《液位的测量与变送》ppt课件

1、LF13-1油田 LF13-1LF13-1“全民开讲系列之液位的丈量变送全民开讲系列之液位的丈量变送 液位的丈量与变送简介 主讲： 马晨强 LF13-1油田 液位检测仪表液位检测仪表 在工业消费过程中，常遇到大量的液体物料和固体物料。他们占有一定 的体积，堆成一定的高度。把消费过程中罐、塔、槽等容器中存放的液体 外表位置称为液位；把料斗、堆场仓库等储存的固体块、颗粒、粉料等的 堆积高度和外表位置称为料位；两种互不相溶的物质的界面位置叫做界位。 液位、料位以及相界面总称为物位。对物位进展丈量的仪表被称为物位检 测仪表。 LF13-1油田 丈量液位的仪表 ： 1: 玻璃管板式 2: 静压式压力式、

2、差压式 3: 称重式、浮力式浮筒、浮球、浮标 4: 电容式、电感式、电阻式 5: 超声波式、放射性式、激光式及微波式等 LF13-1油田 1:直接丈量法 直接丈量是一种最为简单、直观的丈量方法，它是利用 连通器的原理，将容器中的液体引入带有标尺的察看管 中，经过标尺读出液位高度。以下图所示的是玻璃管液 位计。 LF13-1油田 LF13-1油田 2 压力法测液位 压力法根据液体分量所产生的压力进展丈量。由于液体对容器底面产 生的静压力与液位高度成正比，因此经过测容器中液体的压力即可测算出 液位高度。 LF13-1油田 以下图为用于丈量开口容器液位高度的三种压力以下图为用于丈量开口容器液位高度的

3、三种压力 式液位计。式液位计。 (a) 压力表式液位计 (b)法兰式液位变送器 (c)吹气式液位计 LF13-1油田 对于密闭容器中的液位丈量，可用差压法进展丈 量，它可在丈量过程中消除液面上部气压及气压动摇对 示值的影响，以下图示出差压式液位计丈量原理。 LF13-1油田 对于具有腐蚀性或含有结晶颗粒以及粘度大、易凝固的介质 引压导管易被腐蚀或堵塞，影响 丈量精度，运用法兰式压力差 压变送器。 敏感元件为金属膜盒，它直接与 被测介质接触，省去引压导管， 从而抑制导管的腐蚀和阻塞问题。 膜盒经毛细管与变送器的丈量室 相通，它们所组成的密闭系统内 充以硅油，作为传压介质。为了 毛细管经久耐用，其

4、外部均套有 金属蛇皮维护管。 LF13-1油田 法兰式压力差压变送器法兰式压力差压变送器 LF13-1油田 LF13-1油田 量程迁移 无论是压力检测法还是差压法，均要求零液位无论是压力检测法还是差压法，均要求零液位 与检测仪表在同一程度高度，否那么会产生附与检测仪表在同一程度高度，否那么会产生附 加静压误差。加静压误差。 处置方法处置方法 对压力变送器进展零点调对压力变送器进展零点调 整，使在只受附加静压力整，使在只受附加静压力 时输出为时输出为“零。零。 H h 量程迁移量程迁移 量程量程 迁移迁移 无迁移无迁移 负迁移负迁移 正迁移正迁移 LF13-1油田 无迁移无迁移 保证正压室与零液

5、位等高保证正压室与零液位等高 gHP 1 当当H为零时，差压输为零时，差压输 出为零。出为零。 差压变送器的作用是将输入的差压信号转化为一致的规范差压变送器的作用是将输入的差压信号转化为一致的规范 信号输出。信号输出。 LF13-1油田 负迁移负迁移 构成缘由：加隔离罐或采构成缘由：加隔离罐或采 用法兰式测压差。用法兰式测压差。 1210 ghgHPP 正压室：正压室： 220 ghPP 负压室：负压室： BgHhhggHPPP 11221 )( 差压：差压： 当当H=0时，差压的输出并不为零，而是时，差压的输出并不为零，而是-B。为使。为使H=0时，时， 差变的输出为差变的输出为4mA，就要

