检测仪表与传感器物位检测

检测仪表与传感器物位检测第1页，共84页，2023年，2月20日，星期五§3.4物位检测及仪表

levelgauging教学内容各种液位测量方法及仪表，包括：差压式液位变送器的工作原理及零点迁移问题其它物位计电容式物位计核辐射式物位计雷达式液位计称重式液罐计量仪第2页，共84页，2023年，2月20日，星期五液体介质的高低—液位固体或颗粒状物质的堆积高度—料位两种密度不同液体介质的分界面—界位物位第3页，共84页，2023年，2月20日，星期五一．概述确定容器中的贮料数量，保证连续生产的需要、经济核算。连续监视或控制容器中的物位，使它保持在规定的范围内。对容器中的物位进行上、下限报警，以保证生产安全、正常进行。1．物位测量的意义第4页，共84页，2023年，2月20日，星期五连续测量物位仪表定点测量物位仪表连续测量物位的变化确定物位是否达到上限、下限或某一特定位置第5页，共84页，2023年，2月20日，星期五2．物位计分类直读式物位计压差式物位计浮力式物位计电磁式物位计核辐射式物位计超声波物位计光电式物位计第6页，共84页，2023年，2月20日，星期五直接显示液位的高低。如玻璃管液位计、玻璃板液位计等（1）直读式物位仪表

directreadinglevelmeter第7页，共84页，2023年，2月20日，星期五（2）压差式物位仪表

differentialpressuretype物料内静压力与液体深度或物料堆积高度成正比。液体密闭容器液体敞开容器固体称重仓第8页，共84页，2023年，2月20日，星期五（3）浮力式物位仪表buoyancy-type液位高度变化→浮子高度或浮子（或沉筒）浮力的变化。有浮子、浮球、沉筒式几种。杠杆浮球式浮子式浮子重锤第9页，共84页，2023年，2月20日，星期五浮子漂浮原理浮子式液位计H△HH+△H第10页，共84页，2023年，2月20日，星期五扁平形扁圆柱形高圆柱形浮子的形状第11页，共84页，2023年，2月20日，星期五液位为H的浮筒初始状态的浮筒H△x△x变压器铁芯连杆弹簧固定端浮筒浮筒液位计原理图浮筒液位计第12页，共84页，2023年，2月20日，星期五杠杆浮球式液位计杠杆浮球式液位计第13页，共84页，2023年，2月20日，星期五应用于石化、冶金、能源、食品、制药、水处理等行业对液位或界位的测量与控制第14页，共84页，2023年，2月20日，星期五电浮筒液位计第15页，共84页，2023年，2月20日，星期五（4）电磁式物位仪表electromagnetic物位的变化→电量的变化有电阻式（即电极式）、电容式和电感式等电容式液位计电容（绳）式料位计（主要测量不导电液体）第16页，共84页，2023年，2月20日，星期五（5）核辐射式物位仪表放射线通过介质，其强度随物料层的厚度而变化。常用γ

射线工业上使用连续式和间断式两种。第17页，共84页，2023年，2月20日，星期五（6）超声波物位仪表检测声波发射和反射全过程的时间间隔。注意事项：确保反射波能回到探头防止物料对声波的吸收（如表面泡沫漂浮）第18页，共84页，2023年，2月20日，星期五（7）光学式物位仪表

利用物位对光波的遮断和反射原理第19页，共84页，2023年，2月20日，星期五差压式液位变送器

二.压差式液位变送器

differentialpressurelevelgauge第20页，共84页，2023年，2月20日，星期五压力液位变送器第21页，共84页，2023年，2月20日，星期五3051L型液位变送器第22页，共84页，2023年，2月20日，星期五

利用容器内液位改变时，由液柱产生的静压也相应变化的原理。

压差计PBPAH+-液位变送器原理图1.工作原理第23页，共84页，2023年，2月20日，星期五

若容器是敞开的H-液位高度

ρ-介质密度g-重力加速度

PA、PB-A、B两处的压力第24页，共84页，2023年，2月20日，星期五PH压力表式液位计差压液位变送器测量液位时，若容器是敞口的，则差压计的负压室通大气，可用压力计直接测量液位高低。若容器是封闭的，需将负压室与容器的气相相连。结论第25页，共84页，2023年，2月20日，星期五2.零点迁移问题zeroshift安装位置条件不同存在着仪表零点迁移问题

