2019年4物位测量.ppt

物位检测及仪表第四节物位检测及仪表玻璃液位计差压式液位计物位检测及仪表物位液体介质液面的高低两种液体介质的分界面的高低固体块、散粒状物质的堆积高度液位计界面计料位计物位计液位界面料位物位检测确定储存量物料平衡保证产量经济核算物位检测及仪表物位检测的主要方法静压式物位检测浮力式物位检测电气式物位检测声学式物位检测射线式物位检测光学式物位检测直接测量：直读式液位计间接测量物位检测及仪表物位检测的主要方法1．静压式物位检测根据流体静力学原理，静止介质内某一点的静压力与介质上方自由空间压力之差与该点上方的介质高度成正比，因此可利用差压来检测液位，这种方法一般只用在液位的检测。2．浮力式物位检测利用漂浮于液面上浮子随液面变化位置，或者部分浸没于液体中物质的浮力随液位变化来检测液位，前者称为恒浮力法，后者称变浮力法，二者均用于液位的检测。3．电气式物位检测把敏感元件做成一定形状的电极置于被测介质中，则电极之间的电气参数，如电阻、电容等，随物位的变化则改变。这种方法既可用于液位检测，也可用于料位检测。物位检测及仪表4．声学式物位检测利用超声波在介质中的传播速度及在不同相界面之间的反射特性来检测物位。液位和料位的检测都可以用此方法。5．射线式物位检测放射性同位素所放出的射线穿过被测介质因被其吸收而减弱，吸收程度与物位有关。6.光学式物位计利用物位对光波的遮断和反射原理工作。可利用的光源主要有普通白炽光或激光等。物位检测及仪表一、直接测量法直接测量是一种最为简单、直观的测量方法，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。物位检测及仪表玻璃管液位计玻璃液位计的长度为300～1200mm。可就地指示较低的敞口或密闭容器的液位。玻璃液位计结构简单、价廉、直观，适于现场使用。但易破损，内表面沾污，造成读数困难，不便于远传和调节。物位检测及仪表物位检测及仪表二、静压式物位检测1、检测原理静压式物位检测方法是基于液体对容器底面产生的静压力与液位高度成正比，因此通过测容器中液体的压力即可测算出液位高度。BAPPPHg若PA为大气压，上式变为：0BPPPHg当被测介质密度为已知时，两点的压力差ΔP或B点的表压力P与液位高度H成正比，这样就把液位的检测转化为压力差或压力的检测，选择合适的压力（差压）检测仪表可实现液位的检测。物位检测及仪表2、实现方法直接用压力检测仪表对液位进行检测。方法是将压力仪表通过引压导管与容器底侧零液位相连。0BPPPHg要求液体密度为定值，否则会引起误差。压力仪表实际指示的压力是液面至压力仪表入口之间的静压力，当压力仪表与取压点（零液位）不在同一水平位置时，应对其位置高差而引起的固定压力进行修正。（1）被测对象为敞口容器物位检测及仪表下图为用于测量开口容器液位高度的三种压力式液位计。(a)压力表式液位计(b)法兰式液位变送器(c)吹气式液位计物位检测及仪表容器下部的液体压力除与液位高度有关外，还与液面上部介质压力有关。可以用测量差压的方法来获得液位。差压检测法的差压指示值与液位高度有关与液体密度和差压仪表的安装位置有关当这些因素影响较大时必须进行修正（2）被测对象为密闭容器ghpP00pPghPPP•抵消了容器上部压力变化对测量的影响。物位检测及仪表物位检测及仪表引压导管易被腐蚀或堵塞，影响测量精度，应用法兰式压力（差压）变送器。敏感元件为金属膜盒，它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，它们所组成的密闭系统内充以硅油，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。（3）对于具有腐蚀性或含有结晶颗粒以及粘度大、易凝固的介质物位检测及仪表物位检测及仪表法兰式压力（差压）变送器物位检测及仪表3、量程迁移无论是压力检测法还是差压法，均要求零液位与检测仪表在同一水平高度，否则会产生附加静压误差。