物位的测量资料

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1、第5章 物位的测量 本章介绍了物位的基本概念,以及物位测量 的特点,详细分析了一些典型物位计的工作原理, 介绍了它们的优缺点、应用场合及使用的注意事项 。 返总目录 教学目录: 概述概述 直读式液位计直读式液位计 浮力式液位计浮力式液位计 静压式液位计静压式液位计 电容式物位计电容式物位计 电阻式液位计电阻式液位计 超声波式物位计超声波式物位计 导波雷达物位计导波雷达物位计 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 返总目录 5.1 概述 5.1.1 物位测量的一般概念 5.1.2物位测量的工艺特点和主要问题 重点:物位测量的基本概念。 重点:液位测量的工艺特点。 难点:

2、料位测量的工艺特点。 5.1.3 物位测量仪表的分类 返本章目录 物位检测是对设备和容器中物料储量多少的度量。物位检 测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。在现代工业生产自动 化过程监测中物位检测占有重要的地位。 一、定义: 物位:储物在容器中的积存高度。即液位、料位和界位的位置 统称为物位。 物位是液位、料位、界位的总称。对物位进行测量、指示和控制 的仪表,称物位检测仪表。 5.1.1物位测量的一般概念 返总目录 5.1.2物位测量的工艺特点和主要问题 1.液位测量的工艺特点 液面是一个规则的表面,但当物料流进、流 出时,会有波浪,或者在

3、生产过程中出现沸腾 或起泡沫的现象。 大型容器中常会出现液体各处温度、密度和粘 度等物理量不均匀的现象。 容器中常会有高温、高压,或液体粘度很大, 或含有大量杂质、悬浮物等。 返本节目录返本章目录 2.料位测量的工艺特点 物料自然堆积时,有堆积倾斜角,因此料面是不平的 ,难以确定料位高度。 物料进出时,又存在着滞留区(由于容器结构而使不 易流动的死角处,叫做滞留区),影响到物位最低位置 的测准。 储仓或料斗中,物料内部可能存在大的孔隙,或粉料 之中存在小的间隙,前者影响对物料储量的计算,而后 者则在振动或压力、湿度变化时物位也随之变化。 3.界位测量中最常见的问题是界面位置不明显 ,浑浊段的存

4、在也影响测准。 5.1.2物位测量的工艺特点和主要问题 返本节目录返本章目录 5.1.3 物位测量仪表的分类 物位测量仪表的种类很多,而且还在不断发 展。按其工作原理可归纳为以下几种: 直读式物位测量仪表、浮力式物位测量仪表、 静压式物位测量仪表、电磁式物位测量仪表、 电容式物位测量仪表、超声波式物位测量仪表 核辐射式物位测量仪表等。 此外,还有声学式、称重式、重锤式、旋翼式 等。 返本节目录返本章目录 5.2 直读式液位计 直读式液位计是一种简单而常用的液位测量仪 表。其中最简单的就是直接用直尺插入介质中来 测量液位,另外就是用玻璃液位计进行测量。 重点:玻璃液位计的原理、结构、特点。 难点

5、:玻璃液位计的分类,以及使用注意事项。 返本章目录返总目录 5.2 直读式液位计 玻璃液位计的工作原理:按照连 通器液柱静压平衡的原理工作的。 优点:结构简单、价格便宜, 一般用在温度及压力不太高的场合 就地指示液位的高低。 缺点:不能测量深色或粘稠的介质的液位,另 外玻璃易碎,且信号不能远传和自动记录。 玻璃液位计按照结构可以分为玻璃管式和玻 璃板式液位计两种。 返本章目录 当用玻璃液位计进行精确测量时应注意: 应使容器和仪器中的介质具有相同的温度,以免因密度 不同而引起示值误差。 玻璃液位计管径不宜太小,以免因毛细现象而引起示值 误差。 应尽量减小连通管上的流动阻力,以减小液位快速变化 时

