合肥工业大学化工仪表-第3章-4物位检测方法与仪表

1、,物位检测方法与仪表,物位检测方法及仪表,物位检测方法,应用浮力原理检测物位 应用静压原理检测物位 应用超声波反射检测物位,物位检测仪表,超声波物位计,本章主要内容,物位检测方法及仪表,物位-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,液位容器中的液体介质的高低 料位容器中固体或颗粒状物质的堆积高度 界面计_ 测量不同密度介质的分界面的仪表,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算； 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。,物位的基本概念,物位检测方法及仪

2、表,物 位 检 测 方 法,工作原理不同: 直读式物位仪表：玻璃管液位计、玻璃板液位计等。 差压式物位仪表：利用液柱或物料堆积对某定点产生压力的原理而工作。 浮力式物位仪表：利用浮子高度或浮力随液位高度而变化的原理工作。 电磁式物位仪表：使物位的变化转换为一些电量的变化，如电容 核辐射物位仪表：利用射线透过物料时其强度随物质层的厚度而变化的原理 声波式物位仪表：由于物位的变化引起声阻抗的变化、声波的遮断和声波反射距离的不同，测出这些变化就可测知物位。根据工作原理分为声波遮断式、反射式和阻尼式。 光学式物位仪表：利用物位对光波的遮断和反射原理工作 ,物位检测方法及仪表,应用浮力原理检测物位,利用

3、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。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，就可以知道液位的高低。,恒浮力法液位测量示意图,测量原理,物位检测方法及仪表,应用静压原理检测物位,压力表测量液位原理,通过液柱静压的方法对液位进行测量的。 敞口容器：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，由测压仪表的压力指示值，便可推知液位的高度 。,其关系为 式中 P测压仪表指示值 H液位的高度液体的密度g重力加速度,式中 PA、PB分别是液面上部介质压力和液面以下H

4、深度的液体压力。,密闭容器：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,物位检测方法及仪表,差压变送器测量液位时的零点迁移问题（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与容器的最低液位（Hmin=0）处于同一水平位置。作用于变送器正、负压室的差压P与液位高度H的关系为P=Hg。 当H =0时，正负压室的差压P=0，变送 器输出信号为4mA 当H= Hmax时，差压Pmax=gHmax， 变送器的输出信号为20 mA，,无迁移,物位检测方法及仪表,负迁移,差压变送器的正、负压室的压力分别为,正、负压室的压差为,当被测液位H

5、=0时，P=-（h2-h1）2g0，使变送器在H=0时输出电流小于4 mA；H=Hmax时，输出电流小于20 mA,P=Hg,图3-41 负迁移示意图,正迁移,变送器的安装位置与容器的最低液位（H=0）不在同一水平位置,正、负压室的压力分别为,正、负压室的压差为,当被测液位H=0时，P=h1g 0，从而使变送器在H=0时输出电流 大于4 mA；H=Hmax时，输出电流大于20 mA。,应用静压原理检测物位,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

6、示。,一般型号后面加“A”的为正迁移；加“B”的为负迁移。,物位检测方法及仪表,P=1gH,P=1gH -2g（h2-h1）,P=1gH +1gh1,零点迁移的目的：使H0时，变送器输出为Io= 4mA, H = Hmax时，变送器输出为Io = 20 mA,如何实现零点迁移？,调节仪表上的迁移弹簧,零点迁移问题(小结),物位检测方法及仪表,3、用法兰式差压变送器测量液位,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。,物位检测方法及仪表,图4-15 法兰式差压变送器测液位,2.用一台双法兰式差压变送器测量某

7、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?,物位检测方法及仪表,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,这里值得一提的是压力单位Pa用SI基本单位时就相当于m-1kgs-2，即,物位检测方法及仪表,所以液柱压力用Hg计算时,只要H用m,用kg/m3，g用m/s2为单位时,相乘结果的单位就是

8、Pa。上述计算结果pmax为26.487kPa,经过圆整后,测量范围可选030kPa。,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,物位检测方法及仪表,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 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。,物位检测方法及仪表,基本工作原理,由两个同轴圆柱极板组成的电容器，当两极板之间填充介电常数为1的介质时，两极板间的电容量为：,当极板之间一部分介质被介电常数为2的另一种介质填充时，可推导出电容变化量,当电容器的几何尺寸和介电常数保

9、持不变时，电容变化量就与物位高度H成正比。,电容式物位计,物位检测方法及仪表,2.液位的检测,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,11,3.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,优点,电容物位计的传感部分结构简单、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。,核辐射物位计,特点,适用于高温、高压容器、强腐蚀、