4-1過程測量儀表4(物位)

1、13-5 3-5 物位測量儀表物位測量儀表物位檢測方法2概述3 1靜壓式液位計(jì)靜壓式液位計(jì)磁浮子式液位計(jì)磁浮子式液位計(jì)電容式物位計(jì)電容式物位計(jì)其他物位測量儀表3 3一、概述一、概述物位的定義：物位的定義：“物位物位”一詞統(tǒng)指設(shè)備和容器中液體或固體物料的表面位置。一詞統(tǒng)指設(shè)備和容器中液體或固體物料的表面位置。對應(yīng)不同性質(zhì)的物料又有以下的定義。對應(yīng)不同性質(zhì)的物料又有以下的定義。1 1、液位指設(shè)備和容器中液體介質(zhì)表面的高低。、液位指設(shè)備和容器中液體介質(zhì)表面的高低。2 2、料位指設(shè)備和容器中所儲(chǔ)存的塊狀、顆?；蚍勰罟?、料位指設(shè)備和容器中所儲(chǔ)存的塊狀、顆?；蚍勰罟腆w物料的堆積高度。體物料的堆積高度。

2、3 3、界位指相界面位置。容器中兩種互不相溶的液體，因、界位指相界面位置。容器中兩種互不相溶的液體，因其重度不同而形成分界面，為液其重度不同而形成分界面，為液- -液相界面；容器中互不液相界面；容器中互不相溶的液體和固體之間的分界面，為液相溶的液體和固體之間的分界面，為液- -固相界面。液固相界面。液- -液、液液、液- -固相界面的位置簡稱界位。固相界面的位置簡稱界位。物位是液位、料位、界位的總稱。物位是液位、料位、界位的總稱。對物位進(jìn)行測量、指示的儀表，稱物位檢測儀表。對物位進(jìn)行測量、指示的儀表，稱物位檢測儀表。2一、概述一、概述3o 物位檢測儀表的分類：物位檢測儀表的分類：n 由于被測對

3、象種類繁多，檢測的條件和環(huán)境也有由于被測對象種類繁多，檢測的條件和環(huán)境也有很大差別，所以物位檢測的方法有多種多樣，以很大差別，所以物位檢測的方法有多種多樣，以滿足不同生產(chǎn)過程的測量要求。滿足不同生產(chǎn)過程的測量要求。n 按測量方式分類：按測量方式分類：可分為連續(xù)測量和定點(diǎn)測量兩可分為連續(xù)測量和定點(diǎn)測量兩大類。大類。o 連續(xù)測量方式能持續(xù)測量物位的變化。連續(xù)測量方式能持續(xù)測量物位的變化。o 定點(diǎn)測量方式則只檢測物位是否達(dá)到上限、下限或定點(diǎn)測量方式則只檢測物位是否達(dá)到上限、下限或某個(gè)特定位置，定點(diǎn)測量儀表一般稱為某個(gè)特定位置，定點(diǎn)測量儀表一般稱為物位開關(guān)物位開關(guān)。n 按工作原理分類按工作原理分類，物

4、位檢測儀表有直讀式、浮力，物位檢測儀表有直讀式、浮力式、靜壓式、電磁式、聲波式、輻射式等。式、靜壓式、電磁式、聲波式、輻射式等。一、概述一、概述1 1、直讀式物位檢測儀表、直讀式物位檢測儀表采用側(cè)壁開窗口或旁通管方式，直接顯示容器采用側(cè)壁開窗口或旁通管方式，直接顯示容器中物位的高度。方法可靠、準(zhǔn)確，但是只能就中物位的高度。方法可靠、準(zhǔn)確，但是只能就地指示。主要用于液位檢測和壓力較低的場合。地指示。主要用于液位檢測和壓力較低的場合。2 2、靜壓式物位檢測儀表、靜壓式物位檢測儀表基于流體靜力學(xué)原理，適用于液位檢測。基于流體靜力學(xué)原理，適用于液位檢測。容器內(nèi)的液面高度與液柱重量所形成的靜壓力容器內(nèi)的

