物位檢測(cè)及儀表.ppt

第四節(jié)物位檢測(cè)及儀表,第三章檢測(cè)儀表與傳感器,內(nèi)容提要,物位檢測(cè)的意義及主要類型壓差式液位計(jì)工作原理零點(diǎn)遷移問題用法蘭式差壓變送器測(cè)量液位其他物位計(jì)電容式物位計(jì)核輻射物位計(jì)雷達(dá)式液位計(jì)稱重式液罐計(jì)量?jī)x,1,一、概述,2,幾個(gè)概念,液位料位液位計(jì)料位計(jì)界面計(jì),按其工作原理分為,直讀式物位儀表差壓式物位儀表浮力式物位儀表電磁式物位儀表核輻射式物位儀表聲波式物位儀表光學(xué)式物位儀表,二、差壓式液位變送器,將差壓變送器的一端接液相，另一端接氣相,因此,3,1.工作原理,差壓式液位計(jì)原理圖,4,5,2.零點(diǎn)遷移問題,在使用差壓變送器測(cè)量液位時(shí)，一般來說,實(shí)際應(yīng)用中，正、負(fù)室壓力p1、p2分別為,則,負(fù)遷移示意圖,遷移彈簧的作用改變變送器的零點(diǎn)。,遷移和調(diào)零都是使變送器輸出的起始值與被測(cè)量起始點(diǎn)相對(duì)應(yīng)，只不過零點(diǎn)調(diào)整量通常較小，而零點(diǎn)遷移量則比較大。,遷移同時(shí)改變了測(cè)量范圍的上、下限，相當(dāng)于測(cè)量范圍的平移，它不改變量程的大小。,6,0-5000-2000-30000-H,舉例,某差壓變送器的測(cè)量范圍為05000Pa，當(dāng)壓差由0變化到5000Pa時(shí)，變送器的輸出將由4mA變化到20mA，這是無遷移的情況，如左圖中曲線a所示。負(fù)遷移如曲線b所示，正遷移如曲線c所示。,7,3.用法蘭式差壓變送器測(cè)量液位,8,為了解決測(cè)量具有腐蝕性或含有結(jié)晶顆粒以及黏度大、易凝固等液體液位時(shí)引壓管線被腐蝕、被堵塞的問題，應(yīng)使用法蘭式差壓變送器，如下圖所示。,三、電容式物位計(jì),1.測(cè)量原理,兩圓筒間的電容量C,當(dāng)D和d一定時(shí)，電容量C的大小與極板的長(zhǎng)度L和介質(zhì)的介電常數(shù)的乘積成比例。,10,通過測(cè)量電容量的變化可以用來檢測(cè)液位、料位和兩種不同液體的分界面。,2.液位的檢測(cè),當(dāng)液位為零時(shí)，儀表調(diào)整零點(diǎn)，其零點(diǎn)的電容為,對(duì)非導(dǎo)電介質(zhì)液位測(cè)量的電容式液位傳感器原理如下圖所示。,當(dāng)液位上升為H時(shí)，電容量變?yōu)?電容量的變化為,11,12,3.料位的檢測(cè),用電容法可以測(cè)量固體塊狀顆粒體及粉料的料位。由于固體間磨損較大，容易“滯留”，可用電極棒及容器壁組成電容器的兩極來測(cè)量非導(dǎo)電固體料位。,左圖所示為用金屬電極棒插入容器來測(cè)量料位的示意圖。,電容量變化與料位升降的關(guān)系為,13,優(yōu)點(diǎn),電容物位計(jì)的傳感部分結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便。,缺點(diǎn),需借助較復(fù)雜的電子線路。應(yīng)注意介質(zhì)濃度、溫度變化時(shí)，其介電系數(shù)也要發(fā)生變化這種情況。,14,四、核輻射物位計(jì),特點(diǎn),適用于高溫、高壓容器、強(qiáng)腐蝕、劇毒、有爆炸性、黏滯性、易結(jié)晶或沸騰狀態(tài)的介質(zhì)的物位測(cè)量，還可以測(cè)量高溫融熔金屬的液位。