工业仪表第5章物位测量ppt课件

1、 物位丈量物位丈量5.1 概述概述物位丈量的缘由：物位丈量的缘由：消费过程中，需求了解罐、塔、库等容器的液位，液体消费过程中，需求了解罐、塔、库等容器的液位，液体- -液体液体间，液体间，液体- -固体之间的界面高度，以及固体物料的料位，等。固体之间的界面高度，以及固体物料的料位，等。几个概念：几个概念：物位：容器内所储存物体的上外表位置。物体可以是流体，固物位：容器内所储存物体的上外表位置。物体可以是流体，固体，也可以是不同物体，或者形状不同物体交接面。体，也可以是不同物体，或者形状不同物体交接面。界面：指液界面：指液- -液、液液、液- -固等的分界面，分别称为液固等的分界面，分别称为液-

2、 -液、液液、液- -固界固界面。面。物位丈量就是确定液位、料位或界面的位置。物位丈量就是确定液位、料位或界面的位置。物位丈量的目的物位丈量的目的 ：1 1经过丈量物位，确定容器内原料、半废品，或者产品的数量；经过丈量物位，确定容器内原料、半废品，或者产品的数量；2 2经过丈量物位，确定消费过程能否延续，便于控制和调理，经过丈量物位，确定消费过程能否延续，便于控制和调理，满足消费要求。满足消费要求。5.1.1 5.1.1 物位丈量的特点物位丈量的特点(1) 液体为可流动性物体，流进或流出容器时，界面会发生动摇。为准确丈量液位，该当采取措施，尽量坚持被测液面部分的稳定。(2) 大型容器内的液体各

3、处温度、密度和粘度能够不均匀。在丈量液位时，必需留意仪表的选型和对温度、密度、粘度不均匀所带来丈量误差的补偿。料仓或槽斗内安息角、孔隙料仓或槽斗内安息角、孔隙 (3)物料性质不同、颗粒物料性质不同、颗粒大小不同时，休止角也不大小不同时，休止角也不同，丈量料位须知道休止同，丈量料位须知道休止角，将仪表安装在适当位角，将仪表安装在适当位置，反映料位的真实情况，置，反映料位的真实情况，并尽量避开进料口，或安并尽量避开进料口，或安装防冲击挡板，以免物料装防冲击挡板，以免物料来由上而下的直接冲击而来由上而下的直接冲击而损坏仪表。损坏仪表。(4) 由于物料受含水量、粘性、颗粒外形差别，以及容器构造、进、出

4、料口位置等要素的影响，出料口附近往往会出现如图5-1所示的大孔隙(俗称“架桥)。这种孔隙将对容器中物料实践贮量的丈量产生影响。因此，在丈量时必需加以消除。5很多对象只需丈量上、下限，并不延续丈量。实践上，这很难办到实践上，这很难办到(6) 丈量范围宽几毫米到上百米，丈量对象多，故丈量仪表种类多，丈量原理也较多。(7) 丈量条件恶劣高温、高压、低比重介质、强腐蚀介质5.1.2 5.1.2 物位仪表的类型物位仪表的类型(1) (1) 直读式物位仪表直读式物位仪表 原理：连通器原理原理：连通器原理 例：玻璃管液位计、玻璃板液位计例：玻璃管液位计、玻璃板液位计(2) (2) 浮力式液位仪表浮力式液位仪

5、表 原理：浮子高度随液位变化而改动，或对浸没于液体中原理：浮子高度随液位变化而改动，或对浸没于液体中的浮子的浮力随液面高度变化的原理任务的。的浮子的浮力随液面高度变化的原理任务的。(3) (3) 差压式物位仪表差压式物位仪表 原理：容器内物位改动，呵斥液柱产生的静压变化原理原理：容器内物位改动，呵斥液柱产生的静压变化原理任务。任务。 1 1压力式物位仪表；压力式物位仪表； 2 2差压式物位仪表差压式物位仪表 (4) (4) 电磁式物位仪表电磁式物位仪表 原理：将物位变化转换为电量变化，经过丈量这些电量变原理：将物位变化转换为电量变化，经过丈量这些电量变化间接丈量物位。化间接丈量物位。 例：电阻

