化工仪表自动化

化工仪表自动化化工仪表及自动化第四章物位检测物位检测的意义及主要类型压差式液位计工作原理零点迁移问题用法兰式差压变送器测量液位其他物位计电容式物位计核辐射物位计雷达式液位计称重式液罐计量仪1目录：第一节物位检测的意义及主要类型2几个概念液位料位液位计料位计界面计测量物位的两个目的按其工作原理分为直读式物位仪表差压式物位仪表浮力式物位仪表电磁式物位仪表核辐射式物位仪表声波式物位仪表光学式物位仪表物位检测仪表第一节物位检测的意义及主要类型3分体式超声波液位计－LIT25磁翻转液位计差压式液位计4法兰式陶瓷液位变送器浮球液位变送器射频导纳料位仪56第二节差压式液位计将差压变送器的一端接液相，另一端接气相因此7一、工作原理图4-1差压式液位计原理图第二节差压式液位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8图4-2负迁移示意图第二节节差差压式式液位位计9二、零点迁迁移问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分别为则第二节节差差压式式液位位计迁移弹弹簧的的作用用改变变变送器器的零零点。。迁移和和调零零都是使使变送送器输输出的的起始始值与与被测测量起起始点点相对对应，，只不不过零零点调调整量量通常常较小小，而而零点点迁移移量则则比较较大。。迁移同时改改变了了测量量范围围的上上、下下限，，相当当于测测量范范围的的平移移，它它不改改变量量程的的大小小。10第二节节差差压式式液位位计某差压压变送送器的的测量量范围围为0～5000Pa，当压压差由由0变变化到到5000Pa时，变变送器器的输输出将将由4mA变化到到20mA，这是是无迁迁移的的情况况，如如左图图中曲曲线a所示。。负迁迁移如如曲线线b所示，，正迁迁移如如曲线线c所示。。11一般型型号后后面加加“A”的的为正正迁移移；加加“B”的的为负负迁移移。图4-3正负迁移示意图图4-4正迁移示意图举例第二节节差差压式式液位位计三、用用法兰兰式差差压变变送器器测量量液位位12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—变送器第二节节差差压式式液位位计三、用用法兰兰式差差压变变送器器测量量液位位

单法兰式

双法兰式

法兰式差压变送器按其结构形式13为了解解决测测量具具有腐腐蚀性性或含含有结结晶颗颗粒以以及黏黏度大大、易易凝固固等液液体液液位时时引压压管线线被腐腐蚀、、被堵堵塞的的问题题，应应使用用法兰兰式差差压变变送器器，如如下图图所示示。第二节节差差压式式液位位计图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14第三节节其其他物物位计计一、电电容式式物位位计1.测测量原原理图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一定时时，电电容量量C的大小小与极极板的的长度度L和介质质的介介电常常数ε的乘积积成比比例。。15通过测测量电电容量量的变变化可可以用用来检检测液液位、、料位位和两两种不不同液液体的的分界界面。。第三节节其其他物物位计计2.液液位的的检测测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

对非导导电介介质液液位测测量的的电容容式液液位传传感器器原理理如下下图所所示。。当液位上升为H时，电容量变为电容量的变化为16第三节节其其他物物位计计

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ε与空气介电系数ε0不等的原理进行工作，（ε-ε0）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171—金属电极棒；2—容器壁图4-10料位检测第三节节其其他物物位计计3.料料位的的检测测用电容容法可可以测测量固固体块块状颗颗粒体体及粉粉料的的料位位。由由于固固体间间磨损损较大大，容容易““滞留留”，，可用用电极极棒及及容器器壁组组成电电容器器的两两极来来测量量非导导电固固体料料位。。左图所所示为为用金金属电电极棒棒插入入容器器来测测量料料位的的示意意图。。电容量变化与料位升降的关系为18第三节节其其他物物位计计优点电容物物位计计的传传感部部分结结构简简单、、使用用方便便。缺点需借助助较复复杂的的电子子线路路。应注意意介质质浓度度、温温度变变化时时，其其介电电系数数也要要发生生变化化这种种情况况。19射频电电容式式液位位变送送器20第三节节其其他物物位计计二、核核辐射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—接受器特点适用于于高温温、高高压容容器、、强腐腐蚀、、剧毒毒、有有爆炸炸性、、黏滞滞性、、易结结晶或或沸腾腾状态态的介介质的的物位位测量量，还还可以以测量量高温温融熔熔金属属的液液位。。可在高高温、、烟雾雾等环环境下下工作作。但由于于放射射线对对人体体有害害，使使用范范围受受到一一些限限制。。21第三节节其其他物物位计计三、雷雷达式式液位位计雷达式式液位位计是是一种种采用用微波波技术术的液液位检检测仪仪表。。可以用用来连连续测测量腐腐蚀性性液体体、高高黏度度液体体和有有毒液液体的的液位位。它没有有可动动部件件、不不接触触介质质、没没有测测量盲盲区,而且且测量量精度度几乎乎不受受被测测介质质的温温度、、压力力、相相对介介电常常数的的影响响,在在易燃燃易爆爆等恶恶劣工工况下下仍能能应用用。优点22雷达液液位计计23第三节节其其他物物位计计图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探测器器对时时间的的测量量有微微波脉脉冲法法及连连续波波调频频法两两种方方式。。24第三节节其其他物物位计计图4-13微波脉冲法原理示意图要使用用导波波管？？25第三节节其其他物物位计计四、称称重式式液罐罐计量量仪既能将将液位测测得很很准，又能能反映映出罐罐中真实的的质量量储量量。称重仪仪根据据天平原原理设计。。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第三节节其其他物物位计计图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缆式液液位变变送器器投入式式液位位变送送器浮球液液位变变送器器第三节节其其他物物位计计28例题分分析举例1.某贮罐内的压力变化范围为12~15MPa，要求远传显示，试选择一台DDZ-Ⅱ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度和灵敏度?试举例说明之。

