化工仪表与自动化4-1

1、化工仪表及自动化教案课 题第四章 物位检测授课教师授课日期授课班级课时2学时课程类型新课教学方法教学设备仪表实训室教学目标知识与技能1了解物位检测的意义及主要类型2掌握差压液位计工作原理及零点迁移3掌握电容式物位计工作原理过程与方法实训、讲解、多媒体展示情感与态度创设问题情境，激发学生探索，求知欲望，使学生积极观察、分析，主动参与，强化学生主体地位。教学重点差压液位计工作原理及零点迁移教学难点差压液位计零点迁移重、难点解决措施实际操作、理解 教 学 过 程教师活动学生活动时间分配教学步骤教学内容差压式液位计测量液位教学活动一 观摩设备一、差压式液位计测量液位1观察差压式液位计安装方法2液位测量

2、二、零点迁移产生原因演示1无移位2正迁移3负迁移4迁移量与量程关系观摩实操 理论教学（讲解）重点：讲清原理重点：零点迁移重点：法兰式差压变送器测量液位场合重点：电容物位计测量导电液和非导电液原理区别教学活动二 理论教学第一节 物位检测的意义及主要类型一、物位概念1液位 、料位2液位计 料位计 界面计3测量物位的两个目的 获得容器中物料的重量；监视或控制容器中的物料物位4物位检测仪表按其工作原理分为：直读式物位仪表 差压式物位仪表浮力式物位仪表 电磁式物位仪表核辐射式物位仪表 声波式物位仪表光学式物位仪表第二节 差压式液位计一、 工作原理 将差压变送器的一端接液相，另一端接气相因此 图4-1 差

3、压式液位计原理图结论：当用差压式液位计来测量液位时,若被测容器是敞口的,气相压力为大气压,则差压计的负压室通大气就可以了,这时也可以用压力计来直接测量液位的高低。若容器是受压的,则需将差压计的负压室与容器的气相相连接。以平衡气相压力 pA的静压作用。 二、 零点迁移问题1 什么是零点迁移在使用差压变送器测量液位时，其差压P与液液H之间关系一般来说。当H=0。P=0。在使用差压变送器测量液位时，一般来说实际应用中为防止容器内液体或气体进入变送器而造成管线堵塞或腐蚀，保持负压室液体高度，在正负压室与取压点之间分别加装隔离罐，并充以隔离液。如图所示。正、负室压力p1、p2分别为则 图4-2 负迁移示

4、意图当H=0时，仪表示值为：-（h2-h1）2g。这种情况就需要进行迁移。通过调整变送器迁移弹簧使：H=0时，仪表输出为零（4mA）2讨论下图中迁移情况3.迁移弹簧的作用 改变变送器的零点。迁移和调零 都是使变送器输出的起始值与被测量起始点相对应，只不过零点调整量通常较小，而零点迁移量则比较大。 迁移同时改变了测量范围的上、下限，相当于测量范围的平移，它不改变量程的大小。举例某差压变送器的测量范围为05000Pa，当压差由0变化到5000Pa时，变送器的输出将由4mA变化到20mA，这是无迁移的情况，如左图中曲线a所示。负迁移如曲线b所示，正迁移如曲线c所示。 一般型号后面加“A”的为正迁移；

5、加“B”的为负迁移。图4-3 正负迁移示意图三、用法兰式差压变送器测量液位 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，应使用法兰式差压变送器，如下图所示。 法兰式差压变送器按其结构形式：单法兰式、 双法兰式图4-4 法兰式差压变送器测量液位示意图图4-6 单法兰插入式差压变送器图4-7 双法兰式差压变送器听课听课55分钟 互动教学总结（提问）1差压液位计工作原理2零点迁移概念3电容式液位计工作原理 回答10分种布置作业（其中第6题作些提示）作业（P58）1、2、3、4、5、6、75分钟化工仪表及自动化教案课题第四章物位检测授课教师授课日期授

