合肥工业大学化工仪表 第3章 4物位检测方法与仪表

1、 物位检测方法与仪表物位检测方法与仪表物位检测方法及仪表物位检测方法及仪表物位检测方法物位检测方法v应用浮力原理检测物位v应用静压原理检测物位v应用超声波反射检测物位物位检测仪表物位检测仪表v超声波物位计本章主要内容本章主要内容物位检测方法及仪表物位检测方法及仪表 物位物位-指容器中的液体介质的液位、固体的料位或颗粒指容器中的液体介质的液位、固体的料位或颗粒 物的料位和两种不同液体介质分界面的总称物的料位和两种不同液体介质分界面的总称 液位液位容器中的液体介质的高低容器中的液体介质的高低料位料位容器中固体或颗粒状物质的堆积高度容器中固体或颗粒状物质的堆积高度界面计界面计_ _ 测量不同密度介质

2、的分界面的仪表测量不同密度介质的分界面的仪表 物位检测的作用物位检测的作用 确定容器中的贮料数量，以保证连续生产的需要或进行经济核算；确定容器中的贮料数量，以保证连续生产的需要或进行经济核算； 为了监视或控制容器的物位，使它保持在规定的范围内；为了监视或控制容器的物位，使它保持在规定的范围内； 对它的上下极限位置进行报警，以保证生产安全、正常进行。对它的上下极限位置进行报警，以保证生产安全、正常进行。 物位的基本概念物位的基本概念物位检测方法及仪表物位检测方法及仪表物物位位检检测测方方法法物位检测方法及仪表物位检测方法及仪表应用浮力原理检测物位应用浮力原理检测物位利用漂浮于液面上的浮标或浸没于

3、液体中的浮筒对利用漂浮于液面上的浮标或浸没于液体中的浮筒对液位进行测量的。液位进行测量的。当液位变化时，前者产生相应的当液位变化时，前者产生相应的位移，而所受到的浮力维持不变，后者则发生浮力位移，而所受到的浮力维持不变，后者则发生浮力的变化。因此，只要检测出浮标的位移或浮筒所受的变化。因此，只要检测出浮标的位移或浮筒所受到的浮力的变化，就可以知道液位的高低。到的浮力的变化，就可以知道液位的高低。 恒浮力法液位测量示意图 测量原理测量原理物位检测方法及仪表物位检测方法及仪表应用静压原理检测物位应用静压原理检测物位压力表测量液位原理 通过液柱静压的方法对液位进行测量的。通过液柱静压的方法对液位进行

4、测量的。敞口容器敞口容器：多用直接测量容器底部压力的方法。：多用直接测量容器底部压力的方法。如图所示，测压仪表通过导压管与容器底部相如图所示，测压仪表通过导压管与容器底部相连，由测压仪表的压力指示值，便可推知液位连，由测压仪表的压力指示值，便可推知液位的高度的高度 。 其关系为其关系为式中式中 P P测压仪表指示值测压仪表指示值 H H液位的高度液位的高度液体的密度液体的密度g g重力加速度重力加速度gHPgHPPABgHPPPAB 式中式中 P PA A、P PB B分别是液面上部介质压力和液面以下分别是液面上部介质压力和液面以下H H深度的液体压力。深度的液体压力。密闭容器密闭容器：测量容

5、器底部压力，除与液面高度有关外，还与液面上部测量容器底部压力，除与液面高度有关外，还与液面上部介介 质压力有关，其关系为质压力有关，其关系为物位检测方法及仪表物位检测方法及仪表差压变送器测量液位时的零点迁移问题（差压变送器测量液位时的零点迁移问题（重点重点）安装位置条件不同存在着仪表零点迁移问题 特征：差压变送器的正压室取压口正好特征：差压变送器的正压室取压口正好与容器的最低液位（与容器的最低液位（Hmin=0Hmin=0）处于同一）处于同一水平位置。作用于变送器正、负压室的水平位置。作用于变送器正、负压室的差压差压PP与液位高度与液位高度H H的关系为的关系为P=HgP=Hg。当当H =0H

6、 =0时，正负压室的差压时，正负压室的差压P=0P=0，变送，变送 器输出信号为器输出信号为4mA4mA当当H= HmaxH= Hmax时，差压时，差压Pmax=gHmaxPmax=gHmax， 变送器的输出信号为变送器的输出信号为20 mA20 mA，无迁移无迁移ghhgHPPP2121)(物位检测方法及仪表物位检测方法及仪表负迁移负迁移 差压变送器的正、负压室的压力分别为差压变送器的正、负压室的压力分别为 ghgHPP211气 ghPP22气正、负压室的压差为正、负压室的压差为当被测液位当被测液位H=0H=0时，时，P=-P=-（h h2 2-h-h1 1）2 2g0g0，从而使变送器在H

7、=0时输出电流大于4 mA；H=Hmax时，输出电流大于20 mA。 pA H p1 p2 h1 + - 液位零面 pB 物位检测方法及仪表物位检测方法及仪表应用静压原理检测物位应用静压原理检测物位图图3-42 3-42 正负迁移示意图正负迁移示意图图图3-4 33-4 3正迁移示意图正迁移示意图 某差压变送器的测量范某差压变送器的测量范围为围为0 05000Pa5000Pa，当压差由，当压差由0 0变化到变化到5000Pa5000Pa时，变送器的时，变送器的输出将由输出将由4mA4mA变化到变化到20mA20mA，这是无迁移的情况，如左图这是无迁移的情况，如左图中曲线中曲线a a所示。负迁移

