第三章 石油大学化工仪表物位测量及变送.ppt

第三章物位测量及变送,物位概念，恒浮力式、变浮力式物位计的结构、原理及适用场合，差压式物位计迁移，电容式物位计原理，雷达式液位计原理、特点。,内容：第一节概述第二节浮力式液位计第三节差压式液位计第四节其他物位计,重点：,第一节概述,物位-指容器中的液体介质的液位、固体的料位或颗粒物的料位和两种不同液体介质分界面的总称液位-气液交界面界面-两种不同液体间的接触面料位-固体的容积高度。,物位检测的作用确定容器中的贮料数量，以保证连续生产的需要或进行经济核算；为了监视或控制容器的物位，使它保持在规定的范围内；对它的上下极限位置进行报警，以保证生产安全、正常进行。,物位计类型：1、直读式液位计连通器原理，玻璃管，玻璃板，磁翻板等2、浮力式：恒浮力式（浮球、浮标）、变浮力式3、差压式物位计4、电容式、核辐射式、超声波式、雷达式、射频导纳式等,音叉,阻旋,第二节浮力式液位计,一、恒浮力式恒浮力式是指维持浮力不变，浮标一直漂浮在液面上,浮标随着液面的高低变化,浮标位置的变化通过传递机构传出容器外,可进行指示或其它转换。恒浮力式液位计有:自动跟踪式液位计、浮球式液位计、磁翻转式液位计和浮子钢带式液位计等。,磁翻板/磁浮子液位计,侧装式浮球液位计：空心金属球由连杆连至容器外,转动点在容器壁上,连杆另一端有平衡重锤来维持平衡,液位变化带动连杆转动，转动的角度转化为刻度指示,转动通过一定机构转换成电(气)信号远传。,特点：适用于温度、粘度较高而压力不太高的密闭容器内的液体介质的液位测量。,顶装式浮球液位计：本体内的传感器受本体外的浮子作用促使干簧模组吸合或断开，并将液位信号转变为420ma的连续电流信号或者电阻信号,浮子钢带液位计：根据力平衡原理设计。浸在被测液体中的浮子受到重力W，浮力F和由平衡弹簧产生的恒定拉力P的作用，当三个力的矢量和等于零时，浮子处于平衡静止状态，液体浸没浮子的高度h为恒定值，当液位发生变化时浮子将随之产生位移，与浮子连接的高精度冲孔传动钢带就带动链轮转动，把液位变化为角位移信号，由传动销输出和变送器耦合，由与链轮同轴的计数器显示液位数值。,仪表由液位检测装置浮子，高精度位移传动系统传动钢带及链轮、恒力装置平衡弹簧组件、显示器计数器、导管支架、弯头、钢丝拉紧器底部固定器等安装附件组成。,适用范围：圆柱形锥顶或拱顶罐浮顶罐地下罐或罐顶安装被测介质带有挥发性、腐蚀性气体、随温度介质密度和黏度变化较大或其它原因需要容器与仪表密封隔离。广泛应用于石油、化工、电力、冶金、环保、食品等工业部门，将容器中的液位变化转换成模拟信号、电脉冲信号或开关信号远传至控制室显示。,二、变浮力式扭力管式液位计,浸没于液体中的物体随浸没程度的变化而使之所受浮力发生变化，检测出浮力变化则可知液位高度，属于这种液位计的有浮筒式液位计。原理：当液位低于浮筒下端时，浮筒的全部重量作用在杠杆上，此时作用力为0=，此时扭力管产生最大扭角max（约为7）。,式中A浮筒的截面积；X浮筒上移的距离；被测液体的密度。,满量程时扭力管产生最小扭角为min(约为2)。浮筒上移的距离与液位高度成正比，即X=KH，所以上式可以写成为,当液位为高度H时，浮筒的浸没深度为H-X，作用在杠杆上的力为,转换部分,电动转换是将扭力管输出的角位移转换成420mA的电流输出，主要由振荡器、涡流差动变压器、解调器、直流放大器组成。,设动臂转角变化用表示，则,式中K比例系数，K=0100%。,振荡器为一多谐振荡电路，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。,当动臂短路环转至中舌最左端时，K=0；当动臂短路环转至中舌最右端时，K=100%。