第26页，共84页，2023年，2月20日，星期五（1）无零点迁移情况PBPAH+-ΔP=ρgHH=0ΔP=0

Ｉmin=4mAH=HmaxΔP=ΔPmax

Ｉmax=20mA测量仪表的零点无需调整便与被测参数的零点一致的情况第27页，共84页，2023年，2月20日，星期五I/mA204ΔPΔPmax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。第28页，共84页，2023年，2月20日，星期五可测量无腐蚀性、不含有结晶颗粒、粘度小、不易凝固等液体液位要求：介质洁净，粘度不能太高第29页，共84页，2023年，2月20日，星期五-+h2h1Hρ1P0负迁移示意图ρ2ρ2（2）负迁移

negativemigration

变送器的安装位置与最低液位（H=0）不在同一水平位置

第30页，共84页，2023年，2月20日，星期五可测量具有腐蚀性、含有结晶颗粒、粘度大、易凝固等液体液位第31页，共84页，2023年，2月20日，星期五

第32页，共84页，2023年，2月20日，星期五零点迁移设法抵消固定压差ρ2g(h2-h1)的作用，使H=0时，Ｉ出=4mA；H=Hmax时，Ｉ出=20mA的方法。迁移弹簧：改变变送器的零点位置第33页，共84页，2023年，2月20日，星期五迁移的实质量程位置的平移，不改变量程的大小ΔP=ρ1

gH-ρ2g(h2-h1)迁移量：ρ2g(h2-h1)第34页，共84页，2023年，2月20日，星期五负迁移：用迁移弹簧平衡负压室上固定压差影响的过程。正迁移：分为正迁移和负迁移两种第35页，共84页，2023年，2月20日，星期五△P(Pa)I出（mA)204-200050003000负迁移正迁移ΔP=0～5000Pa无迁移当有负迁移，迁移量=2000Pa举例第36页，共84页，2023年，2月20日，星期五在规格中，型号后加“A”—正迁移；“B”—负迁移。第37页，共84页，2023年，2月20日，星期五零点迁移和调零目的都是使变送器输出的起始值与被测量的起始值相对应。零点调整量比较小，而迁移量比较大第38页，共84页，2023年，2月20日，星期五+-hHP0P0ΔP=Hρg+hρgH=0~Hmax时量程ΔP=hρg~Hρg+hρgＩ出=4~20mA正迁移示意图第39页，共84页，2023年，2月20日，星期五三.用法兰式差压变送器测量液位为了解决测量具有腐蚀性、含有结晶颗粒、粘度大、易凝固等液体液位时引压管线被腐蚀、被堵塞等问题。目的第40页，共84页，2023年，2月20日，星期五法兰式测量头变送器毛细管法兰式差压变送器测量液位示意图按结构形式分按法兰构造分单法兰双法兰平法兰插入式法兰第41页，共84页，2023年，2月20日，星期五1151LT型法兰式液位变送器

第42页，共84页，2023年，2月20日，星期五第43页，共84页，2023年，2月20日，星期五双法兰远传/表压变送器第44页，共84页，2023年，2月20日，星期五＞P出挡板喷嘴弹簧波纹管主杠杆密封片壳体连杆插入筒膜盒单法兰插入式差压变送器第45页，共84页，2023年，2月20日，星期五四.电容式物位传感器capacitor

物位变化→电容量变化便于远传，使用方便，适合测量液位、固体粉末、颗粒状物的料位。第46页，共84页，2023年，2月20日，星期五1．工作原理dDL内电极外电极电容器组成H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ε的乘积成比例第47页，共84页，2023年，2月20日，星期五在电容器的极板间，充以不同介质（液体或固体颗粒、粉末），电容量变化的大小与注入地深度H成比例，测出Cx，可得到液位、料位或液体的分界面高度。工作原理第48页，共84页，2023年，2月20日，星期五用途：

测量腐蚀性液体、粉尘和固体颗粒，可用于制药、化工、食品等行业。如啤酒罐装机酒位测控、奶制品生产线液位测控、制药厂反应罐液位测量等。电容式物位变送器第49页，共84页，2023年，2月20日，星期五电容式液位计内电极外电极2.液位的检测1）非导电介质的液位第50页，共84页，2023年，2月20日，星期五电容器即未注入液体时当液位上升为H时电容量变化第51页，共84页，2023年，2月20日，星期五Cx与物位高度H成比例ε-ε0越大，仪表越灵敏度电容器两极间距离越小，仪表越灵敏ε-中间介质的介电常数；

