第33章 物位检测方法及仪表

1、昆明理工大学昆明理工大学杨彪杨彪20102011学年下学年下第三章第三章检测仪表及传感器检测仪表及传感器昆明理工大学知识结构知识结构第第5章章 自动控制仪表自动控制仪表第第6章章 执行器执行器第第2章章 过程特性过程特性第第3章章 检测仪表与传感器检测仪表与传感器第第4章章 显示仪表显示仪表第第1章自动控制系统基本概念章自动控制系统基本概念第第7章章 简单控制系统简单控制系统 第第8章章 复杂控制系统复杂控制系统第第9章章 新型控制系统新型控制系统第第10章章 计算机控制系统计算机控制系统昆明理工大学压力检测方法及仪表压力检测方法及仪表本章内容物位检测方法及仪表物位检测方法及仪表流量检测方法及

2、仪表流量检测方法及仪表温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表数字式显示记录仪表数字式显示记录仪表昆明理工大学第四节第四节 物位检测方法及仪表物位检测方法及仪表 第三章 检测仪表与传感器昆明理工大学物位检测方法物位检测方法v应用浮力原理检测物位v应用静压原理检测物位v应用超声波反射检测物位物位检测仪表物位检测仪表v超声波物位计本章主要内容本章主要内容昆明理工大学 物位物位-指容器中的液体介质的液位、固体的料位或颗粒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物的料位和两种不同液体介质分界面的总称 液位液位容器中的液体介质的高低容器中的液体介质的高低料位料位容器

3、中固体或颗粒状物质的堆积高度容器中固体或颗粒状物质的堆积高度 物位检测的作用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；算；为了监视或控制容器的物位，使它保持在规定的范围内；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。对它的上下极限位置进行报警，以保证生产安全、正常进行。 物位的基本概念物位的基本概念昆明理工大学应用浮力原理检测物位应用浮力原理检测物位应用静压原理检测物位应用静压原理检测物位 应用超声波反射检测物位应用超声波反射检测物位物物位位检检测测方

4、方法法昆明理工大学应用浮力原理检测物位应用浮力原理检测物位利用漂浮于液面上的浮标或浸没于液体中的浮利用漂浮于液面上的浮标或浸没于液体中的浮筒对液位进行测量的。筒对液位进行测量的。当液位变化时，前者产当液位变化时，前者产生相应的位移，而所受到的浮力维持不变，后生相应的位移，而所受到的浮力维持不变，后者则发生浮力的变化。因此，只要检测出浮标者则发生浮力的变化。因此，只要检测出浮标的位移或浮筒所受到的浮力的变化，就可以知的位移或浮筒所受到的浮力的变化，就可以知道液位的高低。道液位的高低。 恒浮力法液位测量示意图 测量原理测量原理昆明理工大学二、浮力式物位计二、浮力式物位计- 1.浮子式液位计浮子式液

5、位计浮子式液位计是恒浮力式液位计。浮子随液面浮子式液位计是恒浮力式液位计。浮子随液面变化上下移动，但所受浮力保持恒定。检测浮变化上下移动，但所受浮力保持恒定。检测浮子所在位置可知液面高低。子所在位置可知液面高低。浮子根据使用可设计为：圆盘、圆柱、球形。浮子根据使用可设计为：圆盘、圆柱、球形。圆柱形浮子所受的浮力：圆柱形浮子所受的浮力：此浮力与浮子的重量减去绳带向上的拉力相平此浮力与浮子的重量减去绳带向上的拉力相平衡。衡。浮力变化浮力变化F与液位变化与液位变化H的关系可表示为：的关系可表示为：浮子位置的检测方法：磁性转换方式构成的舌浮子位置的检测方法：磁性转换方式构成的舌形管液位计形管液位计gH

6、DF42gDHF42昆明理工大学二、浮力式物位计二、浮力式物位计-2.浮筒式液位计浮筒式液位计 浮筒式液位计是变浮力式液位计变浮力式液位计。浮筒由弹簧悬挂，弹簧的下端固定在容器底部。圆筒在液位零点液位零点满足如下关系：C-弹簧的弹性系数，X0-弹簧被压缩的位移H-浮筒没入液体的高度当液位变化当液位变化H时：时：由上两式可得：由上两式可得： 容器中液位的高度为：gAHmgcx0gxHHAmgxxc)()(0 xgAcH)1 (HHH通过检测弹簧的变形可知浮筒的通过检测弹簧的变形可知浮筒的位移，进而可知液位位移，进而可知液位昆明理工大学应用静压原理检测物位应用静压原理检测物位压力表测量液位原理 通

7、过液柱静压的方法对液位进行测量的。通过液柱静压的方法对液位进行测量的。敞口容器敞口容器：多用直接测量容器底部压力的方法。如：多用直接测量容器底部压力的方法。如图所示，测压仪表通过导压管与容器底部相连，由图所示，测压仪表通过导压管与容器底部相连，由测压仪表的压力指示值，便可推知液位的高度。测压仪表的压力指示值，便可推知液位的高度。 其关系为其关系为式中式中 PP测压仪表指示值测压仪表指示值 HH液位的高度液位的高度液体的密度液体的密度gg重力加速度重力加速度gHPgHPPABgHPPPAB 式中式中 P PA A、P PB B分别是液面上部介质压力和液面以下分别是液面上部介质压力和液面以下H H

