第5部分++物位测量及变送(新4) (1)

1、检测技术与仪表检测技术与仪表 概述概述 5.1 5.1 静压式液位测量静压式液位测量 5.2 5.2 浮力式液位测量浮力式液位测量 5.3 5.3 电容式液位测量电容式液位测量 5.4 5.4 超声波物位测量超声波物位测量 5.5 5.5 微波法物位测量微波法物位测量 5.6 5.6 核辐射物位测量核辐射物位测量 5.7 5.7 电导式及电感式物位传感器电导式及电感式物位传感器 5.8 5.8 阻力式料位传感器阻力式料位传感器 5.9 5.9 应用实例应用实例 一、物位测量的定义一、物位测量的定义 储物的堆积高度叫物位。储物的堆积高度叫物位。 物位：统指液位、料位和相界面的位置。物位：统指液位

2、、料位和相界面的位置。 液位液位：容器、河道、水库等中液体的表面位置（相对：容器、河道、水库等中液体的表面位置（相对 于某一指定位置）。于某一指定位置）。 料位料位：容器、堆场、仓库等所储固体颗粒、粉料等的：容器、堆场、仓库等所储固体颗粒、粉料等的 堆积高度。堆积高度。 相界面位置相界面位置：同一容器中储存的两种密度不同且互不：同一容器中储存的两种密度不同且互不 相溶的液体之间或两种介质之间的分界面位置。相界面位相溶的液体之间或两种介质之间的分界面位置。相界面位 置置分为液分为液-液相界面、液液相界面、液-固相界面固相界面。 测量固体料位的仪表称为测量固体料位的仪表称为料位计料位计；测量液位的

3、仪表称；测量液位的仪表称 为为液位计液位计，测量分界面位置的仪表称为，测量分界面位置的仪表称为界面仪界面仪。 二、物位测量的目的和意义二、物位测量的目的和意义 1、为进行经济核算提供可靠依据；为进行经济核算提供可靠依据；确定容器内的原料、半确定容器内的原料、半 成品或成品的数量，以保证生产过程物料平衡。成品或成品的数量，以保证生产过程物料平衡。 2、了解物位是否在规定范围内，、了解物位是否在规定范围内，对维持正常生产、保证产对维持正常生产、保证产 品的产量和质量、保证安全生产具有重要的意义品的产量和质量、保证安全生产具有重要的意义。 例如，火力发电厂锅炉汽包水位的测量与控制，水位例如，火力发电

4、厂锅炉汽包水位的测量与控制，水位过过 高高，造成，造成蒸汽带水蒸汽带水，蒸汽，蒸汽品质降低品质降低，轻则，轻则加重管道和汽机的加重管道和汽机的 积垢积垢，降低压力和效率；重则使汽机发生故障降低压力和效率；重则使汽机发生故障。水位。水位过低过低， 则对水循环不利，则对水循环不利，可能使水冷壁管局部过热甚至爆炸可能使水冷壁管局部过热甚至爆炸。 三、物位测量的工艺特点及主要问题三、物位测量的工艺特点及主要问题 1、物位测量传感器的安装位置、物位测量传感器的安装位置 液体：液位水平，液位计只对安装高度有要求，可以在同液体：液位水平，液位计只对安装高度有要求，可以在同 一高度上选择任何安装地点；一高度上

5、选择任何安装地点； 流动性差的粉粒物料：料面不水平，料面的局部高低与进流动性差的粉粒物料：料面不水平，料面的局部高低与进 出料口位置有关，也和进出料的流量有关。出料口位置有关，也和进出料的流量有关。 概概 述述 立式圆筒形容器：立式圆筒形容器：1）进出料口处于轴线上，若进料量大于出）进出料口处于轴线上，若进料量大于出 料，则料面呈中央凸起的圆锥状；料，则料面呈中央凸起的圆锥状； 2） 若出料量大于进料，则呈中央凹陷的漏斗形；若出料量大于进料，则呈中央凹陷的漏斗形； 要能代表平均料位，则料位计安装在距容器内壁要能代表平均料位，则料位计安装在距容器内壁1/3半径处。半径处。 2、物位测量的另一个普

6、遍性问题是盲区、物位测量的另一个普遍性问题是盲区 浮子法测液位：受容器底面、容器顶面限制，有盲区；浮子法测液位：受容器底面、容器顶面限制，有盲区； 超声波测量物位：受到距离太小无法分辨的限制，也存在超声波测量物位：受到距离太小无法分辨的限制，也存在 盲区。盲区。 3、物位测量中存在的死角问题、物位测量中存在的死角问题 容器的几何形状和传感器安装位置配合不当会出现死角。容器的几何形状和传感器安装位置配合不当会出现死角。 4、分粒体料位还有滯留区、分粒体料位还有滯留区 流动性差，在堆积状态下有不滑坡的最大倾角，叫做流动性差，在堆积状态下有不滑坡的最大倾角，叫做“安安 息角息角”。大小与颗粒形状、表

