《物位检测仪表》PPT课件.ppt

第五章物位检测仪表 5 1浮力式液位计 5 2差压式液位计 5 3电容式物位计 5 4电导物位传感器 5 8核辐射物位检测 1 定义 液位 料位 液体的分界面称为物位 2 物位测量的目的 1 对物位测量的绝对值要求非常准确 借以确定容器或储存库中的原料 辅料 半成品或成品的数量 2 对物位测量的相对值要求非常准确 要能迅速正确反映某一特定水准面上的物料相对变化 用以连续控制生产工艺过程 即利用物位仪表进行监视和控制 3 物位检测仪表的分类 按工作原理 1 直读式物位仪表 利用连通器原理 通过与被测容器相连的玻璃管来直接显示液位高度 玻璃管 玻璃板 液位计等 2 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 有压力式和差压式物位仪表 第五章物位检测仪表 3 浮力式物位仪表 利用浮子高度随液位变化而变化的原理而工作 4 电磁式物位仪表 使物位的变化转换为一些电量的变化 通过测电量的变化来测知物位 分为电阻式 电极式 电容式和电感式 5 核辐射式物位仪表 利用核辐射透过物料时 其强度随物质层的厚度而变化的原理而工作 6 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的原理而工作 7 光学式物位仪表 利用物位对光波的遮断和反射原理而工作 3 物位检测仪表的分类 按工作原理 5 1浮力式液位计 工作原理 是基于物体在液体中受浮力作用的原理 浮子漂浮在液面上或半浸在液体中随液面上下波动而升降 浮子所在处就是液体的液位 5 1 1浮子式液位计 是一种维持力不变的即恒浮力式液位计 在液体中放一个浮子 浮标 可随液面变化而自由浮动 结构 5 1 1浮子式液位计 W F G 工作原理 把滑轮的转角和绳索的位移 经机械传动后转化为电阻 电感 等变化 可进行液位的远传 指示记录液位值 浮球式液位计 适用 对温度 压力 不太高 但粘度较大的液体的液位测量 随着液位的升降 浮球随着液位变化绕转动轴旋转 达到新的平衡为止 其关系式为 l1 l2 浮子式液位计 5 1 3浮筒式液位计 浮子改成浮筒 将它半浸于液体之中 当液面变化时 浮筒被液体浸没的体积随着变化而受到不同的浮力 通过测量浮力的变化可以测量液位 1 浮筒 2 杠杆 3 扭力管 4 芯轴 5 推杆 6 霍尔位移转换器 浮筒式液位计 5 2差压式液位计 测量敞口容器和密封容器的液位 工作原理 利用容器内液体产生的静压力与液位高度成正比的原理 使用注意事项 习惯上应使变送器输出信号与液位相对应 如液位范围0 H 则差压变送器输出的Imin 4mA 正好对应0液位 而Imax 20mA 对应H 使用时可能需对差压变送器进行零点迁移 对于DDZ 型差压变送器 输出信号为4 20mA 1 无迁移 5 2 1敞口容器的液位检测 p p0 gh p p0 p p p gh 在无迁移时 h 0 p 0 I0 4mA 差压变送器的输出 起始点为零 h H p pmax I0 20mA p1 p0 g h1 h2 h p2 p0 p p1 p2 g h1 h2 gh Z0 gh当h 0时 p Z0 0 变送器输出I0 4mA 当h H时 p Z0 gH 变送器输出I0 20mA 2 正迁移 因取压点与差压变送器安装不在同一高度 引起的附加压差Z0 使液位起始值不为零 超出正常输出范围 4 20mA 为了抵消Z0的影响 在变送器上增加零点迁移弹簧 5 2 1敞口容器的液位检测 测液位时 当h 0时 p Z0 0 称为零点迁移 当Z0 0时 为正迁移 当Z0 0时 为负迁移 Z0称为零点迁移量 3 零点迁移的实质 如图曲线a为无迁移 曲线b为负迁移 曲线c为正迁移 通过零点迁移弹簧来实现的 零点迁移的实质 改变差压变送器的测量差压 即液位 范围而其输出信号的范围不变 量程不变 5 2 1敞口容器的液位检测 隔离液密度 2 1 被测介质 1 负迁移 p1 1g h2 h1 H pap2 