化工仪表基础--第四章_物位检测

1、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 其他物位计,第一节 物位检测的意义及主要类型,几个概念,液位 料位 液位计 料位计 界面计,测量物位的两个目的,按其工作原理分为,直读式物位仪表 差压式物位仪表 浮力式物位仪表 电磁式物位仪表 核辐射式物位仪表 声波式物位仪表 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,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，正、负室压力p1、p2分别为,则,图4-2 负迁移示意图,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,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

2、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,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。,第二节 差压式液位计,第三节 其他物位计,一、电容式物位计,1.测量原理,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,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,第三节 其他物位计,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

3、的关系为,第三节 其他物位计,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。,第三节 其他物位计,二、核辐射物位计,特点,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。,第三节 其他物位计,三、雷达式液位计,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、相对介电常数的影响,在易燃易爆等恶劣工况下仍能应用。,优点,第三节 其他物位计,图4-12 雷达式液位计示意图,雷达波由天线发出到接收到由液面来的反射波的时间t由下式确定,由于,故,雷达探测器对时间的测量有微波脉冲法及连续波调频法两种方式。,第三节 其他物位计,图4-13 微波脉冲法原理示意图,要使用导波管？,第三节 其他物位计,四、称重式液罐计量仪,既能

4、将液位测得很准，又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,第三节 其他物位计,直读式液位计,玻璃液位计 使用最早和最简单的直读式液位计，分为玻璃管和玻璃板式两种。 玻璃液位计构造简单，安装简便。不需要外接能源，适用于就地现场指示，应用比较广泛。,磁翻转液位计,浮力式液位计,1 浮标液位计 工作原理是浮标在液面上并随液位变化而升高或降低，但是浮标所受的浮力不变。,直读式浮标液位计,浮球式液位计,浮力式液位计,2 浮筒式液位计 浮筒式液位计由四部分组成：浮筒、弹簧、磁钢室和输出指示。适合对各种密封容器内的液面测量。,常见液位计的性能特点 （1） 人工测量尺 它是古老而有效的储罐计量方法，可以作为现场检验其它测量仪表的参考手段。误差是人为的。 （2） 浮子式钢带液位计 观测直观，价格便宜，但是传动部件较多，容易发生机械故障，维护量比较大，需要厂家现场指导安装。适用于中小罐。 （3）伺服式液位计 被广泛用于储罐液位的高精度测量，它是一种多功能的仪表，仅用一台液位计便可测出储罐内液体的液位、油水界面、单点温度、平均温度、平均密度、分段密度等综合参数，一台液位计便组成一套混合

5、式自动计量系统 .,例题分析,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025MPa、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

6、，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,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-

7、2，即,例题分析,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,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 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的影响,请计算出水

8、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，所以在提高测量起始点的同时，测量上限却可以不改变，这样一来，实际量程压缩了。,当=min=1.32g/cm3时,pmin=1.295104Pa。因此可以选择迁移量为1104Pa ,测量范围为11042104Pa的差压变送器。这时,若=min时,变送器的输出为,例题分析,当=max时,变送器的输出为,这时由min变到max时,输出电流由2.95mA变为7.85mA,变化了4.9mA,大大提高了仪表的灵敏度。,例题分析,（3）如果不加迁移装置，而在负压侧加装水恒压器，而迁移量仍为1104Pa，根据,以水的密度=1000kg/m3代入,得,

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