第4章物位检测工作

1、第4章物位检测工作内容提要内容提要n 物位检测的意义及主要类型物位检测的意义及主要类型n 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 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n 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 料位料位液位计液位计 料位计料位计 界面计界面计直读式物位仪表直读式物位仪表 差压式物位仪表差压式物位仪表浮力式物位仪表浮力式物位仪表 电磁式物位仪表电磁式物位仪

2、表核辐射式物位仪表核辐射式物位仪表 声波式物位仪表声波式物位仪表光学式物位仪表光学式物位仪表第一节 物位检测的意义及主要类型第二节第二节 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因此因此3n 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4液体密闭容器液体密闭容器液体敞开容器液体敞开容器固体称重仓固体称重仓第二节第二节 差压式液位计差压式液位计5n 二、零点迁移问题二、零点迁移问题gHp在使用差压变送器测量液位时，一般来说在使用差压变送器测量液位时，

3、一般来说01211pgHghp0222pghp实际应用中，正、负室压力实际应用中，正、负室压力p p1 1、p p2 2分别为分别为ghghgHpp2221121ghhgHp2121则则图图4-2 4-2 负迁移示意图负迁移示意图第二节第二节 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点相对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。应，只不过零点调整量通常较小，而零点迁移量则比较大。 同时改变了测量范围的上、下限，相当于测量范围的平移，同时改变了测量范围的上、下限，相当于测量范围的平移

4、，它不改变量程的大小。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图4-3 4-3 正负迁移示意图正负迁移示意图图图4-4 4-4 正迁移示意图正迁移示意图 某差压变送器的测量范围为某差压变送器的测量范围为0 05000Pa5000Pa，当压差由，当压差由0 0变化到变化到5000Pa5000Pa时，变送器的输出将由时，变送器的输出将由4mA4mA变化到变化到20mA20mA，这是无迁移的，这是无迁移的情况，如左图中曲线情况，如左图中曲线a a所示。负所示。负迁移如曲线迁移如曲线b b所示，正迁移如曲所示，正迁移如曲线线c c所示。所示。 7一般型号后面加一般型号后面加“A”

5、A”的为正迁移；的为正迁移；加加“B”B”的为负迁移。的为负迁移。第二节第二节 差压式液位计差压式液位计n 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、易凝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。压变送器，如下图所示。 图图4-5 4-5 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；

6、毛细管；33变送器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；99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反反馈波纹管；馈波纹管；55密封片；密封片；66插入式法插入式法兰；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

7、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n 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、料位和两种不同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。液体的分界面。 电容式液位计电容（绳）式料位计电容（绳）式料位计主要用于测量不导电流体主要用于测量不导电流体第三节 其他物位计第三节第三节 其他物位计其他物位计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

8、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，其零当液位为零时，仪表调整零点，其零点的电容为点的电容为 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11第三节第三节 其他物位计其他物位计 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，

9、仪表越灵敏。 12第三节第三节 其他物位计其他物位计 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测，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。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量料位的示左图所示为用金属电极棒插入容器来测量料位的示意图。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容器壁容器壁图图4-10 4-10 料位检测料位检测第三节第三节 其他

10、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，其介电系数也要发生变化这应注意介质浓度、温度变化时，其介电系数也要发生变化这种情况。种情况。14第三节第三节 其他物位计其他物位计n 二、核辐射物位计二、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，具体关系见式（具体关系见式（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、剧毒、适用于高温

11、、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介质的物位测量，还可以测量高温融熔金属的液位。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第三节 其他物位计n 二、核辐射物位计0045系列系列e码射频物位计码射频物位计第三节第三节 其他物位计其他物位计n 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。 可以用来连续

12、测量腐蚀性液体、高黏度液体和有毒液体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。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部件、不接触介质、没有测量盲区, ,而且测量而且测量精度几乎不受被测介质的温度、压力、相对介电常数的影精度几乎不受被测介质的温度、压力、相对介电常数的影响响, ,在易燃易爆等恶劣工况下仍能应用。在易燃易爆等恶劣工况下仍能应用。 16雷达物位计雷达物位计 第三节第三节 其他物位计其他物位计图图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接收到由液雷达波由天线发出到接收到由液面来的反射波的时间面来的反射波的

