化工仪表及自动化第4章课件

1、化工仪表及自动化第四章 物位检测内容提要物位检测的意义及主要类型压差式液位计工作原理零点迁移问题用法兰式差压变送器测量液位其他物位计电容式物位计核辐射物位计雷达式液位计称重式液罐计量仪1物位：液位：容器中液体表面的高低；料位：容器中固体的堆积高度；界面：两种互不相溶的液体介质的分界面。测量液位的仪表叫液位计 (输出标准信号-变送器) 测量料位的仪表叫料位计 测量分界面的仪表叫界面计物位开关：在物位检测中，有时不需要对物位进行连续测量，只需要测量物位是否达到上线、下限或某个特定的位置，这种定点测量用的仪表被称为物位开关。一般用来监视、报警、输出控制信号第一节 物位检测的意义及主要类型物位测量有两

2、个目的: 一是通过物位测量来确定容器中的原料，产品或半成品的数量； 另一个是通过物位测量，了解物位是否在规定的范围内, 对物料进行监控, 保证安全生产, 保证产品的质量、产量。锅炉汽包水位控制例: 汽包液位过高会造成蒸汽带水影响过热器运行,影响汽水分离效果;水位过低会造成锅炉水循环的破坏,影响省煤器运行,容易使水全部汽化烧坏锅炉甚至爆炸。物位仪表的分类直读式物位仪表浮力式物位仪表差压式物位仪表电磁式物位仪表核辐射式物位仪表雷达式液位计声波式物位仪表光学式物位仪表1、直读式物位仪表用带有刻度的透明物质（如玻璃、有机玻璃）作为容器壁的一部分或连通管，可以直接显示容器内液位的高低。2、浮力式物位仪表

3、利用浮子高度随液面或液体界面变化而变化的原理工作。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，通过测量浮力变化确定出液位的变化量。浮筒式液位计3、差压式物位仪表利用物料对某定点的静压力与物料深度或堆积高度成正比的关系进行测量。液体密闭容器液体敞开容器固体称重仓4、电磁式物位仪表将物位的变化转换为电量的变化 分电阻式、电感式和电容式电容式液位计电容式料位计主要用于测量不导电流体电容式物位仪表、电极式物位仪表利用物料的导电性能测量液位。电感式液位控制器 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。可实现上、下液位的报警与控制。 1、3-上下限线圈； 2-浮子5、核辐

4、射式物位仪表放射线通过介质时，其强度衰减与物质的吸收系数和介质层厚度有关：目前，工业上使用的放射线物位计有连续式和定点式两种。-介质对放射线的吸收系数H -介质层的厚度I -穿过介质后的射线强度I0-射线入射强度适用于高温、高压容器、强腐蚀、剧毒、有爆炸性、黏滞性、易结晶或沸腾状态的介质的物位测量，还可以测量高温融熔金属的液位。可在高温、烟雾等环境下工作。但由于放射线对人体有害，使用范围受到一些限制。 雷达式液位计是一种采用微波技术的液位检测仪表。 可以用来连续测量腐蚀性液体、高黏度液体和有毒液体的液位。 它没有可动部件、不接触介质、没有测量盲区,而且测量精度几乎不受被测介质的温度、压力、相对

5、介电常数的影响,在易燃易爆等恶劣工况下仍能应用。 优点6、雷达式液位计6、雷达式液位计雷达波由天线发射LH0H天线C-电磁波传播速度，300000km/s7、超声波物位仪表利用超声波，遇到相界面时，发生部分反射，部分折射入相邻介质的原理，通过检测超声波从发射到反射的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）。 超声波传播距离为L，波的传播速度为C，传播时间为 ，则： L是与液位有关的量7、超声波物位仪表 激光式液位检测仪由激光发射器、接收器及测量控制电路组成。工作方式有反射式和遮断式，在液位测量中两

6、种方式都可使用，但一般只用作定点检测控制，不易进行连续测量。反射式激光液位检测原理图 1-激光发射器； 2-上液位接收器； 3-下液位接收器 8.光学式物位仪表第二节 差压式液位计将差压变送器的一端接液相，另一端接气相因此一、工作原理图4-1 差压式液位计原理图第二节 差压式液位计 当用差压式液位计来测量液位时,若被测容器是敞口的,气相压力为大气压,则差压计的负压室通大气就可以了,这时也可以用压力计来直接测量液位的高低。若容器是受压的,则需将差压计的负压室与容器的气相相连接。以平衡气相压力pA的静压作用。第二节 差压式液位计 二、零点迁移问题在使用差压变送器测量液位时，一般来说实际应用中，介质

