合肥工业大学化工仪表 第3章 4物位检测方法与仪表

物位检测方法(fāngfǎ)与仪表精品资料物位检测方法(fāngfǎ)及仪表物位检测(jiǎncè)方法应用浮力原理检测物位应用静压原理检测物位应用超声波反射检测物位物位检测仪表超声波物位计本章主要内容精品资料物位检测方法(fāngfǎ)及仪表物位-----指容器中的液体介质的液位、固体的料位或颗粒(kēlì)物的料位和两种不同液体介质分界面的总称液位――容器中的液体介质的高低料位――容器中固体或颗粒状物质的堆积高度界面计_测量不同密度介质的分界面的仪表

物位检测的作用

①确定容器中的贮料数量，以保证连续生产的需要或进行经济核算；②为了监视或控制容器的物位，使它保持在规定的范围内；③对它的上下极限位置进行报警，以保证生产安全、正常进行。

物位的基本概念精品资料物位检测(jiǎncè)方法及仪表物位检测方法工作原理不同:直读式物位仪表：玻璃管液位计、玻璃板液位计等。差压式物位仪表：利用液柱或物料(wùliào)堆积对某定点产生压力的原理而工作。浮力式物位仪表：利用浮子高度或浮力随液位高度而变化的原理工作。电磁式物位仪表：使物位的变化转换为一些电量的变化，如电容核辐射物位仪表：利用射线透过物料(wùliào)时其强度随物质层的厚度而变化的原理声波式物位仪表：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的不同，测出这些变化就可测知物位。根据工作原理分为声波遮断式、反射式和阻尼式。光学式物位仪表：利用物位对光波的遮断和反射原理工作……精品资料物位检测方法(fāngfǎ)及仪表应用浮力(fúlì)原理检测物位利用漂浮于液面上的浮标或浸没于液体中的浮筒对液位进行测量的。当液位变化时，前者产生相应的位移，而所受到的浮力维持不变，后者则发生浮力的变化。因此，只要检测出浮标的位移或浮筒所受到的浮力的变化，就可以知道液位的高低。

恒浮力法液位测量示意图

测量原理精品资料物位检测方法(fāngfǎ)及仪表应用静压原理(yuánlǐ)检测物位压力表测量液位原理

通过液柱静压的方法对液位进行测量的。敞口容器：多用直接测量容器底部压力的方法。如图所示，测压仪表通过导压管与容器底部相连，由测压仪表的压力指示值，便可推知液位的高度。

其关系为式中

P—测压仪表指示值H—液位的高度ρ—液体的密度g—重力加速度

式中PA、PB——分别是液面上部介质压力和液面以下H深度的液体压力。密闭容器：测量容器底部压力，除与液面高度有关外，还与液面上部介质压力有关，其关系为精品资料物位检测(jiǎncè)方法及仪表差压变送器测量液位时的零点迁移问题(wèntí)（重点）安装位置条件不同存在着仪表零点迁移问题特征：差压变送器的正压室取压口正好与容器的最低液位（Hmin=0）处于同一水平位置。作用于变送器正、负压室的差压ΔP与液位高度H的关系为ΔP=Hρg。当H=0时，正负压室的差压ΔP=0，变送器输出信号为4mA当H=Hmax时，差压ΔPmax=ρgHmax，变送器的输出信号为20mA，无迁移精品资料物位检测(jiǎncè)方法及仪表负迁移(qiānyí)差压变送器的正、负压室的压力分别为

正、负压室的压差为当被测液位H=0时，ΔP=-（h2-h1）ρ2g<0，使变送器在H=0时输出电流小于4mA；H=Hmax时，输出电流小于20mAΔP=Hρg图3-41负迁移示意图精品资料物位检测方法及仪表正迁移(qiānyí)变送器的安装(ānzhuāng)位置与容器的最低液位（H=0）不在同一水平位置正、负压室的压力分别为正、负压室的压差为