2gh3 pa p p1 p2 1gH 2gh3 h2 h1 1g 1gH Z0 5 2 2密闭容器的液位检测 H 0时 p Z0 0 变送器输出I0 4mA H Hmax时 p 1gh Z0 I0 20mA 超出正常信号输出范围 4 20mA 调节仪表上的迁移弹簧 可抵消Z0的影响 组成 由法兰式测量头 金属膜盒 毛细管和变送器组成 分类 单法兰式和双法兰式 2 用法兰式差压变送器测量液位 方法 在膜盒 毛细管和测量室所组成的封闭系统内充有硅油 作为传压介质 使被测介质不进入毛细管和变送器内 以免堵塞 作用 测量具有腐蚀性 含固体颗粒 粘度大及易凝固等液体的液位 5 2 1敞口容器的液位检测 法兰式差变测量液位1 平法兰接头 2 毛细管 3 差变 4 插入法兰接头 法兰式差压变送器 组成 两个同轴的圆筒形电极 中间充以电介质组成圆筒形电容器 当D d一定时 则 测量原理 在电容器的极板之间 充以不同介质时 电容量的大小就不同 可通过测电容量的变化来测物位 5 3电容式物位计 5 3 1电容物位计工作原理 圆筒形电容器1 内电极 2 外电极 组成 电容传感器和电容转换器 导电液体液位测量1 内电极 3 容器2 绝缘套管 5 3 2电容物位传感器 结构 用直径为d的不锈钢或紫铜棒做电极 外套绝缘管 聚四氟乙烯塑料或涂搪瓷 5 3 2 1导电液体电容传感器 液位为零时 即仪表调整零点 其电容为 工作原理 电极绝缘套管和容器内气体的等效介电常数 液位为H时 电容由下面两个电容并联组成 导电液体液位测量1 内电极 3 容器2 绝缘套管 5 3 2 1导电液体电容传感器 S为灵敏度系数 1 有液体部分的电容 导电液为外电极 绝缘套管的介电常数 2 无液体部分的电容 5 3 2 2非导体液体电容传感器 用裸电极作内电极 外套以开有液体流通孔的金属外电极 通过绝缘环装配成电容传感器 1 内电极 2 外电极 3 绝缘环 p 被测介质的相对介电系数 电容量与料位的关系为 D d 容器的内经和电极的外径 0 物料和空气的介电系数 由于固体间磨损大 易滞留 用电极棒及容器壁组成电容器的两极测量非导电固体料位 电容式料位计原理a 金属料仓 b 水泥料仓1 内电极 2 金属容器壁电极 3 钢丝绳内电极 4 钢筋 5 绝缘体 5 3 2 3粉粒状物料电容传感器 电容物位传感器特点 结构简单 使用方便 1 因电容变化量不大 要精确测量 常通过电子线路将电信号放大后再进行测量 2 还应注意介质浓度 温度变化时 其介电系数也要发生变化 以便及时调整仪表 达到测量目的 3 不能测量黏度较高和黏附力强的液体液位 电容传感器 5 4电导物位传感器 结构简单 但对电极的材料要求特殊 用可伐合金作电极和氧化铝陶瓷作绝缘材料密封而成 a 位式 b 套筒连续式 c 电阻 左 或氖泡 右 分段式 5 4 1电接点液位传感器 适用导电液体的液位测量 如液态金属 酸 碱 盐 锅炉水 导电式 电感式所用电源都是交流 电阻率已知恒定 导电性强 要求 液体的电阻应远小于器壁漏电阻 电接点液位传感器 5 4 2超导液位计 利用低温下某些金属的超导现象来测量 1 钽丝 2 锰铜丝 液态氦和气态氦的介电常数差别不大 可用电导法测液位 但在液面以上的部分仍有电阻 钽丝的临界温度4 3K 氦的沸点为4 2K 钽丝在液氦中为超导状态 其电阻为零 2号起加热作用 R U I 5 6微波物位计 微波是波长为0 001 1m的电磁波 既有电磁波的性质 又与普通的无线电波及光波不同 微波特点 遇到障碍物都产生良好的反射 介质导电性越好 介电常数越大 反射效果越好 绕射能力差 有良好的定向辐射性能和传播特性 传播过程中受粉尘 烟雾 火焰及强光的影响小 有很强的环境适应能力 空间辐射装置容易制造 微波物位计使用的微波频率段 C波段 5 8 6 3GHz X波段 9 10 5GHz K波段 24 26GHz 5 6微波物位计 雷达物位计 测量原理 利用回波测距原理 由喇叭状或杆式天线向被测物料面发射微波 