第5部分++物位測量及變送(新4) (1)

1、檢測技術(shù)與儀表檢測技術(shù)與儀表 概述概述 5.1 5.1 靜壓式液位測量靜壓式液位測量 5.2 5.2 浮力式液位測量浮力式液位測量 5.3 5.3 電容式液位測量電容式液位測量 5.4 5.4 超聲波物位測量超聲波物位測量 5.5 5.5 微波法物位測量微波法物位測量 5.6 5.6 核輻射物位測量核輻射物位測量 5.7 5.7 電導(dǎo)式及電感式物位傳感器電導(dǎo)式及電感式物位傳感器 5.8 5.8 阻力式料位傳感器阻力式料位傳感器 5.9 5.9 應(yīng)用實例應(yīng)用實例 一、物位測量的定義一、物位測量的定義 儲物的堆積高度叫物位。儲物的堆積高度叫物位。 物位：統(tǒng)指液位、料位和相界面的位置。物位：統(tǒng)指液位

2、、料位和相界面的位置。 液位液位：容器、河道、水庫等中液體的表面位置（相對：容器、河道、水庫等中液體的表面位置（相對 于某一指定位置）。于某一指定位置）。 料位料位：容器、堆場、倉庫等所儲固體顆粒、粉料等的：容器、堆場、倉庫等所儲固體顆粒、粉料等的 堆積高度。堆積高度。 相界面位置相界面位置：同一容器中儲存的兩種密度不同且互不：同一容器中儲存的兩種密度不同且互不 相溶的液體之間或兩種介質(zhì)之間的分界面位置。相界面位相溶的液體之間或兩種介質(zhì)之間的分界面位置。相界面位 置置分為液分為液-液相界面、液液相界面、液-固相界面固相界面。 測量固體料位的儀表稱為測量固體料位的儀表稱為料位計料位計；測量液位的

3、儀表稱；測量液位的儀表稱 為為液位計液位計，測量分界面位置的儀表稱為，測量分界面位置的儀表稱為界面儀界面儀。 二、物位測量的目的和意義二、物位測量的目的和意義 1、為進行經(jīng)濟核算提供可靠依據(jù)；為進行經(jīng)濟核算提供可靠依據(jù)；確定容器內(nèi)的原料、半確定容器內(nèi)的原料、半 成品或成品的數(shù)量，以保證生產(chǎn)過程物料平衡。成品或成品的數(shù)量，以保證生產(chǎn)過程物料平衡。 2、了解物位是否在規(guī)定范圍內(nèi)，、了解物位是否在規(guī)定范圍內(nèi)，對維持正常生產(chǎn)、保證產(chǎn)對維持正常生產(chǎn)、保證產(chǎn) 品的產(chǎn)量和質(zhì)量、保證安全生產(chǎn)具有重要的意義品的產(chǎn)量和質(zhì)量、保證安全生產(chǎn)具有重要的意義。 例如，火力發(fā)電廠鍋爐汽包水位的測量與控制，水位例如，火力發(fā)電

4、廠鍋爐汽包水位的測量與控制，水位過過 高高，造成，造成蒸汽帶水蒸汽帶水，蒸汽，蒸汽品質(zhì)降低品質(zhì)降低，輕則，輕則加重管道和汽機的加重管道和汽機的 積垢積垢，降低壓力和效率；重則使汽機發(fā)生故障降低壓力和效率；重則使汽機發(fā)生故障。水位。水位過低過低， 則對水循環(huán)不利，則對水循環(huán)不利，可能使水冷壁管局部過熱甚至爆炸可能使水冷壁管局部過熱甚至爆炸。 三、物位測量的工藝特點及主要問題三、物位測量的工藝特點及主要問題 1、物位測量傳感器的安裝位置、物位測量傳感器的安裝位置 液體：液位水平，液位計只對安裝高度有要求，可以在同液體：液位水平，液位計只對安裝高度有要求，可以在同 一高度上選擇任何安裝地點；一高度上

5、選擇任何安裝地點； 流動性差的粉粒物料：料面不水平，料面的局部高低與進流動性差的粉粒物料：料面不水平，料面的局部高低與進 出料口位置有關(guān)，也和進出料的流量有關(guān)。出料口位置有關(guān)，也和進出料的流量有關(guān)。 概概 述述 立式圓筒形容器：立式圓筒形容器：1）進出料口處于軸線上，若進料量大于出）進出料口處于軸線上，若進料量大于出 料，則料面呈中央凸起的圓錐狀；料，則料面呈中央凸起的圓錐狀； 2） 若出料量大于進料，則呈中央凹陷的漏斗形；若出料量大于進料，則呈中央凹陷的漏斗形； 要能代表平均料位，則料位計安裝在距容器內(nèi)壁要能代表平均料位，則料位計安裝在距容器內(nèi)壁1/3半徑處。半徑處。 2、物位測量的另一個普