8、如曲所示。负迁移如曲线线b b所示，正迁移如曲线所示，正迁移如曲线c c所所示。示。 一般型号后面加一般型号后面加“A”A”的为正的为正迁移；加迁移；加“B”B”的为负迁移。的为负迁移。物位检测方法及仪表物位检测方法及仪表调节仪表上的调节仪表上的物位检测方法及仪表物位检测方法及仪表3 3、用法兰式差压变送器测量液位、用法兰式差压变送器测量液位 单法兰式单法兰式 双法兰式双法兰式 为了解决测量具有腐蚀性或含有结晶颗粒以及黏度大、为了解决测量具有腐蚀性或含有结晶颗粒以及黏度大、易凝固等液体液位时引压管线被腐蚀、被堵塞的问题，应易凝固等液体液位时引压管线被腐蚀、被堵塞的问题，应使用法兰式差压变送器，

9、如下图所示。使用法兰式差压变送器，如下图所示。 图图3-44 3-44 法兰式差压变送器测量液位示意图法兰式差压变送器测量液位示意图11法兰式测量头；法兰式测量头；22毛细管；毛细管；33变送器变送器物位检测方法及仪表物位检测方法及仪表图4-15 法兰式差压变送器测液位2.用一台双法兰式差压变送器测量某容器的液位,如图4-15所示。已知被测液位的变化范围为03m,被测介质密度=900kg/m3 ,毛细管内工作介质密度0=950kg/m3。变送器的安装尺寸为 h1=1m, h2=4m。求变送器的测量范围,并判断零点迁移方向,计算迁移量,当法兰式差压变送器的安装位置升高或降低时,问对测量有何影响?

10、 物位检测方法及仪表物位检测方法及仪表PagHp2648781. 99003max解：当不考虑迁移量时,变送器的测量范围应根据液位的最大变化范围来计算。 液位为3m时,其压差为 2121/11skgmmNPa 这里值得一提的是压力单位Pa用SI基本单位时就相当于m-1kgs-2，即物位检测方法及仪表物位检测方法及仪表 所以液柱压力用Hg计算时,只要H用m,用kg/m3，g用m/s2为单位时,相乘结果的单位就是Pa。上述计算结果pmax为26.487kPa,经过圆整后,测量范围可选030kPa。 ghgHpp0101 根据图示,当液位高度为H时,差压变送器正压室所受的压力p1为 ghhpp012

11、02负压室所受的压力p2为物位检测方法及仪表物位检测方法及仪表因此，差压变送器所受的压差为ghgHppp0221 由上式可知,该差压变送器应进行负迁移,其迁移量为 h20g。 当差压变送器安装的高度改变时,只要两个取压法兰间的尺寸h2不变,其迁移量是不变的。物位检测方法及仪表物位检测方法及仪表dDL1DdL1H212ln()LCD d212 ()ln()HCKHD d 物位检测方法及仪表物位检测方法及仪表4-9 4-9 非导电介质的非导电介质的液位测量液位测量11内电极；内电极；22外电极；外电极；33绝缘套；绝缘套；44流通小孔流通小孔dDLCln200当液位为零时，仪表调整零点，其当液位为

12、零时，仪表调整零点，其零点的电容为零点的电容为 对非导电介质液位测量的电容式液位传感器原理如下图所示。对非导电介质液位测量的电容式液位传感器原理如下图所示。dDHLdDHCln2ln20当液位上升为当液位上升为H H时，电容量变为时，电容量变为HKdDHCCCiXln200电容量的变化为电容量的变化为1111 用电容法可以测量固体块状颗粒体及粉料的料位。由于固体间用电容法可以测量固体块状颗粒体及粉料的料位。由于固体间磨损较大，容易磨损较大，容易“滞留滞留”，可用电极棒及容器壁组成电容器的两极来，可用电极棒及容器壁组成电容器的两极来测量非导电固体料位。测量非导电固体料位。左图所示为用金属电极棒插

13、入容器来测左图所示为用金属电极棒插入容器来测量料位的示意图。量料位的示意图。 dDHCXln20电容量变化与料位升降的关系为电容量变化与料位升降的关系为11金属电极棒；金属电极棒；22容器容器壁壁图图3-47 3-47 料位检测料位检测 电容物位计的传感部分结构简单、使用方便。电容物位计的传感部分结构简单、使用方便。 需借助较复杂的电子线路。需借助较复杂的电子线路。 应注意介质浓度、温度变化时，其介电系数也要应注意介质浓度、温度变化时，其介电系数也要发生变化这种情况。发生变化这种情况。核辐射物位计核辐射物位计HeII0射线的透射强度随着射线的透射强度随着，具，具体关系见式（体关系见式（4-94-9）。）。（4-94-9）图图4-10 4-10 核辐射物位计示意图核辐射物位计示意图11辐射源；辐射源；22接受器接受器适用于高温、高压容器、强腐蚀、剧适用于高温、高压容器、强腐蚀、剧毒、有爆炸性、黏滞性、易结晶或沸腾毒、有爆炸性、黏滞性、易结晶或沸腾状态的介质的物位测量，还可以测量高状态的介质的物位测量，还可以测量高温融熔金属的液位。温融熔金属的液位。可在高温、烟雾等环境下工作。可在高温、烟雾等环境下工作。但由于放射线对人体有害，使用范围但由于放射线对人体有害，使用范围受到一些限制。受到一些限制。1515 五、称重式液罐计量仪既能将，又能反