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1、化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化1南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院第四节第四节 物位检测及仪表物位检测及仪表概述概述概述概述 差压式物位仪表差压式物位仪表差压式物位仪表差压式物位仪表 电容式物位仪表电容式物位仪表电容式物位仪表电容式物位仪表 辐射式物位仪表辐射式物位仪表辐射式物位仪表辐射式物位仪表浮力式物位仪表浮力式物位仪表浮力式物位仪表浮力式物位仪表 化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化2南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院南京航空航
2、天大学材料学院一、概一、概一、概一、概 述述述述 几个概念：几个概念：几个概念：几个概念：在容器中液体介质的高低叫在容器中液体介质的高低叫在容器中液体介质的高低叫在容器中液体介质的高低叫液位液位液位液位；容器中固体或颗粒状物质的堆积高度叫容器中固体或颗粒状物质的堆积高度叫容器中固体或颗粒状物质的堆积高度叫容器中固体或颗粒状物质的堆积高度叫料位；料位；料位；料位；测量液位的仪表叫测量液位的仪表叫测量液位的仪表叫测量液位的仪表叫液位计液位计液位计液位计，测量料位的仪表叫，测量料位的仪表叫，测量料位的仪表叫，测量料位的仪表叫料位计；料位计；料位计；料位计；测量两种密度不同的液体介质分界面的仪表叫测量
3、两种密度不同的液体介质分界面的仪表叫测量两种密度不同的液体介质分界面的仪表叫测量两种密度不同的液体介质分界面的仪表叫界面计。界面计。界面计。界面计。物位检测的作用：物位检测的作用：物位检测的作用：物位检测的作用： 计量计量计量计量(V/M)(V/M)(V/M)(V/M)、控制、控制、控制、控制(H)(H)(H)(H)、报警、物料平衡等。、报警、物料平衡等。、报警、物料平衡等。、报警、物料平衡等。 化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化3南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院一、概述一、概述一、概述一、概述 检测
4、方法分类检测方法分类检测方法分类检测方法分类直读式物位仪表：玻璃管液位计、玻璃板液位计等。直读式物位仪表：玻璃管液位计、玻璃板液位计等。直读式物位仪表：玻璃管液位计、玻璃板液位计等。直读式物位仪表：玻璃管液位计、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。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。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。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：利用浮子高度随液位高度而变化的原理工作。浮力式物位仪表：利用浮子高度随液位高度而变化的原理工作。浮力
5、式物位仪表：利用浮子高度随液位高度而变化的原理工作。浮力式物位仪表：利用浮子高度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，如电容式物位表。电磁式物位仪表：使物位的变化转换为一些电量的变化，如电容式物位表。电磁式物位仪表：使物位的变化转换为一些电量的变化，如电容式物位表。电磁式物位仪表：使物位的变化转换为一些电量的变化，如电容式物位表。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变化的原理。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变化的原理。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变化的原理。核辐射物位仪表：利用射线透过物
6、料时其强度随物质层的厚度变化的原理。声波式物位仪表：由于物位的变化引起声阻抗等的变化测知物位。声波式物位仪表：由于物位的变化引起声阻抗等的变化测知物位。声波式物位仪表：由于物位的变化引起声阻抗等的变化测知物位。声波式物位仪表：由于物位的变化引起声阻抗等的变化测知物位。光学式物位仪表：利用物位对光波的遮断和反射原理工作。光学式物位仪表：利用物位对光波的遮断和反射原理工作。光学式物位仪表：利用物位对光波的遮断和反射原理工作。光学式物位仪表：利用物位对光波的遮断和反射原理工作。化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化4南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院南京航空航
7、天大学材料学院南京航空航天大学材料学院二、差压式液位计二、差压式液位计二、差压式液位计二、差压式液位计 基本工作原理基本工作原理基本工作原理基本工作原理： 把测量液位高度转化为测量压差把测量液位高度转化为测量压差p差压变送器化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化5南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院零点迁移：零点迁移：零点迁移：零点迁移： 液位的零值和满量程能与变送器输出的上、下限值相对应液位的零值和满量程能与变送器输出的上、下限值相对应液位的零值和满量程能与变送器输出的上、下限值相对应液位的零值和满量程能与