6、遍性問題是盲區(qū)、物位測量的另一個普遍性問題是盲區(qū) 浮子法測液位：受容器底面、容器頂面限制，有盲區(qū)；浮子法測液位：受容器底面、容器頂面限制，有盲區(qū)； 超聲波測量物位：受到距離太小無法分辨的限制，也存在超聲波測量物位：受到距離太小無法分辨的限制，也存在 盲區(qū)。盲區(qū)。 3、物位測量中存在的死角問題、物位測量中存在的死角問題 容器的幾何形狀和傳感器安裝位置配合不當會出現(xiàn)死角。容器的幾何形狀和傳感器安裝位置配合不當會出現(xiàn)死角。 4、分粒體料位還有滯留區(qū)、分粒體料位還有滯留區(qū) 流動性差，在堆積狀態(tài)下有不滑坡的最大傾角，叫做流動性差，在堆積狀態(tài)下有不滑坡的最大傾角，叫做“安安 息角息角”。大小與顆粒形狀、表

7、面粗糙程度、潮濕程度、是否帶。大小與顆粒形狀、表面粗糙程度、潮濕程度、是否帶 靜電、是否吸附氣體等因素有關(guān)。料倉的設(shè)計也要考慮這一特靜電、是否吸附氣體等因素有關(guān)。料倉的設(shè)計也要考慮這一特 性，否則會有物料殘留。性，否則會有物料殘留。 概概 述述 按測量原理分為按測量原理分為: 壓力式壓力式 浮力式浮力式 電容式電容式 電導(dǎo)式電導(dǎo)式 阻力式阻力式 聲波式聲波式 微波及射線式微波及射線式 等等等等 概概 述述 5.1 靜壓式液位測量靜壓式液位測量 5.1.1 測量原理測量原理 靜壓式液位測量：測液柱高產(chǎn)生的靜壓式液位測量：測液柱高產(chǎn)生的 靜壓實現(xiàn)液位測量靜壓實現(xiàn)液位測量。 如圖如圖5.1，設(shè)，設(shè)P

8、A為密封容器中為密封容器中A 點的靜壓點的靜壓(氣相壓力氣相壓力)，PB為為B點的靜點的靜 壓，壓，H為液位高度，為液位高度， 為液體密度。為液體密度。A、 B兩點的壓力差為：兩點的壓力差為： gHPPP AB 敞口容器，則敞口容器，則PA為大氣壓為大氣壓 (5-1) gHPP B 圖5.1 靜壓法液位測量原理 （5-2） 當密度為常數(shù)時，測量當密度為常數(shù)時，測量P或或P實現(xiàn)液位高度的測量。實現(xiàn)液位高度的測量。凡能凡能 測壓力或差壓的儀表，量程合適均可用于液位測量。測壓力或差壓的儀表，量程合適均可用于液位測量。 根據(jù)此還可求得容器內(nèi)所儲存液體的質(zhì)量根據(jù)此還可求得容器內(nèi)所儲存液體的質(zhì)量。P或或P

9、乘以乘以 容器的截面積，即可得到容器中全部液體的質(zhì)量。容器的截面積，即可得到容器中全部液體的質(zhì)量。 5.1.2 壓力式液位計壓力式液位計 基于測壓儀表所基于測壓儀表所 測壓力值來測量測壓力值來測量 液位如圖液位如圖5.2。 圖圖5.2 測壓儀表測液位測壓儀表測液位 1、用測壓儀表測量、用測壓儀表測量 如圖如圖5.2(a)，儀表由引壓管與容器底部相通，儀表示值，儀表由引壓管與容器底部相通，儀表示值 即知液位高度。即知液位高度。 測壓基準點與最低液位一致。若不一致，要考慮附加液柱測壓基準點與最低液位一致。若不一致，要考慮附加液柱 的影響，進行修正的影響，進行修正。 適合黏度較小、潔凈液體的液位測量

