化工仪表检测技术第4章物位检测

1、化工仪表及自动化化工仪表及自动化第四章第四章 物位检测物位检测复习复习1. 差压式流量计是由节流装置、差压式流量计是由节流装置、 、 三部分组成三部分组成的。其中节流装置有的。其中节流装置有 、 、文丘里管。、文丘里管。2. 常见的弹簧管式压力表有常见的弹簧管式压力表有 和和 。3.弹簧管式压力表由弹簧管式压力表由、几部分组成。几部分组成。4.弹性式压力测量仪表常用的弹性元件有弹性式压力测量仪表常用的弹性元件有 、 、。5.测量液体压力时，取压点应在测量液体压力时，取压点应在，测量气体压力，测量气体压力时取压点应在时取压点应在。6.应变式压力传感器受压产生的是应变式压力传感器受压产生的是信号。

2、信号。7. 弹性式压力计是根据弹性零件的（）与所受压力成比弹性式压力计是根据弹性零件的（）与所受压力成比例的原理来工作的。当作用于弹性元件上的被测压力越大例的原理来工作的。当作用于弹性元件上的被测压力越大时，则弹性元件的（）越大。时，则弹性元件的（）越大。 8. 压力表的型号表示中，第一个字母压力表的型号表示中，第一个字母Y表示（），表示（），Z表示（表示（），），YZ表示（），其后数字表示外壳直径，故型号表示（），其后数字表示外壳直径，故型号YZ100指的是（）。指的是（）。9. 流量有（）和（）两种表示方法，其间关系为（流量有（）和（）两种表示方法，其间关系为（ ）。）。10. 当充满管道

3、的液体通过节流装置时流速将在（）处发生当充满管道的液体通过节流装置时流速将在（）处发生（），从而使（）增加，而（）（），从而使（）增加，而（）。11.在孔板和文丘利管两种节流装置中，若差压相同，则两在孔板和文丘利管两种节流装置中，若差压相同，则两者的压力损失（）。者的压力损失（）。A、孔板大、孔板大B、文丘利管大、文丘利管大C、一样。、一样。12.测量稳定压力时，被测介质的最大工作压力，不得超过测量稳定压力时，被测介质的最大工作压力，不得超过仪表量程的（）仪表量程的（）A. 1/2 B. 1/3C. 2/3 D. 3/513 以下哪种不是弹性式压力计（以下哪种不是弹性式压力计（ ）。）。A.膜

4、片式压力计膜片式压力计 B纹管式压力计纹管式压力计C.弹簧管式压力计弹簧管式压力计 D.应变式压力计应变式压力计14.利用改变流体流通面积的方法测量的仪表为利用改变流体流通面积的方法测量的仪表为 。A 靶式流量计靶式流量计 B 转子流量计转子流量计 C 漩涡流量计漩涡流量计 D涡轮流量计涡轮流量计15.用弹簧管压力表测量脉动压力时，正常操作压力值应为量程的：用弹簧管压力表测量脉动压力时，正常操作压力值应为量程的：（ ）A A、1/21/21/3 B1/3 B、2/32/31/3 C1/3 C、3/43/41/3 D1/3 D、3/53/5 1/31/316.16.用节流装置测量流量时，压力差用

5、节流装置测量流量时，压力差PP与被测流量值的与被测流量值的: :（ ）A A 平方根成正比平方根成正比 B B 平方根成反比平方根成反比 C C 平方成正比平方成正比 D D平方成反比平方成反比17.17.漩涡流量计又称为涡轮流量计。（漩涡流量计又称为涡轮流量计。（ ）18.18.节流装置露出部分所标注的节流装置露出部分所标注的“+ +”号一侧，应当是流体的入口方号一侧，应当是流体的入口方向。（向。（ ）19.19.应变片式压力传感器是利用电阻应变原理构成的。（应变片式压力传感器是利用电阻应变原理构成的。（ ）20. 测量流体流量总量的仪表一般称为计量表。（测量流体流量总量的仪表一般称为计量表