由此可得01=K002=（1-K）0,由于次级线圈感应电压与穿过线圈的交流磁通成正比，铁芯左右两臂及两次级线圈完全对称，因此u1=KZ0=Z01u2=(1-K)Z0=Z02Z磁通电压转换系数,将差动电压输入到解调器中，变为直流电压，进一步处理供输出。,浮筒式液位计的量程：决定于沉筒的长度。浮筒式液位计只能用于测量轻、净介质。浮筒式液位计的输出信号不仅与液位高度有关,还与被测介质的密度有关(浮力与液体密度有关),因此当所测介质密度变化时,必须进行密度修正。,常见量程有：300，500，800，1200，1600，2000mm等。适用密度：0.5-1.5,第三节差压式液位计,一、工作原理P=gh测量压力（差压）可以实现液位、密度测量。,差压测敞口容器压力：,P测压仪表指示值H液位的高度液体的密度g重力加速度,差压测密闭容器压力：,PA、PB分别是液面上部气体压力和液面以下H深度的压力。,敞口罐,密闭罐DryLeg,二、迁移1、无迁移变送器正压室接取压口,负压室通大气，若变送器与最低液位处于同一水平位置上，则变送器输出反映真实情况，此时不用调整。,2、正迁移敞口容器中当变送器低于最低液面时必须进行正迁移。,3、负迁移密闭容器液位测量必须将气相压力引入变送器负压室，气相为可凝气时,凝液会导致负引压管中压力变化,即使液位最高时变送器输出仍小于最小值,必须进行负向调整,使的当H=0时输出最小。,如何判断进行何种迁移呢?当液位最低时,P=P+-P-=0无迁移0正迁移,密闭罐WetLeg,这种调整称为迁移，迁移实际上是零点调整，对变送器量程没有改变，迁移时可以调整迁移弹簧。,迁移的实现,迁移可以通过专门的迁移机构来实现，实质上就是对零点的改变，改变了变送器的测量范围的上、下限，但并不改变变送器的量程。,（a）无迁移（b）负迁移（c）正迁移,三、特殊介质物位测量腐蚀性或含悬浮颗粒、粘度大、易凝等介质的测量采用法兰式液位计。法兰式液位计的迁移量与变送器安装高度无关,而且总是负移迁。,第四节其它物位计,一、电容式物位计,采用圆筒形电容器原理进行工作。圆筒形电容器电容：,利用电容与介电常数、电极长度的关系，采取合适的传感器形式，可以进行物位测量。考虑用于导电介质与不导电介质的电容式物位传感器的区别。,二、核辐射物位计,射线强度按指数规律衰减，其关系为：I=I0e-H式中介质对射线吸收系数；H介质层厚度；I穿过介质后的射线强度。,设超声探头至物位的垂直距离为H，由发射接收所经历时间为t，超声波在介质中传播速度为V，则,三、超声波物位计,超声波液位计按传声介质不同，可分为气介式、液介式和固介式三种；,介质成份变化会引起声速变化，例如液体的蒸发汽化会改变声波的传播速度，从而引起超声波液位测量误差。,特点：电磁波传送不受介质变化的影响，它可以在缺少空气（真空）或具有汽化介质的条件下传播，并且气体波动变化不影响电磁波的传播速度。雷达液位计采用非接触测量方式，没有活动部件，可靠性高，平均无故障时间长达10年，安装方便，适用于高粘度、易结晶、强腐蚀及易爆易燃介质。精度达0.25级，工作温度范围-200230，工作压力为40.MPa，测量范围为040m，可以满足球罐、拱顶罐、内浮顶和外浮顶等罐的测量要求。,四、雷达液位计,以光速c传播的超高频电磁波经天线向被探测容器液面发射，当电磁波碰到液面后反射回来，雷达液位计是通过测量发射波及反射波之间的延时t来确定天线与反射面之间的高度（空高h）。t=2h/c,接触型导波雷达6GHzand26GHz；时域反射计TDR、缆式雷达、微脉冲雷达MIR接触技术，不是辐射型；沿缆绳发射一个信号，测量回波的时间。基于时间的测量，精度依赖于时间测量的准确性；优点：经济、高信噪比可测量不同介质、适用于小容器密闭罐；代替浮筒。,非接触型导波、调频连续波雷达,调频连续波雷达测量一个与距离成正比的回波频率的改变；不测量时间；可以非常精确的测量；10GHz，