6、式电极式、电容式和电感式，还有利用压磁例：电阻式电极式、电容式和电感式，还有利用压磁效应任务的物位仪表。效应任务的物位仪表。 (5) (5) 核辐射式物位仪表核辐射式物位仪表 原理：利用核辐射透过物料时，物质对放射性同位素放射原理：利用核辐射透过物料时，物质对放射性同位素放射的射线常为的射线常为g g射线的吸收作用为根底进展物位丈量。射线的吸收作用为根底进展物位丈量。 (6) (6) 声波式物位计声波式物位计原理：利用超声波在气体、液体或固体中衰减的程度、穿原理：利用超声波在气体、液体或固体中衰减的程度、穿透才干和辐射声阻抗等各不一样的性质进展物位丈量。透才干和辐射声阻抗等各不一样的性质进展物

7、位丈量。分类： 1声波遮断式物位计 2声波反射式物位仪 3声阻尼式物位仪 (7) 光学式物位仪表原理：利用物位对光波的遮断和反射原理任务，光源可以是普通的白炽灯光或激光等。 8机械接触式：重锤式、旋翼式、音叉式5.1.3 物位仪表运用时应思索的要素物位仪表运用时应思索的要素1) 被测对象的形状 液体：温度、压力、比重、粘度、粘附性、气泡、悬浮物、介电常数、电导率、液位变化速度等。 固体：温度、压力、比重、粘附性、含水量、粒度、物料变化速度等。2) 被测物位要求延续丈量，报警或控制。3) 丈量范围。4) 丈量准确度或控制准确度。5) 容器情况：开口 or 密闭，大小、外形等。6) 能否要求防腐蚀

8、或防爆，及要求的防爆等级。7) 任务环境：湿度、温度，烟雾、灰尘、磁场、放射性、振动等。8) 安装位置：接触介质否？垂直 or 程度安装?在容器的何处？5.25.2压差式物位计压差式物位计5.2.1概述分类：压力式物位计和差压式物位计。特点1丈量范围大；2检测部件除膜片外，无可动部件；3可以丈量黏度大、容易结晶、有悬浮物或腐蚀性介质的场所；4丈量结果受介质密度变化影响小。5.2.2压力式液位计原理：根据容器内液面高度H和液柱质量呵斥的静压力p成比例关系，确定液面的位置。图5-2为根本原理图。P=gH (5-1)广泛运用于开口容器和受压广泛运用于开口容器和受压容器中的物位丈量。容器中的物位丈量。

9、5.2.35.2.3差压式物位计差压式物位计1 1利用差压法丈量液位利用差压法丈量液位原理阐明：图原理阐明：图5-35-3所示。所示。p=p2-p0=p1+p0-p0=p1p=p2-p0=p1+p0-p0=p1而而 p1=gH p1=gH，因此，因此 H=p1/(g) H=p1/(g)2丈量锅炉水位的差压式水位计图5-4所示。组成：平衡容器、差压变换器和显示仪表。特点：可以延续显示水位，也可以发报警告和向水位调理器提供信号。1平衡容器组成平衡平衡容器容器负压管、正压管、冷凝容器、上下衔接纳组成。任务原理：平衡容器就是水位传感器，在起内部呵斥一个恒定的水静压力，使之与被测水位构成的水静压力相比较

10、，输出二者之差，从而测出被测液体的水位高度。负压管负压管正压管正压管冷凝容器冷凝容器主要问题：介质密度会由于温度和压力的变化而变化，从而呵斥误差。处理方法：采取补偿、校验措施。2定量阐明p+=p+L1gp-=p+(L-H0-H)g+(H0+H) gp=p+- p-=L(1- )g-H0(- )g- H (- )gg 重力加速度；1 平衡容器中水的平均密度；、 压力p时的饱和水与饱和蒸汽密度。5.3 电接点液位计电接点液位计 阐明：属连通器式液位计，用于低粘度液体的液位丈量。阐明：属连通器式液位计，用于低粘度液体的液位丈量。 组成：玻璃管和标尺。组成：玻璃管和标尺。 电接点水位计的变形构造有：电

