第五章-物位检测仪表

1、2021/2/1115.1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厚度检测第五章第五章 物位与厚度检测仪表2021/2/1125.1 浮子式液位计浮子式液位计 原理原理:在液体中放置一个浮子在液体中放置一个浮子,浮子随液面变化而浮子随液面变化而自由浮动自由浮动,借此测量液位。借此测量液位。F浮浮不变。不变。1-浮子浮子,2-磁铁磁铁,3-铁心铁心, 4-导轮导轮,5-非导磁管非导磁管,6-浮球浮球,7-连杆连杆,8-转动轴转动轴, 9-重锤重锤,10-杠杆杠杆(a)浮子式浮子式(敞口容器敞口容器)(b)浮子式浮子式(密闭容器密闭容器)(c)浮球式浮球式2021/

2、2/113 浮球式液位控制器12341浮球；2、3磁钢；4电触点配合电磁阀门执行机构配合电磁阀门执行机构,可实现可实现阀门的自动启停阀门的自动启停,进行液位的自进行液位的自动控制。动控制。 2021/2/114磁翻转浮标液位计NS NSNSNSNSNSNSNSNSNSNS NSNSNSNSSN 为克服玻璃管浮标液位计易碎问题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在浮标上设置永久磁铁1,安装在非导磁不锈钢导筒内安装在非导磁不锈钢导筒内,它随导筒内的液位升降它随导筒内的液位升降,借助于借助于磁耦合作用磁耦合作用,使导管外翻转箱内的红白相间的翻板或翻球使导管外翻转箱内的红白相间的翻板或

3、翻球2依依次翻转有液体的位置红色朝外次翻转有液体的位置红色朝外,无液体的位置白色朝外无液体的位置白色朝外,因此因此红色就是液位所在红色就是液位所在,液位高度由标尺显示。液位高度由标尺显示。2021/2/1155.2 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2021/2/1165.2.1 敞口容器的液位检测3142H1容器；2压力传感器；3液位零面；4导压管压力传感器测量液位（静压）原理图压力传感器测量液位（静压）原理图(

4、1) 利用压力传感器（或压力表）直接测量利用压力传感器（或压力表）直接测量2021/2/117压力与液位的关系为压力与液位的关系为:gpH式中式中: H液位高度（液位高度（m）; 液体的密度（液体的密度（kg/m3）; g重力加速度（重力加速度（m/s2）; p容器底部的压力（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, 导压管内的液导压管内的液柱压力必须用零点迁移方法解决。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工业生产中普遍采用差压传感器来测量液位,2021/2/118敞口容器液位测量(a) 差压

5、变送器的安装;(b) 零点正迁移坐标图(2) 差压变送器测量2021/2/119 差压计(DDZ-)两侧压力: P1=hg+(h1+h2) g P2=0 (表压) 压差P为: P=P1-P2=hg+(h1+h2)g=h g+Z0 Z0零点迁移量,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0H,输出电流420mADC,所以必须设法抵消Z0的影响。2021/2/1110零点迁移的原因零点迁移的原因 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

6、移分类零点迁移分类 零点正迁移、零点负迁移零点迁移实质零点迁移实质 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。2021/2/1111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2021/2/1112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) 1g P2= h3 2g P=P1-P2 =h1g-h32 -(h1+h2)1g =h 1g+Z0 Z0零点迁移量,Z0= - h32 -(h1+h2)1g Z0为负迁移,即沿P坐标的负方向移动Z0

7、的位置。2021/2/1113 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。v问（问（1）差压变送器的零点要进行）差压变送器的零点要进行正迁移还是负迁移正迁移还是负迁移?v（2）变送器的量程应选择多大）变送器的量程应选择多大?v（3）零点迁移后测量上、下限各）零点迁移后测量上、下限各是多少是多少?2021/2/1114解: P1 = (h+h1)1g P2 = h22g P = P1-P2 = h 1g-(h2 2g-h1 1g) = h 1g+Z0 （1）零

8、点负迁移（最低液位处,h=0) Z0=-(2900 -0.05 800)10/103 =-17.6kPa （2）变送器的量程H 1g =1.25800 10 /1000 =10kPa （3）零点迁移后测量上、下限为-17.6-7.6 kPa2021/2/1115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)2021/2/1116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

9、晶、易沉淀或粘度大的液体,因为容易造成堵塞的场合。2021/2/1117 用一台双法兰式差压变送器测量某容器的液位用一台双法兰式差压变送器测量某容器的液位,如图如图所示。已知被测液位的变化范围为所示。已知被测液位的变化范围为03m,被测介质被测介质密度密度=900kg/m3,毛细管内工作介质密度毛细管内工作介质密度=950kg/m3。变送器的安装尺寸为。变送器的安装尺寸为h1=1m,h2=4m。求变送器的测量范围求变送器的测量范围,并判断零件迁移方向并判断零件迁移方向,计算迁计算迁移量。当法兰式差压变送器的安装位置升高或降低移量。当法兰式差压变送器的安装位置升高或降低时时,问对测量有何影响问对

10、测量有何影响? h2h1p0H+-_图图 法兰式差压变送器测液位法兰式差压变送器测液位P002021/2/1118 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030kPa。 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=-h20g0,所以,应进行负迁移,其迁移量应为h20g。 当差压变送器安装的高度改变时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只要两个取压法兰间的尺寸h h2 2不变不变, ,其迁移量是不变的。其迁移量是不变的。 kPaPagHp487.26264881.