6、课班级课时2学时课程类型新课教学方法教学设备仪表实训室教学目标知识与技能1了解核辐射物位计、雷达式液位计工作原理2了解称重式液罐计量仪工作原理3掌握有关迁移的计算过程与方法1教学方法：讲解、多媒体展示情感与态度创设问题情境，激发学生探索，求知欲望，使学生积极观察、分析，主动参与，强化学生主体地位。教学重点有关迁移的计算教学难点有关迁移的计算重、难点解决措施通过例题及习题使学生掌握有关迁移的计算方法 教 学 过 程教师活动学生活动时间分配教学步骤教学内容理论教学（讲解）重点：通过例子让学生熟悉有关迁移的计算第三节 其他物位计一、电容式物位计1测量原理 通过测量电容量的变化可以用来检测液位、料位和

7、两种不同液体的分界面。 两圆筒间的电容量C 图4-8 电容器的组成当 D 和d 一定时，电容量 C 的大小与极板的长度 L 和介质的介电常数的乘积成比例。 2 液位的检测(1)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当D0d,0时，（2）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。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，电容量变为电容量的变化为4-9 非导电介质的液位测量结论：电容量的变化与液位高度H成正比。该法是利用被测介质的介电系数与空

8、气介电系数0不等的原理进行工作，（-0）值越大，仪表越灵敏。电容器两极间的距离越小，仪表越灵敏。 3料位的检测 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“滞留”，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。下图所示为用金属电极棒插入容器来测量料位的示意图。 电容量变化与料位升降的关系为图4-10 料位检测优点： 电容物位计的传感部分结构简单、使用方便。缺点： 需借助较复杂的电子线路。 应注意介质浓度、温度变化时，其介电系数也要发生变化这种情况。二、 核辐射物位计射线的透射强度随着通过介质层厚度的增加而减弱，具体关系见式（4-9）。（4-9）图4-10 核

9、辐射物位计示意图特点：适用于高温、高压容器、强腐蚀、剧毒、有爆炸性、黏滞性、易结晶或沸腾状态的介质的物位测量，还可以测量高温融熔金属的液位。可在高温、烟雾等环境下工作。但由于放射线对人体有害，使用范围受到一些限制。三、雷达式液位计 雷达式液位计是一种采用微波技术的液位检测仪表。 优点：可以用来连续测量腐蚀性液体、高黏度液体和有毒液体的液位。 它没有可动部件、不接触介质、没有测量盲区,而且测量精度几乎不受被测介质的温度、压力、相对介电常数的影响,在易燃易爆等恶劣工况下仍能应用。 雷达波由天线发出到接收到由液面来的反射波的时间t由下式确定 由于 故 图4-12 雷达式液位计示意图雷达探测器对时间的

10、测量有微波脉冲法及连续波调频法两种方式。图4-13 微波脉冲法原理示意图四、称重式液罐计量仪既能将液位测得很准，又能反映出罐中真实的质量储量。称重仪根据天平原理设计。杠杆平衡时：（3-64）由于代入（3-64） （3-65）如果液罐是均匀截面（3-67）将式（3-67）代入式（3-65），得 （3-68）图4-14 称重式液罐计量仪如果液罐的横截面积A为常数，得式中教学活动三 练一练做一做例题1某贮罐内的压力变化范围为1215MPa，要求远传显示，试选择一台DDZ-型压力变送器 (包括准确度等级和量程)。如果压力由12MPa变化到15MPa，问这时压力变送器的输出变化了多少?如果附加迁移机构,

11、问是否可以提高仪表的准确度和灵敏度?试举例说明之。 解：如果已知某厂生产的 DDZ-型压力变送器的规格有： 010，16，25，60，100 （MPa） 精度等级均为0.5级。 输出信号范围为010mA。 由已知条件，最高压力为15MPa，若贮罐内的压力是比较平稳的，取压力变送器的测量上限为 若选择测量范围为025MPa、准确度等级为0.5级,这时允许的最大绝对误差为 由于变送器的测量范围为025MPa，输出信号范围为010mA,故压力为12MPa时,输出电流信号为 压力为15MPa时，输出电流信号为 这就是说,当贮罐内的压力由12MPa变化到15MPa时,变送器的输出电流只变化了1.2mA。

