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1、过程检测仪表,浦铁成 ,第2页/共14页,主要内容,物位测量概述 液位测量,第3页/共14页,物位测量概述,物位 指生产设备中物料的分界面位置，由此信息可以得到物料的多少。 液位：由于液体流动性好，所以液位是水平的，便于测量 料位：由于固体粉粒流动性差，所以料位通常不是水平的，仪表通常安装在距离容器内壁1/3半径处,第4页/共14页,液位测量,压力式液位计 电容式液位计 浮力式液位计 超声波式液位计,第5页/共14页,1、检测原理： 基于液体静力学。将液位的检测转换为 静压力检测。如图： 自零液位至液面的液柱高H所产生的静压差p为:,压力式液位计,第6页/共14页,选择合适的测压力和差压的仪表
2、就可用于检测液位。 这种仪表测量范围大，无可动部件，安装方便，工作可靠。 其测量原理图：,差压仪表,敞口容器： 容器底部或侧面液位零点处引出压力信号，仪表指示的表压力即反映相应的液柱静压。,密闭容器： 差压计的正压侧与容器底部相通，负压侧连接容器上部的大气空间。由式 可求液位高度,压力式液位计,1、检测原理：,第7页/共14页,2、压力信号引出方式：,压力式液位计,法兰式：由法兰内的感压膜盒直接与介质接触，感应压力，再由密闭系统中的硅油传递压力到变送器。 敞口容器：采用单法兰 密闭容器：采用双法兰,第8页/共14页,3、量程迁移： 由于测压仪表的安装位置一般难以和被测容器的零位（取压点）处在同
3、一高度（水平位置）上，因此在测量液位时，会产生一个不变的附加值。对于这种情况，要根据安装高度差对其位置高度差带来的固定压力进行修正。即采取量程迁移法，以修正静压误差。,压力式液位计,第9页/共14页,当 为正值时，称为正迁移； 当 为负值时，称为负迁移；,3、量程迁移： 差压计安装在最低液面以下，和零位的高度差为h1。则差压变送器正、负压室所受压力为：,压力式液位计,为使H0时，差压为0，需要对差压变送器进行量程迁移。,第10页/共14页,3、量程迁移： 举例： 用差压变送器检测液位，液位变化范围为03m，求差压变送器的量程和迁移量。,压力式液位计,差压变送器的量程要大于37.24kPa,迁移
4、量为-37.24kPa，为负迁移。,第11页/共14页,压力式液位测量,3、量程迁移： 举例： 将差压变送器的负压室通37.24kPa，正压室通大气，调节差压变送器调零旋钮，使变送器输出4mA。,注意：大量程比的变送器在某一量程比范围内指标精确度和实际使用精确度是一致的，但超过这一量程比，实际使用精确度将低于指标精确度，而且降低幅度相当大。,第12页/共14页,电容式液位计,1、结构： 如图， 两个同轴圆筒电极组成的电容器。 2、原理：基于圆筒形电容器的电容值随物位而变化。 当液位变化，圆筒形电极一部份被物料浸没，浸没深度H， 极板间存在两种介质的介电常数1 (原有中间介质介电常数)、2 (被
5、测物料的介电常数) ,将引起电容量的变化。,第13页/共14页,电容式液位计,1、结构： 2、原理：基于圆筒形电容器的电容值随物位而变化。,第14页/共14页,电容式液位计,1、结构： 2、原理： 3、实现形式： .测量不导电介质的物位：,采用同心套筒电极,容器中心设内电极，而由金属容器壁做为外电极，构成同心电容器,构成同心电容器,第15页/共14页,电容式液位计,1、结构： 2、原理： 3、实现形式： .测量不导电介质的物位： .测量导电液体液位时：,第16页/共14页,电容式液位计,3、实现形式： .测量导电液体液位时： 等效电路如图。,极板总长为L,第17页/共14页,电容式液位计,3、
6、实现形式： .测量导电液体液位时： 等效电路如图。,第18页/共14页,电容式液位计,4、特点： 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。 但是不适合于以下情况：如介质的介电常数随温度变化；介质在电极上有沉积或附着；介质中有气泡产生。,第19页/共14页,浮力式液位计,1、浮子式液位计：是一种恒浮力式液位计。 .原理图：以重锤式为例（直接显示式）。 .基本原理： 通过测量漂浮于被测液面上的浮子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
7、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。,W为绳子拉力（重锤重力）；F为浮力；G为浮子重力；,第20页/共14页,浮力式液位计,1、浮子式液位计：是一种恒浮力式液位计。 .原理图：以重锤式为例。 （直接显示式）。 .基本原理： 拉力：等于重锤重力，忽略摩擦等阻力 浮力： D 为浮子横截面直径； h 为浮子浸入深度； 为液体密度； 理想情况下，浮子浸入液体的深度 h 是不变的；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。,但由于液