13、时间t t由下式确定由下式确定 0HLH由于由于tcLH2故故 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。种方式。17第三节第三节 其他物位计其他物位计图图4-13 4-13 微波脉冲法原理示意图微波脉冲法原理示意图要使用导波管？要使用导波管？18第三节第三节 其他物位计其他物位计n 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（3-643-64）HKHMLAL112代入（代入（3-643-64）（3-653-65）HAM0

14、AMH0如果液罐是均匀截面如果液罐是均匀截面（3-663-66）（3-673-67）19第三节第三节 其他物位计其他物位计图图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；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 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 （3-683-68）20例题分析例

15、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1215MPa1215MPa，要求远传显示，要求远传显示，试选择一台试选择一台DDZ-DDZ-型压力变送器型压力变送器 ( (包括准确度等级和量包括准确度等级和量程程) )。如果压力由。如果压力由12MPa12MPa变化到变化到15MPa15MPa，问这时压力变送器，问这时压力变送器的输出变化了多少的输出变化了多少? ?如果附加迁移机构如果附加迁移机构, ,问是否可以提高问是否可以提高仪表的准确度和灵敏度仪表的准确度和灵敏度? ?试举例说明之。试举例说明之。解：如果已知某厂生产的解：如果已知某厂生产的 DDZ-DDZ-型压力变送器的

16、规格有：型压力变送器的规格有： 0 01010，1616，2525，6060，100 100 （MPaMPa） 精度等级均为精度等级均为0.50.5级。级。 输出信号范围为输出信号范围为0 010mA10mA。 21例题分析例题分析MPa5 .222315 由已知条件，最高压力为由已知条件，最高压力为15MPa15MPa，若贮罐内的压力是比，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较平稳的，取压力变送器的测量上限为 MPa125. 0%5 . 020 若选择测量范围为若选择测量范围为0 025MPa25MPa、准确度等级为、准确度等级为0.50.5级级, ,这这时允许的最大绝对误差

17、为时允许的最大绝对误差为mA8 . 4102512 由于变送器的测量范围为由于变送器的测量范围为0 025MPa25MPa，输出信号范围为，输出信号范围为0 010mA,10mA,故压力为故压力为12MPa12MPa时时, ,输出电流信号为输出电流信号为22例题分析例题分析mA6102515压力为压力为15MPa15MPa时，输出电流信号为时，输出电流信号为 这就是说这就是说, ,当贮罐内的压力由当贮罐内的压力由12MPa12MPa变化到变化到15MPa15MPa时时, ,变送器的变送器的输出电流只变化了输出电流只变化了1.2mA1.2mA。 在用差压变送器来测量液位时，由于在液位在用差压变送

18、器来测量液位时，由于在液位H=0H=0时时, ,差压变送器的差压变送器的输入差压信号输入差压信号p p并不一定等于并不一定等于0 0，故要考虑零点的迁移。实际上，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由本例题可知，如果确

19、定正迁移量为7MPa7MPa，则变送器，则变送器的量程规格可选为的量程规格可选为16MPa16MPa。那么此时变送器的实际测量范围。那么此时变送器的实际测量范围为为7 723MPa23MPa，即输入压力为，即输入压力为7MPa7MPa时，输出电流为时，输出电流为0mA0mA；输入；输入压力为压力为23MPa23MPa时，输出电流为时，输出电流为10mA10mA。这时如果输入压力为。这时如果输入压力为12MPa12MPa，则输出电流为，则输出电流为 mA510723715输入压力为输入压力为15MPa15MPa时时, ,输出电流为输出电流为24例题分析例题分析 由此可知，当输入压力由由此可知，当

20、输入压力由12MPa12MPa变化到变化到15MPa15MPa时，输出电流变化时，输出电流变化了了1.875mA1.875mA，比不带迁移机构的变送器灵敏度提高了。，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变送器的准确度等级仍为0.50.5级，此时仪表的最大允许绝级，此时仪表的最大允许绝对误差为对误差为(23-7)(23-7)0.5% = 0.08MPa0.5% = 0.08MPa，所以，由于加了迁移机构，所以，由于加了迁移机构，使仪表的测量误差减少了。使仪表的测量误差减少了。 25例题分析例题分析图图4-15 4-15 法兰式差压变送器测液位法兰式差压变送器测液位262.

