第四节物位检测及仪表

山东师范大学化工系仪表教研室3.4.1概述几个概念在容器中液体介质的高低叫液位，容器中固体或颗粒状物质的堆积高度叫料位测量液位的仪表叫液位计，测量料位的仪表叫料位计测量两种密度不同液体介质的分界面的仪表叫界面计在物位检测中，有时需要对物位进行连续检测，有时只需要测量物位是否达到某一特定位置，用于定点物位测量的仪表称为物位开关物位检测的作用控制、计量、报警等。山东师范大学化工系仪表教研室检测方法分类直读式物位仪表：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……山东师范大学化工系仪表教研室直读式液位仪表玻璃管式UG300－1200mmP1.6MPa玻璃板式UB500－1700mmP6.3MPa折光式透光式T80℃山东师范大学化工系仪表教研室特点：结构简单，读数直观，价格便宜，用于压力、温度不太高的场合。就地指示，不能远传和记录，玻璃易碎。使用说明：（1）加防护罩（2）经改造可实现上、下限报警。玻璃管（板）的长度即为测量范围。当被测液位大于玻璃管（板）的长度，可用几只串联使用山东师范大学化工系仪表教研室浮力式液位仪表变浮力（沉筒式）恒浮力浮标式浮球式敞开式封闭式内浮球外浮球山东师范大学化工系仪表教研室1.钢带浮子式液位计右图7-4为直读式钢带浮子式液位计，这是一种最简单的液位计，一般只能就地显示。山东师范大学化工系仪表教研室如图所示为浮标式液位计。1、说明其测量原理2、设计符合读数习惯，即能现场指示又能远传的浮标式液位计（画出草图）思考题山东师范大学化工系仪表教研室3.4.2差压式液位计1、组成及方块图容器取压口导管差压计HΔPΔPH(1)现场指示型山东师范大学化工系仪表教研室（2）远传指示型容器取压口差压变送器电流表HΔPIH电流表I4～20mAP0ρ山东师范大学化工系仪表教研室差压变送器的输入信号;P1=PO+ρgHP2=POgHPPP21变送器的输出信号；)(416416minmaxminminmaxminmAHHHHPPPPI山东师范大学化工系仪表教研室例如：如图所示为液位测量系统，液位的变化范围是0～6米，当液位为3米时，电流表的指示值是多少毫安？当液位变化到4.5米时，电流表的指示值是多少毫安？电流表I4～20mAmAI1241606031mAI164160605.42山东师范大学化工系仪表教研室零点迁移利用差压变送器测量密闭容器液位时，由于现场的安装条件不同，存在零点无迁移、正迁移和负迁移三种情况。山东师范大学化工系仪表教研室基本工作原理ΔP=ρgH零点迁移ΔP=ρ1gHΔP=ρ1gH-ρ2g（h2-h1）ΔP=ρ1gH+ρ1gh1零点迁移的目的：使H＝0时，变送器输出为Iomin（如4mA）无迁移负迁移迁移量：-ρ2g（h2-h1）正迁移迁移量：ρ1gh1山东师范大学化工系仪表教研室例已知ρ1=1200kg/m3，ρ2=950kg/m3，h1=1m，h2=5m，液位变化范围0—2.5米，求：变送器的量程和迁移量。解Hmaxρ1g=2.5*1200*9.8=29400Pa变送器量程可选为：40kPa当H=0时，-ρ2g（h2-h1）=-4*950*9.8=-37.24kPa变送器需要进行负迁移，迁移量为－37.24kPa结论：差压式液位变送器，事实上就是一个差压变送器，无非液位变送器的输出与液位高度H成线性关系因此，差压式液位变送器的安装与前面所述的差压变送器的安装是完全相同的。为了解决测量具有腐蚀性或含有结晶颗粒以及粘度大、易凝固等液体液位时，引压管线容易出现被腐蚀、被堵塞的问题，应使用在导压管人口处加隔离膜盒的法兰式差压变送器（压力信号的远传装置），分单法兰式及双法兰式两种。