮将浮力的变化传到钉轮上，钉轮周边的钉状齿与钢带上的孔啮合，将钢带的直线运动变为转动，由指针和计数器指示出液位。在钉轮轴上再安装转角传感器或变送器，就可以实现液位信号的远传。系统平衡时应满足： 当拉力T恒定，钉轮的周长、钉状齿间距及钢带的孔间距均制造得很精确时，可以得到较高的测量精度。这种传动方式，密封比较困难，不适用于有压容器，因此通常多用于常压储罐的液位测量。浮子钢带式液位计的测量范围一般为020m，测量精度可以达到士0. 03。若采用远传信号方式，不仅可以提供远传标准信号，还可在现场提供液位的液晶数字显示。变浮力式液位计浮筒液位计基本原理是当物体被液体浸没的体积不同时，则物体所受的浮力也不同，因此通过检测物体所受的浮力的变化，便可以知道液位的变化。浮筒液位计可克服浮球液位计需要转轴、密封结构的缺点。横截面相同，重力为W的圆筒形金属浮筒把弹簧压缩，浮筒的重量被弹簧力所平衡。当浮筒的一部分被液体浸没时，由于受到液体的浮力作用而使浮筒向上移动，当与弹簧力达到平衡时，浮筒才停止移动。 浮筒位移液位变化 如果在浮筒的连杆上安装一铁芯，通过差动变压器便可以输出相应的电信号，指示出液位的数值。扭力管式液位变送器 作为液位检测元件的浮筒垂直地悬挂在杠杆的一端，杠杆的另一端与扭力管、芯轴的一端垂直地固结在一起，并由固定在外壳上的支点所支撑。扭力管的另一端通过法兰固定在仪表外壳上。芯轴的另一端为自由端，用来输出角位移。 液位浮筒所受浮力作用在杠杆上的力扭力管的扭角电动转换将扭力管的扭角转换成420mA的电流输出。振荡器是一多谐振荡电路，产生6kHz正弦电压，作为涡流差动变压器初级线圈的激励电压。涡流差动变压器：解调器将涡流差动变压器的输出信号通过解调器变为直流输出送入差分放大器的同相输入端，其输出电压经功率放大器、输出电流(420 mA)，经反馈网络送回到的反相输入端，实现负反馈。可通过改变负反馈量的大小实现满度调整。 液位浮力主杠杆以轴封膜片为支点产生顺时针方向偏转转换部分将测量部分产生的力矩转换为相应的电信号差压式液位计差压式液位计的工作原理：差压式液位计利用容器内的液位改变时，由液柱产生的静压也相应变化的原理而工作的。 A，B两点之间的压差与液位高度成正比，这样就把测量液位高度的问题转换为测量差压的问题了。正压室、负压室测量敝口容器的液位时差压变送器的负压室通大气即可 测量有压容器的液位时，需要将差压变送器的负压室与容器的气相空间相连，以平衡气相压力的静压作用，差压的大小同样代表了液位高度的大小。 零点迁移问题无迁移: 当H=0时，作用在正、负压室的压力是相等的。 ， 为了保证负压室的液柱高度恒定，或为了防止容器内液体和气体进入变送器而造成管线堵塞或腐蚀，在变送器正、负压室与取压点之间分别装有隔离罐，并充以隔离液。 负迁移： 差压计的测量的起始位置，即零点发生了变化（迁移），差压计测量范围的上、下限也随之变化，但差压计的量程不变。零点迁移：一般是在仪表上加一迁移装置，用变送器内部反馈调整方式抵消掉固定差压的作用。其实质就是改变差压计测量范围的上、下限，相当于测量范围的平移，量程的大小依然不变。无迁移：负迁移： 正迁移： 变送器的安装位置与容器的最低液位（H=0）不在同一水平位置 正压室多了一项附加压力。无论是正迁移还是负迁移，均是改变了测量的起始位置（零点），即改变了差压计测量范围的上、下限，但它的量程不变。法兰式差压变送器测量液位为了解决当测量具有腐蚀性或含有结晶颗粒以及粘度大、易凝固等液位时，引压管线被腐蚀或被堵的问题，现在专门生产了法兰式差压变送器。在膜盒、毛细管和测量室所组成的封闭系统内充有硅油，作为传压介质，使被测介质不进人毛细管与变送器，以免堵塞或蚀腐。迁移量：锅炉汽包水位的测量锅炉汽包水位测量的两个途径：1 采用连通管式玻璃水位计2 采用差压式水位计差压式水位计主要由水位差压转换容器（又称平衡容器）、压力信号导压管及差压计三部分组成。差压式水位计的工作原理是把液位高度变化转换成差压信号来实现水位测量的仪表。凝汽筒式平衡容器：L溢入汽包 L蒸汽冷凝补充筒内的液面高度L恒定恒定 H：汽包内饱和水液位(即水位表应指示的值)； L：水位平衡容器内不饱和水液位到水侧取样管中心高度； ：平衡容器内不饱和水密度； ：汽包内饱和水密度； ：汽包内饱和蒸汽密度。