6、消除，就要消除-B的影响。称之为量程迁移。的影响。称之为量程迁移。 由于要迁移的时为负值，所以称为负迁移。由于要迁移的时为负值，所以称为负迁移。 LF13-1油田 正迁移正迁移 011 pgHghP 正压室：正压室： 负压室：负压室： 0 pP 压差：压差： gHghPPP 11 当当H=0时，差压输出并不为时，差压输出并不为 零，其值为零，其值为 ghC 1 其迁移量为正值，所以称为正迁移。其迁移量为正值，所以称为正迁移。 综上所述：正负迁移的本质是改动变送器的零点，同时改综上所述：正负迁移的本质是改动变送器的零点，同时改 动量程的上下限，而量程范围不变。动量程的上下限，而量程范围不变。 L

7、F13-1油田 3 : 浮力法 恒浮力式检测的根本原理是经过丈量漂浮于恒浮力式检测的根本原理是经过丈量漂浮于 被测液面上的浮子也称浮标随液面变化被测液面上的浮子也称浮标随液面变化 而产生的位移。而产生的位移。 变浮力式检测是利用沉浸在被测液体中的浮筒变浮力式检测是利用沉浸在被测液体中的浮筒 也称沉筒所受的浮力与液面位置的关系检测液也称沉筒所受的浮力与液面位置的关系检测液 位位 。 浮力式液位检测分为恒浮力式检测与变浮力式检浮力式液位检测分为恒浮力式检测与变浮力式检 测。测。 LF13-1油田 钢带浮子式液位计 右图为直读式钢带浮子式液位计，这是 一种最简单的液位计，普通只能就地显示。 LF13

8、-1油田 浮球液位计 电动浮球液位变送器的丈量部分由浮球与平衡杆和平衡锤组成力矩平衡机构，因此浮球可以自在地随液位的变化而 升降。当液位改动时，浮球的位置发生相应的变化，经过球杆带动主轴转动，表头内角位移传感器与主轴经过齿轮啮合，将 液位的变化转换成相应的电信号 LF13-1油田 磁浮子液位计磁浮子液位计 磁性浮子、浮球式液位 计主要由本体部分、就地指 示器、远传变送器以及上、 下限液位报警器等几部分组 成。磁性浮子式液位计经过 与工艺容器相连的筒体内浮 子随液面或界面的上下 挪动，由浮子内的磁钢利用 磁耦合原理驱动磁性翻板指 示器，用红蓝两色液红气 蓝明显直观地指示出工艺 容器内的液位或界位

9、。 LF13-1油田 LF13-1油田 LF13-1油田 浮筒式液位计 浮筒式液位计属于变浮 力液位计，当被测液面位置 变化时，浮筒浸没体积变化， 所受浮力也变化，经过丈量 浮力变化确定出液位的变化 量。 图中： 1-浮筒；2-弹簧；3- 差动变压器 。 LF13-1油田 电动浮筒液位计电动浮筒液位计 杠杆的末端吊有内筒，浮筒随介质的 浮力F1变化而升降，这个浮力作用在杠 杆1上，使杠杆系统以轴封膜片为支点而 产生微小偏转轴封膜片一方面作为杠杆 的支点，另一方面起密封作用。带动杠 杆2转动 ，传感器将偏移量经信号处置及 转换电路转换成420mA规范信号输出， 即完成变换过程。 LF13-1油田

10、 电学法 电学法按任务原理不同又可分为电阻式、电感式和电容式。用电学法丈量无摩 擦件和可动部件，信号转换、传送方便，便于远传，任务可靠，且输出可转换为一 致的电信号，与电动单元组合仪表配合运用，可方便地实现液位的自动检测和自动 控制。 LF13-1油田 电阻式液位计 电阻式液位计既可进展定点液位控制，也可进展延续丈量。所谓定点 控制是指液位上升或下降到一定位置时引起电路的接通或断开，引发报警器报 警。电阻式液位计的原理是基于液位变化引起电极间电阻变化，由电阻变化反 映液位情况。 LF13-1油田 为用于延续丈量的电 阻式液位计原理图。图中： 1-电阻棒； 2-绝 缘套； 3-丈量电桥 LF13

