第三章 物位测量及变送

1、第三章第三章 物位测量及变送物位测量及变送 概述概述 浮力式液位计浮力式液位计 差压式液位计差压式液位计 其它物位计其它物位计 小结小结 物位测量：物位测量： 液位液位气体和液体间的分界面。气体和液体间的分界面。 第一节第一节 概概 述述 界位界位两种不同液体间的接触面；液体与固体间的两种不同液体间的接触面；液体与固体间的 接触面。接触面。 料位料位气体与固体颗粒或粉末的分界面。气体与固体颗粒或粉末的分界面。 返回返回 第二节第二节 浮力式液位计浮力式液位计 利用漂浮于液面上的浮子高度或浸入液体中浮利用漂浮于液面上的浮子高度或浸入液体中浮 子的浮力变化测知液位或界位。子的浮力变化测知液位或界位

2、。 恒浮力式恒浮力式 自动跟踪式、浮标式、浮球式、钢带式液位计自动跟踪式、浮标式、浮球式、钢带式液位计等。等。 变浮力式变浮力式 浮筒式液位计浮筒式液位计 浮力不变。浮子永远漂浮在液面上，位置随着液位变化。浮力不变。浮子永远漂浮在液面上，位置随着液位变化。 浮力变化。浮子浸没在液体里，浮力随液位变化。浮力变化。浮子浸没在液体里，浮力随液位变化。 恒浮力原理恒浮力原理原理示意原理示意 返回返回 确定浮标位置确定浮标位置液位液位 确定浮力变化确定浮力变化液位液位 测量原理：测量原理： 第二节第二节 浮力式液位计浮力式液位计 （一）磁翻转式液位计（一）磁翻转式液位计 每个翻板或翻球的翻转直径为每个翻

3、板或翻球的翻转直径为10mm10mm。 返回返回 一、恒浮力式一、恒浮力式 浮子位置随液位高低而变，检测其位移，可知液位高度。浮子位置随液位高低而变，检测其位移，可知液位高度。 第二节第二节 浮力式液位计浮力式液位计 （二）浮球式液位计（二）浮球式液位计 OBGOAFW )（ 1. 工作原理工作原理 2. 特点特点 （1）量程小，受连杆长度和角度限制；）量程小，受连杆长度和角度限制； （2）精度低，最高）精度低，最高0.5级左右；级左右； （3）适用于温度、粘度较高，压力不）适用于温度、粘度较高，压力不 高的液位测量。高的液位测量。 W浮球的重力；浮球的重力； G重锤的重力；重锤的重力； OA

4、转轴到浮球中心垂直距离；转轴到浮球中心垂直距离； OB转轴到重锤中心垂直距离。转轴到重锤中心垂直距离。 内浮球液位计内浮球液位计 P4MPa，T450，0.55g/cm3H 1200mm H F (W-F) 杠杆顺时针转动杠杆顺时针转动F 返回返回 第二节第二节 浮力式液位计浮力式液位计 二、变浮力式二、变浮力式 介质浸没物体的高度或密度变化时，物体所受浮力发生介质浸没物体的高度或密度变化时，物体所受浮力发生 变化。由浮力的变化可测知物位高度。变化。由浮力的变化可测知物位高度。 此原理液位计：此原理液位计：浮筒式液位计浮筒式液位计 （一（一）工作原理工作原理 C 弹簧刚度；弹簧刚度； x 弹簧

5、压缩位移；弹簧压缩位移； A 浮筒截面；浮筒截面； H 浮筒浸没高度；浮筒浸没高度； gAHWCx H浮筒上移浮筒上移x gxHHAWxxC )()( HKH gAC gA x 返回返回 第二节第二节 浮力式液位计浮力式液位计 （二）扭力管式结构（二）扭力管式结构 1.1.测量元件测量元件作用：作用：H H 浮力浮力 Fx扭角扭角 H = Hmax时：杠杆作用力为时：杠杆作用力为 gAHWF maxx H=0时：杠杆作用力为时：杠杆作用力为 x = 扭力管产生扭角扭力管产生扭角max(约约7)。 扭力管产生最小扭角为扭力管产生最小扭角为min (约约2)。 A 浮筒截面积；浮筒截面积； 被测液

