化工仪表及自动化第5章液位

1、自动控制仪表,第五章 物位检测及仪表,内容提要,物位检测及仪表 概述 差压式液位变速器 电容式物位传感器 核辐射物位计 称重式液罐计量仪,1,物位-指容器中的液体介质的液位、固体的料位或颗粒 物的料位和两种不同液体介质分界面的总称,液位容器中的液体介质的高低 料位容器中固体或颗粒状物质的堆积高度,物位检测的作用 确定容器中的贮料数量，以保证连续生产的需要或进行经济核算； 为了监视或控制容器的物位，使它保持在规定的范围内； 对它的上下极限位置进行报警，以保证生产安全、正常进行。,物位的基本概念,第五章 物位检测及仪表,一、概论,第五章 物位检测及仪表,一、概论,检测方法分类,直读式物位仪表：玻璃

2、管液位计、玻璃板液位计等。 差压式物位仪表：利用液柱或物料堆积对某定点产生压力的原理而工作。 浮力式物位仪表：利用浮子高度或浮力随液位高度而变化的原理工作。 电磁式物位仪表：使物位的变化转换为一些电量的变化，如电容 核辐射物位仪表：利用射线透过物料时其强度随物质层的厚度而变化的 原理 声波式物位仪表：由于物位的变化引起声阻抗的变化、声波的遮断和声 波反射距离的不同，测出这些变化就可测知物位,第五章 物位检测及仪表,二、差压式液位变送器,4,1.工作原理,图3-39 差压液位变送器原理图,图3-40 压力表式液位计,第五章 物位检测及仪表,将差压变送器的一端接液相，另一端接气相,因此,当被测容器

3、是敞口的，气相压力为大气压时，只需将差压变送器的负压室通大气即可。若不需要远传信号，也可以在容器底部安装压力表，如图3-40所示。,5,安装位置条件不同存在着仪表零点迁移问题,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。作用于变送器正、负压室的差压P与液位高度H的关系为P=Hg。 当H =0时，正负压室的差压P=0， 变送器输出信号为4mA 当H= Hmax时，差压Pmax=gHmax， 变送器的输出信号为20 mA,无迁移,2.零点迁移问题,第五章 物位检测及仪表,负迁移,差压变送器的正、负压室的压力分别为,正、负压室的压差为,当被测液位H=0时，P=

4、-(h2-h1)2g0，使变送器在H=0时输出电流小于4 mA；H=Hmax时，输出电流小于20 mA,P=Hg,2.零点迁移问题,第五章 物位检测及仪表,正迁移,变送器的安装位置与容器的最低液位（H=0）不在同一水平位置,正、负压室的压力分别为,正、负压室的压差为,当被测液位H=0时，P=h1g 0，从而使变送器在H=0时输出电流 大于4 mA；H=Hmax时，输出电流大于20 mA。,2.零点迁移问题,第五章 物位检测及仪表,第五章 物位检测及仪表,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。

5、,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。,7,第五章 物位检测及仪表,图3-42 正负迁移示意图,图3-43 正迁移示意图,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。,8,例,已知1=1200kg/m3，2=950kg/m3，h1=1m，h2=5m，液位变化范围0-2.5米，求：变送器的量程和迁移量。,解,Hmax1g=2.5*1200*9.8=29400Pa 变送器量程可选为：40kPa 当H=0时，-

6、2g（h2-h1）=-4*950*9.8=-37.24 kPa 变送器需要进行负迁移，迁移量为37.24 kPa,第五章 物位检测及仪表,结论： 差压式液位变送器，事实上就是一个差压变送器，无非液位变送器的输出与液位高度H成线性关系。 因此，差压式液位变送器的安装与前面所述的差压变送器的安装是完全相同的。 为了解决测量具有腐蚀性或含有结晶颗粒以及粘度大、易凝固等液体液位时，引压管线容易出现被腐蚀、被堵塞的问题，应使用在导压管入口处加隔离膜盒的法兰式差压变送器（压力信号的远传装置），分单法兰式及双法兰式两种。,第五章 物位检测及仪表,第五章 物位检测及仪表,3.用法兰式差压变送器测量液位,图3-

7、44 法兰式差压变送器测量液位示意图,1法兰式测量头；2毛细管；3变送器,9,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，应使用在导压管入口处加隔离膜盒的法兰式差压变送器，如下图所示。,第五章 物位检测及仪表,三、电容式物位传感器,1.测量原理,图3-45 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。,第五章 物位检测及仪表,2.液位的检测,3-46 非导电介质的液位测量

8、,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,第五章 物位检测及仪表,12,第五章 物位检测及仪表,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的两极来测量非导电固体料位。,1金属电极棒；2容器壁,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,图3-47 料位检测,第五章 物位检测及仪表,优点,电容物位计的传感部分结构简单、使用

9、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,第五章 物位检测及仪表,四、核辐射物位计,射线的透射强度随着通过介质层厚度的增加而减弱，具体关系见式（3-63）。,（3-63）,图3-48 核辐射物位计示意图,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,第五章 物位检测及仪表,五、称重式液罐计量仪,该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。,杠杆平衡时,由于,（3-64）,代入（3-64）,（3-65）,如果液罐是均匀截