第五章 物位检测仪表PPT课件

5 1浮力式液位计5 2差压式液位计5 3电容式物位计5 4雷达物位计5 5厚度检测 第五章物位与厚度检测仪表 5 1浮子式液位计 原理 在液体中放置一个浮子 浮子随液面变化而自由浮动 借此测量液位 F浮不变 1 浮子 2 磁铁 3 铁心 4 导轮 5 非导磁管 6 浮球 7 连杆 8 转动轴 9 重锤 10 杠杆 a 浮子式 敞口容器 b 浮子式 密闭容器 c 浮球式 浮球式液位控制器 配合电磁阀门执行机构 可实现阀门的自动启停 进行液位的自动控制 磁翻转浮标液位计 为克服玻璃管浮标液位计易碎问题 在浮标上设置永久磁铁1 安装在非导磁不锈钢导筒内 它随导筒内的液位升降 借助于磁耦合作用 使导管外翻转箱内的红白相间的翻板或翻球2依次翻转有液体的位置红色朝外 无液体的位置白色朝外 因此红色就是液位所在 液位高度由标尺显示 5 2差压式液位计 原理 容器内液位变化时 液柱产生的静压也相应变化 差压计测得的差压与液位高度成正比 常用来测量敞口容器和密封容器的液位 5 2 1敞口容器的液位检测5 2 2密闭容器的液位检测5 2 3法兰式差压变送器 5 2 1敞口容器的液位检测 压力传感器测量液位 静压 原理图 1 利用压力传感器 或压力表 直接测量 压力与液位的关系为 式中 H 液位高度 m 液体的密度 kg m3 g 重力加速度 m s2 p 容器底部的压力 Pa 如果压力传感器与容器底部不在相同高度处 导压管内的液柱压力必须用零点迁移方法解决 工业生产中普遍采用差压传感器来测量液位 敞口容器液位测量 a 差压变送器的安装 b 零点正迁移坐标图 2 差压变送器测量 差压计 DDZ 两侧压力 P1 h g h1 h2 gP2 0 表压 压差 P为 P P1 P2 h g h1 h2 g h g Z0Z0 零点迁移量 Z0 h1 h2 g由于Z0的存在 变送器输出信号不能正确反应液位的高低 h 0时 P Z0 变送器正常使用要求是 当液位0 H 输出电流4 20mADC 所以必须设法抵消Z0的影响 零点迁移的原因当变送器安装位置固定 Z0固定 将变送器零点沿 P的坐标方向迁移Z0 从而使变送器可满足正常使用的要求 零点迁移分类零点正迁移 零点负迁移零点迁移实质正负迁移实质是通过改变变送器的零点 同时改变量程上下限 而不改变量程的大小 密闭容器液位测量 a 差压变送器的安装 b 零点负迁移坐标图 5 2 2密闭容器的液位检测 气相连通管内充以高度为h3的隔离液 一般取隔离液密度 2 被测液密度 1 差压变送器两侧压力 P1 h h1 h2 1gP2 h3 2g P P1 P2 h 1g h3 2 h1 h2 1 g h 1g Z0Z0 零点迁移量 Z0 h3 2 h1 h2 1 gZ0为负迁移 即沿 P坐标的负方向移动Z0的位置 用差压变送器测量密闭容器的液位 设被测液体的密度 1 0 8g m3 连通管内充满隔离液 其密度 2 0 9g m3 设液位变化范围为1250mm h1 50mm h2 2000mm 问 1 差压变送器的零点要进行正迁移还是负迁移 2 变送器的量程应选择多大 3 零点迁移后测量上 下限各是多少 解 P1 h h1 1gP2 h2 2g P P1 P2 h 1g h2 2g h1 1g h 1g Z0 1 零点负迁移 最低液位处 h 0 Z0 2 900 0 05 800 10 103 17 6kPa 2 变送器的量程H 1g 1 25 800 10 1000 10kPa 3 零点迁移后测量上 下限为 17 6 7 6kPa 思考 请判断下面三种安装方式是否需要进行零点迁移 应向何方向进行 a b c 法兰式差压变送器测量液位示意图1 平法兰测头 2 毛细管 3 差压变送器 4 插入式法兰测头 原理 法兰测头是一不锈钢膜盒 膜盒内充以硅油 用毛细管引到差压变送器的测量室 5 2 3法兰式差压变送器 使用于有腐蚀性 含固体颗粒 易结晶 易沉淀或粘度大的液体 因为容易造成堵塞的场合 用一台双法兰式差压变送器测量某容器的液位 如图所示 已知被测液位的变化范围为0 3m 被测介质密度 900kg m3 毛细管内工作介质密度 950kg m3 变送器的安装尺寸为h1 1m h2 4m 求变送器的测量范围 并判断零件迁移方向 计算迁移量 当法兰式差压变送器的安装位置升高或降低时 问对测量有何影响 P0 0 解变送器的测量范围应根据液位的最大变化范围来计算 测量范围可选0 30kPa 如图所示 当液位高度为h时 差压变送器正 