自动检测技术与仪表控制系统物位检测课件

7.物位检测1物位检测是对设备和容器中物料储量多少的度量。可以在贮槽侧面安装透视测量仪表监视贮存量的变化，但有些情况不可以。液位的自动测量和控制还比较容易，但对于粉粒体由于影响因素多，实现自动测量和控制比较困难，如即使选择最合适的地点安装物位传感器，但由于其在自然堆积时料面是不平的，且粉料、大料之间的大空隙、小空隙及受温度、压力和湿度的影响料位变化，但贮存量不变；对液体而言，实际生产过程中可能会沸腾或、泡沫或处于高温、高压的情况下。故物位的测量复杂而且精度易变。为保证生产过程的正常运行，如调节物料平衡、掌握物料消耗数量、确定产品产量等提供可靠依据。主要内容物位的定义及物位检测仪表的分类常用的物位检测仪表—静压式、浮力式和电容式、超声波式、核辐射式影响物位检测的因素—液位测量的特点、料位测量的特点、界位测量的特点27.1.物位检测的定义及物位检测仪表的分类一、物位的定义物位

指设备和容器中液体或固体物料表面位置。对应不同性质的物料又有以下定义：液位 指设备和容器中液体介质表面的高低料位指设备和容器中所储存的块状、颗粒状或粉末状固体物料的堆积高度。界位指相界面位置。(液-液、液-固)分界面不够清楚，有浑浊段物位是液位、料位、界位的总称。物位检测仪表对物位进行测量、指示和控制的仪表，称物位检测仪表。3二、物位检测仪表的分类被测对象、检测条件或环境各不相同，故方法很多，以满足不同的需要按测量方式：连续测量和定点测量（物位开关）按工作原理：

