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1、化工儀表及自動(dòng)化,第四章 物位檢測(cè),內(nèi)容提要,物位檢測(cè)的意義及主要類型壓差式液位計(jì)工作原理零點(diǎn)遷移問題用法蘭式差壓變送器測(cè)量液位其他物位計(jì)電容式物位計(jì)核輻射物位計(jì)雷達(dá)式液位計(jì)稱重式液罐計(jì)量?jī)x,1,第一節(jié) 物位檢測(cè)的意義及主要類型,2,幾個(gè)概念,液位 料位液位計(jì) 料位計(jì) 界面計(jì),測(cè)量物位的兩個(gè)目的,按其工作原理分為,直讀式物位儀表 差壓式物位儀表浮力式物位儀表 電磁式物位儀表核輻射式物位儀表 聲波式物位儀表光學(xué)式物位儀表,第二節(jié) 差壓式液位計(jì),將差壓變送器的一端接液相，另一端接氣相,因此,3,一、工作原理,圖4-1 差壓式液位計(jì)原理圖,第二節(jié) 差壓式液位計(jì),4,第二節(jié) 差壓式液位計(jì),5,二、零點(diǎn)

2、遷移問題,在使用差壓變送器測(cè)量液位時(shí)，一般來說,實(shí)際應(yīng)用中，正、負(fù)室壓力p1、p2分別為,則,圖4-2 負(fù)遷移示意圖,第二節(jié) 差壓式液位計(jì),遷移彈簧的作用 改變變送器的零點(diǎn)。,遷移和調(diào)零 都是使變送器輸出的起始值與被測(cè)量起始點(diǎn)相對(duì)應(yīng)，只不過零點(diǎn)調(diào)整量通常較小，而零點(diǎn)遷移量則比較大。,遷移 同時(shí)改變了測(cè)量范圍的上、下限，相當(dāng)于測(cè)量范圍的平移，它不改變量程的大小。,6,第二節(jié) 差壓式液位計(jì),舉例,某差壓變送器的測(cè)量范圍為05000Pa，當(dāng)壓差由0變化到5000Pa時(shí)，變送器的輸出將由4mA變化到20mA，這是無遷移的情況，如左圖中曲線a所示。負(fù)遷移如曲線b所示，正遷移如曲線c所示。,7,一般型號(hào)后

3、面加“A”的為正遷移；加“B”的為負(fù)遷移。,第二節(jié) 差壓式液位計(jì),三、用法蘭式差壓變送器測(cè)量液位,8,為了解決測(cè)量具有腐蝕性或含有結(jié)晶顆粒以及黏度大、易凝固等液體液位時(shí)引壓管線被腐蝕、被堵塞的問題，應(yīng)使用法蘭式差壓變送器，如下圖所示。,第二節(jié) 差壓式液位計(jì),9,第三節(jié) 其他物位計(jì),一、電容式物位計(jì),1.測(cè)量原理,兩圓筒間的電容量C,當(dāng) D 和 d 一定時(shí)，電容量 C 的大小與極板的長(zhǎng)度 L 和介質(zhì)的介電常數(shù)的乘積成比例。,10,通過測(cè)量電容量的變化可以用來檢測(cè)液位、料位和兩種不同液體的分界面。,第三節(jié) 其他物位計(jì),2.液位的檢測(cè),當(dāng)液位為零時(shí)，儀表調(diào)整零點(diǎn)，其零點(diǎn)的電容為,對(duì)非導(dǎo)電介質(zhì)液位測(cè)量

4、的電容式液位傳感器原理如下圖所示。,當(dāng)液位上升為H時(shí)，電容量變?yōu)?電容量的變化為,11,第三節(jié) 其他物位計(jì),12,第三節(jié) 其他物位計(jì),3.料位的檢測(cè),用電容法可以測(cè)量固體塊狀顆粒體及粉料的料位。由于固體間磨損較大，容易“滯留”，可用電極棒及容器壁組成電容器的兩極來測(cè)量非導(dǎo)電固體料位。,左圖所示為用金屬電極棒插入容器來測(cè)量料位的示意圖。,電容量變化與料位升降的關(guān)系為,13,第三節(jié) 其他物位計(jì),優(yōu)點(diǎn),電容物位計(jì)的傳感部分結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便。,缺點(diǎn),需借助較復(fù)雜的電子線路。 應(yīng)注意介質(zhì)濃度、溫度變化時(shí)，其介電系數(shù)也要發(fā)生變化這種情況。,14,第三節(jié) 其他物位計(jì),二、核輻射物位計(jì),特點(diǎn),適用于高溫、高