6、。（ ）21.21.转子流量计采用的是恒压降、变节流面积的流量测量法转子流量计采用的是恒压降、变节流面积的流量测量法。（ ）22.22.压力表的选择，只需要选择合适的量程就可以了。压力表的选择，只需要选择合适的量程就可以了。( ( ) )23.23.压力检测仪表的选用内容主要包括：仪表测压零点的选择、压力检测仪表的选用内容主要包括：仪表测压零点的选择、仪表量程范围的选择和仪表精度等级的选择。仪表量程范围的选择和仪表精度等级的选择。 ( ( ) ) 内容提要内容提要一一.物位检测的意义及主要类型物位检测的意义及主要类型二二. 压差式液位计压差式液位计n工作原理工作原理n零点迁移问题零点迁移问题n

7、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三三. 其他物位计其他物位计n电容式物位计电容式物位计n核辐射物位计核辐射物位计n雷达式液位计雷达式液位计n称重式液罐计量仪称重式液罐计量仪1第一节第一节 物位检测的意义及主要类型物位检测的意义及主要类型2液位液位 液位计液位计料位料位 料位计料位计 界面计：测量两种密度不同液体界面计：测量两种密度不同液体介质的分界面的仪表。介质的分界面的仪表。按工作原理主要有以下几种类型：按工作原理主要有以下几种类型：直读式：直读式：根据流体的连通性原理来测量液位。根据流体的连通性原理来测量液位。 玻璃管液位计玻璃管液位计 玻璃板液位计玻璃板液位计 磁翻板

8、液位计磁翻板液位计静压式：静压式：压力式和差压式。根据液柱或物料堆积高度变化对某压力式和差压式。根据液柱或物料堆积高度变化对某点上产生的静（差）压力的变化的原理测量物位。点上产生的静（差）压力的变化的原理测量物位。 浮力式：浮力式：它根据浮子高度随液位高低而改变或液体对浸沉在液它根据浮子高度随液位高低而改变或液体对浸沉在液体中的浮筒（或称沉筒）的浮力随液位高度变化而变化的原理体中的浮筒（或称沉筒）的浮力随液位高度变化而变化的原理来测量液位。前者称为来测量液位。前者称为恒浮力式恒浮力式，后者称为，后者称为变浮力式变浮力式。还有：还有：电磁式的物位仪表电磁式的物位仪表 核辐射式物位仪表核辐射式物位

9、仪表 声波式物位仪表声波式物位仪表 雷达式液位仪表雷达式液位仪表第二节第二节 差压式液位计差压式液位计gHppAB将差压变送器的一端接液相，另一端接气相将差压变送器的一端接液相，另一端接气相gHpppAB因此3一、工作原理一、工作原理图图4-1 4-1 差压式液位计原理图差压式液位计原理图第二节第二节 差压式液位计差压式液位计 当用差压式液位计来测量液位时当用差压式液位计来测量液位时, ,若被测容器是敞若被测容器是敞口的口的, ,气相压力为大气压气相压力为大气压, ,则差压计的负压室通大气就可则差压计的负压室通大气就可以了以了, ,这时也可以用压力计来直接测量液位的高低。若这时也可以用压力计来

10、直接测量液位的高低。若容器是受压的容器是受压的, ,则需将差压计的负压室与容器的气相相则需将差压计的负压室与容器的气相相连接。以平衡气相压力连接。以平衡气相压力 pA的静压作用。的静压作用。 结论4二二. 零点迁移问题零点迁移问题 无迁移无迁移取压点与液位零位在同一水平面上取压点与液位零位在同一水平面上差压计正、负压室的压力差差压计正、负压室的压力差P=P=P1-P2 =gH当容器零液位时当容器零液位时 H=0时时 P=0P=0P2=PB P1=PB+gH差压计量程：差压计量程：0-0- gHmax正迁移正迁移取压口低于容器底部取压口低于容器底部P2=PB P1=PB+gH+gh差压计正、负压

11、室的压力差差压计正、负压室的压力差P=P=P1-P2 =gH+gh当容器零液位时当容器零液位时 H=0时时 P=P=gh0对比无迁移情况，对比无迁移情况，P多了一项压力多了一项压力hg，它作用在正压室它作用在正压室上，称之为上，称之为正迁移量正迁移量。当。当H=0时，时，P=hg ，因此为了迁因此为了迁移掉移掉hg的影响，可以调整迁移弹簧的张力来进行正迁移的影响，可以调整迁移弹簧的张力来进行正迁移以以抵消了抵消了hg在正压室内产生的力，达到在正压室内产生的力，达到正迁移正迁移的目的。的目的。迁移调整后，差压式液位计的测量范围调整为迁移调整后，差压式液位计的测量范围调整为hg Hmaxg+hg负