6、体密度。被测液体密度。 Fx 测量部分测量部分 返回返回 第二节第二节 浮力式液位计浮力式液位计 2. 转换部分转换部分作用：作用：将将u I0 %100 max K K 比例系数，比例系数，K=0100% 短路环短路环转至中舌转至中舌最左端最左端时，时，K=0；最右端最右端时，时，K=100%。 01=K0 02 =（1-K）0 0 21 )12( ZK uuu Z 磁通磁通- -电压转换系数。电压转换系数。 u与与K成正比，则成正比，则u与与成正比成正比。差动变压器差动变压器 返回返回 第二节第二节 浮力式液位计浮力式液位计 返回返回 第二节第二节 浮力式液位计浮力式液位计 1. 量程由浮

7、筒长度决定。量程由浮筒长度决定。 国产：国产：300、500、800、1200、1600、2000mm （三）特点（三）特点 2. 只能用于测量轻、净介质。只能用于测量轻、净介质。 3. 当被测介质当被测介质密度变化时，必须进行密度修正。密度变化时，必须进行密度修正。 4. 精度精度0.51.0级，级，可测液位、界位。可测液位、界位。 返回返回 第三节第三节 差压式液位计差压式液位计 液柱静压液柱静压P=gH，与介质密度和液柱高度成正比。，与介质密度和液柱高度成正比。 gHPPP gHPP AB AB 其中：其中：P差压值；差压值； H液位高度；液位高度； 介质密度；介质密度； g重力加速度。

8、重力加速度。 敞口容器：敞口容器：差压变送器负压室通大气或压力变送器。差压变送器负压室通大气或压力变送器。 密闭容器：密闭容器：差压变送器负压室连接容器的气相部分。差压变送器负压室连接容器的气相部分。 一、工作原理一、工作原理 返回返回 操作条件不变时，测静压得液位。操作条件不变时，测静压得液位。 第三节第三节 差压式液位计差压式液位计 二、零点迁移二、零点迁移 gHPPP AB 差压变送器测液位，一般情况下：差压变送器测液位，一般情况下： 实用中，大多数情况下，存在实用中，大多数情况下，存在零点迁移零点迁移问题。问题。 此为理想情况，称为此为理想情况，称为无迁移无迁移。 即：即：H=0 ，P

9、 =0 1. 正迁移正迁移 ghgHp H = 0 P=hg 0 I 4mA； H = Hmax Pmax=Hmaxg + hg I 20mA 正迁移正迁移(图图3-14) ghgHp 1 0 2 p 返回返回 第三节第三节 差压式液位计差压式液位计 设设: 变送器量程变送器量程Pmax = 5000Pa hg = 2000Pa 调整压差为大于零的附加静压调整压差为大于零的附加静压，称，称正迁移正迁移。 H = 0 P = 2000Pa 调零点迁移使调零点迁移使 I= 4mA； H = Hmax Pmax= 5000+2000=7000Pa I= 20mA。 2. 负迁移负迁移 ghgHp 负

10、压侧与取压点之间安装隔离罐或冷凝罐。负压侧与取压点之间安装隔离罐或冷凝罐。 H = 0 P= -hg0 I 挂料层横截面积挂料层横截面积 且具有导电性，则且具有导电性，则物料电阻可略。物料电阻可略。 物料作为电容一个物料作为电容一个 极板，物位以下电容极板，物位以下电容 变化量仍可示为：变化量仍可示为： H r R C ln 2 测电容测电容 测复数阻抗测复数阻抗 排除挂料排除挂料 返回返回 挂料层电阻不能忽略。等效为：挂料层电阻不能忽略。等效为： 由无穷多个无穷小的电容和电阻组成的传输线。由无穷多个无穷小的电容和电阻组成的传输线。 据电化学实验：据电化学实验：导电挂料足够长导电挂料足够长，挂