11、接点水位计的变形构造有： 玻璃板式：用于中低压锅炉汽包水位丈量玻璃板式：用于中低压锅炉汽包水位丈量 云母片式：用于高压锅炉汽包水位丈量云母片式：用于高压锅炉汽包水位丈量 双色式：汽水分界面二侧为红绿两色，是结合玻璃板式双色式：汽水分界面二侧为红绿两色，是结合玻璃板式和双色式水位计构造特点，并辅助于光学系统而设计的。和双色式水位计构造特点，并辅助于光学系统而设计的。 电接点式：由水位传感器和电气显示仪表组成电接点式：由水位传感器和电气显示仪表组成 5.3.1 5.3.1 电接点水位计的水位传感器原理电接点水位计的水位传感器原理 原理：带假设干电接点的连通容器，因汽、水导电性能原理：带假设干电接点

12、的连通容器，因汽、水导电性能差别，被水淹没的电接点所在电路处于低电阻差别，被水淹没的电接点所在电路处于低电阻( (相当于相当于开封锁合开封锁合) )，因此被水接通的电接点位置可表示水位。，因此被水接通的电接点位置可表示水位。电接点导通的显示方法：灯泡闪亮，带放大器的发光二电接点导通的显示方法：灯泡闪亮，带放大器的发光二极管等。极管等。 丈量筒和汽包相连，据连通器力平衡原理从汽包内丈量筒和汽包相连，据连通器力平衡原理从汽包内取出丈量水柱。传感器是水柱中组成丈量标尺的系列电取出丈量水柱。传感器是水柱中组成丈量标尺的系列电极，将水柱分成假设干区间。电极在水中对应点呈绿色，极，将水柱分成假设干区间。电

13、极在水中对应点呈绿色，在汽中对应点呈红色，红绿灯光柱界面显示水位。在汽中对应点呈红色，红绿灯光柱界面显示水位。5.3.2 电接点式水位传感器的构造电接点式水位传感器的构造电接点水位计电接点水位计1汽包汽包 2丈量筒丈量筒 3下接纳下接纳 4电接点电接点组成：丈量筒壳组成：丈量筒壳( (连通容器连通容器) )、电接点座和电接点等。、电接点座和电接点等。丈量筒长度视水位丈量范围而定，直径确定思索接丈量筒长度视水位丈量范围而定，直径确定思索接点数目点数目( (保证开孔后有足够的强度保证开孔后有足够的强度) )。电接点数目：多为电接点数目：多为1515、l7l7和和1919。为保证强度和便于。为保证强

14、度和便于安装，在丈量筒外壳上按安装，在丈量筒外壳上按120120分布。接点间距不均匀，分布。接点间距不均匀，正常水位附近接点密度较大。正常水位附近接点密度较大。电接点应能在高温高压下正常任务，温度剧变时不电接点应能在高温高压下正常任务，温度剧变时不走漏，耐腐蚀，与筒壳绝缘好。常用超纯氧化铝走漏，耐腐蚀，与筒壳绝缘好。常用超纯氧化铝( (高高压炉压炉) )和聚四氟乙烯和聚四氟乙烯( (中压炉中压炉) )作绝缘资料。作绝缘资料。测点最小间隔为测点最小间隔为15mm15mm，即丈量标尺最小刻度和阶跃，即丈量标尺最小刻度和阶跃最小幅度为最小幅度为15mm15mm。5.3.3 5.3.3 电接点水位传感

15、器的误差电接点水位传感器的误差 散热引起的误差散热引起的误差一切连通器式水位计共存。一切连通器式水位计共存。措施：适当加粗汽侧和水侧的连通导管，筒壳顶措施：适当加粗汽侧和水侧的连通导管，筒壳顶部不保温，添加凝结水量，筒壳其他部分保温以部不保温，添加凝结水量，筒壳其他部分保温以减少散热。减少散热。 不延续指示引起的误差。接点之间的水位变化不不延续指示引起的误差。接点之间的水位变化不能反映，即构成能反映，即构成“盲区，合理布置接点可以改善盲区，合理布置接点可以改善此盲区，但总是不宜作调理信号用。此盲区，但总是不宜作调理信号用。定义：丈量料位的计量器称为料位计。定义：丈量料位的计量器称为料位计。常用