10、。適合黏度較小、潔凈液體的液位測量。 測量黏稠、易結(jié)晶或含有顆粒液體的液位時（引壓管易堵測量黏稠、易結(jié)晶或含有顆粒液體的液位時（引壓管易堵 塞），可采用如圖塞），可采用如圖5.2(b)的法蘭式壓力變送器測量。的法蘭式壓力變送器測量。 5.1 靜壓式液位測量靜壓式液位測量 gHPP B 2、吹氣法測量、吹氣法測量 腐蝕性、高黏度或有懸浮顆粒液體的液位，可用圖腐蝕性、高黏度或有懸浮顆粒液體的液位，可用圖5.3吹吹 氣法測量。氣法測量。 據(jù)被測液位范圍，調(diào)節(jié)減壓閥據(jù)被測液位范圍，調(diào)節(jié)減壓閥2控制壓縮空氣壓力為控制壓縮空氣壓力為P1。 。 調(diào)整節(jié)流元件調(diào)整節(jié)流元件3 ，使壓力，使壓力P2保證最高液位時

11、，仍有微量保證最高液位時，仍有微量 氣泡從導(dǎo)管下端敞口處逸出；氣泡從導(dǎo)管下端敞口處逸出； P1變化不大，當滿足變化不大，當滿足P20.528 P1時，氣源流量恒定。時，氣源流量恒定。 一般吹氣流量約為一般吹氣流量約為20Lh； 液位上升或下降，液封壓力液位上升或下降，液封壓力 升高或降低，使導(dǎo)管下端逸出升高或降低，使導(dǎo)管下端逸出 氣量隨之減少或增加。導(dǎo)管內(nèi)氣量隨之減少或增加。導(dǎo)管內(nèi) 壓力幾乎與液封靜壓相等，壓壓力幾乎與液封靜壓相等，壓 力表力表5顯示壓力即反映液位顯示壓力即反映液位H。 5.1 靜壓式液位測量靜壓式液位測量 5.3 壓縮壓縮 空氣空氣 5.1.3 差壓式液位計差壓式液位計 容器

12、下部的液體壓力與液位、液面上部介質(zhì)壓力有關(guān)；容器下部的液體壓力與液位、液面上部介質(zhì)壓力有關(guān)； 差壓檢測法：差壓值受液體密度和儀表安裝位置影響。差壓檢測法：差壓值受液體密度和儀表安裝位置影響。 1 、零點遷移問題、零點遷移問題 壓力、差壓檢測壓力、差壓檢測要求：取壓口要求：取壓口(零液位零液位)與壓力與壓力(差壓差壓)檢檢 測儀表的入口在同一水平高度測儀表的入口在同一水平高度，否則有附加靜壓誤差否則有附加靜壓誤差； 實際安裝時不一定能滿足這一要求。實際安裝時不一定能滿足這一要求。 v如地下儲槽，檢測儀表安裝在地面（為了讀數(shù)和維護的如地下儲槽，檢測儀表安裝在地面（為了讀數(shù)和維護的 方便）；方便）；

13、 v采用法蘭式差壓變送器時，毛細管中充滿硅油，差壓變采用法蘭式差壓變送器時，毛細管中充滿硅油，差壓變 送器無論安裝在什么高度，均會產(chǎn)生附加靜壓。送器無論安裝在什么高度，均會產(chǎn)生附加靜壓。 5.1 靜壓式液位測量靜壓式液位測量 gHPPP AB 無遷移無遷移 如圖如圖5.4 (a) ，差壓變送器正、負壓室分別與容器，差壓變送器正、負壓室分別與容器 上、下部取壓點相連通，保證正壓室與零液位等高；差上、下部取壓點相連通，保證正壓室與零液位等高；差 壓變送器正、負壓室所受壓力：壓變送器正、負壓室所受壓力：P+ 和和P- ，則：，則： 00 ,PPgHPP gHPPP 當當H0時，時，P 0，變送器無，

14、變送器無 需遷移。需遷移。 5.1 靜壓式液位測量靜壓式液位測量 負遷移。負遷移。 如圖如圖5.4(b) 液體上方氣體可凝；液體上方氣體可凝； 或者被測介質(zhì)有腐蝕性，為防腐，在差壓變送器正、負或者被測介質(zhì)有腐蝕性，為防腐，在差壓變送器正、負 室與取壓點之間裝有隔離罐，并充以隔離液。室與取壓點之間裝有隔離罐，并充以隔離液。 設(shè)隔離液密度為設(shè)隔離液密度為 ，差變正、，差變正、 負壓室所受壓力：負壓室所受壓力： 0121 PgHghP 022 pghP BgHghghgHPPP 122211 (5.4) ghhB 212 )( 5.1 靜壓式液位測量靜壓式液位測量 2 當當H0時，時， B0，有一附