可在高溫、煙霧等環(huán)境下工作。但由于放射線對(duì)人體有害，使用范圍受到一些限制。,15,五、稱重式液罐計(jì)量?jī)x,既能將液位測(cè)得很準(zhǔn)，又能反映出罐中真實(shí)的質(zhì)量?jī)?chǔ)量。,稱重儀根據(jù)天平原理設(shè)計(jì)。,19,由于,雷達(dá)式液位計(jì),雷達(dá)式液位計(jì)是一種采用微波技術(shù)的液位檢測(cè)儀表。,可以用來連續(xù)測(cè)量腐蝕性液體、高黏度液體和有毒液體的液位。它沒有可動(dòng)部件、不接觸介質(zhì)、沒有測(cè)量盲區(qū),而且測(cè)量精度幾乎不受被測(cè)介質(zhì)的溫度、壓力、相對(duì)介電常數(shù)的影響,在易燃易爆等惡劣工況下仍能應(yīng)用。,優(yōu)點(diǎn),16,雷達(dá)式液位計(jì)示意圖,雷達(dá)波由天線發(fā)出到接收到由液面來的反射波的時(shí)間t由下式確定,由于,故,雷達(dá)探測(cè)器對(duì)時(shí)間的測(cè)量有微波脈沖法及連續(xù)波調(diào)頻法兩種方式。,17,例題分析,解：如果已知某廠生產(chǎn)的DDZ-型壓力變送器的規(guī)格有：010，16，25，60，100（MPa）精度等級(jí)均為0.5級(jí)。輸出信號(hào)范圍為010mA。,21,例題分析,由已知條件，最高壓力為15MPa，若貯罐內(nèi)的壓力是比較平穩(wěn)的，取壓力變送器的測(cè)量上限為,若選擇測(cè)量范圍為025MPa、準(zhǔn)確度等級(jí)為0.5級(jí),這時(shí)允許的最大絕對(duì)誤差為,由于變送器的測(cè)量范圍為025MPa，輸出信號(hào)范圍為010mA,故壓力為12MPa時(shí),輸出電流信號(hào)為,22,例題分析,壓力為15MPa時(shí)，輸出電流信號(hào)為,這就是說,當(dāng)貯罐內(nèi)的壓力由12MPa變化到15MPa時(shí),變送器的輸出電流只變化了1.2mA。在用差壓變送器來測(cè)量液位時(shí)，由于在液位H=0時(shí),差壓變送器的輸入差壓信號(hào)p并不一定等于0，故要考慮零點(diǎn)的遷移。實(shí)際上遷移問題不僅在液位測(cè)量中遇到，在其他參數(shù)的測(cè)量中也可能遇到。加上遷移機(jī)構(gòu)，可以改變測(cè)量的起始點(diǎn)，提高儀表的靈敏度(只不過這時(shí)儀表量程也要作相應(yīng)改變)。,23,例題分析,由本例題可知，如果確定正遷移量為7MPa，則變送器的量程規(guī)格可選為16MPa。那么此時(shí)變送器的實(shí)際測(cè)量范圍為723MPa，即輸入壓力為7MPa時(shí)，輸出電流為0mA；輸入壓力為23MPa時(shí)，輸出電流為10mA。這時(shí)如果輸入壓力為12MPa，則輸出電流為,輸入壓力為15MPa時(shí),輸出電流為,24,例題分析,由此可知，當(dāng)輸入壓力由12MPa變化到15MPa時(shí)，輸出電流變化了1.875mA，比不帶遷移機(jī)構(gòu)的變送器靈敏度提高了。變送器的準(zhǔn)確度等級(jí)仍為0.5級(jí)，此時(shí)儀表的最大允許絕對(duì)誤差為(23-7)0.5%=0.08MPa，所以，由于加了遷移機(jī)構(gòu)，使儀表的測(cè)量誤差減少了。,25,例題分析,圖4-15法蘭式差壓變送器測(cè)液位,26,2.用一臺(tái)雙法蘭式差壓變送器測(cè)量某容器的液位,如圖4-15所示。