8、深度的液体压深度的液体压力。力。密闭容器密闭容器：测量容器底部压力，除与液面高度有关外，还测量容器底部压力，除与液面高度有关外，还与液面上部介质压力有关，其关系为与液面上部介质压力有关，其关系为昆明理工大学差压变送器测量液位时的零点迁移问题（差压变送器测量液位时的零点迁移问题（重点重点）安装位置条件不同存在着仪表零点迁移问题 特征：差压变送器的正压室取压口正好特征：差压变送器的正压室取压口正好与容器的最低液位（与容器的最低液位（Hmin=0Hmin=0）处于同一）处于同一水平位置。作用于变送器正、负压室的水平位置。作用于变送器正、负压室的差压差压PP与液位高度与液位高度H H的关系为的关系为P

9、=HgP=Hg。当当H =0H =0时，正负压室的差压时，正负压室的差压P=0P=0，变送，变送 器输出信号为器输出信号为4mA4mA当当H= HmaxH= Hmax时，差压时，差压Pmax=gHmaxPmax=gHmax， 变送器的输出信号为变送器的输出信号为20 mA20 mA，无迁移无迁移昆明理工大学ghhgHPPP2121)(负迁移负迁移 差压变送器的正、负压室的压力分别为差压变送器的正、负压室的压力分别为 ghgHPP211气 ghPP22气正、负压室的压差为正、负压室的压差为当被测液位当被测液位H=0H=0时，时，P=-P=-（h h2 2-h-h1 1）2 2g0g0，从而使变送

10、器在H=0时输出电流大于4 mA；H=Hmax时，输出电流大于20 mA。昆明理工大学正迁移测量安装图正迁移测量安装图正迁移示意图正迁移示意图昆明理工大学无迁移、正迁移和负迁移示意图无迁移、正迁移和负迁移示意图（a）无迁移 （b b）负迁移）负迁移 （c）正迁移0500042020007000P (Pa)-20003000I0(mA)某压力变送器的测量范围：05000Pa，固定差压 =2000Paghh212)(昆明理工大学【例】如图335所示，用差压变送器检测液位。已知 =1200kg/ ， =950kg/ , =1.0m, =5.0m, 液位变化的范围是03.0m，已知当地重力加速度为9.

11、8m/ ，求差压变送器的量程和迁移量。解： 当液位在03m变化时，差压的变化量为： Pa根据差压变送器的量程系列，可选择差变的量程为40KPa.当H=0时，有 121h2h3m3m2s352808 . 912000 . 31maxgH【例例】昆明理工大学 所以差变要进行负迁移，迁移量为37.24KPa，迁移后该差变的测量范围为 37.242.76KPa。37240899500105212.).(g)hh(p【例例】昆明理工大学若采用DDZ-型仪表，则当变送器输出为4mA4mA时，表示H=0H=0, 当I=20mA20mA时，H=403/35.28=3.4m, 即实际可测量液位为：03.4m。若

12、要求H=3.0m时差变输出为20mA, 应如何处理？答：零点负迁移后，进行量程调整，使得当差压为-37.2435.28-1.96 KPa时，输出为20mA。【例例】昆明理工大学应用超声波反射检测物位应用超声波反射检测物位根据超声波从发射到接收反射回波的时间间隔根据超声波从发射到接收反射回波的时间间隔大小与被测介质高度成比例关系的原理，实现大小与被测介质高度成比例关系的原理，实现液位测量的。液位测量的。测量时由置于容器底部的超声波探头向液面与气体的分界测量时由置于容器底部的超声波探头向液面与气体的分界面发射超声波，经过时间面发射超声波，经过时间t t后，便可接收到从界面反射回后，便可接收到从界面

13、反射回来的回波信号。来的回波信号。 测量原理根据传声介质的不同可以分为：液介式、气介式、固介式三种。根据传声介质的不同可以分为：液介式、气介式、固介式三种。vtH21 V-V-超声波在液体中的传播速度超声波在液体中的传播速度H -H -从探头至界面的距离（被测介质物位高度）从探头至界面的距离（被测介质物位高度）T -T -超声波从探头发射至液面反射回来的时间超声波从探头发射至液面反射回来的时间昆明理工大学六、超声波物位计六、超声波物位计-1 利用声波在空气中传播速度不变的原理，通过检测声波发射和反射全过程的时间间隔可以计算出物料界面到探头的距离，从而得到物位的高低。 注意事项： 确保反射波能回到探头； 防止物料对声波的吸收（如表面泡沫漂浮）。昆明理工大学六、超声波物位计六、超声波物位计-1ctH21c-超声波在被测介质中的传播速度；t-传播时间昆明理工大学六、超声波