15、加差壓；，有一附加差壓； 為使為使H0時，差變輸出時，差變輸出I4mA，需消去，需消去B作用作用零零 點遷移。需遷移量為負值，稱負遷移，移量為點遷移。需遷移量為負值，稱負遷移，移量為B。 p 設(shè)變送器量程為設(shè)變送器量程為5000Pa，B7000Pa，則當，則當H 0，P7000Pa，調(diào)整變送器的遷移機構(gòu)，使，調(diào)整變送器的遷移機構(gòu)，使 變送器輸出為變送器輸出為4mA； HHmax，P50007000-2000Pa，變，變 送器輸出應(yīng)為送器輸出應(yīng)為20mA。 5.1 靜壓式液位測量靜壓式液位測量 正遷移：正遷移：安裝時，常難保證變安裝時，常難保證變 送器和零液位在同一水平上，如送器和零液位在同一水

16、平上，如 圖圖5.4(c)。 011 PghgHP 0 PP CgHghgHPPP 111 (5.5) 當當H0時，時， C，有一附加正差壓；，有一附加正差壓； 為使為使H0時，時，I4mA，需消去，需消去C的作用。的作用。C0，故需正遷移，遷，故需正遷移，遷 移量為移量為C。方法同負遷移。方法同負遷移。 v設(shè)變送器的量程：設(shè)變送器的量程：5000Pa，C2000Pa，當，當H0， =2000Pa，調(diào)，調(diào) 整變送器遷移機構(gòu)，使變送器輸出為整變送器遷移機構(gòu)，使變送器輸出為4mA； v當當HHmax時，時， 5000十十20007000Pa，變送器輸出應(yīng)為，變送器輸出應(yīng)為 20mA。 零點遷移零點

17、遷移僅改變了變送器測量范圍的上、下限，而量程大小不變。僅改變了變送器測量范圍的上、下限，而量程大小不變。 p 5.1 靜壓式液位測量靜壓式液位測量 max p p 例例5.1 如圖如圖5.4(b)所示，用差壓變送器檢測液位。已知所示，用差壓變送器檢測液位。已知 1200kgm3， 950kgm3，h11.0m，h25.0m，液位變，液位變 化的范圍為化的范圍為03.Om。如果當?shù)刂亓铀俣取Ｈ绻數(shù)刂亓铀俣萭9.8ms2，求差壓變送，求差壓變送 器的量程和遷移量。器的量程和遷移量。 1 2 解解 ： 當液位在當液位在03.Om變化時，差壓的變化量為變化時，差壓的變化量為 3.012009.8

18、35280 Pa 可選差變的量程為可選差變的量程為40kPa。 當當H0時，有時，有 ( ) (5.01.0)9509.834240 Pa 差壓變送器需要進行負遷移，負遷移量為差壓變送器需要進行負遷移，負遷移量為34.24kPa。 遷移后該差變的測量范圍為遷移后該差變的測量范圍為34245.76kPa。 gH 1max p 1 h 2 h g 2 5.1 靜壓式液位測量靜壓式液位測量 2、 特殊液位測量特殊液位測量 腐蝕性、易結(jié)晶或高黏度介腐蝕性、易結(jié)晶或高黏度介 質(zhì)：用法蘭式差壓變送器，防引質(zhì)：用法蘭式差壓變送器，防引 壓管腐蝕或堵塞壓管腐蝕或堵塞，如圖，如圖5.6。 法蘭式差壓變送器有：法

19、蘭式差壓變送器有：單法蘭、單法蘭、 雙法蘭、插入式或平法蘭雙法蘭、插入式或平法蘭等。等。 存在零點存在零點“遷移遷移”問題問題： ghghP 0211 (5.6) 毛細管中硅油密度，毛細管中硅油密度，kgm3。 0 遷移量與安裝位置無關(guān)遷移量與安裝位置無關(guān)（正負壓側(cè)的毛細管中的介質(zhì)相（正負壓側(cè)的毛細管中的介質(zhì)相 同）。同）。 5.1 靜壓式液位測量靜壓式液位測量 圖圖5.6 H h3 P0 h4 鍋爐汽包水位測量鍋爐汽包水位測量 采取一些補償措施采取一些補償措施(受汽、水密度變化受汽、水密度變化 等許多因素影響，引起較大測量誤差等許多因素影響，引起較大測量誤差)。 壓差式水位計的關(guān)鍵環(huán)節(jié)壓差式