7、有腐蚀性时,如图，正、负室压力p1、p2分别为则图4-2 负迁移示意图差压式液位计测量原理。 它作用在负压室上，称之为负迁移量。二、零点迁移问题当H=0时p=第二节 差压式液位计迁移弹簧的作用 改变变送器的零点。迁移和调零 都是使变送器输出的起始值与被测量起始点相对应，只不过零点调整量通常较小，而零点迁移量则比较大。 迁移 同时改变了测量范围的上、下限，相当于测量范围的平移，它不改变量程的大小。第二节 差压式液位计图4-3 正负迁移示意图图4-4 正迁移示意图举例 某差压变送器的测量范围为05000Pa，当压差由0变化到5000Pa时，变送器的输出将由4mA变化到20mA，这是无迁移的情况，如

8、左图中曲线a所示。负迁移如曲线b所示，正迁移如曲线c所示。 一般型号后面加“A”的为正迁移；加“B”的为负迁移。第二节 差压式液位计 三、用法兰式差压变送器测量液位 单法兰式 双法兰式 法兰式差压变送器按其结构形式 为了解决测量具有腐蚀性或含有结晶颗粒以及黏度大、易凝固等液体液位时引压管线被腐蚀、被堵塞的问题，应使用法兰式差压变送器，如下图所示。 图4-5 法兰式差压变送器测量液位示意图1法兰式测量头；2毛细管；3变送器第二节 差压式液位计图4-6 单法兰插入式差压变送器1挡板；2喷嘴；3弹簧；4反馈波纹管；5主杠杆；6密封片；7壳体；8连杆；9插入筒；10膜盒图4-7 双法兰式差压变送器1挡

9、板；2喷嘴； 3杠杆；4反馈波纹管；5密封片；6插入式法兰；7负压室；8测量波纹管；9正压室；10硅油；11毛细管；12密封环；13膜片；14平法兰 三、用法兰式差压变送器测量液位第三节 其他物位计一、电容式物位计1.测量原理图4-8 电容器的组成1内电极；2外电极两圆筒间的电容量C当 D 和 d 一定时，电容量 C 的大小与极板的长度 L 和介质的介电常数的乘积成比例。 通过测量电容量的变化可以用来检测液位、料位和两种不同液体的分界面。 第三节 其他物位计2.液位的检测4-9 非导电介质的液位测量1内电极；2外电极；3绝缘套；4流通小孔当液位为零时，仪表调整零点，其零点的电容为 对非导电介质

10、液位测量的电容式液位传感器原理如下图所示。当液位上升为H时，电容量变为电容量的变化为第三节 其他物位计 电容量的变化与液位高度H成正比。该法是利用被测介质的介电系数与空气介电系数0不等的原理进行工作，（-0）值越大，仪表越灵敏。电容器两极间的距离越小，仪表越灵敏。 结论第三节 其他物位计3.料位的检测 用电容法可以测量固体块状颗粒体及粉料的料位。由于固体间磨损较大，容易“滞留”，可用电极棒及容器壁组成电容器的两极来测量非导电固体料位。左图所示为用金属电极棒插入容器来测量料位的示意图。 电容量变化与料位升降的关系为1金属电极棒；2容器壁图4-10 料位检测第三节 其他物位计优点 电容物位计的传感

11、部分结构简单、使用方便。 缺点 需借助较复杂的电子线路。 应注意介质浓度、温度变化时，其介电系数也要发生变化这种情况。第三节 其他物位计二、称重式液罐计量仪能反映出罐中真实的质量储量。称重仪根据天平原理设计。由于杠杆平衡时（3-64）代入（3-64）（3-65）如果液罐是均匀截面（3-66）（3-67）图4-14 称重式液罐计量仪1下波纹管；2上波纹管；3液相引压管；4气相引压管；5砝码；6丝杠；7可逆电机；8编码盘；9发讯器第三节 其他物位计图4-14 称重式液罐计量仪1下波纹管；2上波纹管；3液相引压管；4气相引压管；5砝码；6丝杠；7可逆电机；8编码盘；9发讯器式中如果液罐的横截面积A为