5、壓容器、強(qiáng)腐蝕、劇毒、有爆炸性、黏滯性、易結(jié)晶或沸騰狀態(tài)的介質(zhì)的物位測(cè)量，還可以測(cè)量高溫融熔金屬的液位。可在高溫、煙霧等環(huán)境下工作。但由于放射線對(duì)人體有害，使用范圍受到一些限制。,15,第三節(jié) 其他物位計(jì),三、雷達(dá)式液位計(jì),雷達(dá)式液位計(jì)是一種采用微波技術(shù)的液位檢測(cè)儀表。,可以用來連續(xù)測(cè)量腐蝕性液體、高黏度液體和有毒液體的液位。 它沒有可動(dòng)部件、不接觸介質(zhì)、沒有測(cè)量盲區(qū),而且測(cè)量精度幾乎不受被測(cè)介質(zhì)的溫度、壓力、相對(duì)介電常數(shù)的影響,在易燃易爆等惡劣工況下仍能應(yīng)用。,優(yōu)點(diǎn),16,第三節(jié) 其他物位計(jì),圖4-12 雷達(dá)式液位計(jì)示意圖,雷達(dá)波由天線發(fā)出到接收到由液面來的反射波的時(shí)間t由下式確定,由于,故

6、,雷達(dá)探測(cè)器對(duì)時(shí)間的測(cè)量有微波脈沖法及連續(xù)波調(diào)頻法兩種方式。,17,第三節(jié) 其他物位計(jì),圖4-13 微波脈沖法原理示意圖,要使用導(dǎo)波管？,18,第三節(jié) 其他物位計(jì),四、稱重式液罐計(jì)量?jī)x,既能將液位測(cè)得很準(zhǔn)，又能反映出罐中真實(shí)的質(zhì)量?jī)?chǔ)量。,稱重儀根據(jù)天平原理設(shè)計(jì)。,由于,19,第三節(jié) 其他物位計(jì),20,例題分析,解：如果已知某廠生產(chǎn)的 DDZ-型壓力變送器的規(guī)格有： 010，16，25，60，100 （MPa） 精度等級(jí)均為0.5級(jí)。 輸出信號(hào)范圍為010mA。,21,例題分析,由已知條件，最高壓力為15MPa，若貯罐內(nèi)的壓力是比較平穩(wěn)的，取壓力變送器的測(cè)量上限為,若選擇測(cè)量范圍為025MPa、

7、準(zhǔn)確度等級(jí)為0.5級(jí),這時(shí)允許的最大絕對(duì)誤差為,由于變送器的測(cè)量范圍為025MPa，輸出信號(hào)范圍為010mA,故壓力為12MPa時(shí),輸出電流信號(hào)為,22,例題分析,壓力為15MPa時(shí)，輸出電流信號(hào)為,這就是說,當(dāng)貯罐內(nèi)的壓力由12MPa變化到15MPa時(shí),變送器的輸出電流只變化了1.2mA。 在用差壓變送器來測(cè)量液位時(shí)，由于在液位H=0時(shí),差壓變送器的輸入差壓信號(hào)p并不一定等于0，故要考慮零點(diǎn)的遷移。實(shí)際上遷移問題不僅在液位測(cè)量中遇到，在其他參數(shù)的測(cè)量中也可能遇到。加上遷移機(jī)構(gòu)，可以改變測(cè)量的起始點(diǎn)，提高儀表的靈敏度 (只不過這時(shí)儀表量程也要作相應(yīng)改變)。,23,例題分析,由本例題可知，如果確

8、定正遷移量為7MPa，則變送器的量程規(guī)格可選為16MPa。那么此時(shí)變送器的實(shí)際測(cè)量范圍為723MPa，即輸入壓力為7MPa時(shí)，輸出電流為0mA；輸入壓力為23MPa時(shí)，輸出電流為10mA。這時(shí)如果輸入壓力為12MPa，則輸出電流為,輸入壓力為15MPa時(shí),輸出電流為,24,例題分析,由此可知，當(dāng)輸入壓力由12MPa變化到15MPa時(shí)，輸出電流變化了1.875mA，比不帶遷移機(jī)構(gòu)的變送器靈敏度提高了。 變送器的準(zhǔn)確度等級(jí)仍為0.5級(jí)，此時(shí)儀表的最大允許絕對(duì)誤差為(23-7)0.5% = 0.08MPa，所以，由于加了遷移機(jī)構(gòu)，使儀表的測(cè)量誤差減少了。,25,例題分析,圖4-15 法蘭式差壓變送器

