物位检测仪表

模块四物位检测仪表差压式超声波式雷达式提纲浮力式3一、物位的定义液位料位界位开口容器或密封容器中两相介质的分界面的高低。液位5二、物位检测仪表的分类射线式检测仪表物位检测直读式检测仪表浮力式检测仪表电气式检测仪表声学式检测仪表静压式检测仪表玻璃式液位计1.电阻式液位计基于液位变化引起电极间电阻变化，由电阻变化反映液位情况。2.电感式液位计基于电磁感应原理，即液位变化引起线圈电感变化，感应电流也发生变化。3.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。液体液柱的高度与液柱的静压成比例关系。因此，测出液体的静压便可知道液位的高度。一、液位测量的原理gρHPPPAB=-=ΔPA为密闭容器中A点的静压(气相压力)，PB为B点的静压，H为液柱高度，ρ为液体密度。A、B两点的压差为：二、静压式液位计的分类差压式液位计静压式液位计压力式液位计应用压力式液位计测量。如图所示：压力计通过取压管与容器底侧相连，压力计指示压力与液位之间的关系是：ρPH=式中—液体的密度；—容器内取压平面的静压；—液体高度。ρPH1.敞口容器的液位检测注意：1.只有压力计的测量基准点与最低液位一致时，式Η=P/ρ才成立。如果压力计的测量基准点与最低液位不在同一水平面时，须进行修正。2.安装时，取压导管应有一定的倾斜度，以防止导压管存有气体而影响测量的精度。由于容器是密封的，里面存有一定的气体。压力计的示值就不再单纯地跟随液面的变化而变化，而要受到容器内气体压力的影响。2.密封容器的液位检测思考为什么密封容器的液位不能用压力式液位计来测量？对于密封容器，用差压式液位计测量可消除容器内的气相压力的影响。在容器上部增加一个取压导管，测量出这个气相压力，如图所示。gρHPPPAB=-=ΔρPB+-PA式中ρ—液体的密度；H—液体高度。ρPB+-PA普通差压变送器法兰式液位变送器平双法兰液位变送器PAPB-+法兰测量头插入筒毛细管变送器双法兰式差压变送器ρPBΔP+-PAρPBΔP+-PA0≠Δ,0=PH三、迁移问题为保证检测仪表正确反映液位的变化，需要做零点迁移的调整。迁移分为：无迁移、正迁移和负迁移。gρHP=ΔρPBΔP+-PAρPBΔP+-PA如图：将差压变送器的正、负压室分别与容器下部和上部的取压点相连通，如果被测液体的密度为ρ，则作用于变压器正、负压室的差压为：无迁移420mAI/0pap/ΔgρHgρHP=Δ无迁移示意图ghgHP1正迁移如图：如果变送器的安装位置不和最低液位在同一水平面上，变送器的位置比最低液位Hmin低h距离，这时液位高度H与压差间的关系为：气PgHghP1气PPgρhgρH+gρhgρH+gρh+gρh+204mAI/0pap/ΔgρH204mAI/0pap/ΔgρHgρhgρHP+=Δ正迁移前后示意图(与无迁移对比)气PgHghP21气PghP22ghghgHP2221-负迁移为防止容器内液体和气体进入变送器的取压室造成管线堵塞或腐蚀，以及保持负压室的液柱高度恒定，在变送器的正、负压室与取压点之间装有隔离液ρ2(通常ρ2ρ)，则正、负压室的压力分别为：gρhgρHP2Δ-=ΔgρHgρh2ΔgρhgρH2Δ-20pap/Δ4gρhgρH2Δ-gρh2Δ204mAI/0pap/ΔgρH负迁移前后示意图(与无迁移对比)204mAI/0pap/ΔgρhgρH+gρh+gρh2ΔgρhgρH2Δ-204mAI/0pap/ΔgρhgρH+gρh+gρhgρH2Δ-gρh2Δ正、负迁移的实质通过迁移弹簧来改变变送器的零点，即同时改变量程的上、下限，而量程的大小不变。结论：当H=0时，国产的差压变送器的背面标注符号A—表示具有正迁移功能；标注符号B—表示具有负迁移功能，并标有迁移量的大小。若变送器感受到的ΔP=0，则不需要迁移。若变送器感受到的ΔP0，则需要正迁移。若变送器感受到的ΔP0，则需要正迁移。下图密封容器H=3m，h=1m，ρ=1.1g/cm3，请问发生了什么迁移？为什么会发生迁移？并求量程和迁移量。训练1浮力式液位计恒浮力式变浮力式浮球式液位计浮筒式液位计浮标式液位计一、浮力法测量液位原理利用漂浮于液面上的浮子(浮标)将跟随液位的变化而产生位移或未完全浸沉于液体中的浮筒(沉筒)所受的浮力将随液位的变化来进行液位测量。