12、 在用差压变送器来测量液位时，由于在液位H=0时,差压变送器的输入差压信号p并不一定等于0，故要考虑零点的迁移。实际上迁移问题不仅在液位测量中遇到，在其他参数的测量中也可能遇到。加上迁移机构，可以改变测量的起始点，提高仪表的灵敏度 (只不过这时仪表量程也要作相应改变)。 由本例题可知，如果确定正迁移量为7MPa，则变送器的量程规格可选为16MPa。那么此时变送器的实际测量范围为723MPa，即输入压力为7MPa时，输出电流为0mA；输入压力为23MPa时，输出电流为10mA。这时如果输入压力为12MPa，则输出电流为 输入压力为15MPa时,输出电流为 由此可知，当输入压力由12MPa变化到1

13、5MPa时，输出电流变化了1.875mA，比不带迁移机构的变送器灵敏度提高了。 变送器的准确度等级仍为0.5级，此时仪表的最大允许绝对误差为(23-7)×0.5% = 0.08MPa，所以，由于加了迁移机构，使仪表的测量误差减少了。 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? 图4-15 法兰式差压变送

14、器测液位解：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 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-1·kg·s-2，即 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。 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 负压室所受的压力p2为因此，差压变送器所受的压差为 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

15、兰间的尺寸h2不变,其迁移量是不变的。3用单法兰电动差压变送器来测量敞口罐中硫酸的密度,利用溢流来保持罐内液位H恒为1m。如图4-16所示。已知差压变送器的输出信号为010mA,硫酸的最小和最大密度分别为min = 1.32(g/cm3),max = 1.82(g/cm3) 图4-16 流体密度测量示意图min=1.32(g/cm3),max= 1.82(g/cm3) 要求:(1) 计算差压变送器的测量范围；(2) 如加迁移装置,请计算迁移量；(3) 如不加迁移装置,可在负压侧加装水恒压器 (如图中虚线所示) ，以抵消正压室附加压力的影响,请计算出水恒压器所需高度h。解：（1）若不考虑零点迁移

16、,那么就要以max来计算差压变送器的测量范围。当=max = 1.82g/cm3时,差压变送器所承受的差压为将H=1m,max=1820kg/m3，g=9.81m/s2代入上式,得 如果选择差压变送器的测量范围为02×104Pa,则当=max= 1.82g/cm3时,对应的变送器输出为 由上可知，当硫酸密度由最小值变化到最大值时，输出电流由6.475mA变化到8.925mA，仅变化了2.45mA，灵敏度是很低的。 当=min=1.32g/cm3时,其差压为 这时差压变送器的输出为 由上可知，当硫酸密度由最小值变化到最大值时，输出电流由6.475mA变化到8.925mA，仅变化了2.4

17、5mA，灵敏度是很低的。 （2）为了提高灵敏度，可以考虑进行零点迁移，提高测量的起始点。考虑到=max时，这时所对应的压差仍为1.785×104Pa，所以在提高测量起始点的同时，测量上限却可以不改变，这样一来，实际量程压缩了。当=min=1.32g/cm3时,pmin=1.295×104Pa。因此可以选择迁移量为1×104Pa ,测量范围为1×1042×104Pa的差压变送器。这时,若=min时,变送器的输出为 例题分析 当=max时,变送器的输出为 这时由min变到max时,输出电流由2.95mA变为7.85mA,变化了4.9mA,大大提高了仪表的灵敏度。 （3）如果不加迁移装置，而在负压侧加装水恒压器，而迁移量仍为1×104Pa，根据 以水的密度=1000kg/m3代入,得 教学活动四 阅读以下材料，了解仪表基本原理一、 玻璃板液位计玻璃板（管）液位计-利用连通器原理二、磁浮子液位计磁性浮子、浮球式液位计主要由本体部分、就地指示器、远传变