ε0-空气介电常数结论第52页，共84页，2023年，2月20日，星期五2）导电介质的液位导电介质的液位测量电容器：电极棒和金属容器壁组成第53页，共84页，2023年，2月20日，星期五3.料位的检测电容（绳）式料位计固体介质易堵塞流通孔造成“滞留”电容器：电极棒和金属容器壁组成第54页，共84页，2023年，2月20日，星期五4.电容式物位传感器的特点结构简单、使用方便。介质浓度、温度变化时，要及时调整仪表。对于粘稠的液体不能在电极上黏附，以免影响精度。能测量强腐蚀性液体，如酸、碱、盐、污水等可测高温、高压介质第55页，共84页，2023年，2月20日，星期五五.核辐射式物位计放射线同位素→α、β、γ射线→穿过物质→原子电离→一部分射线被吸收掉物质I0I入射线透射线第56页，共84页，2023年，2月20日，星期五1．工作原理辐射源接收器μ-介质对射线的吸收系数H-介质层的厚度

I-透射线强度第57页，共84页，2023年，2月20日，星期五

放射线射入一定厚度的介质时，其强度随着通过介质时厚度增加而减弱，其强度衰减规律为

用接收器检测透过介质后的射线强度，即可知料位。第58页，共84页，2023年，2月20日，星期五2．特点能透过钢板等，不接触被测物质，适于高温、高压容器；有毒、爆炸性、粘滞性、易结晶和沸腾状态的介质的物位及高温熔融金属的液位。不受外界环境影响，可在高温、烟雾、强磁场等环境下工作。剂量要严格控制。第59页，共84页，2023年，2月20日，星期五六.称重式液罐计量仪既能准确测量液位，又能反应导电性储罐中真实的质量储量。根据天平原理第60页，共84页，2023年，2月20日，星期五1．结构控制器P2P1L2下波纹管上波纹管电机丝杠砝码编码盘发讯器气相引压管液相引压管称重式液罐计量仪L1第61页，共84页，2023年，2月20日，星期五2．工作原理

波纹管杠杆发讯器电机砝码P1、P2作用力偏转转动信息移动至平衡储量控制器第62页，共84页，2023年，2月20日，星期五

M——砝码重量；g——重力加速度；A1——波纹管有效面积；A——储罐底面积L2与总储量成正比，与介质的ρ无关不受温度、压力等影响精度高，灵敏度高结论第63页，共84页，2023年，2月20日，星期五七.雷达式液位计采用微波技术（非接触测量）微波良好的定向辐射性能和传播特性，绕反射能力差。遇到障碍物能产生良好的反射。很强的环境适应能力，传输过程中受粉尘、烟雾、火焰及强光影响较小。

空间辐射装置容易制造。第64页，共84页，2023年，2月20日，星期五没有可动部件，不接触介质；测量精度不受介质物化性质影响，可用于易燃易爆等恶劣环境中，及高温、蒸汽较大的场合。可连续测量腐蚀性、高粘度、含有固体颗粒、有毒的液体。可在真空或受压条件下测量

。特点第65页，共84页，2023年，2月20日，星期五反射式雷达液位计(图)第66页，共84页，2023年，2月20日，星期五瑞普雷达液位计典型应用：石化、冶金、酿酒、医药等行业中储罐第67页，共84页，2023年，2月20日，星期五VEGA雷达液位计（上海）第68页，共84页，2023年，2月20日，星期五VEGA雷达料位计第69页，共84页，2023年，2月20日，星期五根据用途不同分为：位式作用和连续作用两类电源振荡器发射天线微波发射器接收天线前置放大器检波器放大器电压比较器微波接收器位式第70页，共84页，2023年，2月20日，星期五1.原理（连续式）天线发出雷达波，到达液面后被反射回去，所用的时间：LH0H天线雷达液位计示意图第71页，共84页，2023年，2月20日，星期五微波脉冲法连续波调频法对时间的测量方法：第72页，共84页，2023年，2月20日，星期五信号发生器发送器计时器接收器H0微波脉冲法原理示图合成脉冲雷达波第73页，共84页，2023年，2月20日，星期五八．超声波液位计H超声波换能器根据超声波从发射到接收反射回波的时间间隔大小与被测介质高度成比例关系的原理。第74页，共84页，2023年，2月20日，星期五超声波液位计（美国）用于液体,浆液介质如水,废水玉米浆,脂类,石蜡,漂白剂,石灰浆及酸,从大型储罐到工艺池第75页，共84页，2023年，2月20日，星期五1.测量原理将换能器（锆钛酸铅或钛酸钡压电陶瓷）安装于容器底部外侧，加一个时间极短的电压脉冲，被转变为超音频的机械振动，以超声波的形式穿过容器底壁，向上传播到液体表面被反射后，返回换能器，重新转换