7、面粗糙程度、潮湿程度、是否带。大小与颗粒形状、表面粗糙程度、潮湿程度、是否带 静电、是否吸附气体等因素有关。料仓的设计也要考虑这一特静电、是否吸附气体等因素有关。料仓的设计也要考虑这一特 性，否则会有物料残留。性，否则会有物料残留。 概概 述述 按测量原理分为按测量原理分为: 压力式压力式 浮力式浮力式 电容式电容式 电导式电导式 阻力式阻力式 声波式声波式 微波及射线式微波及射线式 等等等等 概概 述述 5.1 静压式液位测量静压式液位测量 5.1.1 测量原理测量原理 静压式液位测量：测液柱高产生的静压式液位测量：测液柱高产生的 静压实现液位测量静压实现液位测量。 如图如图5.1，设，设P

8、A为密封容器中为密封容器中A 点的静压点的静压(气相压力气相压力)，PB为为B点的静点的静 压，压，H为液位高度，为液位高度， 为液体密度。为液体密度。A、 B两点的压力差为：两点的压力差为： gHPPP AB 敞口容器，则敞口容器，则PA为大气压为大气压 (5-1) gHPP B 图5.1 静压法液位测量原理 （5-2） 当密度为常数时，测量当密度为常数时，测量P或或P实现液位高度的测量。实现液位高度的测量。凡能凡能 测压力或差压的仪表，量程合适均可用于液位测量。测压力或差压的仪表，量程合适均可用于液位测量。 根据此还可求得容器内所储存液体的质量根据此还可求得容器内所储存液体的质量。P或或P

9、乘以乘以 容器的截面积，即可得到容器中全部液体的质量。容器的截面积，即可得到容器中全部液体的质量。 5.1.2 压力式液位计压力式液位计 基于测压仪表所基于测压仪表所 测压力值来测量测压力值来测量 液位如图液位如图5.2。 图图5.2 测压仪表测液位测压仪表测液位 1、用测压仪表测量、用测压仪表测量 如图如图5.2(a)，仪表由引压管与容器底部相通，仪表示值，仪表由引压管与容器底部相通，仪表示值 即知液位高度。即知液位高度。 测压基准点与最低液位一致。若不一致，要考虑附加液柱测压基准点与最低液位一致。若不一致，要考虑附加液柱 的影响，进行修正的影响，进行修正。 适合黏度较小、洁净液体的液位测量

10、。适合黏度较小、洁净液体的液位测量。 测量黏稠、易结晶或含有颗粒液体的液位时（引压管易堵测量黏稠、易结晶或含有颗粒液体的液位时（引压管易堵 塞），可采用如图塞），可采用如图5.2(b)的法兰式压力变送器测量。的法兰式压力变送器测量。 5.1 静压式液位测量静压式液位测量 gHPP B 2、吹气法测量、吹气法测量 腐蚀性、高黏度或有悬浮颗粒液体的液位，可用图腐蚀性、高黏度或有悬浮颗粒液体的液位，可用图5.3吹吹 气法测量。气法测量。 据被测液位范围，调节减压阀据被测液位范围，调节减压阀2控制压缩空气压力为控制压缩空气压力为P1。 。 调整节流元件调整节流元件3 ，使压力，使压力P2保证最高液位时

11、，仍有微量保证最高液位时，仍有微量 气泡从导管下端敞口处逸出；气泡从导管下端敞口处逸出； P1变化不大，当满足变化不大，当满足P20.528 P1时，气源流量恒定。时，气源流量恒定。 一般吹气流量约为一般吹气流量约为20Lh； 液位上升或下降，液封压力液位上升或下降，液封压力 升高或降低，使导管下端逸出升高或降低，使导管下端逸出 气量随之减少或增加。导管内气量随之减少或增加。导管内 压力几乎与液封静压相等，压压力几乎与液封静压相等，压 力表力表5显示压力即反映液位显示压力即反映液位H。 5.1 静压式液位测量静压式液位测量 5.3 压缩压缩 空气空气 5.1.3 差压式液位计差压式液位计 容器

12、下部的液体压力与液位、液面上部介质压力有关；容器下部的液体压力与液位、液面上部介质压力有关； 差压检测法：差压值受液体密度和仪表安装位置影响。差压检测法：差压值受液体密度和仪表安装位置影响。 1 、零点迁移问题、零点迁移问题 压力、差压检测压力、差压检测要求：取压口要求：取压口(零液位零液位)与压力与压力(差压差压)检检 测仪表的入口在同一水平高度测仪表的入口在同一水平高度，否则有附加静压误差否则有附加静压误差； 实际安装时不一定能满足这一要求。实际安装时不一定能满足这一要求。 v如地下储槽，检测仪表安装在地面（为了读数和维护的如地下储槽，检测仪表安装在地面（为了读数和维护的 方便）；方便）；

