化工仪表检测技术第4章物位检测

1、化工仪表及自动化,第四章 物位检测,复习,1. 差压式流量计是由节流装置、 、 三部分组成的。其中节流装置有 、 、文丘里管。 2. 常见的弹簧管式压力表有 和 。 3.弹簧管式压力表由、几部分组成。 4.弹性式压力测量仪表常用的弹性元件有 、 、。 5.测量液体压力时，取压点应在，测量气体压力时取压点应在。 6.应变式压力传感器受压产生的是信号。 7. 弹性式压力计是根据弹性零件的（）与所受压力成比例的原理来工作的。当作用于弹性元件上的被测压力越大时，则弹性元件的（）越大。,8. 压力表的型号表示中，第一个字母Y表示（），Z表示（），YZ表示（），其后数字表示外壳直径，故型号YZ100指的是

2、（）。 9. 流量有（）和（）两种表示方法，其间关系为（ ）。 10. 当充满管道的液体通过节流装置时流速将在（）处发生（），从而使（）增加，而（）。 11.在孔板和文丘利管两种节流装置中，若差压相同，则两者的压力损失（）。 A、孔板大B、文丘利管大C、一样。 12.测量稳定压力时，被测介质的最大工作压力，不得超过仪表量程的（） 1/2 B. 1/3C. 2/3 D. 3/5 13 以下哪种不是弹性式压力计（ ）。 A.膜片式压力计 B纹管式压力计 C.弹簧管式压力计 D.应变式压力计,14.利用改变流体流通面积的方法测量的仪表为 。 A 靶式流量计 B 转子流量计 C 漩涡流量计 D涡轮流量

3、计 15.用弹簧管压力表测量脉动压力时，正常操作压力值应为量程的：（ ） A、1/21/3 B、2/31/3 C、3/41/3 D、3/51/3 16.用节流装置测量流量时，压力差P与被测流量值的:（ ） A 平方根成正比 B 平方根成反比 C 平方成正比 D平方成反比 17.漩涡流量计又称为涡轮流量计。（ ） 18.节流装置露出部分所标注的“+”号一侧，应当是流体的入口方向。（ ） 19.应变片式压力传感器是利用电阻应变原理构成的。（ ）,20. 测量流体流量总量的仪表一般称为计量表。（ ） 21.转子流量计采用的是恒压降、变节流面积的流量测量法。（ ） 22.压力表的选择，只需要选择合适的

4、量程就可以了。( ) 23.压力检测仪表的选用内容主要包括：仪表测压零点的选择、 仪表量程范围的选择和仪表精度等级的选择。 ( ),内容提要,一.物位检测的意义及主要类型 二. 压差式液位计 工作原理 零点迁移问题 用法兰式差压变送器测量液位 三. 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,第一节 物位检测的意义及主要类型,2,几个概念,液位 液位计 料位 料位计 界面计：测量两种密度不同液体介质的分界面的仪表。,测量物位的两个目的: 计量 监测和控制,按工作原理主要有以下几种类型： 直读式：根据流体的连通性原理来测量液位。 玻璃管液位计 玻璃板液位计 磁翻板

5、液位计 静压式：压力式和差压式。根据液柱或物料堆积高度变化对某点上产生的静（差）压力的变化的原理测量物位。 浮力式：它根据浮子高度随液位高低而改变或液体对浸沉在液体中的浮筒（或称沉筒）的浮力随液位高度变化而变化的原理来测量液位。前者称为恒浮力式，后者称为变浮力式。 还有：电磁式的物位仪表 核辐射式物位仪表 声波式物位仪表 雷达式液位仪表,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,3,一、工作原理,图4-1 差压式液位计原理图,第二节 差压式液位计,4,二. 零点迁移问题,无迁移 取压点与液位零位在同一水平面上,差压计正、负压室的压力差 P=P1-P2 =gH 当容器零

6、液位时 H=0时 P=0,P2=PB P1=PB+gH,差压计量程：0- gHmax,正迁移 取压口低于容器底部,P2=PB P1=PB+gH+gh,差压计正、负压室的压力差 P=P1-P2 =gH+gh 当容器零液位时 H=0时 P=gh0,对比无迁移情况，P多了一项压力hg，它作用在正压室上，称之为正迁移量。当H=0时，P=hg ，因此为了迁移掉hg的影响，可以调整迁移弹簧的张力来进行正迁移以抵消了hg在正压室内产生的力，达到正迁移的目的。,迁移调整后，差压式液位计的测量范围调整为hg Hmaxg+hg,负迁移 介质具有腐蚀性，且差压计低于容器,图4-2 负迁移示意图,正、负室压力p1、p