11、-1油田 该液位计的两根电极是由两根资料、截面积一样的具有大电阻率的电阻棒组成，电阻棒 两端固定并与容器绝缘。整个传感器电阻为 该传感器的资料、构造与尺寸确定后，K1、K2均为常数，电阻大小与液位高度成正比。电阻的 丈量可用图中的电桥电路完成。 hKKh A H A hH A R 21 222 LF13-1油田 电感式液位计电感式液位计 电感式液位计利用电磁感应景象，液电感式液位计利用电磁感应景象，液 位变化引起线圈电感变化，感应电流也发位变化引起线圈电感变化，感应电流也发 生变化。电感式液位计既可进展延续丈量，生变化。电感式液位计既可进展延续丈量， 也可进展液位定点控制。也可进展液位定点控制

12、。 LF13-1油田 电感式液位控制器的原理图。传感器由不导磁管子、导磁 性浮子及线圈组成。管子与被测容器相连通，管子内的导磁 性浮子浮在液面上，当液面高度变化时，浮子随着挪动。线 圈固定在液位上下限控制点，当浮子随液面挪动到控制位置 时，引起线圈感应电势变化，以此信号控制继电器动作，可 实现上、下液位的报警与控制。图中：1、3-上下限线圈； 2-浮子 LF13-1油田 电容式液位计电容式液位计 电容式液位计利用液位高低变化影响电容器电容量大小的原理进展丈量。 电容式液位计的构造方式很多，有平极板式、同心圆柱式等等。 它的适用范围非常广泛，对介质本身性质的要求不象其它方法那样严厉，对导电介质

13、和非导电介质都能丈量，此外还能丈量有倾斜晃动及高速运动的容器的液位。不仅可作 液位控制器。还能用于延续丈量。 LF13-1油田 LF13-1油田 (1) (1) 检测原理检测原理 在液位的延续丈量中，多用同心圆柱式电容在液位的延续丈量中，多用同心圆柱式电容 器，如右图所示。同心圆柱式电容器的电容量：器，如右图所示。同心圆柱式电容器的电容量： 式中：式中： D D、dd外电极内径和内电极外径外电极内径和内电极外径 (m) (m)； 极板间介质介电常数极板间介质介电常数(F/m)(F/m)； L L 极板相互重叠的长度极板相互重叠的长度(m)(m)。 液位变化引起等效介电常数变化，从而使电液位变化

14、引起等效介电常数变化，从而使电 容器的电容量变化，这就是电容式液位计的检测容器的电容量变化，这就是电容式液位计的检测 原理。原理。 图中：图中：1- 1-内电极；内电极；2- 2-外电极外电极 。 d D L C ln 2 LF13-1油田 热学法 在冶金行业中常遇到高温熔融金属液位的丈量。由于丈量条 件的特殊性，目前除运用核幅射法外，还常用热学方法进展检测。它 利用了高温熔融液体本身的特性，即在空气和高温液体的分界面处温 度场出现突变的特点，用丈量温度的方法间接获得高温金属熔液液位。 热学法按温度丈量转换原理的不同，通常又分为热电法和热磁感应法。 LF13-1油田 热电法 热电法采用热电偶丈

15、量温度 场，右图为热电偶丈量高温金属熔液 液位原理图。 图中:a-容器壁；b-凝固金属 ；c-钢水； d-热电偶。 热电偶丈量高温 金属熔液液位原理图 LF13-1油田 在容器壁上选定一系列丈量点， 装上热电偶，并将各测点上热电偶的输 出记录下来，得到如下图的温度-电势分 布曲线，曲线上反映出第7个和第8个测 点之间产生了温度突变，因此液面就在 第7与第8测点之间。 温度-电势分布图 LF13-1油田 热电偶测液位只是一个较为粗略的丈量方法，精度普通不高；而且 精度与热电偶分布、安装情况有关。适当减小各热电偶的间距、添加丈量 点，那么可提高金属液位丈量分辨力和丈量精度。 另外，热电偶任务端与容

16、器的接触点要细而结实，为此可将热电偶丝 焊在容器壁上，由容器壁充任热电偶的另一极。 这种丈量方法虽然精度不高，但很可靠；在连铸机结晶过程等运用场 所中，仍是一种很适用的液位检测控制方法 。 LF13-1油田 热磁感应法 热磁感应法也称热磁敏法. 前面热电法测温元件为一组耐高温热电偶，它们把金属熔液液面处温 度场出现变化转换为电势大小的变化；热磁感应法测温元件为一组热敏磁 性元件，把金属熔液液面处温度场出现变化转换为电抗电感大小的变 化。 LF13-1油田 超声波法 超声波液位计利用波在介质中的传播特性。 因此，在容器底部或顶部安装超声波发射器和接纳器，发射出的超声 波在相界面被反射。并由接纳器