13、 v采用法兰式差压变送器时，毛细管中充满硅油，差压变采用法兰式差压变送器时，毛细管中充满硅油，差压变 送器无论安装在什么高度，均会产生附加静压。送器无论安装在什么高度，均会产生附加静压。 5.1 静压式液位测量静压式液位测量 gHPPP AB 无迁移无迁移 如图如图5.4 (a) ，差压变送器正、负压室分别与容器，差压变送器正、负压室分别与容器 上、下部取压点相连通，保证正压室与零液位等高；差上、下部取压点相连通，保证正压室与零液位等高；差 压变送器正、负压室所受压力：压变送器正、负压室所受压力：P+ 和和P- ，则：，则： 00 ,PPgHPP gHPPP 当当H0时，时，P 0，变送器无，

14、变送器无 需迁移。需迁移。 5.1 静压式液位测量静压式液位测量 负迁移。负迁移。 如图如图5.4(b) 液体上方气体可凝；液体上方气体可凝； 或者被测介质有腐蚀性，为防腐，在差压变送器正、负或者被测介质有腐蚀性，为防腐，在差压变送器正、负 室与取压点之间装有隔离罐，并充以隔离液。室与取压点之间装有隔离罐，并充以隔离液。 设隔离液密度为设隔离液密度为 ，差变正、，差变正、 负压室所受压力：负压室所受压力： 0121 PgHghP 022 pghP BgHghghgHPPP 122211 (5.4) ghhB 212 )( 5.1 静压式液位测量静压式液位测量 2 当当H0时，时， B0，有一附

15、加差压；，有一附加差压； 为使为使H0时，差变输出时，差变输出I4mA，需消去，需消去B作用作用零零 点迁移。需迁移量为负值，称负迁移，移量为点迁移。需迁移量为负值，称负迁移，移量为B。 p 设变送器量程为设变送器量程为5000Pa，B7000Pa，则当，则当H 0，P7000Pa，调整变送器的迁移机构，使，调整变送器的迁移机构，使 变送器输出为变送器输出为4mA； HHmax，P50007000-2000Pa，变，变 送器输出应为送器输出应为20mA。 5.1 静压式液位测量静压式液位测量 正迁移：正迁移：安装时，常难保证变安装时，常难保证变 送器和零液位在同一水平上，如送器和零液位在同一水

16、平上，如 图图5.4(c)。 011 PghgHP 0 PP CgHghgHPPP 111 (5.5) 当当H0时，时， C，有一附加正差压；，有一附加正差压； 为使为使H0时，时，I4mA，需消去，需消去C的作用。的作用。C0，故需正迁移，迁，故需正迁移，迁 移量为移量为C。方法同负迁移。方法同负迁移。 v设变送器的量程：设变送器的量程：5000Pa，C2000Pa，当，当H0， =2000Pa，调，调 整变送器迁移机构，使变送器输出为整变送器迁移机构，使变送器输出为4mA； v当当HHmax时，时， 5000十十20007000Pa，变送器输出应为，变送器输出应为 20mA。 零点迁移零点

17、迁移仅改变了变送器测量范围的上、下限，而量程大小不变。仅改变了变送器测量范围的上、下限，而量程大小不变。 p 5.1 静压式液位测量静压式液位测量 max p p 例例5.1 如图如图5.4(b)所示，用差压变送器检测液位。已知所示，用差压变送器检测液位。已知 1200kgm3， 950kgm3，h11.0m，h25.0m，液位变，液位变 化的范围为化的范围为03.Om。如果当地重力加速度。如果当地重力加速度g9.8ms2，求差压变送，求差压变送 器的量程和迁移量。器的量程和迁移量。 1 2 解解 ： 当液位在当液位在03.Om变化时，差压的变化量为变化时，差压的变化量为 3.012009.8

18、35280 Pa 可选差变的量程为可选差变的量程为40kPa。 当当H0时，有时，有 ( ) (5.01.0)9509.834240 Pa 差压变送器需要进行负迁移，负迁移量为差压变送器需要进行负迁移，负迁移量为34.24kPa。 迁移后该差变的测量范围为迁移后该差变的测量范围为34245.76kPa。 gH 1max p 1 h 2 h g 2 5.1 静压式液位测量静压式液位测量 2、 特殊液位测量特殊液位测量 腐蚀性、易结晶或高黏度介腐蚀性、易结晶或高黏度介 质：用法兰式差压变送器，防引质：用法兰式差压变送器，防引 压管腐蚀或堵塞压管腐蚀或堵塞，如图，如图5.6。 法兰式差压变送器有：法