5、液面高度與液柱重量所形成的靜壓力成比例關(guān)系，當(dāng)被測介質(zhì)密度不變時(shí)，通過測成比例關(guān)系，當(dāng)被測介質(zhì)密度不變時(shí)，通過測量參考點(diǎn)的壓力可測知液位。量參考點(diǎn)的壓力可測知液位。這類儀表有壓力式、吹氣式和差壓式等型式。這類儀表有壓力式、吹氣式和差壓式等型式。4一、概述一、概述3 3、浮力式物位檢測儀表、浮力式物位檢測儀表其工作原理基于阿基米德定律，適用于液位其工作原理基于阿基米德定律，適用于液位檢測。漂浮于液面上的浮子或浸沒在液體中檢測。漂浮于液面上的浮子或浸沒在液體中的浮筒，在液面變動(dòng)時(shí)其浮力會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的的浮筒，在液面變動(dòng)時(shí)其浮力會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變化，從而可以檢測液位。變化，從而可以檢測液位。這類儀表有各種浮

6、子式液位計(jì)、浮筒式液位這類儀表有各種浮子式液位計(jì)、浮筒式液位計(jì)等。計(jì)等。 4 4、電磁式物位儀表、電磁式物位儀表n是將物位變化轉(zhuǎn)換為電量的變化，并通過對電量變是將物位變化轉(zhuǎn)換為電量的變化，并通過對電量變化的測量間接測知物位?；臏y量間接測知物位。5一、概述一、概述5 5、聲波式物位儀表、聲波式物位儀表: : 基于聲學(xué)回聲原理，通過測量超聲波由發(fā)射到返回的時(shí)間推算物位的高度。6 6、輻射式物位儀表、輻射式物位儀表: : 利用伽瑪射線穿過介質(zhì)時(shí)，其輻射強(qiáng)度隨介質(zhì)的厚度而衰減的原理測量物位。67二、二、物位檢測方法物位檢測方法2.1 2.1 靜壓式液位計(jì)靜壓式液位計(jì) 1 1工作原理工作原理 靜壓式液

7、位計(jì)是根據(jù)液體在容器內(nèi)的液位與液柱高度產(chǎn)生的靜壓力成正比的原理進(jìn)行工作的。 A A、敞口容器的液位測量原理圖：、敞口容器的液位測量原理圖：p將壓力計(jì)與容器底部相連，根據(jù)流體靜力學(xué)原理，所測壓力與液位的關(guān)系為 p = gH 式中p 容器內(nèi)取壓平面上由液柱產(chǎn)生的靜壓力； 容器內(nèi)被測介質(zhì)的密度；g 重力加速度。H 從取壓平面到液面的高度；89B、在測量受壓密閉容器中的液位時(shí)，由于介質(zhì)上、在測量受壓密閉容器中的液位時(shí)，由于介質(zhì)上方的壓力影響會(huì)產(chǎn)生附加靜壓力，所以采用差壓法方的壓力影響會(huì)產(chǎn)生附加靜壓力，所以采用差壓法測液位，如圖所示。測液位，如圖所示。 p差壓變送器的高壓側(cè)與容器底部的取壓管相連，低差壓

8、變送器的高壓側(cè)與容器底部的取壓管相連，低壓側(cè)與液面上方容器的頂部相連。壓側(cè)與液面上方容器的頂部相連。p如果容器上部空間為干燥的氣體，則此時(shí)差壓變送如果容器上部空間為干燥的氣體，則此時(shí)差壓變送器高，低壓側(cè)所感受的壓力分別為：器高，低壓側(cè)所感受的壓力分別為： 10差壓變送器所受的壓差差壓變送器所受的壓差 p因此，可以根據(jù)差壓變送器測得的差壓按下式計(jì)算因此，可以根據(jù)差壓變送器測得的差壓按下式計(jì)算出液位的高度出液位的高度11特點(diǎn)：利用靜壓原理測液位，就是把液位測量分利用靜壓原理測液位，就是把液位測量分別轉(zhuǎn)化為壓力或差壓測量。別轉(zhuǎn)化為壓力或差壓測量。各種壓力和差壓測量儀表，只要量程合適，各種壓力和差壓測

9、量儀表，只要量程合適，都可用來測量液位。都可用來測量液位。分別叫壓力式液位計(jì)和差壓式液位計(jì)。分別叫壓力式液位計(jì)和差壓式液位計(jì)。12* *2 2 零點(diǎn)遷移問題零點(diǎn)遷移問題p由差壓式液位計(jì)的測量原理可知，液柱的靜壓差由差壓式液位計(jì)的測量原理可知，液柱的靜壓差 P P 與與液位高度液位高度 H H 滿足式滿足式 的條件是：的條件是： （1 1）差壓變送器的高壓室取壓口正好與起始液）差壓變送器的高壓室取壓口正好與起始液 面（面（ H =0H =0）在同一水平面上；）在同一水平面上； （2 2）差壓變送器低壓室的導(dǎo)壓管中沒有任何氣體）差壓變送器低壓室的導(dǎo)壓管中沒有任何氣體 的冷凝液存在；的冷凝液存在；

