第五章物位检测仪表演示文稿

第五章物位检测仪表演示文稿目前一页\总数三十六页\编于十八点第五章物位检测仪表目前二页\总数三十六页\编于十八点5.1浮子式液位计原理：在液体中放置一个浮子，浮子随液面变化而自由浮动，借此测量液位。F浮不变。1-浮子，2-磁铁，3-铁心,4-导轮，5-非导磁管，6-浮球，7-连杆，8-转动轴,9-重锤，10-杠杆(a)浮子式(敞口容器)(b)浮子式(密闭容器)(c)浮球式目前三页\总数三十六页\编于十八点浮球式液位控制器配合电磁阀门执行机构，可实现阀门的自动启停，进行液位的自动控制。目前四页\总数三十六页\编于十八点

磁翻转浮标液位计NSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSSN为克服玻璃管浮标液位计易碎问题，在浮标上设置永久磁铁1，安装在非导磁不锈钢导筒内，它随导筒内的液位升降，借助于磁耦合作用，使导管外翻转箱内的红白相间的翻板或翻球2依次翻转有液体的位置红色朝外，无液体的位置白色朝外，因此红色就是液位所在，液位高度由标尺显示。目前五页\总数三十六页\编于十八点5.2差压式液位计

原理：容器内液位变化时，液柱产生的静压也相应变化。差压计测得的差压与液位高度成正比。常用来测量敞口容器和密封容器的液位。5.2.1敞口容器的液位检测5.2.2密闭容器的液位检测5.2.3法兰式差压变送器目前六页\总数三十六页\编于十八点5.2.1敞口容器的液位检测压力传感器测量液位（静压）原理图(1)利用压力传感器（或压力表）直接测量目前七页\总数三十六页\编于十八点压力与液位的关系为：式中：H——液位高度（m）；ρ——液体的密度（kg/m3）；g——重力加速度（m/s2）；p——容器底部的压力（Pa）。

如果压力传感器与容器底部不在相同高度处，导压管内的液柱压力必须用零点迁移方法解决。

工业生产中普遍采用差压传感器来测量液位，目前八页\总数三十六页\编于十八点敞口容器液位测量(a)差压变送器的安装；(b)零点正迁移坐标图(2)差压变送器测量目前九页\总数三十六页\编于十八点差压计(DDZ-Ⅲ)两侧压力：P1=hρg+(h1+h2)ρgP2=0(表压)压差ΔP为：ΔP=P1-P2=hρg+(h1+h2)ρg=hρg+Z0

Z0—零点迁移量，Z0=(h1+h2)ρg由于Z0的存在，变送器输出信号不能正确反应液位的高低（h=0时ΔP=Z0）。变送器正常使用要求是：当液位0→H，输出电流4~20mADC，所以必须设法抵消Z0的影响。目前十页\总数三十六页\编于十八点零点迁移的原因

当变送器安装位置固定，Z0固定，将变送器零点沿P的坐标方向迁移Z0，从而使变送器可满足正常使用的要求。零点迁移分类零点正迁移、零点负迁移零点迁移实质

正负迁移实质是通过改变变送器的零点；同时改变量程上下限，而不改变量程的大小。目前十一页\总数三十六页\编于十八点密闭容器液位测量(a)差压变送器的安装；(b)零点负迁移坐标图5.2.2密闭容器的液位检测目前十二页\总数三十六页\编于十八点气相连通管内充以高度为h3的隔离液，一般取隔离液密度ρ2＞被测液密度ρ1，差压变送器两侧压力：P1=(h+h1+h2)ρ1gP2=h3ρ2gΔP=P1-P2=hρ1g-[h3ρ2-(h1+h2)ρ1]g=hρ1g+Z0Z0—零点迁移量，Z0=-[h3ρ2-(h1+h2)ρ1]gZ0为负迁移，即沿ΔP坐标的负方向移动Z0的位置。目前十三页\总数三十六页\编于十八点用差压变送器测量密闭容器的液位。设被测液体的密度ρ1=0.8g/m3，连通管内充满隔离液，其密度ρ2=0.9g/m3；设液位变化范围为1250mm，h1=50mm，h2=2000mm。问（1）差压变送器的零点要进行正迁移还是负迁移？（2）变送器的量程应选择多大？（3）零点迁移后测量上、下限各是多少？目前十四页\总数三十六页\编于十八点解：P1=(h+h1)ρ1gP2=h2ρ2gΔP=P1-P2=hρ1g-(h2ρ2g-h1ρ1g)=hρ1g+Z0

（1）零点负迁移（最低液位处，h=0)Z0=-(2×900-0.05×800)×10/103=-17.6kPa

（2）变送器的量程Hρ1g=1.25×800×10/1000

=10kPa

（3）零点迁移后测量上、下限为-17.6～-7.6kPa目前十五页\总数三十六页\编于十八点思考：请判断下面三种安装方式是否需要进行零点迁移?应向何方向进行?(a)(b)(c)目前十六页\总数三十六页\编于十八点法兰式差压变送器测量液位示意图1-平法兰测头；2-毛细管；3-差压变送器；4-插入式法兰测头原理：法兰测头是一不锈钢膜盒，膜盒内充以硅油，用毛细管引到差压变送器的测量室。5.2.3法兰式差压变送器使用于有腐蚀性、含固体颗粒、易结晶、易沉淀或粘度大的液体，因为容易造成堵塞的场合。目前十七页\总数三十六页\编于十八点用一台双法兰式差压变送器测量某容器的液位，如图所示。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ρ=950kg/m3。变送器的安装尺寸为h1=1m，h2=4m。求变送器的测量范围，并判断零件迁移方向，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？h2h1p0H+-_图法兰式差压变送器测液位P0ρ0ρ目前十八页\总数三十六页\编于十八点解 变送器的测量范围应根据液位的最大变化范围来计算。测量范围可选0~30kPa。如图所示，当液位高度为h时，差压变送器正、负压室所受压力p1，p2分别为：

