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任务原理零点迁移问题用法兰式差压变送器丈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丈量物位的两个目的按其任务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、任务原理图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丈量液位时,假设被测容器是敞口的,气相压力为大气压,那么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丈量液位的高低。假设容器是受压的,那么需将差压计的负压室与容器的气相相衔接。以平衡气相压力pA的静压作用。结论8图4-2负迁移表示图第二节差压式液位计9二、零点迁移问题在运用差压变送器丈量液位时，普通来说实践运用中，正、负室压力p1、p2分别为那么第二节差压式液位计迁移弹簧的作用改动变送器的零点。迁移和调零都是使变送器输出的起始值与被丈量起始点相对应，只不过零点调整量通常较小，而零点迁移量那么比较大。迁移同时改动了丈量范围的上、下限，相当于丈量范围的平移，它不改动量程的大小。10第二节差压式液位计某差压变送器的丈量范围为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。11普通型号后面加“A〞的为正迁移；加“B〞的为负迁移。图4-3正负迁移表示图图4-4正迁移表示图举例第二节差压式液位计三、用法兰式差压变送器丈量液位12图4-5法兰式差压变送器丈量液位表示图1—法兰式丈量头；2—毛细管；3—变送器第二节差压式液位计三、用法兰式差压变送器丈量液位单法兰式双法兰式法兰式差压变送器按其构造方式13为理处理丈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，应运用法兰式差压变送器，如以下图所示。第二节差压式液位计图4-6单法兰插入式差压变送器1—挡板；2—喷嘴；3—弹簧；4—反响波纹管；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—反响波纹管；5—密封片；6—插入式法兰；7—负压室；8—丈量波纹管；9—正压室；10—硅油；11—毛细管；12—密封环；13—膜片；14—平法兰14第三节其他物位计一、电容式物位计1.丈量原理图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，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。15经过丈量电容量的变化可以用来检测液位、料位和两种不同液体的分界面。第三节其他物位计2.液位的检测4-9非导电介质的液位丈量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丈量的电容式液位传感器原理如以下图所示。当液位上升为H时，电容量变为电容量的变化为16第三节其他物位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不等的原理进展任务，〔ε-ε0〕值越大，仪表越灵敏。电容器两极间的间隔越小，仪表越灵敏。结论171—金属电极棒；2—容器壁图4-10料位检测第三节其他物位计3.料位的检测用电容法可以丈量固体块状颗粒体及粉料的料位。由于固体间磨损较大，容易“滞留〞，可用电极棒及容器壁组成电容器的两极来丈量非导电固体料位。左图所示为用金属电极棒插入容器来丈量料位的表示图。电容量变化与料位升降的关系为18第三节其他物位计优点电容物位计的传感部分构造简单、运用方便。缺陷需借助较复杂的电子线路。应留意介质浓度、温度变化时，其介电系数也要发生变化这种情况。19射频电容式液位变送器20第三节其他物位计二、核辐射物位计射线的透射强度随着经过介质层厚度的添加而减弱，详细关系见式〔4-9〕。〔4-9〕图4-10核辐射物位计表示图1—辐射源；2—接受器特点适用于高温、高压容器、强腐蚀、剧毒、有爆炸性、黏滞性、易结晶或沸腾形状的介质的物位丈量，还可以丈量高温融熔金属的液位。可在高温、烟雾等环境下任务。但由于放射线对人体有害，运用范围遭到一些限制。21第三节其他物位计三、雷达式液位计雷达式液位计是一种采用微波技术的液位检测仪表。可以用来延续丈量腐蚀性液体、高黏度液体和有毒液体的液位。它没有可动部件、不接触介质、没有丈量盲区,而且丈量精度几乎不受被测介质的温度、压力、相对介电常数的影响,在易燃易爆等恶劣工况下仍能运用。优点22雷达液位计23第三节其他物位计图4-12雷达式液位计表示图雷达波由天线发出到接纳到由液面来的反射波的时间t由下式确定由于故