GFW=-式中——浮力——浮标所受重力——平衡重物的重力WFG二、恒浮力法液位检测浮标式液位计利用浮标所受重力和浮力之差与平衡重物的重力相平衡，使浮标漂浮于液面上。则平衡关系的表达式克表示为：多用于敞口容器的液位测量内浮式外浮式1-浮球；2-连杆；3-转轴；4-平衡锤；5-杠杆浮球式液位计适用于温度较高，而压力不太高的密闭容器内的液体检测。不适用于粘稠或易结晶，易凝固的液体的检测浮球1通过连杆2与转轴3相连，转轴3的另一端与容器外侧杠杆5相连，杠杆上加平衡锤4，从而组成了一转轴3为支点的杠杆、角转动系统，来进行液位的检测。系统一般要求，在浮球的一半浸入液体时，实现系统的力矩平衡。当液位升高或降低时，系统的力矩平衡被破坏，因而浮球也要随之或降低，直至达到新的平衡。若在转轴3的外端装一指针，便可从输出的角位移中知道液位的高低。扭力管十字簧片杠杆扭力管十字簧片杠杆扭力管十字簧片杠杆沉筒最低位：70最大角位移：50液位在最高位：20液位计的量程取决于浮筒的长度。三、变浮力法液位检测浮筒式液位计浮筒式液位计工作过程示超声波物位计声速特性超声波可在固、液和气体中以不同速度进行传播，其速度受介质温度、压力等因素的影响，但在相同环境下，其在同一介质中的传播速度为常数。反射特性超声波从一种介质进入另一种介质时，其中一部分发生折射，另一部分被反射回来。当两种介质密度相差悬殊，声波几乎全部被反射。衰减特性超声波在传播过程中，由于受介质和介质中杂质的阻碍或吸收，其强度会产生衰减。一、超声波的性质超声波探头位于容器的顶部，发射脉冲波达到被测介质表面，同时接收由被测物表面反射回来的回波，由发射波和回波的时间差来计算出探头距被测介质表面的距离。式中——超声波在液体中的传播速度；——探头至液面的距离；——超声波从发射到接收经过的时间。vHtvtHh21-二、检测原理又称探头，是实现超声波发射和接收的器件。目前应用最广泛的是电-声换能器，常见的是压电晶体换能器。换能器图换能器工作原理示意图根据压电效应和逆压电效应实现电-声转换。当外力作用于晶体端面时，在其相对的两个面上便产生异性电荷。用导线将两端面上的电极连接起来，就会有电流流过。当外力消失时，被中和的电荷又会立即分开，形成与原来方向相反的电流。当作用于晶体端面的外力是交变的，这样，一压一松就可以产生交变电场。反之，将交变电压加在晶体端面的电极上，便会沿着晶体厚度方向产生与所加交变电压同频率的机械振动，向附近介质发出声波。按传声介质不同，超声波液位计可分为气介式、液介式和固介式三种；按探头的工作方式，超声波液位计可分为自发自收的单探头方式和收发分开的双探头方式。(a)气介式(b)液介式(c)固介式三、分类属于非接触测量，适用于强腐蚀性、高粘度、有毒介质的物位检测。可测范围广，只要界面的声阻抗不同，液体、粉末、块体的物位都可测量。无可动部分，使用寿命长。探头本身不能承受高温，声速受介质温度和压力的影响。电路复杂，造价较高。四、特点五、安装物体的最高物位不得进入换能器的测量盲区。物位计的安装应尽可能使换能器的声波发射方向与物料表面垂直。换能器的安装位置应尽量避开正下方是进、出料口等液面有剧烈波动的位置；换能器发射的超波束不得与加料料流相交。雷达物位计雷达信号频率越高，发射角越小，单位面积上能量越大，波的衰减越小，测量效果越好。一、检测原理雷达液位计采用高频振荡器作为微波发生器，发生器产生的微波用波导管引到辐射天线，并以一定的角度向液面射出。当微波遇到障碍物，如液面时，部分被吸收，部分被反射回来，由天线接收。雷达信号从发射到接收的间隔时间与被测物位有关，即：2-=vtHh式中——料位；——槽高；——微波速度；——雷达波发射到接收的间隔时间。hHvt属于非接触测量，不受槽内液体的密度、浓度等物理性质的影响。可测范围广，最大的测量范围可达0∽35m，可用于高温、高压的也为测量。无可动部分，使用寿命长。测量时发出的电磁波能穿过真空，不需要传输媒介，具有不受大气、蒸汽、槽内挥发雾影响的特点，能用于挥发性介质如粗苯的液位测量。天线等关键部件采用高质量材料，抗腐蚀能力强。二、特点不能安装在入料口的上方，如(4)。不能安装在中心位置，如(3)，干扰回波会导致信号丢失。为防止直接日晒或雨淋，建议使用保护盖。最佳安装位置在容器半径的1/2处,如(2)。三、安装信号波束内应避免：安装物(1)如限位开关，温度传感器等；对称装置(2)如加热线圈，挡板等。物位检测仪表的种类、检测原理及适用场合本章总结