第6章液位测量-终版

第6章液位测量主要内容概述差压式液位测量法电容式液位测量法电阻式液位测量法液位计选择1第6章液位测量物位:统指设备和容器中液体或固体物料的表面位置。对应不同性质的物料又有以下的定义:a、液位指设备和容器中液体介质表面的高低。b、料位指设备和容器中所储存的块状、颗粒或粉末状固体物料的堆积高度。c、界位指相界面位置。容器中两种互不相溶的液体，因其重度不同而形成分界面，为液-液相界面；容器中互不相溶的液体和固体之间的分界面，为液-固相界面。1.物位的定义：6.1概述22.液位测量的目的：1.正确测得容器中储藏物质的体积或重量。2.监视容器内物位，对物位允许的上、下限发出报警。3.连续地监视生产和进行调节，使物位保持在所要求的高度。6.1概述3按工作原理分类（1）直读式液位测量法连通器原理，有玻璃管式、玻璃板；（2）沉浮式液位测量法浮力原理，有恒浮力式和变浮力式；（3）差压式液位测量法流体静力学原理；（4）电磁式液位测量法将物位的变化转换为电量检测；（5）反射式液位测量法利用超声波、微波反射信号行程；（6）射线式液位测量法利用射线在被测介质中的吸收程度；6.1概述3.液位检测方法4（1）直读式液位测量法它是利用连通器的原理，将容器中的液体引入带有标尺的观察管中，通过标尺读出液位高度。下图所示的是玻璃管液位计。6.1概述5原理：当浮标受力平衡时，浮标可以随液面稳定：式中W——浮标的重力；F——浮标所受的浮力；G——平衡重物的重力；GFW液位上升时，其上浮力F增加,GFW＜新的力平衡，反之亦然。因而实现了浮标对液位的跟踪。特点：简单直观，测量精度低。误差原因：滑轮摩擦，钢丝绳热胀冷缩。浮标向上移动,直达到（2）沉浮式液位测量法浮标式液位计---恒浮力式6浮筒是一不锈钢空心长圆柱体。浮筒的重量大于同体积的液体重量，使浮筒不能漂浮在液面上。图中：1-浮筒；2-弹簧；3-差动变压器。（2）沉浮式液位测量法浮筒式液位计-----变浮力式7第6章液位测量浮筒式液位计用差动变压器测量浮筒位移，平衡时压缩弹簧的弹力与浮筒浮力及重力G平衡。即式中:k——弹簧刚度(N/m)；x——弹簧压缩量(m)；ρ——液体密度(kg／m3)；H——浮筒浸入深度(m)；A——浮筒截面积(m2)液位高度变化与弹簧变形量成正比。GgAHkx86.2差压式液位测量方法一.基本原理流体静力学平衡方程1.开口容器：gpHgHppp0气相压力为大气压式，只需将差压变送器的负压室通大气即可。若不需要远传信号，在容器底部安装压力表。96.2差压式液位测量方法一.基本原理2.闭口容器ggHpHsss)(可见:1.液位高度H与差压Δp成正比；2.密度对差压式液位测量有较大影响。)(HHggHpss106.2差压式液位测量方法二.量程迁移差压变送器出厂时在标准测量条件下：液位H=0时，变送器的输入信号=0，输出信号为4mA.实际测量时，由于测压变送器的安装或取压方式不标准，测量起点与信号起点不一致，因此需要对差压变送器的零点进行迁移。1．无迁移：gpHgHp116.2差压式液位测量方法二.量程迁移2．负迁移：形成原因：加隔离罐或采用法兰式测压差。01211pgHghp0222pghp正负室压力p1、p2分别为负迁移示意图126.2差压式液位测量方法ghghgHpp2221121ghhgHp2121当H=0时ghhp212负迁移的方法是在变送器的电路中加上的信号，则有H=0，ΔP=0ghh212负迁移示意图13法兰式差压变送器测量液位法兰式差压变送器测量液位1—法兰式测量头；2—毛细管；3—变送器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，避免引压管线被腐蚀、被堵塞，在导压管入口处加隔离膜盒2．负迁移：6.2差压式液位测量方法146.2差压式液位测量方法二.量程迁移3．正迁移：变送器位置低于液面基准面。)(hHgpghp迁移量：正迁移示意图156.2差压式液位测量方法某差压变送器的测量范围为0～5000Pa，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，如图中曲线a所示。当有迁移时，假设迁移引起的压差固定为2000Pa,H=0时，ΔP=±2000Pa------4mAH=HMax时，ΔP=5000±2000=7000/3000Pa-----20mA负迁移如曲线b所示，正迁移如曲线c所示。举例166.2差压式液位测量方法正负迁移示意图176.2差压式液位测量方法二.量程迁移作用：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。迁移弹簧18课堂练习用一台法兰式差压变送器测量某容器液位，如下图所示，被测液位的变化范围为0-3m，被测介质密度为=900kg/m3,毛细管内工作介质密度为0=950kg/m3。变送器的安装尺寸h1=1m,h2=4m。求变送器的测量范围，并判定零点迁移方向，计算迁移量。