化工仪表及自动化培训课件

1、化工仪表及自动化第四章 物位检测内容提要要物位检测测的意义义及主要要类型压差式液液位计工作原理理零点迁移移问题用法兰式式差压变变送器测测量液位位其他物位位计电容式物物位计核辐射物物位计雷达式液液位计称重式液液罐计量量仪1第一节物物位检检测的意意义及主主要类型型2几个概念念液位料料位液位计料料位计界界面面计测量物位位的两个个目的按其工作作原理分分为直读式物物位仪表表差差压压式物位位仪表浮力式物物位仪表表电电磁磁式物位位仪表核辐射式式物位仪仪表声声波式式物位仪仪表光学式物物位仪表表第二节差差压式式液位计计将差压变送器的一端接液相，另一端接气相因此3一、工作作原理图4-1 差压式液位计原理图第二节差

2、差压式式液位计计 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,这时也可以用压力计来直接测量液位的高低。若容器是受压的,则需将差压计的负压室与容器的气相相连接。以平衡气相压力 pA的静压作用。 结论4第二节差差压式式液位计计5二、零点迁移移问题在使用差压变送器测量液位时，一般来说实际应用中，正、负室压力p1、p2分别为则图4-2 负迁移示意图第二节差差压式式液位计计迁移弹簧簧的作用用改变变送送器的零零点。迁移和调调零都是使变变送器输输出的起起始值与与被测量量起始点点相对应应，只不不过零点点调整量量通常较较小，而而零点迁迁移量则则比较大大。迁

3、移同时改变变了测量量范围的的上、下下限，相相当于测测量范围围的平移移，它不不改变量量程的大大小。6第二节差差压式式液位计计图4-3 正负迁移示意图图4-4 正迁移示意图举例某差压变变送器的的测量范范围为05000Pa，当压差差由0变变化到5000Pa时，变送送器的输输出将由由4mA变化到20mA，这是无无迁移的的情况，如左图图中曲线线a所示。负负迁移如如曲线b所示，正正迁移如如曲线c所示。7一般型号号后面加加“A”的为正正迁移；加“B”的为为负迁移移。第二节差差压式式液位计计三、用法法兰式差差压变送送器测量量液位 单法兰式 双法兰式 法兰式差压变送器按其结构形式8为了解决决测量具具有腐蚀蚀性或

4、含含有结晶晶颗粒以以及黏度度大、易易凝固等等液体液液位时引引压管线线被腐蚀蚀、被堵堵塞的问问题，应应使用法法兰式差差压变送送器，如如下图所所示。图4-5 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变送器第二节差差压式式液位计计图4-6 单法兰插入式差压变送器1挡板；2喷嘴；3弹簧；4反馈波纹管；5主杠杆；6密封片；7壳体；8连杆；9插入筒；10膜盒图4-7 双法兰式差压变送器1挡板；2喷嘴； 3杠杆；4反馈波纹管；5密封片；6插入式法兰；7负压室；8测量波纹管；9正压室；10硅油；11毛细管；12密封环；13膜片；14平法兰9第三节其其他物物位计一、电容容式物位位计1.测量原理

5、理图4-8 电容器的组成1内电极；2外电极两圆筒间的电容量C当D和d一定时，电容量量C的大小与与极板的的长度L和介质的的介电常常数的乘积成成比例。10通过测量量电容量量的变化化可以用用来检测测液位、料位和和两种不不同液体体的分界界面。第三节其其他物物位计2.液位的检检测4-9 非导电介质的液位测量1内电极；2外电极；3绝缘套；4流通小孔当液位为零时，仪表调整零点，其零点的电容为 对非导电电介质液液位测量量的电容容式液位位传感器器原理如如下图所所示。当液位上升为H时，电容量变为电容量的变化为11第三节其其他物物位计 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