6、产生的动态误 差。 为了改善仪表的动态性能,也不能把连通管上的阀门省 掉。当玻璃管或玻璃板一旦发生损坏时,可利用连通管 上的阀门进 行切断,以免事故扩大。 5.2 直读式液位计 返本章目录 5.3 浮力式液位计 工作原理:基于液体浮力原理而工作的。 浮力式液位计分为浮子式和浮筒式液位计两种。 优点:不容易受到外界环境的影响;浮子或浮筒 直接受浮力推动,比较直观、可靠,结构简单、维 修方便等。 缺点:由于具有可动部件,故容易受摩擦而影响 它的灵敏度和增大误差,而且可动部件易被污垢、锈 蚀卡死而影响可靠性。另外,由于浮筒或浮子要垂直 或横伸于容器中,故所占空间较大。 返本章目录 5.3.1 浮子式

7、液位计 重点:各种浮子式液位计的特点、原理、结构和使用。 难点:各种浮子式液位计的使用。 5.3 浮力式液位计 5.3.2 浮筒式液位计 重点:各种浮筒式液位计的特点、原理和结构。 难点:浮筒式液位计的校验。 返本章目录 1、浮子式液位计:是一种恒浮力式液位计。 (1)钢丝绳(或钢带)式浮子液位计 基本原理: 通过测量漂浮于被测液面上的浮子(浮 标)随着液面的变化而上下移动而产生的位 移来检测液位高低,其所受浮力的大小一定。 即检测浮子所在位置可知液面高低。 浮子形状常见有圆盘形、圆柱形和球形等。下面以圆柱形为例来 作分析。如图: 浮子通过滑轮和绳带与平衡重锤连接,绳带的拉力与浮子的重量 及浮

8、力相平衡,以维持浮子处于平衡状态而漂在液面上,平衡重 锤位置即反映浮子的位置,从而测知液位。 5.3.1 浮子式液位计 基本原理: 理想情况下,浮子浸入液体的高度h是不变的,将来液位变化 时,浮子随液位上、下移动,通过滑轮使悬锤上、下移动,指 示液位高低。 5.3.1 浮子式液位计 1、浮子式液位计:是一种恒浮力式液位计。 基本原理: 但由于液体的黏性、传动系统的摩擦等 因素,液位变化H只有达到一定的值时(即 浮子浸入液体深度h变化到一定值时h ), 造成浮力发生F的变化时,浮子才会动作, 才可能带动悬锤指示变化。这表明了液位计存在不灵敏区。 杠杆浮球式液位计分为内浮式和外浮式。使用时若有沉

9、淀物或凝结物附在浮球上,要重新调整平衡锤的位置,校正 零位。这类仪表变化灵活,容易适应介质的温度、压力、粘 度等条件。但受机械杠杆长度的限制,测量范围较小。 (2)杠杆浮球式液位计 返本节目录返本章目录 1-浮球 2-连杆 3-转动轴 4-平衡锤 5-杠杆 6-指针 7-标尺 5.3.1 浮子式液位计 翻板由极薄的导 磁金属制成,每片宽 10mm,垂直排列, 并各自能绕框架上的 小轴旋转。翻板的一 面涂有红漆,另一面 涂银灰漆。 (3)翻板式液位计 返本节目录返本章目录 翻板式液位计 翻板式液位计工作原理动画演示 返本节目录返本章目录 浮子钢带液位计 5.3.2 浮筒式液位计 浮筒式液位计的检

10、测元件是浸没于液体中的浮 筒。浮筒所受浮力随位移发生变化。此浮力变化 再以力或位移变化的形式,带动电动或气动元件 发出信号给显示仪表以显示液位,也可以实现液 位的报警或调节。 这种液位计主要由变送器和显示仪表两部分组 成。 浮筒的长度就是仪表的量程,一般为300 2000mm。 返本节目录返本章目录 二、浮力式液位计 2、浮筒式液位计:是一种变浮力式液位计。 (1)带有差动变压器的浮筒式液位计 .原理图: 结构:圆柱形的检测元件的浮筒部分沉浸于 液体中,由弹簧悬挂,弹簧下端固定,上端受浮 筒重力而拉伸。 .基本原理: 利用浮筒(敏感元件)由于被液体浸没高度 不同,以至所受浮力不同来检测液位。

