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1、化学工业出版社化学工业出版社 化工仪表及自动化化工仪表及自动化 第四章第四章 物位检测物位检测 化学工业出版社化学工业出版社 内容提要内容提要 ? 物位检测的意义及主要类型物位检测的意义及主要类型 ? 压差式液位计压差式液位计 ?工作原理工作原理 ?零点迁移问题零点迁移问题 ?用法兰式差压变送器测量液位用法兰式差压变送器测量液位 ? 其他物位计其他物位计 ?电容式物位计电容式物位计 ?核辐射物位计核辐射物位计 ?雷达式液位计雷达式液位计 ?称重式液罐计量仪称重式液罐计量仪 1 化学工业出版社化学工业出版社 第一节第一节 物位检测的意义及主要类型物位检测的意义及主要类型 2 几个概念几个概
2、念几个概念几个概念液位料位 液位计料位计界面计 测量物位的两个目的测量物位的两个目的测量物位的两个目的测量物位的两个目的 按其工作原理分为按其工作原理分为按其工作原理分为按其工作原理分为 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 化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 差压式液位计差压式液位计 gHpp AB += 将差压变送器的一端接液相，另一端接气相 gHppp AB = 因此 3 ? 一、工作原理一、工作原理 图4-1 差压式液位计原理图 化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 差压式液位计差压式液位计 当用差
3、压式液位计来测量液位时,若被测容器是敞 口的,气相压力为大气压,则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测量液位的高低。若 容器是受压的,则需将差压计的负压室与容器的气相相 连接。以平衡气相压力 pA的静压作用。 结论 4 化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 差压式液位计差压式液位计 5 ? 二、零点迁移问题二、零点迁移问题 gHp= 在使用差压变送器测量液位时，一般来说 01211 pgHghp+= 0222 pghp+= 实际应用中，正、负室压力p1、p2分别为 ghghgHpp 2221121 += ()ghhgHp 2121 = 则 图4-2 负迁移示意图
4、化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 差压式液位计差压式液位计 迁移弹簧的作用迁移弹簧的作用 改变变送器的零点。 迁移和调零迁移和调零 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。 迁移迁移 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 化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 差压式液位计差压式液位计 图4-3 正负迁移示意图 图4-4 正迁移示意图 举例举例举例举例 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
5、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 一般型号后面加一般型号后面加“A A”的为正的为正 迁移；加迁移；加“B B”的为负迁移。的为负迁移。 化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 差压式液位计差压式液位计 ? 三、用法兰式差压变送器测量液位三、用法兰式差压变送器测量液位 ?单法兰式单法兰式 ?双法兰式双法兰式 法兰式差压变送器法兰式差压变送器法兰式差压变送器法兰式差压变送器 按其结构形式按其结构形式按其结构形式按其结构形式 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
6、变送器，如下图所示。 图4-5 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 化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 差压式液位计差压式液位计 图4-6 单法兰插入式差压变送器 1挡板；2喷嘴；3弹簧； 4反馈波纹管；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 馈波纹管；5密封片；6插入式法 兰；7负压室；8测量波纹管；9 正压室；10硅油；11毛细管； 12密封环；13膜片；14平法兰 9 化学工业出版社化学工业出版社 第三节第三节 其他物位计其他物位计 ? 一、电容式物位计一、电容式