20、水位計的關(guān)鍵環(huán)節(jié):平衡容平衡容 器器。雙室平衡容器如圖。雙室平衡容器如圖5.7。 粗管為正壓容室，汽包連通，進入粗管為正壓容室，汽包連通，進入 平衡容器的蒸汽不斷凝結(jié)成水，因溢流平衡容器的蒸汽不斷凝結(jié)成水，因溢流 而保持恒定水位。而保持恒定水位。 細管為負壓容室，和汽包水連通。細管為負壓容室，和汽包水連通。 汽包為正常水位時，平衡容器差壓：汽包為正常水位時，平衡容器差壓： 相應(yīng)汽包壓力下的飽和蒸汽密度，相應(yīng)汽包壓力下的飽和蒸汽密度，kgm3； 寬容器內(nèi)水的密度，寬容器內(nèi)水的密度，kgm3； 負壓管內(nèi)水的密度，負壓管內(nèi)水的密度，kgm3。 )7 . 5()( 02010 gHLgHgLP s s

21、 1 2 5.1 靜壓式液位測量靜壓式液位測量 圖圖5.7 當水位變化偏離正常水位時，設(shè)變化量當水位變化偏離正常水位時，設(shè)變化量 H ，即水位為，即水位為HH0 土土 H ， “+”表示水位增高；表示水位增高；“”水位降低。平衡容器的差壓為：水位降低。平衡容器的差壓為： p )( 21 gHLgHgL s )()( 0201 gHHLgHHgL s )()()( 20201 ggHLgHgL ss 將式將式(5.7)代入得代入得 p )()( 20 Hgp s HHHHgp HHHHgp s s 020 020 ,)( ,)( = = (5.8) 可見：可見： 平衡容器輸出的差壓隨平衡容器輸出

22、的差壓隨H變化；變化； 2 s ，隨汽包水位增高，平衡容器的輸出差壓減?。?，隨汽包水位增高，平衡容器的輸出差壓減小； 相反，當汽包水位降低時，平衡容器的輸出差壓增大。相反，當汽包水位降低時，平衡容器的輸出差壓增大。 5.1 靜壓式液位測量靜壓式液位測量 現(xiàn)場安裝現(xiàn)場安裝 5.1 靜壓式液位測量靜壓式液位測量* 例題例題1、如圖所示，用差壓變送器測量密閉容器的液位。已知、如圖所示，用差壓變送器測量密閉容器的液位。已知h1=50cm， h2=200cm，h3=140cm，被測介質(zhì)的密度，被測介質(zhì)的密度1 = 0.85g /cm3，負壓管內(nèi)的隔，負壓管內(nèi)的隔 離液為水，求變送器的調(diào)校范圍和遷移量。離

23、液為水，求變送器的調(diào)校范圍和遷移量。 解：儀表的量程解：儀表的量程P 為為 PaghP9 .16671 1000 100 7 .98085. 0200 12 當液位最低時，變送器應(yīng)該輸出的差壓值為：當液位最低時，變送器應(yīng)該輸出的差壓值為： 00 013 3 .11670 1000 100 7 .98085. 0140PPaP PghP 00 00321 3 .38247 1000 100 7 .9801)14020050( )( PPaP PghhhP 于是儀表的遷移量于是儀表的遷移量P為為 PaPPP265773 .382473 .11670 因因 P h00g，為正遷，遷移量：，為正遷，遷

24、移量：Hming h00g； 當當Hming = h00g，遷移量：，遷移量：0； 當當Hming h00g，為負遷，遷移量：，為負遷，遷移量：Hming h00g。 x + - H h0 0 ghHPPP)( 00min 液位測量課堂練習液位測量課堂練習 2、用單法蘭液位計測開口容器液位。儀表已校好，后因維護需、用單法蘭液位計測開口容器液位。儀表已校好，后因維護需 要，儀表安裝位置下移了一段距離（如圖），則儀表示值如何變要，儀表安裝位置下移了一段距離（如圖），則儀表示值如何變 化？為什么？（化？為什么？（ 毛細管中灌充液密度）毛細管中灌充液密度） 解：設(shè)最低液位為法蘭的中心。解：設(shè)最低液位為法蘭的中心。 當液位最低時：當液位最低時：P=gh 要用正遷移把要用正遷移把gh遷移掉。但儀表校遷移掉。但儀表校 好后