8、变送器输出的上、下限值相对应无迁移无迁移无迁移无迁移 负迁移负迁移负迁移负迁移 迁移量：迁移量：迁移量：迁移量： 正迁移正迁移正迁移正迁移 HH=0 =0 P P0 0 I I0min0min4mA4mAHH= =HHmaxmax P P gH gH I I0max0max20mA20mAHH=0 =0 P P- - 2g g( (h h2 2- -h h1 1) ) I I0min0min4mA4mAHH= =HHmaxmax P P gHgH- - 2g g( (h h2 2- -h h1 1) )I I0max0max20mA20mA化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪
9、表及自动化6南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院例例例例 当压差：当压差：当压差：当压差：0 0 0 05000Pa5000Pa5000Pa5000Pa时；时；时；时；变送器输出：变送器输出：变送器输出：变送器输出：4mA 4mA 4mA 4mA 20mA20mA。曲线。曲线。曲线。曲线a a已知某压差变压器测量范围已知某压差变压器测量范围已知某压差变压器测量范围已知某压差变压器测量范围05000Pa05000Pa05000Pa05000Pa。4当有固定压差当有固定压差当有固定压差当有固定压差（h h h h2 2 2 2-h-h-h
10、-h1 1 1 1）2 2 2 2g=g=g=g=2000200020002000时；时；时；时；则则则则H=0, H=0, H=0, H=0, p p p p=-=-=-=-（h h h h2 2 2 2-h-h-h-h1 1 1 1）2 2 2 2g=-g=-g=-g=-2000Pa 2000Pa 2000Pa 2000Pa 4mA4mA H=max H=max H=max H=max时，时，时，时， p p p p=H =H =H =H 1 1g g- - - -（h h h h2 2 2 2-h-h-h-h1 1 1 1）2 2 2 2g=g=g=g=3000Pa 3000Pa 300
11、0Pa 3000Pa 20mA20mA。曲线。曲线。曲线。曲线b b变送器输出变送器输出变送器输出变送器输出4mA 4mA 20mA20mA，负方向迁移，负方向迁移，负方向迁移，负方向迁移2000Pa2000Pa则则则则H=0, H=0, H=0, H=0, p p p p= = = =（h h h h2 2 2 2-h-h-h-h1 1 1 1）2 2 2 2g=g=g=g=2000Pa 2000Pa 2000Pa 2000Pa 4mA4mA H=max H=max H=max H=max时，时，时，时， p p p p= H = H = H = H 1 1 1 1g g g g+ + +
12、+（h h h h2 2 2 2-h-h-h-h1 1 1 1）2 2 2 2g=g=g=g=7000Pa 7000Pa 7000Pa 7000Pa 20mA20mA。曲线。曲线。曲线。曲线b b变送器输出变送器输出变送器输出变送器输出4mA 4mA 20mA20mA，正方向迁移，正方向迁移，正方向迁移，正方向迁移2000Pa2000Pa化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化7南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院例例例例 已知已知已知已知1 1 1 1=1200kg/m=1200kg/m=1200kg/m=1
13、200kg/m3 3 3 3, , , ,2 2 2 2=950kg/m=950kg/m=950kg/m=950kg/m3 3 3 3, , , ,h h h h1 1 1 1=1m=1m=1m=1m，h h h h2 2 2 2=5m,=5m,=5m,=5m,液位变化范围液位变化范围液位变化范围液位变化范围0 0 0 02.52.52.52.5米。米。米。米。解解解解 H H H Hmaxmaxmaxmax1 1 1 1g g g g=2.5*1200*9.8=29400Pa=2.5*1200*9.8=29400Pa=2.5*1200*9.8=29400Pa=2.5*1200*9.8=294
14、00Pa变送器量程可选为：变送器量程可选为：变送器量程可选为：变送器量程可选为：50kPa50kPa50kPa50kPa当当当当H H H H=0=0=0=0时，时，时，时，- - - -2 2 2 2g g g g（h h h h2 2 2 2- - - -h h h h1 1 1 1）=-4*950*9.8=-4*950*9.8=-4*950*9.8=-4*950*9.8 =-37.24 kPa =-37.24 kPa =-37.24 kPa =-37.24 kPa变送器需要进行负迁移，迁移量为变送器需要进行负迁移，迁移量为变送器需要进行负迁移，迁移量为变送器需要进行负迁移，迁移量为-37