8、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，才可能带动重锤指示变化。这表明了液位计存在不灵敏区。,第21页/共14页,浮力式液位计,1、浮子式液位计：是一种恒浮力式液位计。 .原理图：以重锤式为例。 （直接显示式）。 .基本原理：,浮力变化F 和液位变化h 的关系：,当F等于系统的摩擦力时，浮力才开始移动，该式表明了液位计的不灵敏区为：,从此式可知，选择合适的浮子直径及减少摩擦阻力，可以改善浮力式液位计的灵敏度。,第22页/共14页,浮子不沉入液体里的条件：,浮子不脱离液体的条件：,绳子始终张紧
9、的条件：,浮子重力,重锤重力,绳轮系统总摩擦力,绳子线密度,浮力式液位计,1、浮子式液位计：是一种恒浮力式液位计。 .原理图：以重锤式为例。 （直接显示式）。 .基本原理：,第23页/共14页,浮力式液位计,1、浮子式液位计：是一种恒浮力式液位计。 .舌簧管式液位计：（信号远传式）,液位变化，浮子移动，对应磁体位置的舌簧管闭合，电阻变化，使电路可以输出与液位相对应的信号。 通常采用两个舌簧管同时吸合以提高其可靠性。 缺点：由于舌簧管尺寸及排列的限制，液位信号的连续性较差，且量程不能很大。,第24页/共14页,浮力式液位计,1、浮子式液位计：是一种恒浮力式液位计。 .磁翻板式液位计：,第25页/
10、共14页,浮子式可以测量两种液体分界面,条件：,还要满足浮子重锤法的条件,浮力式液位计,第26页/共14页,浮力式液位计,2、浮筒式液位计：是一种变浮力式液位计。 .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 筒重力而压缩。 .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。,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 ，浮筒浸入液体深度为H。 起始位置弹性力与重力、浮力相平衡，有：,弹性力,重力,浮力,第27页/共14页,浮力式液位计,2、浮筒式液位计：是一种变浮力式
11、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：,设液位高度变化为 H，弹簧变形量为x，则,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。,第28页/共14页,浮力式液位计,2、浮筒式液位计：是一种变浮力式液位计。 .原理图： .基本原理： .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
12、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。,第29页/共14页,超声式液位计,1、原理： 超声波在穿过两种不同介质的分界面时会产生反射和折射，对于声阻抗（声速与介质密度的乘积） 差别较大的相界面，几乎为全反射。从发射超声波至收到反射回波的时间间隔与分界面位置有关，利用这一比例关系可以进行物位测量。,回波反射式超声波物位计的工作原理，就是利用发射的超声波脉冲将由被测物料的表面反射，测量从发射超声波到接收回波所需的时间，可以求出从探头到分界面的距离，进而测得物位。,式中c 为超声波在被测介质中的传播速度。只要声速已知， 可以精确测量时间t，求得液位。,第30页/共14页,超声式
13、液位计,2、分类： 根据超声波传播介质的不同，超声式物位计可以分为液介式和气介式。 3、结构： 它的组成主要有超声换能器和电子装置，超声换能器由压电材料制成，它完成电能和超声能的可逆转换，超声换能器可以采用接、收分开的双探头方式，也可以只用一个自发自收的单探头。电子装置用于产生电信号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。 4、特点： 超声式物位计的构成型式多样，还可以实现物位的定点测量。这类仪表无机械可动部件，安装维修方便； 超声换能器寿命长；可以实现非接触测量，适合于有毒、高粘度及密封容器的物位测量；能实现防爆。由于其对环境的适应性较强，应用广泛。,第31页/共14页,超声式液位计,5、温度补偿： 超声波在介质中的传播速度易受介质的温度、成分等变化的影响，是影响物位测量的主要因素，需要进行补偿。通常可在超声换能器附近安装温度传感器，自动补偿声速因温度变化对物位测量的影响。还可使用校正器，定期校正声速。,1 浮子；2 反射靶；3 摆杆；4、5 超声换能器；,第32页/共12页,今天就到这里！ 谢谢！,