负压室所受压力p1 p2分别为 差压变送器输入信号为 由上式可知 当h 0时 p h2 0g 0 所以 应进行负迁移 其迁移量应为h2 0g 当差压变送器安装的高度改变时 只要两个取压法兰间的尺寸h2不变 其迁移量是不变的 5 3 1检测原理 利用电容器间介质不同时 电容量不同 可测定液位 料位或不同液体的分界面 电容物料传感器大多是同轴的圆筒形电容器 圆筒形电容器1 内电极 2 外电极 5 3电容式物位计 D d一定 C L 将电容传感器插入被测介质中 电极浸入介质中的深度随物位高低而变化 电极间介质的升降 必然会改变两极板间的电容量 从而可测出液位 极板间介质的介电系数 0 p其中 0 8 84 10 12F m 为真空 或干空气 近似的介电系数 p为介质的相对介电系数 水的 p 80 石油的 p 2 3 等等 圆筒形电容器的电容量C为 导电液体液位测量1 内电极 2 绝缘套管 3 容器 内电极为直径为d的不锈钢或紫铜棒 外套聚四氟乙烯塑料绝缘管或涂以搪瓷绝缘层 导电液体用电容传感器 水 酸 碱 盐及各种水溶液 要用绝缘电容传感器 H 0时 传感器的起始电容为C0 0 等效介电系数 0 绝缘导管或陶瓷涂层的介电系数 当液高为H时 电容传感器的电容量C为 上两式相减 便得液位高为H的电容变化量Cx 由于D0 d 通常 0 上式右边第二项可忽略 则电容变化量为 S 传感器的灵敏度系数 S 2 ln D d D d和 基本不变 故测得Cx可知液位高低 D d愈接近 越大 灵敏度S越高 当液体粘滞性大时会粘在电极上 不适于 较高或粘附力强的液体 非导电液体液位测量1 内电极 2 外电极 3 绝缘环 裸电极作内电极 外套以开有液体流通孔的金属外电极 通过绝缘环装配成电容传感器 非导电液体用电容传感器 0 空气的介电系数 H H时 p 液体相对介电系数 H 0时 上两式相减得传感器的电容变化量Cx为 S 传感器的灵敏度系数 D d 0 p是一定的 因此测定Cx可测定液位H a 测量金属料仓的料位 b 测量水泥料仓的料位 1 金属内电极 2 金属容器壁电极 3 钢丝绳内电极 4 钢筋 5 绝缘体 粉粒状物料用电容传感器 测量粉状非导电介质 干燥水泥 粮食等 钢丝绳悬在料仓中央 与仓壁中钢筋构成电容器 粉料绝缘电极对地亦应绝缘 粉料作绝缘介质 若容器为圆筒形 Cx可用Cx S H计算 5 4雷达物位计 微波物位计 俗称雷达物位计 利用回波测距原理 其喇叭状或杆式天线向被测物料面发射微披 微被传播到不同相对介电率的物料表面时会产生反射 并被天线所接收 发射波与接收波的时间差与物料面与天线的距离成正比 测出传播时间即可得知距离 微波是电磁波 传播速度且不受介质特性影响 所以在一些有温度 压力 蒸汽等场合 超声物位计不能正常工作 而微波物位计可以使用 在石油及石化领域有较广阔的应用前景 VGHORN采用调频连续波FMCW X波段 整机采用一体化设计包括信号处理器 过程连接和天线 适用于距离 物位和体积的测量 应用场所包括储罐 槽 斗 工艺过程罐 稳波井 旁通管 5 5厚度检测 厚度检测在冶金生产过程中是不可缺少检测厚度的方法涡流式测厚与放射线测厚两种方法涡流厚度检测法核辐射厚度测量 5 5 1涡流厚度检测法 电涡流 当通过金属体的磁通发生变化时 就会在导体中产生感生电流 这种电流在导体中是自行闭合的 这就是所谓电涡流 涡流效应 电涡流的产生必然要消耗一部分能量 从而使产生磁场的线圈阻抗发生变化 这一物理现象称为涡流效应 分类 高频反射式涡流厚度计 几兆赫到几百兆赫 低频透射式涡流厚度计 几百到一两千赫 利用涡流效应检测厚度 5 5厚度检测 当线圈中通以高频电流iC 产生交变磁场HC 在高频磁场作用下 金属板内产生涡流is 涡流产生二次磁场 反过来削弱传感器的磁场HC 使原线圈的阻抗Zc发生变化 显然Zc的变化决定于线圈到金属板表面的距离 金属板与线圈的距离是固定的 实际是金属板的厚度在变化 这就测定了金属板的厚度 高频反射式涡流厚度计 原线圈的等效阻抗Z变化 案例 板的厚度测量 被测金属板的形状对涡流测厚有影响 被测平板的有效宽度应大于检测线圈三倍以上 如被测件为圆柱体 其直径应大于检测线圈三倍半以上 而且传感器必须重新标定后才能使用 低频透射式涡流厚度计 透射式涡流厚度测量原理励磁线圈 供电U1 在线圈L1周围产生音频交变磁场 则线圈L2直接受到线圈L1交变磁场的作用 产生感应电势 一定条件下感应电势E是稳定的 如在两线圈之间有有金属板通过 L1产生的磁通 一部分在金属板内产生涡流而