11、二、浮力式液位计 2、浮筒式液位计:是一种变浮力式液位计。 .基本原理: 设浮筒质量为m ,截面积为A ,弹簧的刚度 为c,压缩位移为 x0,被测液体密度为 ,浮筒没 入液体高度为H 起始位置弹性力与重力、浮力相平衡,有: 弹性力重力浮力 二、浮力式液位计 2、浮筒式液位计:是一种变浮力式液位计。 .基本原理: 当液位变化时,浮筒所受浮力改变,弹簧的 变形亦有变化。 达到新的力平衡时则有以下关系: 二、浮力式液位计 2、浮筒式液位计:是一种变浮力式液位计。 .基本原理: 结论:只要检测弹簧的变形x(即浮筒的 位移量),即可确定液位的变化H ,进而确定液体的液位高度。 二、浮力式液位计 2、浮筒

12、式液位计:是一种变浮力式液位计。 .位移检测方法: 弹簧变形量的检测可通过差动变压器实现。 如图,在浮筒顶部的连杆上装一铁心,铁心随 浮筒而上下移动,其位移经差动变压器转换为 与位移成比例的电压输出,从而给出相应的液位 指示。 .采用弹簧结构的好处: 液位高度的变化范围可能很宽,但浮筒只有很小的位移,对 应差动式变压器铁芯位移很小,实现起来方便。 5.3.2 浮筒式液位计 3.浮筒式液位计计的校验验 (1)挂重法(又称干法) 挂重法校验浮筒式液位计,是将浮筒取下后,加 上与各校验点对应的某一砝码码重力来校验的。该重 力为浮筒重力(包括挂链重力)与液面在该校验点时 浮筒所受浮力之差。 返本节目录

13、返本章目录 5.3.2 浮筒式液位计 例5-1 设一浮筒式液位计中浮筒的重力G114.41N,浮筒 的外径D13mm,浮筒的长度L4600mm,液相介质的密 度1= 0.85g/cm3,气相介质的密度2= 0.00165g/cm3,现求 :当校验点为全量程的0%、50%、100%时,应分别加多重 的砝码? 解:当液位为50%时,浮筒所受浮力F50为 所以,应加砝码重力为 W50G1F5014.412.5911.82N 返本节目录返本章目录 5.3.2 浮筒式液位计 (2)水校法(又称湿法) 这是现场常用的方法。当被测介质是水时,可直接用水校 验,若不是水,也可通过换算用水代校。 浮筒的指示重力

14、(即浮筒重力与所受浮力的差值) 相同, 指示值相同。 用水代校时浮筒应被水浸没的相应长度为 在校验满量程时,浮筒应被水浸没的长度为 返本节目录返本章目录 5.3.2 浮筒式液位计 例5-2 已知浮筒的长度为300mm,水的密度为1.0 g/cm3,被测液体的密度为0.82 g/cm3,如何用水校 法进行校验? 解:用水代校时,浮筒应被水浸没的最大长度为 校验时再将246分为五等分,调整液位计使相应输出 为全量程的20%、40%、60%、80%、100%即可。 应用浮筒液位计测量两种液体的界位时,用水代校的 方法与上述基本相同。 返本节目录返本章目录 5.3.2 浮筒式液位计 适用范围: 适用于

15、测量范围在200mm以内,密度在 0.51.5g/cm3的液体液面连续测量 测量范围在1200mm以内,密度差为0.1 0.5g/cm3的液体界面的连续测量。 真空对象、易汽化的液体宜选用浮筒式仪表 。 返本节目录返本章目录 5.4 静压式液位计 静压式液位计:通过测静压力或静压差来测量 液位的仪表。 静压式液位计的工作原理:容器中盛有液体或 固体物料时,物体对容器的底部或侧壁会产生一定 的静压力。当液体的密度均匀,或固体颗粒及物料 的密度与疏密程度均匀时,此静压力与物料的物位 高度成正比。测出这个静压力的变化就可知道物位 的变化。在测量液面上部空间气相压力有波动的密 闭容器的液位时,则采用测量差压的方法。 返本章目录 5.4 静压式液位计 静压式液位计是根据液柱静压 与液柱高度成正比的原理来实现的。 如图所示,根据流体静力学原理可得 A、B两点之间的压力差为 ppBpAgH 返本章目录 5.4 静压式液位计 5.4.1 压力计式液位计 5.4.2 差压式液位计 5.4.3 法兰式压力变送器的应用 5.4.4 静压式液位计的零点迁移 5.4.5 静压式液位计的特点及选型 重点:各种静

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