34物位检测及仪表课件

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§3.物位检测及仪表一.概述物位开关：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、输出控制信号物位：§3.物位检测及仪表物位1物位测量有两个目的:

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。物位测量有两个目的:

一是通过物位测量来确定容器中的2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电式物位仪表物位仪表的分类直读式物位仪表31、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。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42、浮力式物位仪表利用浮子高度随液面或液体界面变化而变化的原理工作。2、浮力式物位仪表利用浮子高度随液面或液体界面变化而变化的原5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63、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74、电磁式物位仪表电容式液位计电容式料位计主要用于测量不导电流体①电容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4、电磁式物位仪表电容式液位计电容式料位计主要用于测量不导电8②、电极式物位仪表利用物料的导电性能测量液位。②、电极式物位仪表利用物料的导电性能测量液位。9③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③电感式液位控制器传感器由不导磁管子、导磁性浮105、核辐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。射线不受温度、压力、湿度、电磁场的影响，而且可以穿透各种介质，包括固体，因此能实现完全非接触测量。-----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5、核辐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116、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/s6、雷达式液位计雷达波由天线发射LH0H天线C---电磁波传127、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）。7、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13超声波传播距离为L，波的传播速度为C，传播时间为，则：

L是与液位有关的量超声波传播距离为L，波的传播速度为C，14

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

7.光学式物位仪表 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15二.差压式液位变送器1.工作原理二.差压式液位变送器1.工作原理16

下面图为用于测量开口容器液位高度的三种压力式液位计。(a)压力表式液位计(b)法兰式液位变送器(c)吹气式液位计

下面图为用于测量开口容器液位高度的三17图3.42液位测量的正迁移如图，当差压变送器的取压口低于容器底部时，差压变送器上测得的差压为为了使液位的满量程和起始值仍能与差压变送器的输出上限和下限相对应，就必须克服固定差压ρgh0的影响，采用零点迁移实现。2.取压口低于容器底部---零点迁移因为：所以：当h=0时，ΔP=h0ρg，图3.42液位测量的正迁移如图，当差压变送器的取压口低于18为了迁移掉h0ρg，即在h=0时仍然使ΔP=0，可以调整仪表的迁移弹簧张力。由于h0ρg作用在正压室上，称之为正迁移量。迁移弹簧张力抵消了h0ρg在正压室内产生的力，达到正迁移的目的。

由于ρgh0〉0，所以称为正迁移

量程迁移后，测量范围为0～hmaxρg，为了迁移掉h0ρg，即在h=0时仍然使ΔP=0，可以调整仪19P1、P2——引入变送器正压室和负压室的压力(Pa)；

H——液位高度(m)；

h1、h2——正、负压室隔离罐液位距变送器高度(m)。

差压式液位计测量原理。3、介质有腐蚀性时它作用在负压室上，称之为负迁移量。P1、P2——引入变送器正压室和负压室的压力(Pa)；

H203.用法兰式差压变送器测量液位遇到含有杂质、结晶、凝固或易自聚的被测介质，用普通的差压变送器可能引起连接管线的堵塞，此时，需要采用加隔离膜盒的法兰式差压变送器，如图.图3-44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3.用法兰式差压变送器测量液位遇到含有杂质、结晶、凝固或易自21例题分析法兰式差压变送器测液位图1.用一台双法兰式差压变送器测量某容器的液位,如图所示。被测介质密度ρ=900kg/m3,毛细管内工作介质密度ρ0=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?

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。例题分析法兰式差压变送器测液位图1.用一台双法兰式差压变送22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h2ρ0g。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。根据图示,当液位高度为H时,差压变送器正压室所受的压23三.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行测量。三.电容式液位计 电容式液位计利用液位高低变化影响24

