第三章第四节物位检测及仪表(化工仪表及自动化第五版厉玉鸣)

1、大学名称或校徽大学名称或校徽WWW.SOPPT.CN化工仪表及自动化化工仪表及自动化第四节第四节 物位检测及仪表物位检测及仪表小组成员*大学大学WWW.SOPPT.CN主要内容主要内容物位检测的目的及仪表类型物位检测的目的及仪表类型一物位测量仪表物位测量仪表二物位测量仪表的选型物位测量仪表的选型三物位检测及仪表物位检测及仪表化工仪表及自动化化工仪表及自动化 压差式液位变送器 电容式物位传感器 核辐射物位计 磁致伸缩式液位计 光纤式液位计 称重式液罐计量仪*大学大学WWW.SOPPT.CN物位检测的基本概念 液位 料位 界位 物位测量的目的 测量物位仪表的种类化工仪表及自动化化工仪表及自动化物位

2、检测及仪表物位检测及仪表u直读式物位仪表 u差压式物位仪表u浮力式物位仪表 u电磁式物位仪表u核辐射式物位仪表 u声波式物位仪表u光学式物位仪表一般测量物位有两个目的一是对物位侧量的绝对值要求非常准确，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；二是对物位测量的相对值要求非常准确，要能迅速正确反映某一特定水准面上的物料相对变化，用以连续控制生产工艺过程，即利用物位仪表进行监视和控制。*大学大学WWW.SOPPT.CN物位检测的仪表类型化工仪表及自动化化工仪表及自动化物位检测及仪表物位检测及仪表H1H212气相切断阀液相切断阀玻璃管液位计利用液相压力平衡原理：gHgH221当21时H

3、1=H2*大学大学WWW.SOPPT.CN物位检测的仪表类型化工仪表及自动化化工仪表及自动化物位检测及仪表物位检测及仪表差压式物位仪表：又可分为压力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压力的原理而工作。*大学大学WWW.SOPPT.CN物位检测的仪表类型化工仪表及自动化化工仪表及自动化物位检测及仪表物位检测及仪表 浮力式物位仪表：利用浮子高度随液位变化而改变或液体对浸沉于液体中的浮子的浮力随液位高度而变化的原理工作。 可分为浮子带钢丝绳或钢带的、浮球带杠杆的和浮筒式的几种。*大学大学WWW.SOPPT.CN物位检测的仪表类型化工仪表及自动化化工仪表及自动化物位检测及仪表物位

4、检测及仪表浮筒式液位计随着液位的上升，浮筒浸没入液体的体积增大，浮筒所受的浮力增大，浮筒作用于杠杆的作用力随之减小，扭力管所受到的扭力矩也逐渐减小，芯轴所产生的角位移也相应减小，指针向液位高度相应的刻度指示。扭力管和芯轴角位移通过电动附加装置转换为电信号，用于远传。*大学大学WWW.SOPPT.CN物位检测的仪表类型化工仪表及自动化化工仪表及自动化物位检测及仪表物位检测及仪表电磁式物位仪表：使物位的变化转化为一些电量的变化，通过测量电量的变化来测知物位。分为电阻式、电容式和电感式物位仪表等。电阻式液位计电阻式液位计基于液位变化引起电极间电阻变化，由电阻变化反映液位情况。基于液位变化引起电极间电

5、阻变化，由电阻变化反映液位情况。电感式液位计电感式液位计 基于电磁感应原理，即液位变化引起线圈电感变化，感基于电磁感应原理，即液位变化引起线圈电感变化，感应电应电 流也发生变化。流也发生变化。*大学大学WWW.SOPPT.CN物位检测的仪表类型化工仪表及自动化化工仪表及自动化物位检测及仪表物位检测及仪表核辐射式物位仪表：利用核辐射透过物料时，其强度随物质层的厚度而变化的原理而工作的，目前射线应用较多。*大学大学WWW.SOPPT.CN物位检测的仪表类型化工仪表及自动化化工仪表及自动化物位检测及仪表物位检测及仪表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、声波的遮断和声波反射距离