当被测液位H=0时，ΔP=h1ρg>0，从而使变送器在H=0时输出电流大于4mA；H=Hmax时，输出电流大于20mA。精品资料物位检测方法及仪表应用静压原理(yuánlǐ)检测物位图3-42正负迁移示意图图3-43正迁移示意图举例(jǔlì)

某差压变送器的测量范围为0～5000Pa，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。

一般型号后面加“A”的为正迁移；加“B”的为负迁移。精品资料物位检测(jiǎncè)方法及仪表ΔP=ρ1gHΔP=ρ1gH-ρ2g（h2-h1）ΔP=ρ1gH+ρ1gh1零点迁移(qiānyí)的目的：使H＝0时，变送器输出为Io=4mA,H=Hmax时，变送器输出为Io=20mA无迁移

负迁移

迁移量：

ρ2g（h2-h1）正迁移

迁移量：

ρ1gh1如何实现零点迁移？调节仪表上的迁移弹簧零点迁移问题(小结)精品资料物位检测(jiǎncè)方法及仪表3、用法兰式差压变送器测量(cèliáng)液位

单法兰式

双法兰式

法兰式差压变送器按其结构形式

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，应使用法兰式差压变送器，如下图所示。图3-44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—变送器精品资料物位检测(jiǎncè)方法及仪表图4-15法兰式差压变送器测液位2.用一台双法兰式差压变送器测量某容器的液位,如图4-15所示。已知被测液位的变化范围为0~3m,被测介质密度ρ=900kg/m3,毛细管内工作介质密度ρ0=950kg/m3。变送器的安装尺寸为h1=1m,h2=4m。求变送器的测量范围,并判断零点迁移方向(fāngxiàng),计算迁移量,当法兰式差压变送器的安装位置升高或降低时,问对测量有何影响?精品资料物位检测方法(fāngfǎ)及仪表解：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，即精品资料物位检测(jiǎncè)方法及仪表所以液柱压力用Hρg计算时,只要H用m,ρ用kg/m3，g用m/s2为单位时,相乘(xiānɡchénɡ)结果的单位就是Pa。上述计算结果Δpmax为26.487kPa,经过圆整后,测量范围可选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为精品资料物位检测(jiǎncè)方法及仪表因此，差压变送器所受的压差为由上式可知,该差压变送器应进行负迁移,其迁移量为h2ρ0g。当差(dāngchāi)压变送器安装的高度改变时,只要两个取压法兰间的尺寸h2不变,其迁移量是不变的。精品资料物位检测方法(fāngfǎ)及仪表基本工作(gōngzuò)原理dDLDdLH由两个同轴圆柱极板组成的电容器，当两极板之间填充介电常数为ε1的介质时，两极板间的电容量为：

当极板之间一部分介质被介电常数为ε2的另一种介质填充时，可推导出电容变化量当电容器的几何尺寸和介电常数保持不变时，电容变化量就与物位高度H成正比。电容式物位计精品资料物位检测(jiǎncè)方法及仪表2.液位的检测(jiǎncè)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

对非导电介质液位测量的电容式液位传感器原理如下图所示。当液位上升为H时，电容量变为电容量的变化为11精品资料3.料位的检测(jiǎncè)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(jiàodà)，容易“滞留”，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。左图所示为用金属电极棒插入容器来测量料位的示意图。

电容量变化与料位升降的关系为1—金属电极棒；2—容器壁图3-47料位检测精品资料优点(yōudiǎn)电容物位计的传感部分结构(jiégòu)简单、使用方便。缺点

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种情况。精品资料核辐射物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(tèdiǎn)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(yānwù)等环境下工作。但由于放射线对人体有害，使用范围受到一些限制。15精品资料五、称重(chēnɡzhònɡ)式液罐计量仪既能将液位测得很准，又能反映(fǎnyìng)出罐中真实的质量储量。称重仪根据天平原理设计。