处理方法对压力变送器进行零点调整，使在只受附加静压力时输出为“零”。量程迁移量程迁移无迁移负迁移正迁移Hh物位检测及仪表（1）无迁移保证正压室与零液位等高gHP1当H为零时，差压输出为零。差压变送器的作用是将输入的差压信号转化为统一的标准信号输出。Ｈ=0ΔP=0I＝4mA;Ｈ=ＨmaxΔP=ΔPmaxＩ＝20mA物位检测及仪表（2）负迁移形成原因：加隔离罐或采用法兰式测压差。1210ghgHPP正压室：220ghPP负压室：BgHhhggHPPP11221)(差压：当H=0时，差压的输出并不为零，而是-B。为使H=0时，差变的输出为4mA，就要消除-B的影响。称之为量程迁移。由于要迁移量为负值，称为负迁移。物位检测及仪表例：用差压变送器检测液位，已知ρ1=1200Kg/m3，ρ2=950Kg/m3，h1=1.0m，h2=5.0m，液位变化范围为0～3m，若g=9.8m/s2，求：差压变送器的量程和迁移量；•液位高度变化形成的差压值为：•所以可选择差压变送器量程为40kPaPagH3528038.912001PaghhB372408.9950)15()(212•所以负迁移量为37.240kPa，即将差压变送器的零点调为-37.240kPa。迁移后差变的测量范围为-37.24~2.76kPa。物位检测及仪表（3）正迁移011pgHghP正压室：负压室：0pP压差：gHghPPP11当H=0时，差压输出并不为零，其值为ghC1其迁移量为正值，所以称为正迁移。综上所述：正负迁移的实质是改变变送器的零点，同时改变量程的上下限，而量程范围不变。形成原因：变送器位置低于液面基准面。物位检测及仪表（a）无迁移（b）负迁移（c）正迁移0500042020007000ΔP(Pa)-20003000I0(mA)固定差压=2000Pa某压力变送器的测量范围：0~5000Pa，ghh212)(物位检测及仪表4、差压式液位计特点检测元件不占容器空间，而只需在容器侧壁上开两个引压孔。检测元件无可动部件，安全方便，使用可靠。采用法兰式结构还可以解决粘度大、易结晶、有悬浮物的介质液位的测量。在冬季使用时，必须采取保温措施。物位检测及仪表三、浮力式物位检测恒浮力式检测的基本原理是通过测量漂浮于被测液面上的浮子（也称浮标）随液面变化而产生的位移。变浮力式检测是利用沉浸在被测液体中的浮筒（也称沉筒）所受的浮力与液面位置的关系检测液位。浮力式物位计利用漂浮在液面上的浮子（也称浮标）或浸沉于液体中的浮筒（也称沉筒）所受的浮力随液位而变化来进行液位测量的。物位检测及仪表1、浮子式液位计：是一种恒浮力式液位计。（1）钢丝绳（或钢带）式浮子液位计通过测量漂浮于被测液面上的浮子（浮标）随着液面的变化而上下移动而产生的位移来检测液位高低，其所受浮力的大小一定。即检测浮子所在位置可知液面高低。浮子形状常见有圆盘形、圆柱形和球形等。浮子通过滑轮和绳带与平衡重锤连接，绳带的拉力与浮子的重量及浮力相平衡，以维持浮子处于平衡状态而漂在液面上，平衡重锤位置即反映浮子的位置，从而测知液位。（一）恒浮力式物位检测恒浮力式物位检测包括浮子式、浮球式和翻板式等各种方法。物位检测及仪表钢带浮球式液位计右图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。物位检测及仪表杠杆浮球式液位计分为内浮式和外浮式。使用时若有沉淀物或凝结物附在浮球上，要重新调整平衡锤的位置，校正零位。这类仪表变化灵活，容易适应介质的温度、压力、粘度等条件。但受机械杠杆长度的限制，测量范围较小。（2）杠杆浮球式液位计1-浮球2-连杆3-转动轴4-平衡锤5-杠杆6-指针7-标尺物位检测及仪表浮球液位计物位检测及仪表翻板式液位计的翻版由极薄的导磁金属制成，两面涂以显著不同的颜色。