11、99003maxghghpp0101ghhpp01202ghghppp02212021/2/11195.3.1 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2021/2/1120 D、d一定,CL。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。)/ln(2dDLC极板间介质的介电系数, = 0p 其中:0=8.8410-12F/m,为真空（或干空气）近似的介电系数; p

12、为介质的相对介电系数:水的p =80,石油的p =23。等等 圆筒形电容器的电容量C为:2021/2/1121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。2021/2/1122 H=0时时,传感器的起传感器的起始电容为始电容为C0:)d/Dln(L2C0000等效介电系数。 0绝缘导管或陶瓷涂层的介电系数 当液高为当液高为H 时时,电容传感电容传感器的电容量器的电容量C为为:)/ln()(2)/ln(200dDHLdDHC 上两式相减,便得液位高为

13、H 的电容变化量Cx:)/ln(2)/ln(2000dDHdDHCCCx2021/2/1123 由于D0 d,通常0 ,上式右边第二项可忽略。则电容变化量为:HSdDHCx)/ln(2S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。2021/2/1124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2021/2/1125)/ln(200dDLC0空气

14、的介电系数 H=H时:)/ln()(2)/ln(200dDHLdDHCpp液体相对介电系数 H=0时:2021/2/1126上两式相减得传感器的电容变化量Cx为:HSHdDCCCpx00)/ln() 1(2S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。2021/2/1127(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,

15、Cx可用Cx =S H计算;2021/2/11285.4 雷达物位计微波物位计微波物位计(俗称雷达物位计俗称雷达物位计)利用利用回波测距回波测距原理原理,其喇叭状或杆式其喇叭状或杆式天线向被测物料面发射微披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微被传播到不同相对介电率的物料表面时会产生表面时会产生反射反射,并被天线所接收。发射波与接收波的时间差并被天线所接收。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。测出传播时间即可得知距离。微波是电磁波微波是电磁波,传播速度且不受介质特性影响传播速度且不受介质特性影响,所以在一些有

16、温所以在一些有温度、压力、蒸汽等场合度、压力、蒸汽等场合,超声物位计不能正常工作超声物位计不能正常工作,而微波物位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。计可以使用。在石油及石化领域有较广阔的应用前景。 2021/2/1129VG HORN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.2021/2/11305.5厚度检测 厚度检测在冶金生产过程中是不可缺少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检测厚度的方法涡流式测厚与放射

17、线测厚两种方法种方法 涡流厚度检测法涡流厚度检测法 核辐射厚度测量核辐射厚度测量 2021/2/11315.5.1涡流厚度检测法 电涡流电涡流:当通过金属体的磁通发生变化时当通过金属体的磁通发生变化时,就会在导体中就会在导体中产生感生电流产生感生电流,这种电流在导体中是自行闭合的这种电流在导体中是自行闭合的,这就是这就是所谓电涡流。所谓电涡流。 涡流效应涡流效应:电涡流的产生必然要消耗一部分能量电涡流的产生必然要消耗一部分能量,从而使从而使产生磁场的线圈阻抗发生变化产生磁场的线圈阻抗发生变化,这一物理现象称为涡流这一物理现象称为涡流效应。效应。 分类分类: :高频反射式涡流厚度计高频反射式涡流

18、厚度计( (几兆赫到几百兆赫几兆赫到几百兆赫)、低频透低频透射式涡流厚度计射式涡流厚度计( (几百到一两千赫几百到一两千赫) 利用涡流效应检测厚度利用涡流效应检测厚度5.5厚度检测 2021/2/1132 当线圈中通以高频电流当线圈中通以高频电流iC,产生交产生交变磁场变磁场HC,在高频磁场作用下在高频磁场作用下,金金属板内产生涡流属板内产生涡流is, 涡流产生二次磁场涡流产生二次磁场,反过来削弱传反过来削弱传感器的磁场感器的磁场HC,使原线圈的阻抗使原线圈的阻抗Zc发生变化发生变化,显然显然Zc的变化决定的变化决定于线圈到金属板表面的距离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金属板与线圈的距离是固定的,实实际是金属板的厚度在变化际是金属板的厚度在变化,这就测这就测定了金属板的厚度。定了金属板的厚度。HC iCiS12涡流产生原理涡流产生原理1-传感器激励线圈；传感器激励线圈；2-被测金属被测金属高频反射式涡流厚度计高频反射式涡流厚度计2021/2/1133原线圈的等效阻抗原线圈的等效阻抗Z Z变化变化: :),(ZZ 2021/2/113