11、料和电极形成的挂料和电极形成的以以 绝缘层为介质的电容绝缘层为介质的电容容抗容抗XC挂 挂与挂料电阻 与挂料电阻R数值相等。数值相等。即即 R C X C 挂挂 挂挂 1 测得电容为：测得电容为： C真实物位的电容；真实物位的电容； C挂 挂导电挂料所表现的电容。 导电挂料所表现的电容。 由射频导纳原理，导电挂料电阻由射频导纳原理，导电挂料电阻R含挂料电容，测得含挂料电容，测得C挂 挂 则则 C= Cx-C挂 挂 ，得 ，得 C可知可知H。 Cx= C + C挂 挂 第四节第四节 其它液位计其它液位计 返回返回 适用于适用于污水处理、纸浆、化学制剂、煤粉灰浆、原油等污水处理、纸浆、化学制剂、煤

12、粉灰浆、原油等 测量测量。 不受挂料、温度、压力、材料密不受挂料、温度、压力、材料密 度、湿度、甚至物料化学特性变化度、湿度、甚至物料化学特性变化 的影响。的影响。 精度：精度：0.5级级 介质温度范围：介质温度范围：-185800 可耐压力：可耐压力：6.4MPa 第四节第四节 其它液位计其它液位计 返回返回 尤其适用于导电尤其适用于导电(电导率电导率100s/cm) 的粘稠介质。的粘稠介质。 第四节第四节 其它液位计其它液位计 1. 工作原理工作原理 t=2h/c 雷达系统不断发射线性调雷达系统不断发射线性调 频信号，频信号，可测得可测得发射与反射发射与反射 信号的信号的差频差频f，它正比

13、于延，它正比于延 迟时间迟时间t，即正比于，即正比于h。 测得延迟时间测得延迟时间t则得则得h。 三、雷达液位计三、雷达液位计 c电磁波传播速度电磁波传播速度, 300000km/s； h被测介质液面与探头间距；被测介质液面与探头间距； 返回返回 测量以光速测量以光速c传播的超高频电磁波发射与反射间的时差传播的超高频电磁波发射与反射间的时差t， 确定天线与反射面之间的高度（空高确定天线与反射面之间的高度（空高h）。）。 天线以波束的形式发射最小天线以波束的形式发射最小5.8GHz的雷达信号。的雷达信号。 第四节第四节 其它液位计其它液位计 2. 特点及适用范围特点及适用范围 非接触测量方式非接

14、触测量方式，无活动部件，可靠性高，平均无故障，无活动部件，可靠性高，平均无故障 时间达时间达10年，几乎免维护，费用低。无污染，安装方便。年，几乎免维护，费用低。无污染，安装方便。 适用于适用于高粘度、易结晶、强腐蚀及高粘度、易结晶、强腐蚀及 易爆易燃介质。易爆易燃介质。尤其大型立罐和球罐尤其大型立罐和球罐 等导电粘稠介质液位测量。等导电粘稠介质液位测量。 精度可达精度可达0.25级级; 工作温度：工作温度：-200230； 工作压力：工作压力：40MPa； 测量范围：测量范围：040m。 气体波动变化不影响电磁波传播速度（气体波动变化不影响电磁波传播速度（采用导波管型采用导波管型）。）。 返

15、回返回 小小 结结 一、浮力式液位计一、浮力式液位计 二、差压式液位计二、差压式液位计 恒浮力式：恒浮力式：浮球式、磁翻转式浮球式、磁翻转式 变浮力式：变浮力式：浮筒式物位计浮筒式物位计（液位、界位）（液位、界位） 扭力管式结构扭力管式结构 H浮力浮力Fx扭角扭角 特点特点 静压原理：静压原理：应用液柱高度产生的静压。应用液柱高度产生的静压。 压力式、差压式：压力式、差压式：零点迁移的判断、计算方法。零点迁移的判断、计算方法。 差压式可用于液位、界位。差压式可用于液位、界位。 零点迁移仅改变了测量范围上、下限，量程大小不变。零点迁移仅改变了测量范围上、下限，量程大小不变。 返回返回 小小 结结 三、其它物位计三、其它物位计 1. 电容式物位计电容式物位计 圆筒电容器圆筒电容器：固定固定R和和r，改变，改变或