6、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，仪表越灵敏。 结论12第三节其其他物物位计3.料位的检检测用电容法法可以测测量固体体块状颗颗粒体及及粉料的的料位。由于固固体间磨磨损较大大，容易易“滞留留”，可可用电极极棒及容容器壁组组成电容容器的两两极来测测量非导导电固体体料位。左图所示示为用金金属电极极棒插入入容器来来测量料料位的示示意图。电容量变化与料位升降的关系为131金属电极棒；2容器壁图4-10 料位检测第三节其其他物物位计优点电容物位位计的传传感部分分结构简简单、使使用方便便。缺点需借助较较复杂的的电子线线路。应注意介介质浓度度、温度度变化时时，其介介电系数数也

7、要发发生变化化这种情情况。14第三节其其他物物位计二、核辐辐射物位位计 射线的透射强度随着通过介质层厚度的增加而减弱，具体关系见式（4-9）。（4-9）图4-10 核辐射物位计示意图1辐射源；2接受器特点适用于高高温、高高压容器器、强腐腐蚀、剧剧毒、有有爆炸性性、黏滞滞性、易易结晶或或沸腾状状态的介介质的物物位测量量，还可可以测量量高温融融熔金属属的液位位。可在高温温、烟雾雾等环境境下工作作。但由于放放射线对对人体有有害，使使用范围围受到一一些限制制。15第三节其其他物物位计三、雷达达式液位位计雷达式液液位计是是一种采采用微波波技术的的液位检检测仪表表。可以用来来连续测测量腐蚀蚀性液体体、高黏

8、黏度液体体和有毒毒液体的的液位。它没有可可动部件件、不接接触介质质、没有有测量盲盲区,而而且测量量精度几几乎不受受被测介介质的温温度、压压力、相相对介电电常数的的影响,在易燃燃易爆等等恶劣工工况下仍仍能应用用。优点16第三节其其他物物位计图4-12 雷达式液位计示意图 雷达波由天线发出到接收到由液面来的反射波的时间t由下式确定 由于故雷达探测测器对时时间的测测量有微微波脉冲冲法及连连续波调调频法两两种方式式。17第三节其其他物物位计图4-13 微波脉冲法原理示意图要使用导导波管？18第三节其其他物物位计四、称重重式液罐罐计量仪仪既能将液位测得得很准，又能反反映出罐罐中真实的质质量储量量。称重仪

9、根根据天平原理理设计。由于杠杆平衡时（3-64）代入（3-64）（3-65）如果液罐是均匀截面（3-66）（3-67）19第三节其其他物物位计图4-14 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发讯器式中如果液罐的横截面积A为常数，得将式（3-67）代入式（3-65），得（3-68）20例题分析析举例1.某贮罐内的压力变化范围为1215MPa，要求远传显示，试选择一台DDZ-型压力变送器 (包括准确度等级和量程)。如果压力由12MPa变化到15MPa，问这时压力变送器的输出变化了多少?如果附加迁移机构,问是否可以提高仪表的准确

10、度和灵敏度?试举例说明之。 解：如果已知知某厂生生产的DDZ-型压力变变送器的的规格有有：010，16，25，60，100（MPa）精度等级级均为0.5级级。输出信号号范围为为010mA。21例题分析析 由已知条件，最高压力为15MPa，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 若选择测量范围为025MPa、准确度等级为0.5级,这时允许的最大绝对误差为 由于变送器的测量范围为025MPa，输出信号范围为010mA,故压力为12MPa时,输出电流信号为 22例题分析析压力为15MPa时，输出电流信号为 这就是说说,当贮贮罐内的的压力由由12MPa变化到15MPa时,变送送器的输输出

11、电流流只变化化了1.2mA。在用差压压变送器器来测量量液位时时，由于于在液位位H=0时,差压变变送器的的输入差差压信号号p并不一定定等于0，故要要考虑零零点的迁迁移。实实际上迁迁移问题题不仅在在液位测测量中遇遇到，在在其他参参数的测测量中也也可能遇遇到。加加上迁移移机构，可以改改变测量量的起始始点，提提高仪表表的灵敏敏度(只不过过这时仪仪表量程程也要作作相应改改变)。23例题分析析 由本例题可知，如果确定正迁移量为7MPa，则变送器的量程规格可选为16MPa。那么此时变送器的实际测量范围为723MPa，即输入压力为7MPa时，输出电流为0mA；输入压力为23MPa时，输出电流为10mA。这时如