19、兰式差压变送器有：单法兰、单法兰、 双法兰、插入式或平法兰双法兰、插入式或平法兰等。等。 存在零点存在零点“迁移迁移”问题问题： ghghP 0211 (5.6) 毛细管中硅油密度，毛细管中硅油密度，kgm3。 0 迁移量与安装位置无关迁移量与安装位置无关（正负压侧的毛细管中的介质相（正负压侧的毛细管中的介质相 同）。同）。 5.1 静压式液位测量静压式液位测量 图图5.6 H h3 P0 h4 锅炉汽包水位测量锅炉汽包水位测量 采取一些补偿措施采取一些补偿措施(受汽、水密度变化受汽、水密度变化 等许多因素影响，引起较大测量误差等许多因素影响，引起较大测量误差)。 压差式水位计的关键环节压差式

20、水位计的关键环节:平衡容平衡容 器器。双室平衡容器如图。双室平衡容器如图5.7。 粗管为正压容室，汽包连通，进入粗管为正压容室，汽包连通，进入 平衡容器的蒸汽不断凝结成水，因溢流平衡容器的蒸汽不断凝结成水，因溢流 而保持恒定水位。而保持恒定水位。 细管为负压容室，和汽包水连通。细管为负压容室，和汽包水连通。 汽包为正常水位时，平衡容器差压：汽包为正常水位时，平衡容器差压： 相应汽包压力下的饱和蒸汽密度，相应汽包压力下的饱和蒸汽密度，kgm3； 宽容器内水的密度，宽容器内水的密度，kgm3； 负压管内水的密度，负压管内水的密度，kgm3。 )7 . 5()( 02010 gHLgHgLP s s

21、 1 2 5.1 静压式液位测量静压式液位测量 图图5.7 当水位变化偏离正常水位时，设变化量当水位变化偏离正常水位时，设变化量 H ，即水位为，即水位为HH0 土土 H ， “+”表示水位增高；表示水位增高；“”水位降低。平衡容器的差压为：水位降低。平衡容器的差压为： p )( 21 gHLgHgL s )()( 0201 gHHLgHHgL s )()()( 20201 ggHLgHgL ss 将式将式(5.7)代入得代入得 p )()( 20 Hgp s HHHHgp HHHHgp s s 020 020 ,)( ,)( = = (5.8) 可见：可见： 平衡容器输出的差压随平衡容器输出

22、的差压随H变化；变化； 2 s ，随汽包水位增高，平衡容器的输出差压减小；，随汽包水位增高，平衡容器的输出差压减小； 相反，当汽包水位降低时，平衡容器的输出差压增大。相反，当汽包水位降低时，平衡容器的输出差压增大。 5.1 静压式液位测量静压式液位测量 现场安装现场安装 5.1 静压式液位测量静压式液位测量* 例题例题1、如图所示，用差压变送器测量密闭容器的液位。已知、如图所示，用差压变送器测量密闭容器的液位。已知h1=50cm， h2=200cm，h3=140cm，被测介质的密度，被测介质的密度1 = 0.85g /cm3，负压管内的隔，负压管内的隔 离液为水，求变送器的调校范围和迁移量。离

23、液为水，求变送器的调校范围和迁移量。 解：仪表的量程解：仪表的量程P 为为 PaghP9 .16671 1000 100 7 .98085. 0200 12 当液位最低时，变送器应该输出的差压值为：当液位最低时，变送器应该输出的差压值为： 00 013 3 .11670 1000 100 7 .98085. 0140PPaP PghP 00 00321 3 .38247 1000 100 7 .9801)14020050( )( PPaP PghhhP 于是仪表的迁移量于是仪表的迁移量P为为 PaPPP265773 .382473 .11670 因因 P h00g，为正迁，迁移量：，为正迁，迁

24、移量：Hming h00g； 当当Hming = h00g，迁移量：，迁移量：0； 当当Hming h00g，为负迁，迁移量：，为负迁，迁移量：Hming h00g。 x + - H h0 0 ghHPPP)( 00min 液位测量课堂练习液位测量课堂练习 2、用单法兰液位计测开口容器液位。仪表已校好，后因维护需、用单法兰液位计测开口容器液位。仪表已校好，后因维护需 要，仪表安装位置下移了一段距离（如图），则仪表示值如何变要，仪表安装位置下移了一段距离（如图），则仪表示值如何变 化？为什么？（化？为什么？（ 毛细管中灌充液密度）毛细管中灌充液密度） 解：设最低液位为法兰的中心。解：设最低液位为法兰的中心。 当液位最低时：当液位最低时：P=gh 要用正迁移把要用正迁移把gh迁移掉。但仪表校迁移掉。但仪表校 好后