19课堂练习解：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量来计算:kPaPagHp487.262648781.99003max测量范围可选择0-30kPa当液位高度为H时，差压变送器正、负压室所受压力为p1、p2分别为ghgHpp0101)(12002hhgpp20课堂练习差压变送器所受的差压为ghgHppp0221H=0时，ghp02应进行负迁移，迁移量为gh02216.3电容式液位测量方法226.3电容式液位测量方法6.3.1测量原理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。)/ln(20hdDLC时，分布电容：当hKhdDCdDhdDhLC)/ln()(2)/ln(2)/ln()(20H11时，电容量：当236.3.2测量导电液体的电容式液位计结构不锈钢棒3--电极1，导电液体和容器壁---电极2带聚四氟乙烯绝缘套管4-绝缘介质工作原理：不锈钢棒作为电容器的内电极；导电液体和容器壁构成外电极；电容与液体高度成正比。6.3电容式液位测量方法24)/ln(20H00dDLC时，分布电容：当6.3.2测量导电液体的电容式液位计ε`0：聚四氟乙烯套管和容器内气体的等效介电常数；D0：容器内径；d：金属不锈钢棒的直径；6.3电容式液位测量方法250H时，电容量：当)/ln()(`2)/ln(200dDHLdDHC000)/ln(`2)/ln(2CHdDdDC)/ln(2)/ln(2100dDdDK则0KCKCH令6.3.2测量导电液体的电容式液位计6.3电容式液位测量方法262)/ln(dDK则)/ln(21dDKS则灵敏度由上式可以看出，介电常数越大，聚四氟乙烯套管越薄，则液位计的灵敏度越高。)/ln(2)/ln(2,,0000dDdDdD若K近似为6.3.2测量导电液体的电容式液位计6.3电容式液位测量方法27结构：两根同轴装配的电极组成：不锈钢棒-----内电极金属套筒（有小孔）----外电极非导电液体和空气为绝缘介质6.3.3测量非导电液体的电容式液位计6.3电容式液位测量方法28)/ln(20H00dDLC时，分布电容：当6.3电容式液位测量方法ε0：空气的介电常数；D、d：分别为外电极的内径和内电极的外径。6.3.3测量非导电液体的电容式液位计29)/ln()(2)/ln(20H0dDHLdDHCH时，电容量：当HKHdDCCCH)/ln()(200可以看出，电容的变化是高度的单值函数，两介电常数之差越大，D/d越小，灵敏度越高。ε为被测液体的介电常数；6.3.3测量非导电液体的电容式液位计6.3电容式液位测量方法30例题如图：用电容液位计测量一液体储罐物料液位。已知储罐的内径为4.2m,金属内电极直径为3mm,液位最低位置与最高位置相差H=20m,罐内空气含有一定量的瓦斯气，其介电系数为13.275×10-12F/m，液体介电系数为39.825×10-12F/m，求液位计的零点迁移电容值和量程电容值。6.3电容式液位测量方法31解：)/ln(2dDLCpFdDLC3.230㏑4200/32010×13.2752)/ln(2-12min当液面最低时，即罐内L范围内全部为瓦斯气时：pFdDLC8.690㏑4200/32010×39.8252)/ln(2-12max液pFCCCx5.4603.2308.690maxmax当液面最低时，即罐内L范围内全部为液体时：所以仪表零点迁移电容值为230.3pF,量程为450.5pF6.3电容式液位测量方法32电阻式液位计的原理是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。电阻式液位计既可进行定点液位控制，也可进行连续测量。定点控制是指液位上升或下降到一定位置时引起电路的接通或断开，引发报警器报警。6.4电阻式液位测量方法33分类1、电接点液位计根据液体与其蒸汽之间导电特性（电阻值）的差异进行液位测量；2、热电阻液位计利用液体和蒸汽对热敏材料传热特性不同而引起热敏电阻变化的现象。6.4电阻式液位测量方法346.4电阻式液位测量方法6.4.1电接点液位计应用：锅炉汽包、太阳能热水器等结构：测量筒二次显示仪表（电接点、指示灯、电源）356.4电阻式液位测量方法6.4.1电接点液位计锅炉汽包：水和蒸汽：蒸汽的电阻率要比水大数十万倍，可认为水为导体，蒸汽为绝缘体指示灯明暗的分界点----液位高低366.4电阻式液位测量方法显示方式分类：电接点氖灯液位计电接点双色液位计数字式电接点液位计6.4.1电接点液位计特点：无法连续测量测量筒温度低于被测设备内温度而产生密度差----测量误差376.4.2热电阻液位计1、原理：利用通电的金属丝（热丝）与液、汽之间传热系数的不同及其电阻值随温度变化的特点进行液位测量。一般情况下，液体的传热系数要比蒸汽的传热系数大1-2个数量级。6.4电阻式液位测量方法382、定点式电阻液位计报警原理:热电阻丝1置于A处，液位高度HHA时，RSR0,灯亮HA时，RSR0,灯暗6.4电阻式液位测量方法6.4.2热电阻液位计根据灯泡的亮度就可以判断液位是否低于了设定高度；396.4液位计的选择选择要考虑的方面1、仪表特性测量范围、精度、工作可靠性。2、工作环境被测对象的要求、液位计的安装。3、输出方式是否连续测量、信号传递和显示。40课后作业6-1、6-2、6-341