6、的不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，测出这些变化就可测知液位。同，测出这些变化就可测知液位。超声波液位计按传声介质不同，可分为气介式、液介式和固介式三种。超声波液位计按传声介质不同，可分为气介式、液介式和固介式三种。*大学大学WWW.SOPPT.CN压差式液位变送器压差式液位变送器化工仪表及自动化化工仪表及自动化物位检测及仪表物位检测及仪表HP气差压式液位变送器原理图差压式液位变送器原理图正压室压力 P1P气Hg负压室压力 P2P气 PP1P2Hg1.工作原理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

7、也可以用压力计来直接测量液位的高低。*大学大学WWW.SOPPT.CN压差式液位变送器压差式液位变送器化工仪表及自动化化工仪表及自动化物位检测及仪表物位检测及仪表差压式液位变送器原理图（无迁移）差压式液位变送器原理图（无迁移）2.零点迁移问题变送器的正取压口、零点液位在同一水平点，不需零点迁移PgH*大学大学WWW.SOPPT.CN压差式液位变送器压差式液位变送器化工仪表及自动化化工仪表及自动化物位检测及仪表物位检测及仪表差压式液位变送器原理图（负迁移）差压式液位变送器原理图（负迁移）2.零点迁移问题当差压变送器的取压口高于容器底部的时候，需零点负迁移 h1 1 pA h p1 p2 h0 +

8、 - 1 211101AApphgpphghg12101()pppghg hh 为了使仪表的输出能正确反映出液位的数值，也就是使液位的零值与满量程能与变送器输出的上下限制相对应，调解仪表上的迁移弹簧，来抵消固定压值(h0-h1)1g的作用。这就是零点迁移。*大学大学WWW.SOPPT.CN压差式液位变送器压差式液位变送器化工仪表及自动化化工仪表及自动化物位检测及仪表物位检测及仪表差压式液位变送器原理图（正迁移）差压式液位变送器原理图（正迁移）2.零点迁移问题当差压变送器的取压口低于容器底部的时候，需零点正迁移 pA h p1 p2 h0 + - 液位零面 pB 2100ABApppphgph

9、ghg120pppghgh *大学大学压差式液位变送器压差式液位变送器WWW.SOPPT.CN化工仪表及自动化化工仪表及自动化物位检测及仪表物位检测及仪表2.零点迁移问题 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。 *大学大学WWW.SOPPT.CN压差式液位变送器压差式液位变送器化工仪表及自动化化工仪表及自动化物位检测及仪表物位检测及仪表3.用法兰式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

10、塞的问题，应使用在导压管入口处加隔离膜盒的法兰式差压变送器，如图所示。单法兰式双法兰式图 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*大学大学WWW.SOPPT.CN电容式物位传感器电容式物位传感器化工仪表及自动化化工仪表及自动化物位检测及仪表物位检测及仪表1、测量的基本原理 电容式物位传感器是由两个同轴圆筒极板组成的电容器。若在两圆筒之间充以介电常数为的介质时,则此电容器的电容量C为 介电常数。dDLcln2*大学大学WWW.SOPPT.CN电容式物位传感器电容式物位传感器化工仪表及自动化化工仪表及自动化物位检测及仪表物位检测及仪表2、液位的检测非导电介质的液位测量1内

11、电极；2外电极；3绝缘套；4流通小孔dDLCln200当液位为零时，仪表调整零点，其零点的电容为 dDHLdDHCln2ln20当液位上升为H时，电容量变为HKdDHCCCiXln200电容量的变化为*大学大学WWW.SOPPT.CN 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”，所以一般不用双电极式电极，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。电容式物位传感器电容式物位传感器化工仪表及自动化化工仪表及自动化物位检测及仪表物位检测及仪表3、料位的检测1金属电极棒；2容器壁 料位检测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

