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第6章物位测量07:55:15主要分类接触式直读浮力静压电气恒浮力变浮力压力压差电容电阻非接触式超声波射线式07:55:15直读式液位计测量原理:连通器的工作原理,通过与被测容器连通的玻璃管来直接显示容器中的液位高度特点:简单、经济,无需外加能源。但受玻璃强度的限制,被测容器内的压力、温度不能太高;只能原地显示,不能测量高粘度液体07:55:15第1节静压式物位检测一、静压法测量原理液位的高度变化时,液柱产生的静压随之改变BAPPgHBAPPPgHPHg测得表压力即可求得液位高度hBAH07:55:15二.压力计式液位计(开口容器的液位测量)1、用压力表测量液位压力计式液位计示意图07:55:152.法兰式压力变送器测量液位:用于粘度大、有沉淀、易结晶、易凝固或具有腐蚀性的介质金属膜盒直接与被测介质接触,省去引压导管,从而克服导管的腐蚀和阻塞问题。膜盒经毛细管与变送器的测量室相通,并充以硅油,作为传压介质。为了毛细管经久耐用,其外部均套有金属蛇皮保护管。07:55:15静压液位计07:55:15三.差压式液位计(密闭容器的液位测量)抵消了容器上部压力变化对测量的影响0PPgH0PPPPPgH差压液位计原理示意图07:55:15法兰式差压液位计原理示意图1-容器2-差压计3-零位线4-法兰5-毛细管07:55:15带隔离罐的差压式液位计原理示意图07:55:15四、量程迁移取压口与压力(或差压)测量仪表的入口不在同一水平高度时,都会产生一个附加静压误差。这种情况下,通过对液位计或物位计的零点进行调整,使它在只受附加静压(或静压差时输出为“0”,这种方法称为量程迁移。量程迁移有无迁移、负迁移和正迁移三种。07:55:1507:55:1507:55:1507:55:151、无迁移压力表与取压点处于同一水平位置差压式液位计正、负压室分别与容器下部的零液位线和上部气体的取压口连接PgH07:55:152、负迁移压力表比容器的零液位线高加隔离罐或采用法兰式的差压式液位计0121PPgHgh022PPgh1gHB1221()PgHghh221()Bghh负迁移量07:55:153、正迁移压力表或差压变送器比容器的零液位线低011PPgHgh0PP1gHC11PgHgh1Cgh正迁移量07:55:15差压变送器的正负迁移示意图07:55:15例已知,,,,当地加速度为g=9.8m/s2,求:1)计算差压的变化量?2)选择差变送器的量程?3)计算差压变送器的迁移量?4)计算迁移后差压变送器的压差测量范围?5)计算迁移后差压变送器的液位测量范围?mh0.52m0.30mL31/1200mkg32/950mkgmh0.11max1max12009.83PgH35.28kPa解:1)2)根据国际规定的差压变送器的量程系列,选差压变送器的量程为40kPa3)迁移量212()37.24PhhgkPa07:55:15min2120()37.24PhhgkPa所以,差压变送器需进行负迁移,将其零点调为-37.240kPa。4)迁移后的量程范围为max21240()2.76PhhgkPa5)差压变送器的液位测量范围6)为了使H=3.0m时,差压变送器输出为20mA,需进行量程进行调节。通过量程满度调节螺钉使输出为20mA,maxmaxmaxmaxPPHHmaxmaxmaxmax4033.435.28PHHmPmax1.96PkPa07:55:15第二节浮力式液位检测一、恒浮力式液位检测基本原理:浮于液面上的浮子随着液位上升或下降,根据浮子的位置实现液位的检测如:浮球式水位控制器调整箱组件上限水银开关浮筒连杆非导磁管下限水银开关磁钢浮球07:55:15敞口容器的浮子重锤液位计1-滑轮2-标尺3-指针4-平衡锤5-导向杆6-浮子闭容器的浮子重锤液位计07:55:15二.