山东师范大学化工系仪表教研室山东师范大学化工系仪表教研室3.4.3浮筒式液位计浮筒GF弹F浮浮筒弹簧磁钢室输出指示器内置式外置式静井基本工作原理主要由四个基本部分组成：浮筒、弹簧、磁钢室和输出指示器山东师范大学化工系仪表教研室当浮筒沉浸在液体中时，浮筒将受到向下的重力G、向上的浮力F浮和弹簧弹力F弹的复合作用弹簧的伸缩使其与刚性连接的磁钢产生位移，再通过输出指示器内磁感应元件和传动装置或变换输出装置，使其指示出液位或输出与液位对应的电信号。特点和要求浮筒式液位计通常有内置式和侧装外置式两种安装方式，测量原理完全相同，但外置式安装更适用于温度较高的场合。山东师范大学化工系仪表教研室3.4.4电容式物位计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ε1的介质时，两极板间的电容量为：dDL112ln()LCDd山东师范大学化工系仪表教研室DdL2H2当极板之间一部分介质被介电常数为ε2的另一种介质填充时，可推导出电容变化量212()ln()HCKHDd当电容器的几何尺寸和介电常数保持不变时，电容变化量就与物位高度H成正比。特点和要求电容式物位计可以用于液位的测量，也可以用于料位的测量，但要求介质的介电常数保持稳定。在实际使用过程中，当现场温度、被测液体的浓度、固体介质的湿度或成分等发生变化时，介质的介电常数也会发生变化，应及时对仪表进行调整才能达到预想的测量精度。山东师范大学化工系仪表教研室3.4.5核辐射式物位计基本工作原理核辐射线（通常为γ射线）穿过一定厚度的被测介质时，射线的投射强度将随介质厚度的增加而呈指数规律衰减的原理来测量物位的辐射源接收器0HIIeI0表示进入物料之间的射线强度；μ表示物料的吸收系数；H为物料的厚度；I为穿过介质后的射线强度。山东师范大学化工系仪表教研室特点和要求核辐射式物位计属于非接触式物位测量仪表适用于高温、高压、强腐蚀、剧毒等条件苛刻的场合核射线还能够直接穿透钢板等介质，可用于高温熔融金属的液位测量使用时几乎不受温度、压力、电磁场的影响。但由于射线对人体有害，因此射线的剂量应严加控制，且须切实加强安全防护措施(工业现场一般不优先考虑使用核辐射式物位计)山东师范大学化工系仪表教研室称重式物位计在石油、化工部门，有许多大型贮罐，由于高度与直径都很大，即使液位变化1－2毫米，就会有几百公斤到几吨的差别，所以液位的测量要求很精确。同时，液体（例如油品）的密度会随温度发生较大的变化，而大型容器由于体积很大，各处温度很不均匀，因此即便液位（即体积）测得很准，也反映不了罐中真实的质最储量有多少。利用称重式液罐计量仪，就能基在上解决上述问题。山东师范大学化工系仪表教研室称重仪是根据天平原理设计的。它的原理图示于图3-51。山东师范大学化工系仪表教研室罐顶压力P1与罐底压力P2分别引至下波纹管l和上波纹管2。两波纹管的有效面积A相等，差压引人两波纹管，产生总的作用力，作用于杠杆系统，使杠杆失去平衡，于是通过发讯器、控制器、接通电机线路，使可逆电机旋转，并通过丝杠6带动砝码5移动，直至砝码产生的力矩与测量力产生的力矩平衡时，电机才停止转动。1力矩分析M砝码质量g重力加速度A1波纹管有效面积L1、L2杠杆臂长21112MgLL)AP(P－gH)P(P12＝－山东师范大学化工系仪表教研室HKHMLAL1112ρ被测介质的密度K1仪表常数若液罐是均匀截面，其截面积为A于是罐内液体储量M0为M0＝HA＝HAM0MLAL11200KMAM＝)(MfL02＝与介质的密度ρ无关。