直读式 采用侧壁开窗口或旁通管方式，直接显示容器中的物位高度。主要用于液位检测和压力较低的场合

静压式 基于静力学原理

液位，有压力式、吹气式和差压式

浮力式

基于阿基米德定律

液位，有浮筒式和浮子式液位计

机械式

通过机械力测量 有重锤式、音叉式

电气式通过敏感元件

其他方法如声学式、射线式、光纤式等47.2.常用物位检测仪表一、直读式液位检测仪表测量原理基于连通器原理而实现液位的测量结构如图，有不同的形式连通阀，用于切断玻璃液位计与容器的特点 最简单、经济5二、静压式液位检测仪表工作原理是把物位的测量转换为压力或压差的测量，特点是使物位测量简单、无可动部件、工作可靠、压力表精度高。测量原理如图7-1所示。B点为选定的零液位。则从液面至零液位处的差压式中ρ为被测介质密度；g为重力加速度。静压式仪表有多种形式：61.压力、差压式液位计凡是可以测压力和差压的仪表，选择合适的量程均可用于检测液位。压力式液位计用于敞口容器中液位的测量差压式液位计 用于密闭容器中液位的测量7压力信号的引出8用引压管方式，如图7-3所示。金属感压膜在法兰中，与测量室间用充满硅油的带保护套的毛细管相连。有腐蚀性、结晶颗粒或黏度大、易凝固的介质用。读数的修正由于测压仪表的安装位置一般不能和被测容器的最低液位处在同一高度上，因此在测量液位时，仪表的量程范围内会有一个不变的附加值。对于这种情况，要根据安装高度进行读数的修正。图(a)中的情况，差压计安装在最低液面以下，这时加在差压计两侧的差压为：这种附加差压可以调整仪表的零点来消除，即当差压计有hρg的差压作用时，其指示值调为零。这种零点迁移称为正迁移。9图(b)所示的系统为带有隔离介质的测量系统。此时加在差压计两侧的差压为：这种情况下的迁移量为负值，称为负迁移。102.吹气式液位计原理 如图7-5所示把一根导管插入敞开容器的下部，空气经节流元件和压力计后由导管下部敞开逸出。当空气从导管下端以气泡形式流出时，管内压力与管口处的静压力相等，因此压力计指示值即可反映液位高度。当液位上升或下降时，管口处静压力变化，导致管口气体的流出量变化，因此管内压力变化。可用于腐蚀性较强或沉淀严重的液体。特点 ：可将压力检测点移至顶部，其使用和维修均很方便。很适合于地下储罐、深井等场合。精度影响：取决于测压仪表的精度，以及液体的温度对其密度的影响。（前两种液位计亦如此）11二、浮力式物为检测仪表1.浮子式液位计--恒浮力式原理：把液位的变化传给浮在液面上的浮子，浮子受液体的浮力而漂在液面上，当浮力与重量相等时，浮子的位置就代表液位，并且随液位同步移动。浮子的形状：圆盘形、圆柱形和球形，要根据使用条件和使用要求来设计重锤式直读浮子液位计处于平衡状态而漂浮在液面上，平衡重锤当液位变化时，浮子随着升降，但此时浸没在液体中的浮子的高度必须保持不变才能实现正确的测量。实际上由于测量粘度时，浮子浸入液体的深度变化（增加），※大的液体时，浮子可能粘上液体使其重量12增加液或位因侵的蚀变而化重量只减有少克，服还有了传仪动机表构的摩的擦摩阻擦力力，之及后液达体的到密一度定随温的度值的时变化浮而子才能变化运，动均，能引这起是误浮差。力当式液液位变位化计（存增加在）不浮力灵变敏化区（增的加原），因迫。使不浮灵子的敏浸区入深的度大小变与化浮（子减少的）直，径使浮成力反减比少。，与液体的浮子密所度受成的绳反子比拉。力、故重一力般和浮把力浮相子等时，制成扁平空心圆盘或扁圆柱形，当液面浮动较大且频繁时采用高圆柱形。灵敏区的减小还可位置以反通映过浮子减的小位摩置，擦从阻而力知液的位方法。※浮子位置的检测可直接指示或远传。舌簧管式液位计—将液位的变化转为电信号的变化13特点：结构简单、采用两个舌簧管可提高可靠性。但连续性差、量程不能太大所2.浮筒式液位计--变浮力式液位计原理 ：浮筒是圆柱形的，浸没在液体中的深度不同，受的浮力也不同，故测浮力就可知液位。如图1-浮筒2-弹簧3-差动变压器部分浸没于液体中的浮筒由于受液体的浮力而向上运动，当重力、浮。力与弹簧力平衡时浮筒才停止运动初始平衡时有：m为浮筒质量，A为截面积，c为弹簧的刚度，x0为压缩位移，ρ为被测液体密度，H为浮筒没入液体高度当液位变化时，浮筒所受浮力改变，弹簧的变形亦有变化。达到新的力平衡时，有以下关系：由以上两式可得：上式表明,弹簧的变形与液位变化成正比例关系。容器中的液位高度则为：14弹簧的变形检测 有各种转换方法在浮筒连杆上装指针直接指示液位在连杆上端装有差动变压器铁芯（如上图），通过差动变压器输出相应的电信号，从而测出液位。通过扭力管将浮筒的线位移转变为角位移，通过霍尔片感受位移的变化输出霍尔电势，霍尔电势的大小与角位移成正比，经处理后可变为标准信号。15三、其他物位测量仪表1.电容式物位计工作原理圆筒形电容器的电容值随两极板之间的电介质的不同而变化，故可以通过测量电容量的变化来测量物位。由同轴圆筒电极组成的电容器的电容量为：图7-10电容式物位计原理D、d固定，则介电常数ε和L变化会引起电容变化。如图7-10的电容值为16组成：测量电极和测量电路组成测量电极的型式：随被测介质的不同而不同。非导电液体液位测量同心套筒电极，外电极开许多孔

1-内电极2-外电极3-绝缘套非导电固体料位测量1-内设的金属棒内电极2-金属容器壁作外电极构成同心电容器导电液体液位测量

1-带绝缘套的金属棒作内电极2-绝缘套管4-导电液体作3-外电极

粘度大的液体容易粘上，造成虚假液位17测量电路（电容的检测）：有交流电桥法、充放电法和谐振电路法特点：可以输出标准信号，实现远距离传送；电容式物位计一般不受真空、压力、温度等环