解：如果已已知某某厂生生产的的DDZ-ⅡⅡ型压力力变送送器的的规格格有：：0～10，，16，25，，60，100（（MPa）精度等等级均均为0.5级。。输出信信号范范围为为0～～10mA。29025P/MPa10I/mA124.861530例题分分析由已知条件，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0～25MPa、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0～25MPa，输出信号范围为0～10mA,故压力为12MPa时,输出电流信号为

31例题分分析压力为15MPa时，输出电流信号为

这就是是说,当贮贮罐内内的压压力由由12MPa变化到到15MPa时,变变送器器的输输出电电流只只变化化了1.2mA。在用差差压变变送器器来测测量液液位时时，由由于在在液位位H=0时时,差差压压变变送送器器的的输输入入差差压压信信号号Δp并不不一一定定等等于于0，，故故要要考考虑虑零零点点的的迁迁移移。。实实际际上上迁迁移移问问题题不不仅仅在在液液位位测测量量中中遇遇到到，，在在其其他他参参数数的的测测量量中中也也可可能能遇遇到到。。加加上上迁迁移移机机构构，，可可以以改改变变测测量量的的起起始始点点，，提提高高仪仪表表的的灵灵敏敏度度(只只不不过过这这时时仪仪表表量量程程也也要要作作相相应应改改变变)。。32016723P/kPa10I/mA123.12551533例题题分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7～23MPa，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

34例题题分分析析由此此可可知知，，当当输输入入压压力力由由12MPa变化化到到15MPa时，，输输出出电电流流变变化化了了1.875mA，比比不不带带迁迁移移机机构构的的变变送送器器灵灵敏敏度度提提高高了了。。变送送器器的的准准确确度度等等级级仍仍为为0.5级级，，此此时时仪仪表表的的最最大大允允许许绝绝对对误误差差为为(23-7)××0.5%=0.08MPa，所所以以，，由由于于加加了了迁迁移移机机构构，，使使仪仪表表的的测测量量误误差差减减少少了了。。35例题题分分析析图4-15法兰式差压变送器测液位362.用用一一台台双双法法兰兰式式差差压压变变送送器器测测量量某某容容器器的的液液位位,如如图图4-15所所示示。。已已知知被被测测液液位位的的变变化化范范围围为为0~3m,被被测测介介质质密密度度ρρ=900kg/m3,毛毛细细管管内内工工作作介介质质密密度度ρρ0=950kg/m3。变变送送器器的的安安装装尺尺寸寸为为h1=1m,h2=4m。。求求变变送送器器的的测测量量范范围围,并并判判断断零零点点迁迁移移方方向向,计计算算迁迁移移量量,当当法法兰兰式式差差压压变变送送器器的的安安装装位位置置升升高高或或降降低低时时,问问对对测测量量有有何何影影响响?例题题分分析析解：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-1·kg·s-2，即37例题题分分析析所以以液液柱柱压压力力用用Hρρg计算算时时,只只要要H用m,ρρ用kg/m3，g用m/s2为单单位位时时,相相乘乘结结果果的的单单位位就就是是Pa。上上述述计计算算结结果果Δpmax为26.487kPa,经经过过圆圆整整后后,测测量量范范围围可可选选0～～30kPa。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38例题题分分析析因此，差压变送器所受的压差为由上上式式可可知知,该该差差压压变变送送器器应应进进行行负负迁迁移移,其其迁迁移移量量为为h2ρ0g。当差差压压变变送送器器安安装装的的高高度度改改变变时时,只只要要两两个个取取压压法法兰兰间间的的尺尺寸寸h2不变变,其其迁迁移移量量是是不不变变的的。。39例题题分分析析3.用用单单法法兰兰电电动动差差压压变变送送器器来来测测量量敞敞口口罐罐中中硫硫酸酸的的密密度度,利利用用溢溢流流来来保保持持罐罐内内液液位位H恒为为1m。如如图图4-16所所示示。。已已知知差差压压变变送送器器的的输输出出信信号号为为0~10mA,硫硫酸酸的的最最小小和和最最大大密密度度分分别别为为ρρmin=1.32(g/cm3),ρρmax=1.82(g/cm3)图图4-16流流体体密密度度测测量量示示意意图图ρρmin=1.32(g/cm3),ρρmax=1.82(g/cm3)要求:(1)计算算差压压变送送器的的测量量范围围；(2)如加加迁移移装置置,请请计算算迁移移量；；(3)如不不加迁迁移装装置,可在在负压压侧加加装水水恒压压器(如如图中中虚线线所示示)，，以以抵消消正压压室附附加压压力的的影响响,请请计算算出水水恒压压器所所需高高度h。40例题分分析解：（1）若不考虑零点迁移,那么就要以ρmax来计算差压变送器的测量范围。当ρ=ρmax=1.82g/cm3时,差压变送器所承受的差压为将H=1m,ρmax=1820kg/m3，g=9.