微波传播到不同介电率的物料表面时会产生反射 并被天线所接收 发射波与接收波的时间差与物料面与天线的距离成正比 测出传播时间可得距离 微波物位计特点 非接触测量 测量速度快 测量范围大 灵敏度高 适应能力强 不受被测介质物理特性变化影响 抗干扰能力强 特别是在温度较高 蒸汽较大的场合 在高黏度或含颗粒的物位测量发挥作用 微波物位计组成 微波振荡器和微波天线 微波振荡器是产生微波的装置 分类 微波脉冲法及连续波调频法 5 6 1脉冲微波物位计 杆形法兰连接 5 6 1 1微波发射天线 分类 杆形天线和喇叭形天线 杆形法兰连接 适用存储罐或腐蚀性液体 水溶液储罐 固体颗粒仓等 40 150度 1x105 20 x105Pa条件下使用 杆形螺旋连接 适用过程条件简单腐蚀性流体 如污水 酸碱溶液 储油罐与固体颗粒等 40 120度 1x105 3x105Pa使用 杆形螺旋连接 喇叭形天线 适应性更广 用于存储计量或过程检测中 如各种溶液物位检测 温度和压力更广 10 250度 1x105 40 x105Pa条件下使用 5 6 1脉冲微波物位计 5 6 1 1微波发射天线 发射波的锥形波束内的任何物都会产生回波 距离发射天线6m内的回波比距离8m内的回波要强9倍 为了避免产生虚假回波 应选择导波管 内壁应光滑 天线安装在导波管正上方 导波管 通气孔与标牌在一侧 旁通管与传感器高于容器半米以上 被测介质的介电常数小于4 为了避免产生虚假回波 应加长导通管或在容器底部安装折射板 检测原理 5 6 1脉冲微波物位计 天线面对被测液面发射微波后 液面反射微波被雷达天线接收 距离液面的距离D与脉冲的时间行程T关系 D cT 2 c 光速 因空罐的距离E已知 则物位L为 L E D E cT 2 5 6 1 2脉冲微波物位计工作原理 工作原理 发射波与接收波的时间差与物料面与天线的距离成正比 测出传播时间可得距离 设定零点L 0 D E 满量程L F 使输出信号为4 20mA 微波脉冲法原理示意图 要使用导波管 5 6 1 2脉冲微波物位计工作原理 测量不确定度0 2s 输出信号均为4 20mA HART 两线制 测量范围 0 35m 回波采样55次 s 精确度为 0 2 0 3 5 6 1脉冲微波物位计 5 6 1 2脉冲微波物位计工作原理 5 6 2调频微波物位计 天线发射的微波是频率随一定时间间隔线性增加的调频连续波 FMCW 频率范围 5 9 5GHz 波长3cm 工作原理 发射一个频率被线性调制的微波连续信号 发射微波频率与返回微波频率的差正比于物料面与天线的距离 固态源频率变化规律 T 固态源调制周期 F 1 T f0 固态源初始频率 f0 调制信号1 2周期内的频偏范围 f1 5 6 2调频微波物位计 回波频率 差频频率 被测距离L 微波物位计要求被测物料的介电常数 4 精密型可低至 2 发射波频率 f1 5 8核辐射物位检测 I I0e H 朗伯 比尔定律 5 8 1检测原理 核辐射 放射性 同位素在衰变过程中放出一种特殊的 带有一定能量的粒子 或射线 这种现象叫核辐射 当具有一定强度的射线穿过物体时 会被物质的原子散射或吸收 其辐射强度随之减弱 介质厚度不同 衰减也不同 核辐射强度随穿透物质厚度H而变化规律为 I I0 射线透过介质后与射入介质前的强度 介质对射线的吸收系数 当I0 一定时 则介质厚度H与射线强度I的关系为 H lnI0 lnI 检测原理 放射性物位计原理框图 放射性物位计组成 放射源 接收器和显示仪表 5 8核辐射物位检测 5 8 1检测原理 不同物质对同位素射线的吸收能力不同 一般固体最强 液体次之 气体最差 5 8 2物位检测方法 物位检测方法分类 定点检测和自动跟踪 根据被测对象的实际需要 放射源可有多种安装方式 以适应不同的物位检测和控制的要求 5 8 2 1定点放射源检测法点状放射源与接收器固定在设备的一定位置上 1 放射源2 接收器 连续测量液位 定点控制 超限报警 检测较窄的液位 超限报警 5 8 2 2跟踪检测法 特点 保持了定点检测的