12、迁移负迁移介质具有腐蚀性介质具有腐蚀性，且差压计低于容器，且差压计低于容器图图4-2 4-2 负迁移示意图负迁移示意图01211pgHghp0222pghp正、负室压力正、负室压力p p1 1、p p2 2分别为分别为ghghgHpp2221121ghhgHp2121则当容器零液位时当容器零液位时 H=0时时 P=-P=-2g(h2-h1)0 对比无迁移情况，对比无迁移情况，P多了一项压力多了一项压力-（h2- h1）2g，它它作用在负压室上，称之为负迁移量。当作用在负压室上，称之为负迁移量。当H=0时，时，P= -(h2- h1)2g 。为了迁移掉为了迁移掉-(h2- h1)2g的影响，可以

13、调整负迁移的影响，可以调整负迁移弹簧的张力来进行负迁移以抵消掉弹簧的张力来进行负迁移以抵消掉-(h2- h1)2g在负压室内在负压室内产生的力，以达到产生的力，以达到负迁移负迁移的目的。的目的。 迁移调整后，差压式液位计的测量范围调整为迁移调整后，差压式液位计的测量范围调整为-(h2- h1)2g Hmaxg- (h2- h1)2g 第二节第二节 差压式液位计差压式液位计 改变变送器的零点。改变变送器的零点。 都是使变送器输出的起始值与被测量起始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。量则比较大

14、。 同时改变了测量范围的上、下限，相当于测量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。范围的平移，它不改变量程的大小。6第二节第二节 差压式液位计差压式液位计图4-3 正负迁移示意图 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。 7一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。三、用法兰式差压变送器测量液位三、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

15、式 8 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，如下图所示。使用法兰式差压变送器，如下图所示。 图4-5 法兰式差压变送器测量液位示意图1法兰式测量头；2毛细管；3变送器第二节第二节 差压式液位计差压式液位计图图4-6 4-6 单法兰插入式差压变送器单法兰插入式差压变送器11挡板；挡板；22喷嘴；喷嘴；33弹簧；弹簧；44反馈波纹管；反馈波纹管；55主杠杆；主杠杆；66密封片；密封片；77壳体；壳体；88连杆；连杆；9

16、9插入筒；插入筒；1010膜盒膜盒图图4-7 4-7 双法兰式差压变送器双法兰式差压变送器11挡板；挡板；22喷嘴；喷嘴； 33杠杆；杠杆；44反馈波纹管；反馈波纹管；55密封片；密封片；66插入式插入式法兰；法兰；77负压室；负压室；88测量波纹管；测量波纹管；99正压室；正压室；1010硅油；硅油；1111毛细管；毛细管；1212密封环；密封环；1313膜片；膜片；1414平法兰平法兰9第三节第三节 其他物位计其他物位计一、电容式物位计一、电容式物位计图图4-8 4-8 电容器的组成电容器的组成11内电极；内电极；22外电极外电极dDLCln210 通过测量电容量的变化可以用来检测液位、料

17、位和两种通过测量电容量的变化可以用来检测液位、料位和两种不同液体的分界面。不同液体的分界面。 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11第三节第三节

18、 其他物位计其他物位计 电容量的变化与液位高度电容量的变化与液位高度H成正比。该法是利用被成正比。该法是利用被测介质的介电系数测介质的介电系数与空气介电系数与空气介电系数0 0不等的原理进不等的原理进行工作，（行工作，（- -0 0）值越大，仪表越灵敏。电容器两）值越大，仪表越灵敏。电容器两极间的距离越小，仪表越灵敏。极间的距离越小，仪表越灵敏。 12 用电容法可以测量固体块状颗粒体及粉料的料位。由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，容易于固体间磨损较大，容易“滞留滞留”，可用电极棒及容器壁，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。组成电容器的两极来

19、测量非导电固体料位。左图所示为用金属电极棒插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1311金属电极棒；金属电极棒；22容器容器壁壁图图4-10 4-10 料位检测料位检测第三节第三节 其他物位计其他物位计 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。14二、核辐射物位计二、核辐