10、（3 3）被測介質(zhì)的密度保持不變。）被測介質(zhì)的密度保持不變。 p在這種情況下，差壓變送器處于理想條件下的無遷移工作在這種情況下，差壓變送器處于理想條件下的無遷移工作狀態(tài)。假定采用輸出為狀態(tài)。假定采用輸出為 4mA 4mA 20mA 20mA 的差壓變送器的差壓變送器, ,當(dāng)當(dāng) H H 0 0 時(shí)，變送器輸入時(shí)，變送器輸入 p p 0 0 ，輸出電流為，輸出電流為4mA 4mA ；當(dāng)液；當(dāng)液位到上限，變送器輸入位到上限，變送器輸入p=Hp=Hmaxmaxgg，輸出電流，輸出電流20mA 20mA 。13在實(shí)際應(yīng)用中，差壓變送器的安裝位置不能與最低液位處于同一水平面上，如圖所示。14這時(shí)差壓變送器

11、高低壓室所受壓力分別為： 15高低壓室所受的壓差為： p與無遷移情況式相比，式（與無遷移情況式相比，式（3-33 ）中多出一項(xiàng)）中多出一項(xiàng) hg ，即在高壓室增加了一個(gè)恒定的靜壓，即在高壓室增加了一個(gè)恒定的靜壓 hg。由于此項(xiàng)的存在，使得當(dāng)由于此項(xiàng)的存在，使得當(dāng) H =0時(shí)，時(shí)， p = hg ，此時(shí)的變送器輸出必然大于此時(shí)的變送器輸出必然大于 4mA 。零點(diǎn)遷移功能零點(diǎn)遷移功能為使變送器輸出與被測液位仍保持無遷移對應(yīng)關(guān)為使變送器輸出與被測液位仍保持無遷移對應(yīng)關(guān)系，必須應(yīng)用差壓變送器的零點(diǎn)遷移功能來抵消系，必須應(yīng)用差壓變送器的零點(diǎn)遷移功能來抵消靜壓影響。使得當(dāng)靜壓影響。使得當(dāng) H =0H =0

12、， p = hg p = hg 時(shí)，變時(shí)，變送器輸出為送器輸出為 4mA 4mA 。16o *正遷移：正遷移： 在上圖這種工作狀態(tài)下，變送器的起始輸入點(diǎn)由在上圖這種工作狀態(tài)下，變送器的起始輸入點(diǎn)由零點(diǎn)變?yōu)橐粋€(gè)正值，因此稱為正遷移。零點(diǎn)變?yōu)橐粋€(gè)正值，因此稱為正遷移。17* *負(fù)遷移：負(fù)遷移：在工程中還經(jīng)常遇到負(fù)遷移的情況，如圖所示。在工程中還經(jīng)常遇到負(fù)遷移的情況，如圖所示。若被測液體的密度為若被測液體的密度為 1 1 ，隔離液的密度為，隔離液的密度為 22，且，且 1 2 1 2 ，則變送器高低壓室的壓力，則變送器高低壓室的壓力分別為：分別為：高低壓室所感受的壓差為 18o 與無遷移情況相比較，

13、總的差壓減少了與無遷移情況相比較，總的差壓減少了 (h2-h1)2g，即相當(dāng)于在低壓室增加，即相當(dāng)于在低壓室增加 了一個(gè)恒定了一個(gè)恒定的靜壓。的靜壓。 由于它的存在，使得當(dāng)由于它的存在，使得當(dāng) H =0 時(shí)，時(shí)， p= -（ h2- h1 ）pg , 此時(shí)變送器的輸此時(shí)變送器的輸出必然小于出必然小于 4mA ，當(dāng)，當(dāng) H =Hmax時(shí)，變送器的時(shí)，變送器的輸出也達(dá)不到輸出也達(dá)不到 20mA 。零點(diǎn)遷移功能零點(diǎn)遷移功能為了使變送器輸出與被測液位之間仍然保持無遷為了使變送器輸出與被測液位之間仍然保持無遷移情況的對應(yīng)關(guān)系。就必須借助差壓變送器的零移情況的對應(yīng)關(guān)系。就必須借助差壓變送器的零點(diǎn)遷移功能來