雷达探测器对时间的丈量有微波脉冲法及延续波调频法两种方式。24第三节其他物位计图4-13微波脉冲法原理表示图要运用导波管？25第三节其他物位计四、称重式液罐计量仪既能将液位测得很准，又能反映出罐中真实的质量储量。称重仪根据天平原理设计。由于杠杆平衡时〔3-64〕代入〔3-64〕〔3-65〕假设液罐是均匀截面〔3-66〕〔3-67〕19第三节其他物位计图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—发讯器式中假设液罐的横截面积A为常数，得将式〔3-67〕代入式〔3-65〕，得〔3-68〕20缆式液位变送器投入式液位变送器浮球液位变送器第三节其他物位计28例题分析举例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)。假设压力由12MPa变化到15MPa，问这时压力变送器的输出变化了多少?假设附加迁移机构,问能否可以提高仪表的准确度和灵敏度?试举例阐明之。解：假设知某厂消费的DDZ-Ⅱ型压力变送器的规格有：0～10，16，25，60，100〔MPa〕精度等级均为0.5级。输出信号范围为0～10mA。29025P/MPa10I/mA124.861530例题分析由知条件，最高压力为15MPa，假设贮罐内的压力是比较平稳的，取压力变送器的丈量上限为假设选择丈量范围为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丈量范围为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例题分析压力为15MPa时，输出电流信号为这就是说,当贮罐内的压力由12MPa变化到15MPa时,变送器的输出电流只变化了1.2mA。在用差压变送器来丈量液位时，由于在液位H=0时,差压变送器的输入差压信号Δp并不一定等于0，故要思索零点的迁移。实践上迁移问题不仅在液位丈量中遇到，在其他参数的丈量中也能够遇到。加上迁移机构，可以改动丈量的起始点，提高仪表的灵敏度(只不过这时仪表量程也要作相应改动)。32016723P/kPa10I/mA123.12551533例题分析由本例题可知，假设确定正迁移量为7MPa，那么变送器的量程规格可选为16MPa。那么此时变送器的实践丈量范围为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。这时假设输入压力为12MPa，那么输出电流为输入压力为15MPa时,输出电流为34例题分析由此可知，当输入压力由12MPa变化到15MPa时，输出电流变化了1.875mA，比不带迁移机构的变送器灵敏度提高了。变送器的准确度等级仍为0.5级，此时仪表的最大允许绝对误差为(23-7)×0.5%=0.08MPa，所以，由于加了迁移机构，使仪表的丈量误差减少了。35例题分析图4-15法兰式差压变送器测液位362.用一台双法兰式差压变送器丈量某容器的液位,如图4-15所示。知被测液位的变化范围为0~3m,被测介质密度ρ=900kg/m3,毛细管内任务介质密度ρ0=950kg/m3。变送器的安装尺寸为h1=1m,h2=4m。求变送器的丈量范围,并判别零点迁移方向,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,问对丈量有何影响?例题分析解：当不思索迁移量时,变送器的丈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根本单位时就相当于m-1·kg·s-2，即37例题分析所以液柱压力用Hρg计算时,只需H用m,ρ用kg/m3，g用m/s2为单位时,相乘结果的单位就是Pa。上述计算结果Δpmax为26.487kPa,经过圆整后,丈量范围可选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38例题分析因此，差压变送器所受的压差为由上式可知,该差压变送器应进展负迁移,其迁移量为h2ρ0g。当差压变送器安装的高度改动时,只需两个取压法兰间的尺寸h2不变,其迁移量是不变的。39例题分析3.用单法兰电动差压变送器来丈量敞口罐中硫酸的密度,利用溢流来坚持罐内液位H恒为1m。如图4-16所示。知差压变送器的输出信号为0~10mA,硫酸的最小和最大密度分别为ρmin=1.32(g/cm3),ρmax=1.82(g/cm3)图4-16流体密度丈量表示图ρmin=1.32(g/cm3),ρmax=1.82(g/cm3)要求:(1)计算差压变送器的丈量范围；(2)如加迁移安装,请计算迁移量；(3)如不加迁移安装,可在负压侧加装水恒压器(如图中虚线所示)，以抵消正压室附加压力的影响,请计算出水恒压器所需高度h。40例题分析解：〔1〕假设不思索零点迁移,那么就要以ρmax来计算差压变送器的丈量范围。当ρ=ρmax=1.82g/cm3时,差压变送器所接受的差压为将H=1m,ρmax=1820kg/m3，g=9.81m/s2代入上式,得假设选择差压变送器的丈量范围为0～2×104Pa,那么当ρ=ρmax=1.82g/cm3时,对应的变送器输出为41例题分析当ρ=ρmin=1.32g/cm3时,其差压为这时差压变送器的输出为由上可知，当硫酸密度由最小值变化到最大值时，输出电流由6.475mA变化到8.925mA，仅变化了2.45mA，灵敏度是很低的。42例题分析〔2〕为了提高灵敏度，可以思索进展零点迁移，提高丈量的起始点。思索到ρ=ρmax时，这时所对应的压差仍为1.785×104Pa，所以在提高丈量起始点的同时，丈量上限却可以不改动，这样一来，实践量程紧缩了。当ρ=ρmin=1