已知被測(cè)液位的變化范圍為03m,被測(cè)介質(zhì)密度=900kg/m3,毛細(xì)管內(nèi)工作介質(zhì)密度0=950kg/m3。變送器的安裝尺寸為h1=1m,h2=4m。求變送器的測(cè)量范圍,并判斷零點(diǎn)遷移方向,計(jì)算遷移量,當(dāng)法蘭式差壓變送器的安裝位置升高或降低時(shí),問對(duì)測(cè)量有何影響?,例題分析,解：當(dāng)不考慮遷移量時(shí),變送器的測(cè)量范圍應(yīng)根據(jù)液位的最大變化范圍來計(jì)算。液位為3m時(shí),其壓差為,這里值得一提的是壓力單位Pa用SI基本單位時(shí)就相當(dāng)于m-1kgs-2，即,27,例題分析,所以液柱壓力用Hg計(jì)算時(shí),只要H用m,用kg/m3，g用m/s2為單位時(shí),相乘結(jié)果的單位就是Pa。上述計(jì)算結(jié)果pmax為26.487kPa,經(jīng)過圓整后,測(cè)量范圍可選030kPa。,根據(jù)圖示,當(dāng)液位高度為H時(shí),差壓變送器正壓室所受的壓力p1為,負(fù)壓室所受的壓力p2為,28,例題分析,因此，差壓變送器所受的壓差為,由上式可知,該差壓變送器應(yīng)進(jìn)行負(fù)遷移,其遷移量為h20g。當(dāng)差壓變送器安裝的高度改變時(shí),只要兩個(gè)取壓法蘭間的尺寸h2不變,其遷移量是不變的。,29,例題分析,3.用單法蘭電動(dòng)差壓變送器來測(cè)量敞口罐中硫酸的密度,利用溢流來保持罐內(nèi)液位H恒為1m。如圖4-16所示。已知差壓變送器的輸出信號(hào)為010mA,硫酸的最小和最大密度分別為min=1.32(g/cm3),max=1.82(g/cm3)圖4-16流體密度測(cè)量示意圖min=1.32(g/cm3),max=1.82(g/cm3)要求:(1)計(jì)算差壓變送器的測(cè)量范圍；(2)如加遷移裝置,請(qǐng)計(jì)算遷移量；(3)如不加遷移裝置,可在負(fù)壓側(cè)加裝水恒壓器(如圖中虛線所示)，以抵消正壓室附加壓力的影響,請(qǐng)計(jì)算出水恒壓器所需高度h。,30,例題分析,解：（1）若不考慮零點(diǎn)遷移,那么就要以max來計(jì)算差壓變送器的測(cè)量范圍。當(dāng)=max=1.82g/cm3時(shí),差壓變送器所承受的差壓為,將H=1m,max=1820kg/m3，g=9.81m/s2代入上式,得,如果選擇差壓變送器的測(cè)量范圍為02104Pa,則當(dāng)=max=1.82g/cm3時(shí),對(duì)應(yīng)的變送器輸出為,31,例題分析,當(dāng)=min=1.32g/cm3時(shí),其差壓為,這時(shí)差壓變送器的輸出為,由上可知，當(dāng)硫酸密度由最小值變化到最大值時(shí)，輸出電流由6.475mA變化到8.925mA，僅變化了2.45mA，靈敏度是很低的。,32,例題分析,（2）為了提高靈敏度，可以考慮進(jìn)行零點(diǎn)遷移，提高測(cè)量的起始點(diǎn)。考慮到=max時(shí)，這時(shí)所對(duì)應(yīng)的壓差仍為1.785104Pa，所以在提高測(cè)量起始點(diǎn)的同時(shí)，測(cè)量上限卻可以不改變，這樣一來，實(shí)際量程壓縮了。,當(dāng)=min=1.32g/cm3時(shí),pmin=1.295104Pa。因此可以選擇遷移量為1104Pa,測(cè)量范圍為11042104Pa的差壓變