20、射物位计HeII0 射线的透射强度随着射线的透射强度随着，具体关系见式（具体关系见式（4-94-9）。）。（4-94-9）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。15图图4-12 4-12 雷达式液位计示意图雷达式液位计示意图cHt02 雷达波由天线发出到

21、接收到由雷达波由天线发出到接收到由液面来的反射波的时间液面来的反射波的时间t由下式确定由下式确定 0HLH由于tcLH2故 雷达探测器对时间的测量有微波脉冲法及连续波调频雷达探测器对时间的测量有微波脉冲法及连续波调频法两种方式。法两种方式。17三、雷达式液位计三、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。雷达式液位计是一种采用微波技术的液位检测仪表。图4-13 微波脉冲法原理示意图要使用导波管？要使用导波管？18 可以用来连续测量腐蚀性液体、高黏度液体和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。有毒液体的液位。 它没有可动部件、不接触介质、没有测量盲区它没有可动

22、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对介电常数的影响, ,在易燃易爆等恶劣工况下仍能在易燃易爆等恶劣工况下仍能应用。应用。 四、称重式液罐计量仪四、称重式液罐计量仪既能将既能将，又能反映出罐中，又能反映出罐中。gHpp12由于由于21121MgLLApp杠杆平衡时杠杆平衡时（3-64）HKHMLAL112代入（代入（3-643-64）（3-65）HAM0AMH0如果液罐是均匀截面如果液罐是均匀截面（3-66）（3-67）19图图4-14 4-14 称重式液罐计量仪称重式液罐计量仪11下波纹管

23、；下波纹管；22上波纹管；上波纹管；33液相引压管；液相引压管；44气相引压管；气相引压管；55砝码；砝码；66丝杠；丝杠；77可逆电可逆电机；机；88编码盘；编码盘；99发讯器发讯器02MKLiAMLAAKKi11式中式中如果液罐的横截面积如果液罐的横截面积A为常数，得为常数，得将式（将式（3-673-67）代入式（）代入式（3-653-65），得），得02MAKL （3-68）20例题分析例题分析1.1.某贮罐内的压力变化范围为某贮罐内的压力变化范围为1215MPa，要求远传显，要求远传显示，试选择一台示，试选择一台DDZ-型压力变送器型压力变送器 ( (包括准确度等包括准确度等级和量程级

24、和量程) )。如果压力由。如果压力由12MPa变化到变化到15MPa，问这时，问这时压力变送器的输出变化了多少压力变送器的输出变化了多少? ?如果附加迁移机构如果附加迁移机构, ,问是问是否可以提高仪表的准确度和灵敏度否可以提高仪表的准确度和灵敏度? ?试举例说明之。试举例说明之。解：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。 21例题分析例题分析MPa5 .222315 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 MPa125. 0%5 .

25、 020 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mA8 . 4102512 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22例题分析例题分析mA6102515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。 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

26、的灵敏度 (只不过这时仪表量程也要作相应改变)。 23例题分析例题分析mA125. 310723712 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 mA510723715输入压力为15MPa时,输出电流为24例题分析例题分析 由此可知，当输入压力由12MPa变化到15MPa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

27、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。 25例题分析例题分析图4-15 法兰式差压变送器测液位262.2.用一台双法兰式差压变送器测量某容器的液位用一台双法兰式差压变送器测量某容器的液位, ,如图如图4-154-15所所示。已知被测液位的变化范围为示。已知被测液位的变化范围为0 03m,3m,被测介质密度被测介质密度=900kg/m=900kg/m3 3 , ,毛细管内工作介质密度毛细管内工作介质密度0 0=950kg/m=950kg/m3 3。变送器的。变送器的安装尺寸为安装尺寸为 h h1 1=1m, h=1m, h2 2=

28、4m=4m。求变送器的测量范围。求变送器的测量范围, ,并判断零点并判断零点迁移方向迁移方向, ,计算迁移量计算迁移量, ,当法兰式差压变送器的安装位置升高或当法兰式差压变送器的安装位置升高或降低时降低时, ,问对测量有何影响问对测量有何影响? ? 例题分析例题分析PagHp2648781. 99003max解：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27例题分析例题分析 所以液柱压力用Hg计算时,只要H用m,用kg/m3，g用m/s2

29、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 ghhpp01202负压室所受的压力p2为28例题分析例题分析因此，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。29例题分析例题分析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