变浮力式液位检测(浮筒式液位计)一质量为m的浮筒悬挂在弹簧上,弹簧的下端被固定,当测量桶内无水时,浮筒的重力与弹簧力达到平衡时,有:0Cxmg当测量筒内有一定高度的液位H时,浮筒受到液体的浮力上浮:xhH)(0xxCghAmg根据力平衡:07:55:15一般xhhH则xgACH被测液位H可表示为弹簧的位移量与液位成正比。弹簧的顶端连接有一铁芯,铁芯随着弹簧的位移在差动变压器内上下移动输出位移信号。)(0xxCghAmg07:55:15浮球式液位计浮子液位变送器UQK-701磁性浮球液位变送器07:55:15DFL-901浮筒液位变送器浮筒液位计07:55:15第三节电气式物位检测基本原理:利用敏感元件将物位变化转换为电量参数的变化,通过测量电量参数来得到物位的变化以电容式液位检测为例:rRLCln210当两圆筒间充以介电常数为ε1的气体时,圆筒的电容量为:同轴圆筒形电容器07:55:1512CCCHrRrRLln)(2ln2121CC0当圆筒形电容器几何尺寸一定,电容器电容增量与液位高度H成正比。同时,两种介质的介电常数的差值越大,越大,灵敏度高。C如果圆筒形电极间的一部分被介电常数为ε2的液体所浸没,被浸没的电极长度为H,此时的电容量为:rRHrRHLCCCln2ln)(2212107:55:15适用对象:非导电液体或固体对于导电液体,电极要用绝缘物覆盖作为中间介质,而液体和外圆筒一起作为外电极。导电液体电容式液位测量示意图07:55:15ε1、ε2、ε3分别为液位上方气体、被测量介质及绝缘物体的介电常数C11、C12、C2分别是液位上方绝缘套管与内电极间、绝缘套管与容器间及液位下方绝缘套管与内电极间的电容3112()lnLHCRr1122()lniLHCRR322lnHCRr07:55:15一般ε3ε1,且RiR,则C11C12,因此,总电容可写为122CCC3122lnlniHLRRrR0CKH上式表明,电容增量随液位的高度而线性变化0CCC113222lnlnlniiLHHRRRRRr07:55:15电阻式物位计电感式物位计电阻式液位计原理图1-电阻棒2-绝缘套3-测量电桥浮子式电感液位控制器1、3-上下限线圈2-浮子07:55:15第4节声学式物位检测一、超声波性质超声波可以在气体、液体及固体中传播。传播速度不仅与介质有关,而且还与介质所处的状态(如温度)有关。声波在介质中传播时会被吸收而衰减,气体吸收最强而衰减最大,液体其次,固体吸收最小而衰减最小。另外声波在介质中传播时衰减的程度还与声波的频率有关,频率越高,声波的衰减也越大,因此超声波比其他声波在传播时的衰减更明显20kHz以上频率的机械波称为超声波07:55:15声波传播时的方向性随声波的频率的升高而变强,发射的声束也越尖锐,超声波可近似为直线传播,具有很好的方向性当声波从一种介质向另一种介质传播时,因为两种介质的密度不同和声波在其中传播的速度不同,在分界面上声波会产生反射和折射,其反射系数R为:式中IR,I0—反射和入射声波的声强;α,β—声波的入射角和反射角;Z1,Z2—两种介质的声阻抗,其值为Z1=ρ1v1,Z2=ρ2v2。221021coscoscoscosRIZZRIZZ07:55:15在声波垂直入射时,α=0,β=0则,其反射系数变为说明当声波从液体或固体传播到气体,或相反的情况下,由于两种介质的声阻抗相差悬殊,声波几乎全部被反射。假设声波从水传播到空气,在常温下它们的声阻抗约为Z1=1.44×106,Z2=4×102,则得R=0.999。22121ZZRZZ07:55:15二、超声波检测原理超声波物位检测就是通过测量声波从发射至接受反射回波的时间间隔来确定物位高低。12Hvt当超声波传播速度已知,可根据时间求得物位。