差压变送器输入信号为：由上式可知，当h=0时，△p=-h2ρ0g<0，所以，应进行负迁移，其迁移量应为h2ρ0g。当差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。

目前十九页\总数三十六页\编于十八点5.3.1检测原理利用电容器间介质不同时，电容量不同，可测定液位、料位或不同液体的分界面。电容物料传感器大多是同轴的圆筒形电容器。圆筒形电容器1-内电极；2-外电极5.3电容式物位计目前二十页\总数三十六页\编于十八点

D、d一定，C∝Lε。将电容传感器插入被测介质中，电极浸入介质中的深度随物位高低而变化，电极间介质的升降，必然会改变两极板间的电容量，从而可测出液位。ε—极板间介质的介电系数，ε=ε0εp

其中：ε0=8.84×10-12F/m，为真空（或干空气）近似的介电系数；εp

为介质的相对介电系数：水的εp=80，石油的εp=2~3。等等圆筒形电容器的电容量C为：目前二十一页\总数三十六页\编于十八点导电液体液位测量1-内电极；2-绝缘套管；3-容器内电极为直径为d的不锈钢或紫铜棒；外套聚四氟乙烯塑料绝缘管或涂以搪瓷绝缘层导电液体用电容传感器水、酸、碱、盐及各种水溶液，要用绝缘电容传感器。目前二十二页\总数三十六页\编于十八点H=0时，传感器的起始电容为C0：ε0′—等效介电系数。ε0—绝缘导管或陶瓷涂层的介电系数当液高为H时，电容传感器的电容量C为：上两式相减，便得液位高为H的电容变化量Cx：目前二十三页\总数三十六页\编于十八点由于D0

»d，通常ε0′＜ε，上式右边第二项可忽略。则电容变化量为：S—传感器的灵敏度系数，S=2πε/ln(D/d)

D、d和ε基本不变，故测得Cx可知液位高低。

D、d愈接近，ε越大，灵敏度S越高。当液体粘滞性大时会粘在电极上，∴不适于η较高或粘附力强的液体。目前二十四页\总数三十六页\编于十八点非导电液体液位测量1-内电极；2-外电极；3-绝缘环裸电极作内电极，外套以开有液体流通孔的金属外电极，通过绝缘环装配成电容传感器。

非导电液体用电容传感器目前二十五页\总数三十六页\编于十八点ε0—空气的介电系数

H=H时:εp—液体相对介电系数

H=0时：目前二十六页\总数三十六页\编于十八点上两式相减得传感器的电容变化量Cx为：S′—传感器的灵敏度系数，

D、d、ε0、εp是一定的，因此测定Cx可测定液位H。目前二十七页\总数三十六页\编于十八点(a)测量金属料仓的料位；(b)测量水泥料仓的料位；1-金属内电极；2-金属容器壁电极；3-钢丝绳内电极；4-钢筋；5-绝缘体

粉粒状物料用电容传感器

测量粉状非导电介质（干燥水泥、粮食等）钢丝绳悬在料仓中央，与仓壁中钢筋构成电容器，粉料绝缘电极对地亦应绝缘。粉料作绝缘介质，若容器为圆筒形，Cx可用Cx=S′H计算；目前二十八页\总数三十六页\编于十八点5.4雷达物位计微波物位计(俗称雷达物位计)利用回波测距原理,其喇叭状或杆式天线向被测物料面发射微披,微被传播到不同相对介电率的物料表面时会产生反射,并被天线所接收。发射波与接收波的时间差与物料面与天线的距离成正比，测出传播时间即可得知距离。微波是电磁波，传播速度且不受介质特性影响，所以在一些有温度、压力、蒸汽等场合,超声物位计不能正常工作,而微波物位计可以使用。在石油及石化领域有较广阔的应用前景。目前二十九页\总数三十六页\编于十八点VGHORN采用调频连续波FMCW，X波段.整机采用一体化设计包括信号处理器，过程连接和天线.适用于距离，物位和体积的测量。

应用场所包括储罐,槽，斗，工艺过程罐，稳波井，旁通管.目前三十页\总数三十六页\编于十八点5.5

厚度检测

厚度检测在冶金生产过程中是不可缺少检测厚度的方法涡流式测厚与放射线测厚两种方法涡流厚度检测法

核辐射厚度测量

目前三十一页\总数三十六页\编于十八点5.5.1涡流厚度检测法电涡流:当通过金属体的磁通发生变化时，就会在导体中产生感生电流，这种电流在导体中是自行闭合的，这就是所谓电涡流。涡流效应:电涡流的产生必然要消耗一部分能量，从而使产生磁场的线圈阻抗发生变化，这一物理现象称为涡流效应。分类：高频反射式涡流厚度计(几兆赫到几百兆赫)、低频透射式涡流厚度计(几百到一两千赫)

利用涡流效应检测厚度5.5

厚度检测

目前三十二页\总数三十六页\编于十八点当线圈中通以高频电流iC，产生交变磁场HC，在高频磁场作用下，金属板内产生涡流is，涡流产生二次磁场，反过来削弱传感器的磁场HC，使原线圈的阻抗Zc发生变化，显然Zc的变化决定于线圈到金属板表面的距离；金属板与线圈的距离是固