式中：

D、d——外电极内径和内电极外径(m)；

——极板间介质介电常数(F/m)；L——极板相互重叠的长度(m)。

液位变化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原理。

图中：1-内电极；2-外电极

。在液位的连续测量中，多用同心圆柱式电容器.1.测量原理如图同心圆柱式电容器的电容量：

式中：在液位的连续测量中，多用同心圆柱式电容器.1.25

右图为用于测量非导电介质的同轴双层电极电容式液位计。内电极和与之绝缘的同轴金属套组成电容的两极，外电极上开有很多流通孔使液体流入极板间。

图中：1、2-内、外电极；3-绝缘套；4-流通孔。2.液位的检测 右图为用于测量非导电介质的同轴双层电极电容式液位计。26

由此可见，电容量的变化量与充料高度成正比。测量电容量变化即可知料位的变化。零点的电容量的表达式为：电极间充入高度为H的介质后的电容量电容量的变化量由此可见，电容量的变化量与充料高度成正比。测量电容量27

右图为用来测量导电介质的单电极电容液位计，它只用一根电极作为电容器的内电极，一般用紫铜或不锈钢，外套聚四氟乙烯塑料管或涂搪瓷作为绝缘层，而导电液体和容器壁构成电容器的外电极。

1-内电极；2-绝缘套 右图为用来测量导电介质的单电极电容液位计，它只用一根283.料位的检测dDH3.料位的检测dDH29依此原理还可进行其它形式的物位测量。电容式液位计的结构形式很多，有平极板式、同心圆柱式等等。适用范围非常广泛，对导电介质和非导电介质都能测量，还能测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。还能用于连续测量。电容式液位计的这些特点决定了它在液位测量中的重要地位。不适于ε随温度变化,介质在电极上有沉积或附着,介质中有气泡产生的情形。依此原理还可进行其它形式的物位测量。电容式液位计的结构形式很30四.称重式液罐计量仪控制器L1L2p1p2杠杆平衡时由于代入（3-64）（3-65）如果液罐是均匀截面（3-66）（3-67）（3-68）如果液罐的横截面积A为常数四.称重式液罐计量仪控制器L1L2p1p2杠杆平衡时由于代入31例题分析举例1.某贮罐内的压力变化范围为12~15MPa，要求远传显示，试选择一台DDZ-Ⅱ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-Ⅱ型压力变送器的规格有：0～10，16，25，60，100（MPa）精度等级均为0.5级。输出信号范围为0～10mA。例题分析举例1.某贮罐内的压力变化范围为12~15MPa，要32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0～25MPa、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0～25MPa，输出信号范围为0～10mA,故压力为12MPa时,输出电流信号为

例题分析由已知条件，最高压力为15MPa，若贮罐内的33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。由本例题可知，如果确定正迁移量为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7～23MPa，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，则输出电流为例题分析压力为15MPa时，输出电流信号为这就是说34例题分析输入压力为15MPa时,输出电流为

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。例题分析输入压力为15MPa时,输出电流为由此可知35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§3.物位检测及仪表一.概述物位开关：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、输出控制信号物位：§3.物位检测及仪表物位36物位测量有两个目的:

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。物位测量有两个目的:

一是通过物位测量来确定容器中的37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电式物位仪表物位仪表的分类直读式物位仪表381、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。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392、浮力式物位仪表利用浮子高度随液面或液体界面变化而变化的原理工作。2、浮力式物位仪表利用浮子高度随液面或液体界面变化而变化的原40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413、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424、电磁式物位仪表电容式液位计电容式料位计主要用于测量不导电流体①电容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4、电磁式物位仪表电容式液位计电容式料位计主要用于测量不导电43②、电极式物位仪表利用物料的导电性能测量液位。②、电极式物位仪表利用物料的导电性能测量液位。44③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③电感式液位控制器传感器由不导磁管子、导磁性浮455、核辐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。射线不受温度、压力、湿度、电磁场的影响，而且可以穿透各种介质，包括固体，因此能实现完全非接触测量。-----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5、核辐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466、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/s6、雷达式液位计雷达波由天线发射LH0H天线C---电磁波传477、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）。7、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48超声波传播距离为L，波的传播速度为C，传播时间为，则：

L是与液位有关的量超声波传播距离为L，波的传播速度为C，49

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

7.光学式物位仪表 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50二.差压式液位变送器1.工作原理二.差压式液位变送器1.工作原理51