15、.24 kPa-37.24 kPa-37.24 kPa-37.24 kPa 结论：结论：结论：结论：l l 差压式液位变送器的安装与前面的差压变送器的安装是完全相同的。差压式液位变送器的安装与前面的差压变送器的安装是完全相同的。差压式液位变送器的安装与前面的差压变送器的安装是完全相同的。差压式液位变送器的安装与前面的差压变送器的安装是完全相同的。l l 测量腐蚀性、有颗粒、粘度大等液位时测量腐蚀性、有颗粒、粘度大等液位时测量腐蚀性、有颗粒、粘度大等液位时测量腐蚀性、有颗粒、粘度大等液位时，应使用在导压管人口处加隔离，应使用在导压管人口处加隔离，应使用在导压管人口处加隔离，应使用在导压管人口处加
16、隔离 膜盒的法兰式差压变送器（压力信号的远传装置）。膜盒的法兰式差压变送器（压力信号的远传装置）。膜盒的法兰式差压变送器（压力信号的远传装置）。膜盒的法兰式差压变送器（压力信号的远传装置）。求：变送器的求：变送器的求：变送器的求：变送器的量程量程量程量程和和和和迁移量迁移量迁移量迁移量。化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化8南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院三、电容式物位计三、电容式物位计三、电容式物位计三、电容式物位计 基本工作原理基本工作原理基本工作原理基本工作原理 当当当当两两两两极极极极板板板板之
17、之之之间间间间填填填填充充充充介介介介电电电电常常常常数数数数为为为为1 1 1 1的的的的介介介介质质质质时时时时，两两两两极极极极板板板板间间间间的的的的电容量为电容量为电容量为电容量为： uu当当当当D D D D和和和和d d d d一一一一定定定定时时时时，C C C C与与与与L L L L和和和和1 1 1 1的的的的乘乘乘乘积积积积成成成成比比比比例例例例。这这这这样样样样，将将将将电电电电容容容容传传传传感感感感器器器器插插插插入入入入被被被被测测测测物物物物料料料料中中中中，电电电电极极极极浸浸浸浸入入入入物物物物料料料料中中中中的的的的深深深深度度度度随随随随物物物物位位
18、位位高高高高低低低低变变变变化化化化，必必必必然引起其电容量的变化，从而可检测物位。然引起其电容量的变化，从而可检测物位。然引起其电容量的变化，从而可检测物位。然引起其电容量的变化，从而可检测物位。dDLDdLH1e 1 1 1 1中间介质的介电常数中间介质的介电常数中间介质的介电常数中间介质的介电常数化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化9南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院液位检测液位检测液位检测液位检测 当液位为零时，其零点电容为当液位为零时，其零点电容为当液位为零时，其零点电容为当液位为零时，其零点电
19、容为： uu当当当当电电电电容容容容器器器器的的的的几几几几何何何何尺尺尺尺寸寸寸寸和和和和 保保保保持持持持不不不不变时，电容变化量与变时，电容变化量与变时，电容变化量与变时，电容变化量与H H H H成正比。成正比。成正比。成正比。 1 1 1 1空气的介电常数空气的介电常数空气的介电常数空气的介电常数2 2 2 2被测介质的介电常数被测介质的介电常数被测介质的介电常数被测介质的介电常数D D D D，d d d d分为外电极内径和内电极外径。分为外电极内径和内电极外径。分为外电极内径和内电极外径。分为外电极内径和内电极外径。当液位上升为当液位上升为H时，电容量为：时，电容量为：化工仪表及
20、自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化10南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院料位检测料位检测料位检测料位检测 当当当当金金金金属属属属电电电电极极极极棒棒棒棒插插插插入入入入容容容容器器器器来来来来测测测测量量量量料料料料位位位位时，它的电容量变化与料位的关系：时，它的电容量变化与料位的关系：时，它的电容量变化与料位的关系：时，它的电容量变化与料位的关系：特点和要求特点和要求特点和要求特点和要求: : : :电电电电容容容容式式式式物物物物位位位位计计计计可可可可以以以以用用用用于于于于液液液液位位位位的的的的测测测
21、测量量量量，也也也也可可可可以以以以用用用用于于于于料位料位料位料位的测量，但的测量，但的测量，但的测量，但要求介质的介电常数保持稳定要求介质的介电常数保持稳定要求介质的介电常数保持稳定要求介质的介电常数保持稳定。 0 0 0 0空气的介电常数空气的介电常数空气的介电常数空气的介电常数 物料的介电常数物料的介电常数物料的介电常数物料的介电常数D D D D，d d d d分为容器内径和电极外径。分为容器内径和电极外径。分为容器内径和电极外径。分为容器内径和电极外径。化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化11南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院南京航空航天大
22、学材料学院南京航空航天大学材料学院三、电容式物位计三、电容式物位计三、电容式物位计三、电容式物位计 工作电源：工作电源：AC220V10% AC220V10% 或或 DC24V DC24V显示方式：显示方式：4141线光柱显示线光柱显示测量精度：测量精度：1%FS 1%FS 响应延时：响应延时： 2 23 3秒秒工作环境温度：工作环境温度： -40 -404545介质压力：介质压力： 压力型压力型3MPa3MPa报警输出方式：两组继电器常开、报警输出方式：两组继电器常开、常闭触点，对应高、低两点报警输出，常闭触点，对应高、低两点报警输出，分别可选物位的分别可选物位的 90% 90%、80%80