9、測(cè)液位,26,2.用一臺(tái)雙法蘭式差壓變送器測(cè)量某容器的液位,如圖4-15所示。已知被測(cè)液位的變化范圍為03m,被測(cè)介質(zhì)密度=900kg/m3 ,毛細(xì)管內(nèi)工作介質(zhì)密度0=950kg/m3。變送器的安裝尺寸為 h1=1m, h2=4m。求變送器的測(cè)量范圍,并判斷零點(diǎn)遷移方向,計(jì)算遷移量,當(dāng)法蘭式差壓變送器的安裝位置升高或降低時(shí),問對(duì)測(cè)量有何影響?,例題分析,解：當(dāng)不考慮遷移量時(shí),變送器的測(cè)量范圍應(yīng)根據(jù)液位的最大變化范圍來計(jì)算。 液位為3m時(shí),其壓差為,這里值得一提的是壓力單位Pa用SI基本單位時(shí)就相當(dāng)于m-1kgs-2，即,27,例題分析,所以液柱壓力用Hg計(jì)算時(shí),只要H用m,用kg/m3，g用m

10、/s2為單位時(shí),相乘結(jié)果的單位就是Pa。上述計(jì)算結(jié)果pmax為26.487kPa,經(jīng)過圓整后,測(cè)量范圍可選030kPa。,根據(jù)圖示,當(dāng)液位高度為H時(shí),差壓變送器正壓室所受的壓力p1為,負(fù)壓室所受的壓力p2為,28,例題分析,因此，差壓變送器所受的壓差為,由上式可知,該差壓變送器應(yīng)進(jìn)行負(fù)遷移,其遷移量為 h20g。 當(dāng)差壓變送器安裝的高度改變時(shí),只要兩個(gè)取壓法蘭間的尺寸h2不變,其遷移量是不變的。,29,例題分析,3.用單法蘭電動(dòng)差壓變送器來測(cè)量敞口罐中硫酸的密度,利用溢流來保持罐內(nèi)液位H恒為1m。如圖4-16所示。已知差壓變送器的輸出信號(hào)為010mA,硫酸的最小和最大密度分別為min = 1.

11、32(g/cm3),max = 1.82(g/cm3) 圖4-16 流體密度測(cè)量示意圖min=1.32(g/cm3),max= 1.82(g/cm3) 要求:(1)計(jì)算差壓變送器的測(cè)量范圍；(2)如加遷移裝置,請(qǐng)計(jì)算遷移量；(3)如不加遷移裝置,可在負(fù)壓側(cè)加裝水恒壓器 (如圖中虛線所示) ，以抵消正壓室附加壓力的影響,請(qǐng)計(jì)算出水恒壓器所需高度h。,30,例題分析,解：（1）若不考慮零點(diǎn)遷移,那么就要以max來計(jì)算差壓變送器的測(cè)量范圍。當(dāng)=max = 1.82g/cm3時(shí),差壓變送器所承受的差壓為,將H=1m,max=1820kg/m3，g=9.81m/s2代入上式,得,如果選擇差壓變送器的測(cè)量

12、范圍為02104Pa,則當(dāng)=max= 1.82g/cm3時(shí),對(duì)應(yīng)的變送器輸出為,31,例題分析,當(dāng)=min=1.32g/cm3時(shí),其差壓為,這時(shí)差壓變送器的輸出為,由上可知，當(dāng)硫酸密度由最小值變化到最大值時(shí)，輸出電流由6.475mA變化到8.925mA，僅變化了2.45mA，靈敏度是很低的。,32,例題分析,（2）為了提高靈敏度，可以考慮進(jìn)行零點(diǎn)遷移，提高測(cè)量的起始點(diǎn)。考慮到=max時(shí)，這時(shí)所對(duì)應(yīng)的壓差仍為1.785104Pa，所以在提高測(cè)量起始點(diǎn)的同時(shí)，測(cè)量上限卻可以不改變，這樣一來，實(shí)際量程壓縮了。,當(dāng)=min=1.32g/cm3時(shí),pmin=1.295104Pa。因此可以選擇遷移量為1104Pa ,測(cè)量范圍為11042104Pa的差壓變送器。這時(shí),若=min時(shí),變送器的輸出為,33,例題分析,當(dāng)=max時(shí),變送器的輸出為,這時(shí)由min變到max時(shí),輸出電流由2.95mA變?yōu)?.85mA,變化了4.9mA,大大提高了儀表的靈敏度。,34,例題分析,（3）如果不加遷移裝置，而在負(fù)壓側(cè)加裝水恒壓器，而遷移量仍為1104Pa，根據(jù),以水的密度=1000kg/m3代入,得,35,END,演講完畢，謝謝觀看！,