下面图为用于测量开口容器液位高度的三种压力式液位计。(a)压力表式液位计(b)法兰式液位变送器(c)吹气式液位计

下面图为用于测量开口容器液位高度的三52图3.42液位测量的正迁移如图，当差压变送器的取压口低于容器底部时，差压变送器上测得的差压为为了使液位的满量程和起始值仍能与差压变送器的输出上限和下限相对应，就必须克服固定差压ρgh0的影响，采用零点迁移实现。2.取压口低于容器底部---零点迁移因为：所以：当h=0时，ΔP=h0ρg，图3.42液位测量的正迁移如图，当差压变送器的取压口低于53为了迁移掉h0ρg，即在h=0时仍然使ΔP=0，可以调整仪表的迁移弹簧张力。由于h0ρg作用在正压室上，称之为正迁移量。迁移弹簧张力抵消了h0ρg在正压室内产生的力，达到正迁移的目的。

由于ρgh0〉0，所以称为正迁移

量程迁移后，测量范围为0～hmaxρg，为了迁移掉h0ρg，即在h=0时仍然使ΔP=0，可以调整仪54P1、P2——引入变送器正压室和负压室的压力(Pa)；

H——液位高度(m)；

h1、h2——正、负压室隔离罐液位距变送器高度(m)。

差压式液位计测量原理。3、介质有腐蚀性时它作用在负压室上，称之为负迁移量。P1、P2——引入变送器正压室和负压室的压力(Pa)；

H553.用法兰式差压变送器测量液位遇到含有杂质、结晶、凝固或易自聚的被测介质，用普通的差压变送器可能引起连接管线的堵塞，此时，需要采用加隔离膜盒的法兰式差压变送器，如图.图3-44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3.用法兰式差压变送器测量液位遇到含有杂质、结晶、凝固或易自56例题分析法兰式差压变送器测液位图1.用一台双法兰式差压变送器测量某容器的液位,如图所示。被测介质密度ρ=900kg/m3,毛细管内工作介质密度ρ0=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?

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。例题分析法兰式差压变送器测液位图1.用一台双法兰式差压变送57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h2ρ0g。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。根据图示,当液位高度为H时,差压变送器正压室所受的压58三.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行测量。三.电容式液位计 电容式液位计利用液位高低变化影响59

式中：

D、d——外电极内径和内电极外径(m)；

——极板间介质介电常数(F/m)；L——极板相互重叠的长度(m)。

液位变化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原理。

图中：1-内电极；2-外电极

。在液位的连续测量中，多用同心圆柱式电容器.1.测量原理如图同心圆柱式电容器的电容量：

式中：在液位的连续测量中，多用同心圆柱式电容器.1.60

右图为用于测量非导电介质的同轴双层电极电容式液位计。内电极和与之绝缘的同轴金属套组成电容的两极，外电极上开有很多流通孔使液体流入极板间。

图中：1、2-内、外电极；3-绝缘套；4-流通孔。2.液位的检测 右图为用于测量非导电介质的同轴双层电极电容式液位计。61

由此可见，电容量的变化量与充料高度成正比。测量电容量变化即可知料位的变化。零点的电容量的表达式为：电极间充入高度为H的介质后的电容量电容量的变化量由此可见，电容量的变化量与充料高度成正比。测量电容量62

右图为用来测量导电介质的单电极电容液位计，它只用一根电极作为电容器的内电极，一般用紫铜或不锈钢，外套聚四氟乙烯塑料管或涂搪瓷作为绝缘层，而导电液体和容器壁构成电容器的外电极。

1-内电极；2-绝缘套 右图为用来测量导电介质的单电极电容液位计，它只用一根633.料位的检测dDH3.料位的检测dDH64依此原理还可进行其它形式的物位测量。电容式液位计的结构形式很多，有平极板式、同心圆柱式等等。适用范围非常广泛，对导电介质和非导电介质都能测量，还能测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。还能用于连续测量。电容式液位计的这些特点决定了它在液位测量中的重要地位。不适于ε随温度变化,介质在电极上有沉积或附着,介质中有气泡产生的情形。依此原理还可进行其它形式的物位测量。电容式液位计的结构形式很65四.称重式液罐计量仪控制