12、常数，得将式（3-67）代入式（3-65），得（3-68）例题分析举例1.某贮罐内的压力变化范围为1215MPa，要求远传显示，试选择一台DDZ-型压力变送器 (包括准确度等级和量程)。如果压力由12MPa变化到15MPa，问这时压力变送器的输出变化了多少?如果附加迁移机构,问是否可以提高仪表的准确度和灵敏度?试举例说明之。 解：如果已知某厂生产的 DDZ-型压力变送器的规格有： 010，16，25，60，100 （MPa） 精度等级均为0.5级。 输出信号范围为010mA。 例题分析 由已知条件，最高压力为15MPa，若贮罐内的压力是比较平稳的，取压力变送器的测量上限为 若选择测量范围为02

13、5MPa、准确度等级为0.5级,这时允许的最大绝对误差为 由于变送器的测量范围为025MPa，输出信号范围为010mA,故压力为12MPa时,输出电流信号为 例题分析压力为15MPa时，输出电流信号为 这就是说,当贮罐内的压力由12MPa变化到15MPa时,变送器的输出电流只变化了1.2mA。 在用差压变送器来测量液位时，由于在液位H=0时,差压变送器的输入差压信号p并不一定等于0，故要考虑零点的迁移。实际上迁移问题不仅在液位测量中遇到，在其他参数的测量中也可能遇到。加上迁移机构，可以改变测量的起始点，提高仪表的灵敏度 (只不过这时仪表量程也要作相应改变)。 例题分析 由本例题可知，如果确定正

14、迁移量为7MPa，则变送器的量程规格可选为16MPa。那么此时变送器的实际测量范围为723MPa，即输入压力为7MPa时，输出电流为0mA；输入压力为23MPa时，输出电流为10mA。这时如果输入压力为12MPa，则输出电流为 输入压力为15MPa时,输出电流为 例题分析 由此可知，当输入压力由12MPa变化到15MPa时，输出电流变化了1.875mA，比不带迁移机构的变送器灵敏度提高了。 变送器的准确度等级仍为0.5级，此时仪表的最大允许绝对误差为(23-7)0.5% = 0.08MPa，所以，由于加了迁移机构，使仪表的测量误差减少了。 例题分析图4-15 法兰式差压变送器测液位2.用一台双

15、法兰式差压变送器测量某容器的液位,如图4-15所示。已知被测液位的变化范围为03m,被测介质密度=900kg/m3 ,毛细管内工作介质密度0=950kg/m3。变送器的安装尺寸为 h1=1m, h2=4m。求变送器的测量范围,并判断零点迁移方向,计算迁移量,当法兰式差压变送器的安装位置升高或降低时,问对测量有何影响? 例题分析解：当不考虑迁移量时,变送器的测量范围应根据液位的最大变化范围来计算。 液位为3m时,其压差为 注： 根据图示,当液位高度为H时,差压变送器正压室所受的压力p1为 负压室所受的压力p2为例题分析因此，差压变送器所受的压差为 由上式可知,该差压变送器应进行负迁移,其迁移量为

16、 h20g。 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h2不变,其迁移量是不变的。例题分析3.用单法兰电动差压变送器来测量敞口罐中硫酸的密度,利用溢流来保持罐内液位H恒为1m。如图4-16所示。已知差压变送器的输出信号为010mA,硫酸的最小和最大密度分别为min = 1.32(g/cm3),max = 1.82(g/cm3) 图4-16 流体密度测量示意图min=1.32(g/cm3),max= 1.82(g/cm3) 要求:(1)计算差压变送器的测量范围；(2)如加迁移装置,请计算迁移量；(3)如不加迁移装置,可在负压侧加装水恒压器 (如图中虚线所示) ，以抵消正压室附加压力

17、的影响,请计算出水恒压器所需高度h。例题分析解：（1）若不考虑零点迁移,那么就要以max来计算差压变送器的测量范围。当=max = 1.82g/cm3时,差压变送器所承受的差压为将H=1m,max=1820kg/m3，g=9.81m/s2代入上式,得 如果选择差压变送器的测量范围为02104Pa,则当=max= 1.82g/cm3时,对应的变送器输出为 例题分析当=min=1.32g/cm3时,其差压为 这时差压变送器的输出为 由上可知，当硫酸密度由最小值变化到最大值时，输出电流由6.475mA变化到8.925mA，仅变化了2.45mA，灵敏度是很低的。 例题分析 （2）为了提高灵敏度，可以考虑进行零点迁移，提高测量的起始点。考虑到=max时，这时所对应的压差仍为1.785104Pa，所以