第三章第四节物位检测及仪表

1、第四节第四节 物位检测及仪表物位检测及仪表一、概述一、概述1.定义定义:液位、料位、液体的分界面称为物位。液位、料位、液体的分界面称为物位。2.物位测量的目的物位测量的目的(1).对物位测量的对物位测量的绝对值要求非常准确绝对值要求非常准确,借以确定容器或借以确定容器或储存库中的原料、辅料、半成品或成品的数量。储存库中的原料、辅料、半成品或成品的数量。(2).对物位测量的对物位测量的相对值要求非常准确相对值要求非常准确,要能迅速正确反要能迅速正确反映某一特定水准面上的物料相对变化映某一特定水准面上的物料相对变化,用以连续控制生产用以连续控制生产工艺过程工艺过程,即利用物位仪表进行监视和控制。即

2、利用物位仪表进行监视和控制。3.物位检测仪表的分类物位检测仪表的分类(按工作原理按工作原理)(1).直读式物位仪表直读式物位仪表:利用连通器原理利用连通器原理,通过与被测容器相连通过与被测容器相连的玻璃管来直接显示液位高度。玻璃管的玻璃管来直接显示液位高度。玻璃管(玻璃板玻璃板)液位计等。液位计等。(2).差压式物位仪表差压式物位仪表:利用液柱或物料堆积对某定点产生利用液柱或物料堆积对某定点产生压力的原理而工作。有压力式和差压式物位仪表。压力的原理而工作。有压力式和差压式物位仪表。(3).浮力式物位仪表浮力式物位仪表:利用浮子高度随液位变化而变化的利用浮子高度随液位变化而变化的 原理而工作。原

3、理而工作。(4).电磁式物位仪表电磁式物位仪表:使物位的变化转换为一些电量的变化使物位的变化转换为一些电量的变化, 通过测电量的变化来测知物位。分为电阻式通过测电量的变化来测知物位。分为电阻式(电极式电极式)、 电容式电容式和电感式。和电感式。(5).核辐射式物位仪表核辐射式物位仪表:利用核辐射透过物料时利用核辐射透过物料时,其强度随其强度随 物质层的厚度而变化的原理而工作。物质层的厚度而变化的原理而工作。(6). 声波式物位仪表声波式物位仪表:由于物位的变化引起声阻抗的变化、由于物位的变化引起声阻抗的变化、 声波的遮断和声波反射距离的不同的原理而工作。声波的遮断和声波反射距离的不同的原理而工

4、作。 (7).光学式物位仪表光学式物位仪表:利用物位对光波的遮断和反射原理利用物位对光波的遮断和反射原理 而工作。而工作。 3.物位检测仪表的分类物位检测仪表的分类(按工作原理按工作原理)1.工作原理工作原理:利用容器内液体产生的静压力与液位高度成利用容器内液体产生的静压力与液位高度成正比的原理。正比的原理。 p1=p+gH, p2=pp= p1- p2=gH二、差压式液位变送器二、差压式液位变送器测量液位时测量液位时,当当H=0时时,p=Z00,称为零点迁移。当称为零点迁移。当Z00 时时,为正迁移为正迁移,当当Z0 1(被测被测介质的密度介质的密度) (1).负迁移负迁移2.零点迁移问题零

5、点迁移问题二、差压式液位变送器二、差压式液位变送器p+=2 gh1+1 gH+ p0 p-=2 gh2 + p0p=p+- p-=1gH-(h2-h1)2gp变送器正变送器正.负压室的压差；负压室的压差； H被测液位高度。被测液位高度。对于对于DDZ-型差压变送器型差压变送器,输出信号为输出信号为420mA。+QoQi PAP0P0HP+P-(1).负迁移负迁移在无迁移时在无迁移时:H=0 p=0 I0=4mA(差压变送器的输出差压变送器的输出) 起始点为零。起始点为零。H= Hmax p=pmax I0=20mA。 当当H=0时时,p=Z0= -(h2-h1)2 g0,为为负零点迁移量负零点

6、迁移量,变送器的输出变送器的输出I04mA。 H=Hmax时时,p=gHmax+Z0,变送器输出变送器输出I00,变送器的输出变送器的输出I04mA； 当当H=Hmax时时,p=gh+gHmax,变送器输出变送器输出I020mA。(2).正迁移正迁移因取压点与差压变送器安装因取压点与差压变送器安装不在不在同一高度同一高度,引起的引起的附加附加压差压差Z0,使液位使液位起始值不为零起始值不为零。超出超出正常输出范围正常输出范围(4mA-20mA)。为了抵消为了抵消Z0的影响的影响,在差压变送器上在差压变送器上增加增加零点迁移弹簧零点迁移弹簧。零点迁移的实质零点迁移的实质如图曲线如图曲线a为无迁移

