化工仪表第五讲

1、一、概述第四节 物位检测及仪表 在容器中液体介质的高低叫液位； 在容器中固体或颗粒状物质的堆积高度叫料位；测量液位的仪表叫液位计;测量料位的仪表叫料位计;测量两种密度不同液体介质的分界面的仪表叫界面计。上述三种仪表统称为物位仪表。物位测量要解决那些问题？在化工生产及硅酸盐工业生产中，有很多“塔、罐”，其中盛放工艺过程中的“中间产品”、或原料、或成品。其物位“H”是生产所必需确知参数。因为可以对容器中物料总量、体积、压力等都会有相应的估算，来满足工艺要求。1一、概述对现场条件来讲：（有一个液罐）1、容器内介质为液体（或粉末颗粒状固体）2、器壁不透明（水泥或钢板制成）3、“H”不允许用肉眼观察（高

2、温、剧毒、腐蚀、罐顶密封等）4、“H”为随机变量，即进料流量不等于出料流量5、若液罐是颠簸摇摆的机动车油箱？HQ1Q22一、概述对相应条件有一定要求：1、容器内介质为常压常温水，能就地观察（在罐外）到液位数值（如一般水箱）2、介质为高压高温水，液位变化不大，就地观察（如锅炉汽包类压力容器）3、液位变化范围较大的敞口容器（或密闭容器）4、被测介质为粘稠状液体（水泥浆、重油类、含固体颗粒，高能流动）5、“H”信号需要远传，精度要求不高（或很高）H3一、概述 测量物位仪表按其工作原理主要有下列几种类型: (1)直读式物位仪表 这类仪表中主要有玻璃管液位计、玻璃板液位计等。 (2)差压式物位仪表 它又

3、可分为压力式物位仪表和差压式物位仪表，利用液柱或物料堆积对某定点产生压力的原理而工作。 (3)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(或称沉筒)的浮力随液位高度而变化的原理工作。它又可分为浮子带钢丝绳或钢带的、浮球带杠杆的和沉筒式的几种。 (4)电磁式物位仪表 物位的变化转换为一些电量的变化，通过测出这些电量的变化来测知物位。它可以分为电阻式(即电极式)、电容式和电感式物位仪表等。4LTS直读式液位计UNS、UGS系列彩色玻璃液位计UHZ系列磁翻板式液位计5DL40型浮筒液位计磁浮子液位计6 (5)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

4、化的原理而工作的。目前应用较多的是射线。 (6)声波式物性仪表 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的不同，测出这些变化就可测知物位。所以声波式物位仪表可以根据它的工作原理分为声波遮断式、反射式和阻尼式。 (7)光学式物仿仪表 利用物位对光波的遮断和反射原理工作，它利用的光源可以有普通白炽灯光或激光等。 此外，还有一些其他型式的物位仪表， 下面重点介绍差压式液位计，并简单介绍几种其它类型的物位测量仪表。一、概述7 二、差压式液位变送器1.工作原理：了解差压式液位计，先从静压式液位计（压力表式）讲起。P压强的单位：1kgfcm210mH2O760mmHg；这里被测介质密度一定

5、，P和H线性。敞口容器中，PgH，加一块压力表即可；HPg，将压力表示值乘以系数即液位值HP08.工作原理那么一旦条件发生改变，要求的测量方式也要跟着变化。针对密闭容器，腐蚀性介质，测量精度要求较高，信号需远传的测量要求：压差式液位变送器密闭容器压力容器，客观上存在气相空间的压力P2，而且这个P2不是定值有很多因素干扰，液位变化、介质和环境温度的变化。如果还用压力表式测量，PgHP2，无法获取P2的变化，将差压变送器正负测压室与容器上下端相连。取得上下压差 PgHP2P2gH；9 二、差压式液位变送器即 压差与液位间是单值函数关系。 PgH 为了解决测量具有腐蚀性或含有结晶颗粒以及粘度大、易凝

6、固等液体液位时引压管线被腐蚀、被堵塞的问题，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346所示。.用法兰式差压变送器测量液位 作为敏感元件的测量头1(金属膜盒)，经毛细管2与变送器3的测量室相通。在膜盒、毛细管和测量室所组成的封闭系统内充有硅油，作为传压介质，并阻挡被测介质进入毛细管引起堵塞。 10 .用法兰式差压变送器测量液位 法兰式差压变送器按其结构形式又分为单法兰式及双法兰式两种。容器与变送器间只需一个法兰将管路接通的称为单法兰差压变送器，而对于上端和大气隔绝的闭口容器，因上部空间与大气压力多半不等，必须采用两个法兰分别将液相和气相压力导至差压变送器，如图346所示，这就是