14、抵消這靜壓力的影響，使得當(dāng)點(diǎn)遷移功能來抵消這靜壓力的影響，使得當(dāng) p p = =（h h2 2 h h1 1）g g 時(shí)，變送器的輸出為時(shí)，變送器的輸出為 4mA 4mA 。變送器的起始輸入點(diǎn)由零點(diǎn)變?yōu)橐粋€(gè)負(fù)值，這種變送器的起始輸入點(diǎn)由零點(diǎn)變?yōu)橐粋€(gè)負(fù)值，這種情況就是負(fù)遷移。情況就是負(fù)遷移。1920p 針對上述三種情況，如果選用的差壓變送器測量范圍為 0 5kPa ，且零點(diǎn)通過遷移功能抵消的固定靜壓分別為 2kPa 和-2kPa，則這臺(tái)差壓變送器零點(diǎn)遷移特性曲線如圖 3-35 所示。 二、二、物位檢測方法物位檢測方法2.22.2磁浮子式液位計(jì)磁浮子式液位計(jì) 磁浮子式液位計(jì)是一種浮力式液位計(jì)，利用

15、浮力原磁浮子式液位計(jì)是一種浮力式液位計(jì)，利用浮力原理，靠漂浮于液面上的浮子隨液面升降的位移反映液位的理，靠漂浮于液面上的浮子隨液面升降的位移反映液位的變化。變化。2122磁浮子式磁浮子式液位越限報(bào)警液位越限報(bào)警采用圖采用圖3-373-37所示所示： 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：上下限結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：上下限報(bào)警液位處裝兩個(gè)報(bào)警液位處裝兩個(gè)舌簧管，并由導(dǎo)線舌簧管，并由導(dǎo)線引出至報(bào)警裝置。引出至報(bào)警裝置。磁浮子式就地指示磁浮子式就地指示型液位計(jì)型液位計(jì)23 磁翻板液位計(jì)磁翻板液位計(jì) 磁滾柱液位計(jì)磁滾柱液位計(jì) 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 將液體引入裝有磁將液體引入裝有磁浮子的鋼管內(nèi)，由浮子的鋼管內(nèi)，由連通器原理，內(nèi)外連通器原理，內(nèi)

16、外液面一致。液面一致。 同性相斥同性相斥 異性相吸異性相吸磁浮子式液位計(jì)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計(jì)合理，顯示清晰直觀。主要用于中小容器和生產(chǎn)設(shè)備的液位或界面的測量。24恒浮力法測量液位的原理：25二、二、物位檢測方法物位檢測方法2.32.3、電容式物位計(jì)、電容式物位計(jì)工作原理工作原理電容式物位計(jì)是將被測介質(zhì)料位的變化轉(zhuǎn)化成電容量的變化，并通過對電容的檢測與轉(zhuǎn)換將其變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)的電流信號(hào)輸出。電容式物位計(jì)大致可分成三種工作方式。2627RLHL28 圖圖 （a）適用于立）適用于立式圓筒形導(dǎo)電容器，式圓筒形導(dǎo)電容器，非導(dǎo)電液體或固體非導(dǎo)電液體或固體粉末的物位測量。粉末的物位測量。 在這種應(yīng)用中，器在這種應(yīng)

17、用中，器壁為電容的外電極，壁為電容的外電極，沿軸線插入金屬棒，沿軸線插入金屬棒，作為內(nèi)電極。作為內(nèi)電極。 總電容由上部空氣總電容由上部空氣電容和下部物料電電容和下部物料電容構(gòu)成。容構(gòu)成。圖圖 （b b）適用于非金屬容）適用于非金屬容器，物料為非導(dǎo)電性液體器，物料為非導(dǎo)電性液體的液位的測量。的液位的測量。中心棒狀電極的外面套有中心棒狀電極的外面套有同軸金屬筒，通過絕緣支同軸金屬筒，通過絕緣支架固定，金屬筒的上下開架固定，金屬筒的上下開口，使筒內(nèi)外的液位相同?？?，使筒內(nèi)外的液位相同。中央圓棒與金屬套筒構(gòu)成中央圓棒與金屬套筒構(gòu)成兩個(gè)電極，電容介質(zhì)為氣兩個(gè)電極，電容介質(zhì)為氣體和液體物料。這樣電容體和液