境条件的影响；安装方便、结构牢固，易维修；价格较低。但不适合于以下介质：介电常数随

温度等影响而变化、介质在电极上有沉积或附

着、介质中有气泡产生等。182.超声式物位计原理利用声波的某些特性制成。如声波阻断式—固体、液体或气体对声波的吸收能力不同（气体最大），由接收的超声波可知物体是否达到预定位置，可实现报警或定位检测。而回波测距法—声波在介质中的传播有一定的速度，但在密度不同的介质分界面处会产生反射和折射。液面上声波从发射到接受回波的时间间隔与物位高低成比例，从而测得液位分类（针对回波测距法）固介式、液介式、气介式组成超声换能器（由压电材料制称，完成电能和超声能的可逆转换，可以是接、收分开的双探头方式也可以是自发自收的单探头方式）和电子装置（用于产生电信号以激励超声换能器发射超声波，并接收和处理经超声换能器转换的电信号。）19补偿由于超声波在介质中的传播速度易受温度和成分变化的影响，从而影响物位的测量，因此需要补偿。可以在超声换能器附近安装温度传感器，自动补偿因温度变化对物位测量的影响，还可以使用校正器，定期校正声速。特点无机械可动部件，安装维修方便；超声换能器寿命长；可以实现非接触式测量，适合于有毒、高粘度及密闭容器物位的测量；对环境适应能力强，应用广泛H探头如图为液介式超声波物位计的测量原理。203.核辐射式物位计原理射线在穿透物质时，它的强度随物质层的厚度指数降低，只要测出通过物质前后的辐射强度，

就可知厚度（物位）。射线射入一定厚度的介质时，其强度与厚度的关系：不同的介质对射线的吸收能力不同，当射线源与被测介质确定后，则I0和μ（吸收系数）确定，测量射线通过物体后的辐射强度I即可测得物位。21组成：射线源、防护容器、射线检测器、电子转换和指示器●探测器前置放大整形 计数显示被测物22电子转换指示放射源放射源一般为γ射线源，钴（Co)或铯（Cs)探测器可将射线的强度转换为电信号检测方式有固定安装式和随动式两种a)自动跟踪方式：电机带动射线源和接受器沿导轨随物位的变化而升降，且始终保持同一高度，可连续测量范围宽、但存在运动部件，结构复杂b)固定安装方式：透射式测量，随物位的变化，射线的衰减程度变化，从而可测得物位。无运动机构，结构简单c)、d)、e)发射源或接收器多点组合方式方式：射测量变化范围大的物位，可连续测量，很好的改善了线性关系，但增加了安装与维护的困难23特点具有非接触式测量的特点，可用于高温高压、真空密闭等各种容器中液体或固体物料的物位测量；可适应腐蚀、有毒、高粘度、爆炸性等各种困难介质和高温、高湿、多粉

尘、强干扰等恶劣的工作条件。其放射性安全防护措施需按

有关规范操作。4.物位开关—用于定点测量

检测物位是否达到预定的高度，并发出相应的开关量信号。（可接继电器出电信号）24开关式光纤液位探测器：原理：全反射原理组成：LED光源、光电二极管和多模光纤工作原理：光纤探头顶端装有圆锥体反射器，当探头接触液面时全反射，接触液面后部分光线透入液体内，返回的光线变弱，光强突然变化时对应的位置就是液面。25Y型光纤结构，由Y型光纤、全反射锥体、光源和光电二极管组成U型光纤结构，在探头端除去光纤的包层，浸入液体前后其折射率变化使接收光强改变探头端是两根多模光纤用棱镜耦合在一起，对光源和探测器要求不高7.3.影响物位测量的因素一、液位测量的特点液面波动（物料流进流出、沸腾或泡沫）大型容器中各处物理量（温度、密度和粘度）分布不均液体处于特殊状态中（高温、高压、高粘度、含大量杂质）二、料位测量的特点料面不规则物料排出后有滞留区物料间空隙不稳定三、界位测量的特点存在浑浊段26作业：P126 7-2 7-3277-4第一问•

向科学技术要安全，向安全生产要效益。10月-2310月-23Friday,October20,2023•

安全是朵幸福花，合家浇灌美如画。10:51:4010:51:4010:5110/20/2023

10:51:40

AM•

设备巡视莫粗心，运行操作要认真。10月-2310:51:4010:51Oct-23

20-Oct-23•

生活幸福来自安全，人生快乐首当平安。10:51:4010:51:4010:51Friday,

October

20,

2023•

幸福