7、双法兰差压变送器。11 .零点迁移问题 （）一般来说，差压p与液位高度H之间有如下关系： 这就属于一般的“无迁移”情况。当H=0时，作用在正、负压室的压力是相等的。 将差压变送器的一端接液相，另一端接气相。设容器上部空间为干燥气体，其压力为，则 当被测容器是敞口的，气相压力为大气压时，不需要远传信号，也可以在容器底部安装压力表，根据压力与液位H成正比的关系，可直接在压力表上按液位进行刻度。 =+ ;=; =-= -液位高度；-重力加速度； -介质密度； , -分别为差压变送器正、负压室的压力。12 （2） 负迁移 在实际应用中，往往H与p之间的对应关系不那么简单。如图所示，为防止容器内液体和气

8、体进入变送器而造成管线堵塞或腐蚀，并保持负压室的液柱高度恒定，在变送器正、负压室与取压点之间分别装有隔离罐，并充以隔离液。 .零点迁移问题13 .零点迁移问题 若被测介质密度为1，隔离液密度为2(通常21)，这时正、负压室的压力分别为: 分析,当H0时，p一(h2一h1)2g ，对比无迁移情况，相当于在负压室多了一项压力，其固定数值为(h2一h1)2g 。 采用零点迁移的办法就能够达到此目的，即调节仪表上的迁移弹簧，以抵消固定压差(h2一h1)2g的作用。 14 .零点迁移问题(3) 正迁移 由于工作条件的不同，有时会出现正迁移的情况，如图所示。 当H0时，正压室多了一项附加压力hg，或者说H

9、0时，phg，这时变送器输出大于4mA(输出范围:4-20mA)。 迁移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。 15零点迁移 P=1gH P=1gH -2g（h2-h1） P=1gH +1gh1 无迁移 负迁移 迁移量： -2g（h2-h1） 正迁移 迁移量： 1gh1 16 例如，某差压变送器的测量范围为0一5000Pa，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，如图曲线a所示。 当有负迁移时，如图曲线b所示。克服作用于负压室的额外压力。标注A 当有正迁移时，如图曲线c所示。克服作用于正压室的额外压力。标注 .零

10、点迁移问题17 .差压称重： (称重式液罐计量仪) 例如储油罐内油品重量为(100吨),由于体积和密度会随外界温度等因素而变，单测液位，不能如实反映被测介质质量大小。 三、差压测量方式的其它应用 差压称重，是利用天平原理。 p= g H 当杠杆平衡时，差压p利作用于杠杆一端，调整砝码使其平衡。有等式成立： pA1L1=MgL2 L2=(A1L1/M ) H; M0= HA0; 推出： L2 =kM0 即 L2与管内介质的总质量M0成正比，与密度无关。18 2.差压测密度： 三、差压测量方式的其它应用 由式 p= g H 可知,当H固定时， p即为的单值函数。例如电解工序,电解液需要连续测量密度

11、变化,电镀、湿法冶炼QH溢流19 .差压测界面： 三、差压测量方式的其它应用注:1 H不得低于负压取压口高度;2 比例系数尽可能大;3 选用高灵敏度微差压计测取p;4 两种液体必不相溶,且有明显的界面存在。 两种密度不同的，且不相混合的液体界面，如油库的“水底”1H2h20四、电容式物位传感器 1测量原理 在电容器的极板之间，充以不同介质时，电容量的大小也有所不同。由两个同轴圆柱极板1，2组成的电容器。 在两圆筒间充以介电系数为的介质时，则两圆筒间的电容量表达式为: 所以，当D和d一定时，电容量C的大小与极板的长度L和介质的介电常数的乘积成比例。21 2液位的检测 对非导电介质液位测量的电容式液位传感器原理如图348所示。 四、电容式物位传感器22 3料位的检测 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”，可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。 它的电容量变化与料位升降的关系为:四、电容式物位传感器23五、核辐射式物位计 放射线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。只有一部分粒子则透过介质。射