通过负向迁移，正、负压导管的差压输出p与汽包水位H呈线性关系。差压式水位计是在汽包额定工作压力下分度的，因此，只有在汽包额定工作压力下运行时指示才正确。储罐液体称量仪 储罐液体称量仪被广泛地使用在石油、化工部门，测量各种大型储罐的储量。l 储罐由于高度与直径都很大，即使液位变化12 mm,都会有几百公斤到几吨的差别，所以液位的测量要求很精确。l 液体（例如油品）的密度会随温度发生较大的变化，而大型容器由于体积很大，各处温度很不均匀。因此，即使液位（即体积）测量准确，也难以反映罐中真实的质量储量。利用称量仪进行测量。 称量仪是根据天平原理设计的。罐顶气相压力与罐底油品压力分别引至下波纹管2和上波纹管1；液位变化压力变化杠杆系统失去平衡差动发讯器输出不平衡电势交流放大器放大驱动可逆电机丝杠转动祛码轴向移动杠杆系统重新平衡差动发讯器输出为零可逆电机停转杠杆平衡 液罐内总液体储量： 液罐截面积： 与介质的密度无关。避免了重力加速度的影响，仪表在不同地区也不需加以修正。 丝杠转角通过齿轮传动使码盘转动，码盘转角码盘编码信号译码器数字显示液罐单位面积液体质量其他物位计 电容式物位计电容式物位计由电容传感器和测量电路组成。被测介质的物位通过电容传感器转换成相应的电容量，利用测量电路测得电容的变化量，即可间接求得被测介质物位的变化。 电容式物位计适用于导电或非导电液体的液位及粉末状物料的料位测量，也可用于液液和液固分界面的测量。由内电极和一个与它相绝缘的同轴金属圆筒制做的外电极所组成，外电极上开有孔和槽，以便被测液体自由地流进或流出。内、外电极之间采用绝缘套进行绝缘固定。非导电介质液位的测量 当被测液位为零时，电容器的电容量 L：内、外电极高度； ：电容器中间所充气体介质的介电常数。当被测液位为某一高度H时，电容器可视为两部分电容的并联组合 ：被测液体的介电常数。 导电介质液位的测量如果被测介质为导电液体，内电极要用绝缘物覆盖作为中间介质，导电液体与金属容器壁一起作为外电极。中间绝缘介质的介电常数： 固体料位的测量对于非导电固体物料的料位测量，通常将一根金属电极棒插人容器内的被测物料中，以金属棒作为内电极，以金属容器壁作为外电极。 ：固体物料的介电常数R：容器的器壁内径电容式物位计虚假液位但当被测介质粘度较大时，液位下降后，电极表面仍会粘附一层被测介质，从而造成虚假液位示值，严重影响测量精度。射频导纳物位计在电容式物位计测量原理的基础上发展起来的一种物位测量技术。射频：高频无线电波谱；导纳：阻抗（复）的倒数。射频导纳可以理解为用高频无线电波测量被测系统的导纳。 挂料层横截面积物料电阻 物料作为电容的一个极板 挂料层等效为一条传输线（小电容+小电阻） 电化学实验 挂料长度: 2.5430.48mm C:物位电容 射频导纳物位计适用于导电或非导电介质，尤其是粘稠的、易在电极上挂料的导电介质物位的连续测量，并可实现高、低限报警。超声波物位计回声测距原理：超声波发射探头发出的超声脉冲，在介质中传到相界面经过反射后，再返回到接收探头。超声测液位原理：如果测出超声脉冲从发射到接收所需时间，根据介质中已知的声速就能计算出从探头到相界面的距离，从而确定了物位高度。 超声波探头（换能器）：常用的材料有石英、酒石酸钾钠等压电晶体和锆钛酸铅、钛酸钡、铌镁酸铅等压电陶瓷。压电元件通常为圆片，两边渗银层做电极，轴向加10004000 V/mm高压电场。 根据传声介质的不同，超声波液位计可分为液介式、气介式和固介式三类。单探头式超声液位计：发射和接收由一个探测器完成的；双探头式超声液位计：发射和接收由两个探测器分别完成的。 单探头式液介式： L：探头至液面的垂直距离； t: 发射到接收经过的时间； c：经过精确测定的超声波在介质中的传播速度。气介式： H：探头至容器底部的距离。 固介式：双探头式液介式：气介式：液介式液位计的探头（也称换能器）安装于容器底部，靠液体传递声波。气介式比较适用于腐蚀性介质、高粘度及含有颗粒杂质介质的液位测量。 声速校正：在实际测量中，必须对声速进行校正，以保证测量精度。 温度、压力的变化声速变化 可根据声波在反射靶和探头之间往返一次的时间求得实际声速。 透射式在物位测量中，一般是利用有物位或无物位时声阻抗的显著差别作为超声液位开关，产生开关量信号，作为物位高、低限报警信号或联锁信号使用。核辐射物位计 核辐射放射源，