超声波发射器被置于容器底部,当它向液面发射短促的脉冲时,在液面处产生反射,回波被超声接收器接收。07:55:15(a)液介式,探头固定安装在液体中最低液位之下(b)气介式,探头安装在最高液位之上的空气或其它气体中(c)固介式,把一根传声固体棒插入液体中,上端要高出最高液位之上,探头安装在传声固体棒的上端采用自发自收单探头方式测量时的几种基本方案V的含义相同吗?基本方案12Hvt07:55:15(d)双探头液介式一般情况下,两个探头安装很近,即a较小,所以在高液位时L值近似地与S相等,因此仍可用S公式计算L值,不会产生较大的误差,但在低液位时会产生较大的计算误差。采用一发一收两探头方式测量时的几种基本方案12Svt22LSa(e)双探头气介式07:55:15基于压电效应和逆压电效应。发射器:将交变电压转换成向外发射的机械波接收器:把声能转换成电能实现方法:检测时一般采用较高频率的超声脉冲。这样可减少了单位时间超声波的发射能量,又可提高超声脉冲的幅值好处:前者有利于减少空化效应和温升效应,后者可提高测量精度。二、超声波物位计的接收和发射07:55:15超声波物位测量仪表的特点无机械可动部分,安装维修方便,换能器压电体振动振幅小,寿命长能实现非接触测量,适应性强能测量高速运动或有倾斜晃动的液体液位,如置于汽车、飞机、轮船中的液体液位量程大,可从毫米数量级到几十米以上结构复杂,价格相对昂贵;当传播介质温度或密度变化时,声速也发生变化,影响测量准确度,应采取应的补偿措施07:55:15超声波传播速度的补偿方法温度补偿设置校正具应用校正具校正液位(a)固定式校正具物位检测(b)活动式校正具物位检测07:55:1507:55:15超声波物位变送器07:55:15射线源和被测介质确定后,I0和μ是常数,测量通过介质后的射线强度I,就可以得出被测介质的厚度H第5节射线式物位检测一、检测原理当射线射入一定厚度的介质时,部分能量被介质吸收,所穿透的射线强度随所通过的介质厚度增加而减弱,变化规律为:0HIIe介质对射线的吸收系数07:55:15不受温度、压力、湿度、粘度和流速等被测介质性质和状态的影响;可以穿透各种介质进行非接触式测量;适合于特殊场合或恶劣环境下的物位测量;使用时应注意控制剂量,做好防护二、检测系统由射线源、探测器和电子线路组成射线源:γ射线(Co60和Cs137)探测器:将接收到的射线强度转变为电信号电子线路:将探测器输出的脉冲信号处理并转换为统一的标准信号三、特点07:55:15液位计种类作用原理主要特点静压式玻璃管液位计连通器原理结构简单、价格低廉,易损坏,读数不明显压力表液位计液位高度与液柱静压成正比适用于敞口容器,使用简单压差式液位计基于液位升降时能造成液柱差的原理敞口容器或密闭容器都能使用,但要注意“零点迁移”问题浮力式浮子式液位计浮子浮于液体中随液面变化而升降结构简单、价格低廉浮筒式液位计浮筒在液体中受到浮力而产生的位移与液位变化成正比结构简单、价格低廉液位检测仪表的种类及特点液位计种类作用原理主要特点电气式电容式液位计置于液体中电容,其值随液位高低而变化测量滞后小,能远距离传输,但z线路复杂,价格高电接点式液位计应用电极等电装置,当液面超过规定值时,发出电信号不能连续测量,用于要求不高的场合超声波液位计利用超声波在气体和液体中的衰减程度、穿透能力和辐射声阻抗等各不相同的性质非接触测量,准确性高,惯性小,但成本高液位检测仪表的种类及特点第6节应用实例系统水箱水位、锅炉汽包水位的测量系统水箱水位和运行平稳的底压锅炉汽包水位可以用简单的连通管液位计、电极式水位计和电接点水位计测量。连通管液位计是在水箱或汽包上设置连通管,将水箱或汽
本文标题:第六章物位测量-2014
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