16、的料位计有：重锤式料位计、电容常用的料位计有：重锤式料位计、电容脉冲式料位计、阻移式料位计、阻旋式脉冲式料位计、阻移式料位计、阻旋式料位计、料位计、射线料位计、超声波料位计射线料位计、超声波料位计等。等。 5.4 料位计料位计重锤式料位计表示图重锤式料位计表示图组成：组成：与钢丝绳衔接的重锤；与钢丝绳衔接的重锤；执行机构；执行机构；启动器；启动器；信号转换部分；信号转换部分；数据采集与显示部分；数据采集与显示部分；控制逻辑部分控制逻辑部分5.4.1 重锤式料位计重锤式料位计(1) 重锤式料位计任务原理重锤式料位计任务原理探头接触物料前后的钢丝绳受力变化探头接触物料前后的钢丝绳受力变化电动执行器

17、转化成电动执行器转化成荷重、失重信号荷重、失重信号传送给仪表逻辑控制系统传送给仪表逻辑控制系统对执行器发出指令，完成探测对执行器发出指令，完成探测阐明：仪表同时经过传感元件将负荷情况随时传送阐明：仪表同时经过传感元件将负荷情况随时传送给计数电路，供仪表显示、报警用给计数电路，供仪表显示、报警用任务过程的三个阶段：任务过程的三个阶段：静止阶段：静止阶段： 当处于当处于“手动形状时，钢丝绳接受探头重锤分量，执行器转轴受一力手动形状时，钢丝绳接受探头重锤分量，执行器转轴受一力矩，发出矩，发出“荷重信号。手动按钮接通后，逻辑控制器遭到触发，仪表进入荷重信号。手动按钮接通后，逻辑控制器遭到触发，仪表进入

18、探测阶段。探测阶段。 当处于当处于“自动形状时，经过仪表内自动形状时，经过仪表内“延时环节发出信号触发逻辑控制延时环节发出信号触发逻辑控制系统，仪表进入自动丈量形状。系统，仪表进入自动丈量形状。丈量阶段：丈量阶段： 逻辑控制系统使计数逻辑控制系统使计数译码电路复位，去除上次丈量值，磁力起动器启译码电路复位，去除上次丈量值，磁力起动器启动电动机正向运转，使重锤下降。执行器发出正比于探头行程的光电脉冲信动电动机正向运转，使重锤下降。执行器发出正比于探头行程的光电脉冲信号，经计数电路和译码器自动将探头行程转换成直流电流信号号，经计数电路和译码器自动将探头行程转换成直流电流信号(0(010mA)10m

19、A)供供显示及报警。显示及报警。 探头接触物料后，钢丝绳受力迅速减小，执行器发出探头接触物料后，钢丝绳受力迅速减小，执行器发出“失重信号，传失重信号，传至逻辑控制系统，整机脱离丈量。至逻辑控制系统，整机脱离丈量。前往阶段：前往阶段： 逻辑控制系统收到逻辑控制系统收到“失重信号后，磁力起动器使电动机反转，探头上失重信号后，磁力起动器使电动机反转，探头上升，并将探头行程转换成直流电流值以显示容器内的料位。同时升，并将探头行程转换成直流电流值以显示容器内的料位。同时 “保管记忆保管记忆信号，直至下一过程开场。探头上升到静止原位时，发出信号，电动机停信号，直至下一过程开场。探头上升到静止原位时，发出信

20、号，电动机停顿运转，进入静止阶段。顿运转，进入静止阶段。(2) 主要技术目的主要技术目的丈量范围：丈量范围：023M；操作方式：包括手动操作，定时操作。定时为操作方式：包括手动操作，定时操作。定时为110min，分十档任选；，分十档任选；被测介质温度：常温；被测介质温度：常温；环境温度：环境温度：-20+55；根本误差：根本误差：10mm；重锤质量：重锤质量：0.3kg。1丈量原理丈量原理组成：传感器和二次仪表组成。组成：传感器和二次仪表组成。同轴圆柱形电容器的电容量：同轴圆柱形电容器的电容量：5.2 电容脉冲式物位计电容脉冲式物位计dDLCrln20极板长度极板长度介质的相对介质的相对介电常

21、数介电常数真空的介电真空的介电常数常数同轴圆柱形极板电容器同轴圆柱形极板电容器d经过电容传感器把物位转换成电容量的变化，然后再用丈量电容量的方法确定物位数值。传感器把料位的变化转变成与之对应的电容量的变化，由丈量电路转变为与之对应的电脉冲信号，远传给二次仪表处置 电容传感器插入被测容器内，被测介质为液体，介电容传感器插入被测容器内，被测介质为液体，介电常数为电常数为22，其覆盖气体的介电常数为，其覆盖气体的介电常数为11。液位高度为零时，两极间充溢气体，电容量为液位高度为零时，两极间充溢气体，电容量为C C。液体升高液体升高H H时，两极之间有时，两极之间有H H高度被液体浸入，由于高度被液体