23、%、70% 70% 和和 30%30%、20%20%、10% 10% ，出厂时置于，出厂时置于80%80%和和20%20%处。处。变送输出：变送输出：4 420mA20mA变送信号变送信号化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化12南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院三、电容式物位计三、电容式物位计三、电容式物位计三、电容式物位计 化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化13南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院四、核辐射式物位计
24、四、核辐射式物位计四、核辐射式物位计四、核辐射式物位计 基基基基 本本本本工工工工 作作作作原原原原 理理理理 核核核核辐辐辐辐射射射射线线线线( ( ( ( ) ) ) )穿穿穿穿过过过过一一一一定定定定厚厚厚厚度度度度的的的的被被被被测测测测介介介介质质质质时时时时，射射射射线线线线的的的的投投投投射射射射强强强强度度度度将将将将随随随随介介介介质质质质厚厚厚厚度度度度的的的的增增增增加加加加而而而而呈呈呈呈指数规律衰减的原理来测量物位的。指数规律衰减的原理来测量物位的。指数规律衰减的原理来测量物位的。指数规律衰减的原理来测量物位的。 辐射源辐射源接收器接收器I I0 0 - - 进入物料
25、之间的射线强度；进入物料之间的射线强度；进入物料之间的射线强度；进入物料之间的射线强度； - - 物料的吸收系数；物料的吸收系数；物料的吸收系数；物料的吸收系数；H H - - 物料的厚度；物料的厚度；物料的厚度；物料的厚度；I I - - 穿过介质后的射线强度。穿过介质后的射线强度。穿过介质后的射线强度。穿过介质后的射线强度。 核辐射式物位计属于非接触式物位测量仪表。核辐射式物位计属于非接触式物位测量仪表。核辐射式物位计属于非接触式物位测量仪表。核辐射式物位计属于非接触式物位测量仪表。适用于高温、高压、强腐蚀、剧毒等条件苛刻的场合。适用于高温、高压、强腐蚀、剧毒等条件苛刻的场合。适用于高温、
26、高压、强腐蚀、剧毒等条件苛刻的场合。适用于高温、高压、强腐蚀、剧毒等条件苛刻的场合。核射线还能直接穿透钢板等介质，可用于高温熔融金属的液位测量。核射线还能直接穿透钢板等介质，可用于高温熔融金属的液位测量。核射线还能直接穿透钢板等介质，可用于高温熔融金属的液位测量。核射线还能直接穿透钢板等介质，可用于高温熔融金属的液位测量。使用时几乎不受温度、压力、电磁场的影响。使用时几乎不受温度、压力、电磁场的影响。使用时几乎不受温度、压力、电磁场的影响。使用时几乎不受温度、压力、电磁场的影响。由于射线对人体有害，射线的剂量应严加控制，加强安全防护措施。由于射线对人体有害，射线的剂量应严加控制，加强安全防护措
27、施。由于射线对人体有害，射线的剂量应严加控制，加强安全防护措施。由于射线对人体有害，射线的剂量应严加控制，加强安全防护措施。 特点特点特点特点要求要求要求要求化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化14南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院五、超声波物位计五、超声波物位计五、超声波物位计五、超声波物位计 基基基基 本本本本工工工工 作作作作原原原原 理理理理 超超超超声声声声波波波波是是是是机机机机械械械械波波波波的的的的一一一一种种种种，即即即即是是是是机机机机械械械械振振振振动动动动在在在在介介介介质质质质中
28、中中中的的的的一一一一种种种种传传传传播播播播过过过过程程程程。超超超超声声声声波波波波在在在在液液液液体体体体、固固固固体体体体中中中中衰衰衰衰减减减减很很很很小小小小，碰碰碰碰到到到到杂杂杂杂质质质质或或或或界界界界面面面面就就就就会会会会有有有有显显显显著著著著的的的的反反反反射射射射，超超超超声声声声波波波波测测测测量量量量物物物物位位位位就就就就是是是是利用了它的这一特征。利用了它的这一特征。利用了它的这一特征。利用了它的这一特征。在在在在超超超超声声声声波波波波检检检检测测测测技技技技术术术术中中中中，电电电电能能能能转转转转换换换换超超超超声声声声波波波波发发发发射射射射出出出出
29、去去去去，再再再再接接接接收收收收回回回回来来来来变变变变换换换换成成成成电电电电信信信信号号号号，完完完完成成成成这这这这项项项项功功功功能能能能的的的的装装装装置置置置就就就就叫叫叫叫超超超超声声声声波波波波换换换换能能能能器，也称探头。器，也称探头。器，也称探头。器，也称探头。由由传传播播原原理理可可知知，若若介介质质压压力力、温温度度、密密度度等等条条件件一一定定，则则超超声声波波在在该该介介质质中中传传播播速速度度是是一一个个常常数数。因因此此，当当测测出出超超声声波波由由发发射射到到遇遇到到液液面面反反射射被被接接收收所所需需要要的的时时间间，则则可可换算出超声波通过的路程，即得到了液位的数据换算出超声波通过的路程，即得到了液位的数据。化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化15南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院