12、果输入压力为12MPa，则输出电流为 输入压力为15MPa时,输出电流为 24例题分析析由此可知知，当输输入压力力由12MPa变化到15MPa时，输出出电流变变化了1.875mA，比不带带迁移机机构的变变送器灵灵敏度提提高了。变送器的的准确度度等级仍仍为0.5级，此时仪仪表的最最大允许许绝对误误差为(23-7)0.5%= 0.08MPa，所以，由于加加了迁移移机构，使仪表表的测量量误差减减少了。25例题分析析图4-15 法兰式差压变送器测液位262.用一一台双法法兰式差差压变送送器测量量某容器器的液位位,如图图4-15所示示。已知知被测液液位的变变化范围围为03m,被被测介质质密度=900kg

13、/m3,毛细管管内工作作介质密密度0=950kg/m3。变送器器的安装装尺寸为为 h1=1m, h2=4m。求变送送器的测测量范围围,并判判断零点点迁移方方向,计计算迁移移量,当当法兰式式差压变变送器的的安装位位置升高高或降低低时,问问对测量量有何影影响?例题分析析解：当不考虑迁移量时,变送器的测量范围应根据液位的最大变化范围来计算。 液位为3m时,其压差为 这里值得一提的是压力单位Pa用SI基本单位时就相当于m-1kgs-2，即27例题分析析所以液柱柱压力用用Hg计算时,只要H用m,用kg/m3，g用m/s2为单位时时,相乘乘结果的的单位就就是Pa。上述计计算结果果pmax为26.487kP

14、a,经过圆圆整后,测量范范围可选选030kPa。 根据图示,当液位高度为H时,差压变送器正压室所受的压力p1为 负压室所受的压力p2为28例题分析析因此，差压变送器所受的压差为由上式可可知,该该差压变变送器应应进行负负迁移,其迁移移量为h20g。当差压变变送器安安装的高高度改变变时,只只要两个个取压法法兰间的的尺寸h2不变,其其迁移量量是不变变的。29例题分析析3.用单单法兰电电动差压压变送器器来测量量敞口罐罐中硫酸酸的密度度,利用用溢流来来保持罐罐内液位位H恒为1m。如图4-16所示。已知差差压变送送器的输输出信号号为010mA,硫酸的的最小和和最大密密度分别别为min= 1.32(g/cm

15、3),max= 1.82(g/cm3) 图4-16 流体体密度测测量示意意图min=1.32(g/cm3),max= 1.82(g/cm3)要求:(1)计计算差压压变送器器的测量量范围；(2)如如加迁移移装置,请计算算迁移量量；(3)如如不加迁迁移装置置,可在在负压侧侧加装水水恒压器器 (如如图中虚虚线所示示)，以抵消消正压室室附加压压力的影影响,请请计算出出水恒压压器所需需高度h。30例题分析析解：（1）若不考虑零点迁移,那么就要以max来计算差压变送器的测量范围。当=max = 1.82g/cm3时,差压变送器所承受的差压为将H=1m,max=1820kg/m3，g=9.81m/s2代入上式,得 如果选择差压变送器的测量范围为02104Pa,则当=max= 1.82g/cm3时,对应的变送器输出为 31例题分析析当=min=1.32g/cm3时,其差压为 这时差压变送器的输出为 由上可知知，当硫硫酸密度度由最小小值变化化到最大大值时，输出电电流由6.475mA变化到8.925mA，仅变化化了2.45mA，灵敏度度是很低低的。32例题分析析（2）为为了提高高灵敏度度，可以以考虑进进行零点点迁移，提高测测量的起起始点。考虑到到=max时，这时时所对应应的压差差仍为1.785104Pa，所以在在提高测测量起始始点的同同时，测测量上限限却可以以不改变变，这样样一来，实际量量程压