18、體物料。這樣電容與容器的形狀無關(guān)，只取與容器的形狀無關(guān)，只取決于液位的高低。決于液位的高低。29圖圖 （c c）適用立式圓筒）適用立式圓筒形導(dǎo)電容器，且物料為形導(dǎo)電容器，且物料為導(dǎo)電性液體的液位測量。導(dǎo)電性液體的液位測量。中央圓棒電極包有絕緣中央圓棒電極包有絕緣材料，作為介質(zhì)，導(dǎo)電材料，作為介質(zhì)，導(dǎo)電液體和容器壁共同作為液體和容器壁共同作為外電級(jí)。外電級(jí)。總電容由絕緣材料介電總電容由絕緣材料介電常數(shù)和液位高度構(gòu)成。常數(shù)和液位高度構(gòu)成。30電容式物位計(jì)特點(diǎn)：電容式物位計(jì)特點(diǎn)：電容式物位計(jì)可測量液位、粉狀料位、也可測界電容式物位計(jì)可測量液位、粉狀料位、也可測界位，具有結(jié)構(gòu)簡單，安裝要求低等特點(diǎn)。位

19、，具有結(jié)構(gòu)簡單，安裝要求低等特點(diǎn)。但當(dāng)被測介質(zhì)粘度較大時(shí)，液位下降后，電極表但當(dāng)被測介質(zhì)粘度較大時(shí)，液位下降后，電極表面仍會(huì)粘附一層被測介質(zhì)，從而造成虛假液位示面仍會(huì)粘附一層被測介質(zhì)，從而造成虛假液位示值，嚴(yán)重影響測量精度。值，嚴(yán)重影響測量精度。被測介質(zhì)的溫度、濕度等變化都能影響測量精度，被測介質(zhì)的溫度、濕度等變化都能影響測量精度，當(dāng)精度要求較高時(shí)，應(yīng)采用修正措施。當(dāng)精度要求較高時(shí)，應(yīng)采用修正措施。31三、三、 其他物位測量儀表其他物位測量儀表1 1 超聲波物位儀表超聲波物位儀表一般把超過一般把超過20kHz20kHz的聲波稱為超聲波。聲頻越的聲波稱為超聲波。聲頻越高，則發(fā)射的聲束越尖銳，方向

20、性越強(qiáng)，但在高，則發(fā)射的聲束越尖銳，方向性越強(qiáng)，但在介質(zhì)中衰減也越大。介質(zhì)中衰減也越大。超聲波物位儀表是基于回聲測距原理設(shè)計(jì)的，超聲波物位儀表是基于回聲測距原理設(shè)計(jì)的，利用超聲波發(fā)射探頭發(fā)出超聲脈沖，發(fā)射波在利用超聲波發(fā)射探頭發(fā)出超聲脈沖，發(fā)射波在料位或液位表面反射形成回波，由接收探頭將料位或液位表面反射形成回波，由接收探頭將信號(hào)接收下來，測出超聲脈沖從發(fā)射到接受所信號(hào)接收下來，測出超聲脈沖從發(fā)射到接受所需時(shí)間，根據(jù)已知介質(zhì)中的波速就能計(jì)算出探需時(shí)間，根據(jù)已知介質(zhì)中的波速就能計(jì)算出探頭到物位或液位表面的距離，從而確定物位的頭到物位或液位表面的距離，從而確定物位的高度。高度。3233H為傳播速度vvtH,21超聲波物位計(jì)的特點(diǎn)：無可動(dòng)部件，換能器的振幅小，壽命長，可實(shí)現(xiàn)非接觸式測量；不受介質(zhì)粘度的影響，并與介質(zhì)的介電常數(shù)、電導(dǎo)率、熱導(dǎo)率等無關(guān)；適合強(qiáng)腐蝕、高壓、有毒、高粘度液體的測量；不適宜被測液體中有氣泡和懸浮物，而且液面不能有很大的波動(dòng)；測量精度受聲速的影響（聲速受溫度影響）。34三、三、 其他物位測量儀表其他物位測量儀表2 2、核輻射式物位儀表、核輻射式物位儀表核輻射式物位儀表是根據(jù)被測物質(zhì)對放射線的吸收、核輻射式物位儀表是根據(jù)被測物質(zhì)對放射線的吸收、散射等特性而設(shè)計(jì)制造的。散射等特性而設(shè)計(jì)制造的。不同的物質(zhì)對射線的吸收能力也不同，當(dāng)放射線穿過不同