21、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所示。已知所示。已知被测液位的变化范围为被测液位的变化范围为0 0 3m,3m,被测介质密度被测介质密度=900kg/m=900kg/m3 3 , ,毛细管内工作介毛细管内工作介质密度质密度0 0=950kg/m=950kg/m3 3。变送器的安装尺寸为。变送器的安装尺寸为 h h1 1=1m, h=1m, h2 2=4m=4m。求变送器的测量。求变送器的测量范围范围, ,并判断零点迁移方向并判断零点迁移方向, ,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当法兰式差

22、压变送器的安装位置升高或降低时或降低时, ,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：当不考虑迁移量时解：当不考虑迁移量时, ,变送器的测量范围应根据液位的最变送器的测量范围应根据液位的最大变化范围来计算。大变化范围来计算。 液位为液位为3m3m时时, ,其压差为其压差为 2121/11skgmmNPa 这里值得一提的是压力单位这里值得一提的是压力单位PaPa用用SISI基本单位时就相基本单位时就相当于当于m m-1-1kgskgs-2-2，即，即27例题分析例题分析 所以液柱压力用所以液柱压力用HgHg计算时计算时, ,只要只要H

23、 H用用m,m,用用kg/mkg/m3 3，g g用用m/sm/s2 2为为单位时单位时, ,相乘结果的单位就是相乘结果的单位就是PaPa。上述计算结果。上述计算结果p pmaxmax为为26.487kPa,26.487kPa,经经过圆整后过圆整后, ,测量范围可选测量范围可选0 030kPa30kPa。 ghgHpp0101 根据图示根据图示, ,当液位高度为当液位高度为H H时时, ,差压变送器正压室所受的差压变送器正压室所受的压力压力p p1 1为为 ghhpp01202负压室所受的压力负压室所受的压力p p2 2为为28例题分析例题分析因此，差压变送器所受的压差为因此，差压变送器所受的

24、压差为ghgHppp0221 由上式可知由上式可知, ,该差压变送器应进行负迁移该差压变送器应进行负迁移, ,其迁移量为其迁移量为 h h2 20 0g g。 当差压变送器安装的高度改变时当差压变送器安装的高度改变时, ,只要两个取压法兰间只要两个取压法兰间的尺寸的尺寸h h2 2不变不变, ,其迁移量是不变的。其迁移量是不变的。29例题分析例题分析3.3.用单法兰电动差压变送器来测量敞口罐中硫酸的密度用单法兰电动差压变送器来测量敞口罐中硫酸的密度, ,利用溢利用溢流来保持罐内液位流来保持罐内液位H H恒为恒为1m1m。如图。如图4-164-16所示。已知差压变送器的所示。已知差压变送器的输出

25、信号为输出信号为010mA,010mA,硫酸的最小和最大密度分别为硫酸的最小和最大密度分别为minmin = = 1.32(g/cm1.32(g/cm3 3),),maxmax = 1.82(g/cm = 1.82(g/cm3 3) ) 图图4-16 4-16 流体密度测量示意图流体密度测量示意图minmin=1.32(g/cm=1.32(g/cm3 3),),maxmax= 1.82(g/cm= 1.82(g/cm3 3) ) 要求要求: :(1)(1)计算差压变送器的测量范围；计算差压变送器的测量范围；(2)(2)如加迁移装置如加迁移装置, ,请计算迁移量；请计算迁移量；(3)(3)如不加

26、迁移装置如不加迁移装置, ,可在负压侧加装水恒压器可在负压侧加装水恒压器 ( (如图中虚线所示如图中虚线所示) ) ，以抵消正压室附加压力的影响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请计算出水恒压器所需高度h h。30例题分析例题分析gHpmax解：（解：（1 1）若不考虑零点迁移）若不考虑零点迁移, ,那么就要以那么就要以maxmax来计算差压来计算差压变送器的测量范围。当变送器的测量范围。当=maxmax = 1.82g/cm = 1.82g/cm3 3时时, ,差压变送差压变送器所承受的差压为器所承受的差压为Pap410785. 181. 918201将将H H=1m,=1m,maxmax=1820kg/m=1820kg/m3 3，g g=9.81m/s=9.81m/s2 2代入上式代入上式, ,得得 mAI925. 81010210785. 144max 如果选择差压变送器的测量范围为如果选择差压变送器的测量范围为0 02 210104 4Pa,Pa,则当