当磁性浮子随液面升降时，带动翻板绕小轴翻转。两种颜色的分界点即为液位。2．翻板式液位计物位检测及仪表翻板式液位计工作原理动画演示物位检测及仪表浮筒式液位计的检测元件是浸没于液体中的浮筒（或沉筒）。浮筒所受浮力随液位发生变化。此浮力变化再以力或位移变化的形式，带动电动或气动元件发出信号给显示仪表以显示液位，也可以实现液位的报警和调节。真空对象、易汽化的液体宜选用浮筒式仪表。浮筒式液位计（二）变浮力式物位检测变浮力式物位检测方法中典型的敏感元件是浮筒，它是利用浮筒由于被液体浸没高度不同以致所受的浮力不同来检测液位的变化。物位检测及仪表将一质量为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：物位检测及仪表一般xhhH即xgACH从而被测液位H可表示为•即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。)(0xxCghAmg物位检测及仪表物位检测及仪表电气式物位检测方法是利用敏感元件直接把物位变化转换为电参数的变化。按工作原理不同又可分为电阻式、电感式和电容式。特点：测量无摩擦件和可动部件，信号转换、传送方便，便于远传，工作可靠，且输出可转换为统一的电信号，与电动单元组合仪表配合使甩，可方便地实现液位的自动检测和自动控制。四、电气式物位检测物位检测及仪表电容物位测量仪表是将物位的变化转换成电容量的变化来进行物位测量的仪表。（一）电容式物位传感器在电容器的极板之间，充以不同介质时，电容量的大小不同。因此可通过电容量的变化来检测液位、料位和界位。物位检测及仪表LdD电容式物位传感器是由两个同轴圆筒极板组成的电容器。若在两圆筒之间充以介电常数为ε的介质时,则此电容器的电容量C为dDLcln21、测量的基本原理ε——介电常数当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ε的乘积成比例。物位检测及仪表物位检测及仪表2、非导电液体液位测量非导电液体用电容传感器内电极直径为d的金属棒，外电极为与内电极相绝缘的同轴金属套管，工作时电介质为被测的非导电液体。dDLCln200当液位为零时，仪表调整零点，其零点的电容为当液位上升为H时，电容量变为rRHrRHLCCCln2ln)(22121HrRCln)(212CCC0物位检测及仪表当圆筒形电容器的几何尺寸L、R和r保持不变，且介电常数也不变时，电容器电容增量△C与电极被介电常数为ε2的介质所浸没的高度H成正比关系。另外，两种介质的介电常数的差值（ε2－ε1）越大，则△C也越大，说明相对灵敏度越高。CCC0HrRCln)(212结论物位检测及仪表41物位检测及仪表右图为用于测量非导电介质的同轴双层电极电容式液位计。内电极和与之绝缘的同轴金属套组成电容的两极，外电极上开有很多流通孔使液体流入极板间。图中：1、2-内外电极3-绝缘套；4-流通孔。物位检测及仪表3、导电液体物位测量内电极为直径为d的金属棒，外套绝缘管或涂以搪瓷作为电介质和绝缘层。LΔHHdDD0ε0ε物位检测及仪表电容物位计在测量导电液时，采用的是变面积的方法。此时变送器电极是电容极板之一，被测的导电液是电容的另一个电极，变送器探头的包覆绝缘材料是一个介电常数固定的电介质。物料的高低决定了电容极板面积的大小，而改变了电容值。dDLcln2物位检测及仪表棒状电极（金属管）外面包裹聚四氟乙烯套管，当被测液体的液面上升时，引起棒状电极与导电液体之间的电容变大。聚四氟乙烯外套物位检测及仪表右图为用来测量导电介质的单电极电容液位计，它只用一根电极作为电容器的内电极，一般用紫铜或不锈钢，外套聚四氟乙烯塑料管或涂搪瓷作为绝缘层，而导电液体和容器壁构成电容器的外电极。1-内电极；2-绝缘套安装形式物位检测