12、的关系为*大学大学WWW.SOPPT.CN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、尘埃、强光及强电磁场等环境下工作。但由于放射线对人体有害，它的剂量要加以严格控制，所以使用范围受到一些限制。核辐射物位计核辐射物位计化工仪表及自动化化工仪表及自动化物位检测及仪表物位检测及仪表 核辐射物位计示意图1辐射源；2接受器HeII0 射线的透射强度随着的放射源，随介质厚度增加其强度呈指数规律衰减，具体关系如下*大学大学WWW.SOPPT.CN磁致伸缩式液位计磁致伸缩式液位计化工仪表及自动化化工仪表及自动化物

13、位检测及仪表物位检测及仪表磁致伸缩液位计是利用磁致伸缩原理而设计的。磁致伸缩原理：某些磁性材料，在周围磁场作用下内部磁畴的趋向改变，因而引起尺寸的伸缩，被称为“磁致伸缩现象”。特点：没有电触点，可靠性强结构简单，小巧，连续反映液位的变化，精度高 非粘稠、非高温液体液位测量的一种较好和较为先进的测量方式。由于磁致伸缩信号微弱，需用特种材料及工艺灵敏的电路，所以制造难度较大，价格昂贵。*大学大学WWW.SOPPT.CN 棱镜的角度设计必须满足以下条件：当棱镜位于空气中时，有光源经发射光纤传到棱镜与气体界面上的光线满足全反射条件；而当棱镜位于液体中时，由于液体折射率比空气大，入射光线在棱镜中全反射条

14、件被破坏，其中一部分光线将透过界面而泄漏到液体中去，致使光电检测单元收到的光强减弱。光纤式液位计光纤式液位计化工仪表及自动化化工仪表及自动化物位检测及仪表物位检测及仪表全反射性光纤液位计 *大学大学WWW.SOPPT.CN 表面反射技术利用离开表面的反射光测定液位。通过落到表面上的一束入射光可以检测光束的位置，它是液位的函数 。 这种方法对于难以接触的有腐蚀性的液体及高温液体是最有吸引力的。光纤式液位计光纤式液位计化工仪表及自动化化工仪表及自动化物位检测及仪表物位检测及仪表表面反射型光纤液位传感器 *大学大学WWW.SOPPT.CN 一定容积的容器内，物料重量与料位高度应当是成比例的，因此可用

15、称重传感器或测力传感器测算出料位高低。既能将，又能反映出罐中。称重式液位计量仪称重式液位计量仪化工仪表及自动化化工仪表及自动化物位检测及仪表物位检测及仪表称重式液罐计量仪 1下波纹管；2上波纹管； 3液相引压管；4气相引压管；5砝码；6丝杠；7可逆电机；8编码盘；9发讯器21121MgLLApp杠杆平衡时gHpp12由于HKHMLAL112代入HAM0AMH0如果液罐是均匀截面*大学大学WWW.SOPPT.CN 称重式液位计量仪称重式液位计量仪化工仪表及自动化化工仪表及自动化物位检测及仪表物位检测及仪表称重式液罐计量仪 1下波纹管；2上波纹管； 3液相引压管；4气相引压管；5砝码；6丝杠；7可逆电机；8编码盘；9发讯器02MAKL 02MKLiAMLAAKKi11式中如果液罐的横截面积A为常数，得*大学大学WWW.SOPPT.CN 液面和界面测量应选用差压式仪表、浮筒式仪表和浮子式仪表。 仪表的结构形式及材质，应根据被测介质的特性来选择。 仪表的显示方式和功能，应根据工艺操作及系统组成的要求确定。 仪表量程应根据工艺对象实际需要显示的范围和实际变化范围确定。 仪表精确应根据工艺要求选择。 用于可燃性气体、蒸汽及可燃性粉尘等爆炸危险场所的电子式物位仪表，应根据所确定的危险场所类别以及被测介质的危险程度，选择合适的防