22、浸入，由于11与与22不同，必产生电容量的变化不同，必产生电容量的变化C CdDHCln)(212由内电极由内电极1 1和与它和与它相绝缘的同轴金属相绝缘的同轴金属圆筒制成的外电极圆筒制成的外电极2 2组成，内外电极之组成，内外电极之间采用绝缘套管间采用绝缘套管3 3进进展绝缘固定。展绝缘固定。丈量非导电介质液位电容传感丈量非导电介质液位电容传感器器丈量导电介质液位的电容传感器丈量导电介质液位的电容传感器被测介质为导电液体，内电极要用绝缘物被测介质为导电液体，内电极要用绝缘物覆盖作为中间介质，导电液体与金属容器壁一覆盖作为中间介质，导电液体与金属容器壁一同作为外电极。同作为外电极。当被测液位为

23、零时，电容器中间所充介质是介电常数为当被测液位为零时，电容器中间所充介质是介电常数为e0e0的气体，电容器的电容为：的气体，电容器的电容为：C0=2 pe0L/ln(R/r)C0=2 pe0L/ln(R/r)当液位为某一高度当液位为某一高度H H时，电容器可视为两部分电容的并时，电容器可视为两部分电容的并联组合，即联组合，即C1= 2pe1H/ln(R/r) + 2pe0(L-H)/ln(R/r) C1= 2pe1H/ln(R/r) + 2pe0(L-H)/ln(R/r) 液位变化引起的电容增量为：液位变化引起的电容增量为：C=C1-C0C=C1-C0那么：那么： C= 2p(e1-e0)H/

24、 ln(R/r) C= 2p(e1-e0)H/ ln(R/r) 可见，电容的增量与被测液位成正比，因此测出电可见，电容的增量与被测液位成正比，因此测出电容增量的变化便可知道液位的高容增量的变化便可知道液位的高液体的介电常数液体的介电常数电极被液体浸没的高度电极被液体浸没的高度固体料位的丈量固体料位的丈量用一根电极棒与金属容用一根电极棒与金属容器壁构成电容器的两电极，器壁构成电容器的两电极，将金属电极棒插入容器内将金属电极棒插入容器内的被测物料中，以金属棒的被测物料中，以金属棒作内电极，金属容器壁为作内电极，金属容器壁为外电极，与非导电物料的外电极，与非导电物料的料位丈量一样，丈量电容料位丈量一

25、样，丈量电容量的变化，即可测得料位。量的变化，即可测得料位。5.4.35.4.3阻旋式料位计阻旋式料位计阻旋式料位计表示图阻旋式料位计表示图1-同步电机；同步电机； 2-微动开关；微动开关； 3-传传动齿轮；动齿轮；4-斜板；斜板； 5-主轴；主轴； 6-旋翼旋翼构造及任务原理：同步电机经过传构造及任务原理：同步电机经过传动齿轮动齿轮Z1、Z2、Z3、Z4减速后，带减速后，带动主轴转动，主轴上的旋翼以动主轴转动，主轴上的旋翼以3r/min的速度转动。的速度转动。料位上升接触到旋翼时，旋翼旋转料位上升接触到旋翼时，旋翼旋转受阻，齿轮受阻，齿轮Z3在同步电机驱动下，在同步电机驱动下，抑制前往弹簧的阻力，沿齿轮抑制前往弹簧的阻力，沿齿轮Z4作作圆周运动，同时带动斜板转动，斜圆周运动，同时带动斜板转动，斜板的微小位移推进两微动开关的触板的微小位移推进两微动开关的触点，一只微动开关切断同步电机电点，一只微动开关切断同步电机电源，电机停顿转动，另源，电机停顿转动，另微动开关微动开关对外发出触点信号。对外发出触点信号。料位下降到低于旋翼的位置时，作用于旋翼上的阻力消除，斜板料位下降到低于旋翼的位置时，作用于旋翼上的阻力消除，斜板依托前往弹簧的