7、。为无迁移。曲线曲线b为负迁移。为负迁移。曲线曲线c为正迁移。为正迁移。通过零点迁移弹簧来实现的。通过零点迁移弹簧来实现的。零点迁移的零点迁移的实质实质:改变差压变送器的测量差压改变差压变送器的测量差压(即液位即液位)范围范围而其输出信号的范围不变而其输出信号的范围不变,量程不变。量程不变。组成组成:由法兰式测量头由法兰式测量头(金属膜盒金属膜盒).毛细管和变送器组成。毛细管和变送器组成。分类分类:单法兰式和双法兰式。单法兰式和双法兰式。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方法方法:在膜盒、毛细管和测量室在膜盒、毛细管和测量室所组成的封闭系统内充有硅油所组成的封闭系统内充

8、有硅油,作为传压介质作为传压介质,使被测介质不进使被测介质不进入毛细管和变送器内入毛细管和变送器内,以免堵塞。以免堵塞。作用作用:测量具有腐蚀性测量具有腐蚀性.含固体颗粒含固体颗粒.粘度大及易凝固等液体的液位。粘度大及易凝固等液体的液位。LCDnd2 三、电容式物位传感器三、电容式物位传感器组成组成:两个同轴的圆筒形电极两个同轴的圆筒形电极,中间充中间充以电介质组成圆筒形电容器。以电介质组成圆筒形电容器。如图如图, L-遮盖部分的长度遮盖部分的长度; d-内电极的外径内电极的外径; D-外电极的内径外电极的内径;-介质的介电常数介质的介电常数,则电容量为：则电容量为：CL 当当D.d一定时一定

9、时,则则 。1.测量原理测量原理:在电容器的极板之间在电容器的极板之间,充以不同介质时充以不同介质时,电容量电容量的大小就不同。可通过测电容量的变化来测物位。的大小就不同。可通过测电容量的变化来测物位。002LCDnd 当液位为零时当液位为零时,仪表调整零点仪表调整零点(或在某一起始液位调零也可或在某一起始液位调零也可),其零点的电容为：其零点的电容为：02()2LHHCDDnndd 002 ()xiHCC CKHDnd 2.液位的检测液位的检测0 -空气介电系数空气介电系数;当液位上升为当液位上升为H时时,电容为：电容为：电容的变化为电容的变化为:Ki为比例系数。为比例系数。0D(- ),d

10、和和的的值值越越大大 仪仪表表越越灵灵敏敏。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: 02xHCDnd 3.料位的检测料位的检测D,d-分别为容器的内经和电极的外径；分别为容器的内经和电极的外径；,0 -分别为物料和空气的介电系数。分别为物料和空气的介电系数。由于固体间磨损大由于固体间磨损大,易滞留易滞留,用电极棒及容器壁组成电容器用电极棒及容器壁组成电容器的两极测量非导电固体料位。的两极测量非导电固体料位。电容物位计的电容物位计的传感器特点传感器特点:结构简单、使用方便。结构简单、使用方便。 因电容变化量不大因电容变化量不大,要精确测量要精确测量,常通过电子线路常通过电子线

11、路将电信号放大后再进行测量。将电信号放大后再进行测量。 还应注意介质浓度、温度变化时还应注意介质浓度、温度变化时,其介电系数也其介电系数也要发生变化要发生变化,以便及时调整仪表以便及时调整仪表,达到测量目的。达到测量目的。四、核辐射式物位计四、核辐射式物位计测量原理测量原理:放射性同位素的辐射线射入一定厚度的介质时放射性同位素的辐射线射入一定厚度的介质时,部分粒子因克服阻力与碰撞动能消耗被吸收部分粒子因克服阻力与碰撞动能消耗被吸收,另一部分粒另一部分粒子则透过介质。射线的透射强度随介质厚度增加而减弱。子则透过介质。射线的透射强度随介质厚度增加而减弱。关系式：关系式：-介质对放射线的吸收系数；介质对放射线的吸收系数；H-介质层的厚度介质层的厚度; I-穿过介质后的射线强度。穿过介质后的射线强度。 不同介质吸收射线的能力是不同。不同介质吸收射线的能力是不同。固体吸收能力最强固体吸收能力最强,液体次之液体次之,气体最弱。气体最弱。HeII0特点特点:核辐射线特性不受温度、湿度、压力、电核辐射线特性不受温度、湿度、压力、电磁场等影响磁场等影响,适用于高温、高压容器、强腐蚀、