儀表自動化第四章習(xí)題：物位檢測

1、第四章 物位檢測1.某貯罐內(nèi)的壓力變化范圍為1215MPa，要求遠(yuǎn)傳顯示，試選擇一臺DDZ-型壓力變送器 (包括準(zhǔn)確度等級和量程)。如果壓力由12MPa變化到15MPa，問這時壓力變送器的輸出變化了多少?如果附加遷移機(jī)構(gòu),問是否可以提高儀表的準(zhǔn)確度和靈敏度?試舉例說明之。 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）精度等級均為0.5級。輸出信號范圍為010mA。 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，取壓力變送器的測量上限為 若選擇測量范圍為025MPa、準(zhǔn)確度等級為0.5級,這時允許的最大絕對誤差為 由于變送器的

2、測量范圍為025MPa，輸出信號范圍為010mA,故壓力為12MPa時,輸出電流信號為 壓力為15MPa時，輸出電流信號為 這就是說,當(dāng)貯罐內(nèi)的壓力由12MPa變化到15MPa時,變送器的輸出電流只變化了1.2mA。在用差壓變送器來測量液位時，由于在液位H=0時,差壓變送器的輸入差壓信號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量中遇到，在其他參數(shù)的測量中也可能遇到。加上遷移機(jī)構(gòu)，可以改變測量的起始點(diǎn)，提高儀表的靈敏度 (只不過這時儀表量程也要作相應(yīng)改變)。 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。那么此時變送器的實(shí)際測量范圍為723

3、MPa，即輸入壓力為7MPa時，輸出電流為0mA；輸入壓力為23MPa時，輸出電流為10mA。這時如果輸入壓力為12MPa，則輸出電流為 輸入壓力為15MPa時，輸出電流為 由此可知，當(dāng)輸入壓力由12MPa變化到15MPa時，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)確度等級仍為0.5級，此時儀表的最大允許絕對誤差為(23-7)×0.5% = 0.08MPa，所以，由于加了遷移機(jī)構(gòu)，使儀表的測量誤差減少了。 2.用一臺雙法蘭式差壓變送器測量某容器的液位，如圖4-15所示。已知被測液位的變化范圍為03m，被測介質(zhì)密度=900kg/m3 ，毛細(xì)管內(nèi)工作介

4、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，問對測量有何影響? 圖4-15 法蘭式差壓變送器測液位解：當(dāng)不考慮遷移量時，變送器的測量范圍應(yīng)根據(jù)液位的最大變化范圍來計(jì)算。液位為3m時，其壓差為 這里值得一提的是壓力單位Pa用SI基本單位時就相當(dāng)于m-1·kg·s-2，即所以液柱壓力用Hg計(jì)算時，只要H用m，用kg/m3，g用m/s2為單位時，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，測量范圍可選030kPa。 根據(jù)圖示

5、，當(dāng)液位高度為H時,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，只要兩個取壓法蘭間的尺寸h2不變，其遷移量是不變的。3.用單法蘭電動差壓變送器來測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 流體密度測量示意圖min=1.32(g/cm3),max= 1.82(g/cm3) 要求:(1)計(jì)算差

6、壓變送器的測量范圍；(2)如加遷移裝置，請計(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，請計(jì)算出水恒壓器所需高度h。解：（1）若不考慮零點(diǎn)遷移,那么就要以max來計(jì)算差壓變送器的測量范圍。當(dāng)=max = 1.82g/cm3時,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量范圍為02×104Pa,則當(dāng)=max= 1.82g/cm3時，對應(yīng)的變送器輸出為 當(dāng)=min=1.32g/cm3時，其差壓為 這時差壓變送器的輸出為 由上可知，當(dāng)硫酸密度由最小值變

7、化到最大值時，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。 （2）為了提高靈敏度，可以考慮進(jìn)行零點(diǎn)遷移，提高測量的起始點(diǎn)?？紤]到=max時，這時所對應(yīng)的壓差仍為1.785×104Pa，所以在提高測量起始點(diǎn)的同時，測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,pmin=1.295×104Pa。因此可以選擇遷移量為1×104Pa ,測量范圍為1×1042×104Pa的差壓變送器。這時,若=min時,變送器的輸出為 當(dāng)=max時,變送器的輸出為 這時由min變到max時,輸出

8、電流由2.95mA變?yōu)?.85mA,變化了4.9mA,大大提高了儀表的靈敏度。 （3）如果不加遷移裝置，而在負(fù)壓側(cè)加裝水恒壓器，而遷移量仍為1×104Pa，根據(jù) 以水的密度=1000kg/m3代入,得 4.物位檢測有哪些方式？物位檢測時應(yīng)注意哪些問題？常用的液位檢測儀表有哪些？（1）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。（2）靜壓式物化檢測儀表 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成比例關(guān)系，當(dāng)被測介質(zhì)密度不變時，通過測量參考點(diǎn)的壓力可測知液

9、位。這類儀表有壓力式、吹氣式等型式。（3）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，在液面變動時其浮力會產(chǎn)生相應(yīng)的變化，從而可以檢測液位。這類儀表有各種浮子式液位計(jì)、浮筒式液位計(jì)等。（4）機(jī)械接觸式物位檢測儀表 通過測量物位探頭與物料面接觸時的機(jī)械力實(shí)現(xiàn)物位的測量。這類儀表有重錘式、旋翼式等。（5）電氣式物位檢測儀表 將電氣式物位敏感元件置于被測介質(zhì)中，當(dāng)物位變化時其電氣參數(shù)如電阻、電容等也將改變，通過檢測這些電量的變化可知物位。（6）其他物位檢測方法如聲學(xué)式、射線式、光纖式儀表等。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，被測對象很少有靜止不動的情況，因此會影響物位測量的準(zhǔn)確性。各種影響物位測量的因素對于不同介質(zhì)各有不同，這些影響因素表現(xiàn)在如下方面。(1）液位測量的特點(diǎn)穩(wěn)定的液面是一個規(guī)則的表面，但是當(dāng)物料有流進(jìn)流出時，會有波浪使液面波動。在生產(chǎn)過程中還可能出現(xiàn)沸騰或起泡沫的現(xiàn)象，使液面變得模糊。大型容器中常會有各處液體的溫度、密度和粘度等物理量不均勻的現(xiàn)象。容器中的液體呈高溫、高壓或