7、2分别为,则,当容器零液位时 H=0时 P=-2g(h2-h1)0,对比无迁移情况，P多了一项压力-（h2- h1）2g，它作用在负压室上，称之为负迁移量。当H=0时，P= -(h2- h1)2g 。为了迁移掉-(h2- h1)2g的影响，可以调整负迁移弹簧的张力来进行负迁移以抵消掉-(h2- h1)2g在负压室内产生的力，以达到负迁移的目的。 迁移调整后，差压式液位计的测量范围调整为 -(h2- h1)2g Hmaxg- (h2- h1)2g ,思考：怎样判断无迁移 、 正迁移、 负迁移？,第二节 差压式液位计,迁移弹簧的作用 改变变送器的零点。,迁移和调零 都是使变送器输出的起始值与被测量

8、起始点相对应，只不过零点调整量通常较小，而零点迁移量则比较大。,迁移 同时改变了测量范围的上、下限，相当于测量范围的平移，它不改变量程的大小。,6,第二节 差压式液位计,图4-3 正负迁移示意图,举例,某差压变送器的测量范围为05000Pa，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。,7,一般型号后面加“A”的为正迁移；加“B”的为负迁移。,三、用法兰式差压变送器测量液位,8,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

9、送器，如下图所示。,第二节 差压式液位计,9,第三节 其他物位计,一、电容式物位计,1.测量原理,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 和介质的介电常数的乘积成比例。,10,通过测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。,2.液位的检测,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,第三节 其他物位计,12,3.料位的检测,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，容易“滞留”，可用电极棒及容器壁组成电容器

10、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,13,第三节 其他物位计,优点,电容物位计的传感部分结构简单、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。,14,二、核辐射物位计,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,图4-12 雷达式液位计示意图,雷达波由天线发出到接收到由液面来的反射波的时间t由下式

11、确定,由于,故,雷达探测器对时间的测量有微波脉冲法及连续波调频法两种方式。,17,三、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。,图4-13 微波脉冲法原理示意图,要使用导波管？,18,可以用来连续测量腐蚀性液体、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、没有测量盲区,而且测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应用。,优点,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,19,20,例题分析,解：如果已知某厂生产的 DDZ-型压力变送器的规格有： 010，1

12、6，25，60，100 （MPa） 精度等级均为0.5级。 输出信号范围为010mA。,21,例题分析,由已知条件，最高压力为15MPa，若贮罐内的压力是比较平稳的，取压力变送器的测量上限为,若选择测量范围为025MPa、准确度等级为0.5级,这时允许的最大绝对误差为,由于变送器的测量范围为025MPa，输出信号范围为010mA,故压力为12MPa时,输出电流信号为,22,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。 在用差压变送器来测量液位时，由于在液位H=0时,差压变送器的输入差压信号p并不一定等

13、于0，故要考虑零点的迁移。实际上迁移问题不仅在液位测量中遇到，在其他参数的测量中也可能遇到。加上迁移机构，可以改变测量的起始点，提高仪表的灵敏度 (只不过这时仪表量程也要作相应改变)。,23,例题分析,由本例题可知，如果确定正迁移量为7MPa，则变送器的量程规格可选为16MPa。那么此时变送器的实际测量范围为723MPa，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。这时如果输入压力为12MPa，则输出电流为,输入压力为15MPa时,输出电流为,24,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

14、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，使仪表的测量误差减少了。,25,例题分析,图4-15 法兰式差压变送器测液位,26,2.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03m,被测介质密度=900kg/m3 ,毛细管内工作介质密度0=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,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?,例题分析,解：当不考虑迁移量时,

15、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-1kgs-2，即,27,例题分析,所以液柱压力用Hg计算时,只要H用m,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pmax为26.487kPa,经过圆整后,测量范围可选030kPa。,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,28,例题分析,因此，差压变送器所受的压差为,由上式可知,该差压变送器应进行负迁移,其迁移量为 h20g。 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

16、,其迁移量是不变的。,29,例题分析,3.用单法兰电动差压变送器来测量敞口罐中硫酸的密度,利用溢流来保持罐内液位H恒为1m。如图4-16所示。已知差压变送器的输出信号为010mA,硫酸的最小和最大密度分别为min = 1.32(g/cm3),max = 1.82(g/cm3) 图4-16 流体密度测量示意图min=1.32(g/cm3),max= 1.82(g/cm3) 要求: (1)计算差压变送器的测量范围； (2)如加迁移装置,请计算迁移量； (3)如不加迁移装置,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。,30,例题分析,解：（

17、1）若不考虑零点迁移,那么就要以max来计算差压变送器的测量范围。当=max = 1.82g/cm3时,差压变送器所承受的差压为,将H=1m,max=1820kg/m3，g=9.81m/s2代入上式,得,如果选择差压变送器的测量范围为02104Pa,则当=max= 1.82g/cm3时,对应的变送器输出为,31,例题分析,当=min=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。,32,例题分析,（2）为了提高灵敏度，可以考虑进行零点迁移，提高测量的起始点。考虑到=max时，这时所对应的压差仍为1.785104Pa，所以在提高测量起始点的同时