7、物位计 1.1.1.1.测量原理测量原理测量原理测量原理 图4-8 电容器的组成 1内电极；2外电极 d D L C ln 2 = 两圆筒间的电容量两圆筒间的电容量两圆筒间的电容量两圆筒间的电容量C C 当当 D D 和和 d d 一定时，电容量一定时，电容量 C C 的的 大小与极板的长度大小与极板的长度 L L 和介质的介和介质的介 电常数电常数的乘积成比例。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。 化学工业出版社化学工业出版社 第三节第三节 其他物位计其他物位计 2.2.2.2.液位的检测液位的检测液位的检测液位的检测 4-9 非导电介
8、质的 液位测量 1内电极；2外电极； 3绝缘套；4流通小孔 d D L C ln 2 0 0 = 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。 () d D HL d D H C ln 2 ln 2 0 += 当液位上升为H时，电容量变为 () HK d D H CCC iX = = ln 2 0 0 电容量的变化为 11 化学工业出版社化学工业出版社 第三节第三节 其他物位计其他物位计 电容量的变化与液位高度H成正比。该法是利用被 测介质的介电系数与空气介电系数0不等的原理进 行工作，（-0）值越大，仪表越灵敏。电容器两 极间的距离越
9、小，仪表越灵敏。 结论结论结论结论 12 化学工业出版社化学工业出版社 第三节第三节 其他物位计其他物位计 3.3.3.3.料位的检测料位的检测料位的检测料位的检测 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。 左图所示为用金属电极棒插入容器来测左图所示为用金属电极棒插入容器来测 量料位的示意图。量料位的示意图。 () d D H CX ln 2 0 = 电容量变化与料位升降的关系为电容量变化与料位升降的关系为 13 1金属电极棒；2容器壁 图4-10 料位检测 化学工业出版社化学工业出版社 第三节
10、第三节 其他物位计其他物位计 优点优点优点优点 ? 电容物位计的传感部分结构简单、使用方便。电容物位计的传感部分结构简单、使用方便。 缺点缺点缺点缺点 ? 需借助较复杂的电子线路。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。发生变化这种情况。 14 化学工业出版社化学工业出版社 第三节第三节 其他物位计其他物位计 ? 二、核辐射物位计二、核辐射物位计 H eII = 0 射线的透射强度随着通过介质层厚度的增加而减通过介质层厚度的增加而减 弱弱，具体关系见式（4-9）。 （4-9）（4-9） 图4-10
11、核辐射物位计示意图 1辐射源；2接受器 特点特点特点特点 ?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 化学工业出版社化学工业出版社 第三节第三节 其他物位计其他物位计 ? 三、雷达式液位计三、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
12、影响,在易燃易爆等恶劣工况下仍能 应用。 优点优点优点优点 16 化学工业出版社化学工业出版社 第三节第三节 其他物位计其他物位计 图4-12 雷达式液位计示意图 c H t 0 2 = 雷达波由天线发出到接收到由 液面来的反射波的时间t由下式确定 0 HLH= 由于 t c LH 2 =故 雷达探测器对时间的测量有微波脉冲法及连续波调频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。法两种方式。 17 化学工业出版社化学工业出版社 第三节第三节 其他物位计其他物位计 图4-13 微波脉冲法原理示意图 要使用导波管？要使用导波管？ 18 化学工业出版社化学工业出版社 第三节第
13、三节 其他物位计其他物位计 ? 四、称重式液罐计量仪四、称重式液罐计量仪 既能将既能将液位测得很准液位测得很准液位测得很准液位测得很准，又能反映出罐中，又能反映出罐中真实的质量储量真实的质量储量真实的质量储量真实的质量储量。 称重仪根据称重仪根据称重仪根据称重仪根据天平原理天平原理天平原理天平原理设计。设计。设计。设计。 gHpp= 12 由于 () 21121 MgLLApp= 杠杆平衡时 （3-64） HKH M LA L= 11 2代入（3-64） （3-65） HAM= 0 A M H 0 = 如果液罐是均匀截面（3-66） （3-67） 19 化学工业出版社化学工业出版社 第三节第
14、三节 其他物位计其他物位计 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 02 MKL i = AM LA A K Ki 11 = 式中 如果液罐的横截面积A为常数，得 将式（3-67）代入式（3-65），得 02 M A K L = （3-68） 20 化学工业出版社化学工业出版社 例题分析例题分析 举例举例举例举例 1.某贮罐内的压力变化范围为1.某贮罐内的压力变化范围为1215MPa，要求远传显，要求远传显 示，试选择一台示，试选择一台DDZ-型压力变送器型压力变送器 (包括准确度等(包括准确度等 级和量程)。如果压力由级和量程)。如果压力由12MPa变化到变化到15MPa，问这时，问这时 压力变送器的输出变化了多少?如果附加迁