17、接纳，测出超声波从发射到接纳的时间差， 便可测出液位高低。 LF13-1油田 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； 按探头的任务方式可分为自发自收的单探头方式和收发分开的双探头方 式。相互组合可以得到六种液位计的方案。 LF13-1油田 (a)气介式 (b) 液介式 (c)固介式 单探头超声波液位计 LF13-1油田 由上图看出，超声波传播间隔为L，波的传播速度为C，传播时间为 t ，那么： L是与液位有关的量，故测出L便可知液位， L的丈量普通是 用接纳到的信号触发门电路对振荡器的脉冲进展计数来实现。 tCL 2 1 LF13-1油田 单探头液位计运用一个换能器，

18、由控制电路控制它分时交替作发射器 与接纳器。 双探头式那么运用两个换能器分别作发射器和接纳器，对于固介式，需 求有两根金属棒或金属管分别作发射波与接纳波的传输管道。 LF13-1油田 导波雷达液位计导波雷达液位计 导波雷达液界位变送器运用了 TDR时域反射原理技术，发射的 电磁波脉冲沿着杆或缆传送当遇到比先前传导介质空气或蒸发汽介电常数大的 介质外表时，脉冲波被反射回来。用超高速计来计算脉冲波的传导时间，从而到达 准确的液位丈量。 LF13-1油田 LF13-1油田 雷达式液位计表示图 c H t 0 2 雷达波由天线发出到接纳到由 液面来的反射波的时间t由下式确定 由 于 tcLH2 故 雷

19、达探测器对时间的丈量有微波脉冲法及延续波雷达探测器对时间的丈量有微波脉冲法及延续波 调频法两种方式。调频法两种方式。 LF13-1油田 微波脉冲法原理表示图 LF13-1油田 射线式物位检测射线式物位检测 q放射性同位素在蜕变过程中会放射出放射性同位素在蜕变过程中会放射出、三种射线。三种射线。 q射线的电离身手最强，但穿透才干最弱。射线的电离身手最强，但穿透才干最弱。 q射线是电子流，电离身手比射线是电子流，电离身手比射线弱，而穿透才干较射线弱，而穿透才干较 射线强。射线强。 q射线是一种从原子核中发出的电磁波，它的波长较短，射线是一种从原子核中发出的电磁波，它的波长较短， 不带电荷，它在物质

20、中的穿透才干比不带电荷，它在物质中的穿透才干比和和射线都强，但射线都强，但 电离身手最弱。电离身手最弱。 由于射线的可穿透性，它们常被用于情况特殊或环境条件由于射线的可穿透性，它们常被用于情况特殊或环境条件 恶劣的场所实现各种参数的非接触式检测，如位移、资料恶劣的场所实现各种参数的非接触式检测，如位移、资料 的厚度及成分、流体密度、流量、物位等。的厚度及成分、流体密度、流量、物位等。 LF13-1油田 中子料位计根本任务原理 反向散射式中子料位计，或称中子氢密度界面反向散射式中子料位计，或称中子氢密度界面/料位计。它经过对焦炭塔特定区域内物料含、料位计。它经过对焦炭塔特定区域内物料含、 密度的

21、延续丈量，给出塔内全部物料形状油气、泡沫、焦炭或水的动态分布规律密度的延续丈量，给出塔内全部物料形状油气、泡沫、焦炭或水的动态分布规律,并在塔底注油起始并在塔底注油起始 信号配合下给出泡沫层、焦炭层上沿实时高度指示值。从而为实现焦化消费的实时在线控制提供信息。信号配合下给出泡沫层、焦炭层上沿实时高度指示值。从而为实现焦化消费的实时在线控制提供信息。 LF13-1油田 其根本任务原理为：其根本任务原理为： 1 1、所用中子源为、所用中子源为5050毫居钚毫居钚/ /铍铍Pu-238/BePu-238/Be中子源。中子源。 2 2、快中子与轻质元素特别是氢原子极易发生弹性反散射碰撞并经多次、快中子与轻质元素特别是氢原子极易发生弹性反散射碰撞并经多次 碰撞后被碰撞后被“慢化为低能量的慢化为低能量的“慢中子。慢中子。 3 3、采用公用的高效慢中子探测器将