化工儀表第五講

1、一、概述第四節(jié) 物位檢測(cè)及儀表 在容器中液體介質(zhì)的高低叫液位； 在容器中固體或顆粒狀物質(zhì)的堆積高度叫料位；測(cè)量液位的儀表叫液位計(jì);測(cè)量料位的儀表叫料位計(jì);測(cè)量?jī)煞N密度不同液體介質(zhì)的分界面的儀表叫界面計(jì)。上述三種儀表統(tǒng)稱為物位儀表。物位測(cè)量要解決那些問(wèn)題？在化工生產(chǎn)及硅酸鹽工業(yè)生產(chǎn)中，有很多“塔、罐”，其中盛放工藝過(guò)程中的“中間產(chǎn)品”、或原料、或成品。其物位“H”是生產(chǎn)所必需確知參數(shù)。因?yàn)榭梢詫?duì)容器中物料總量、體積、壓力等都會(huì)有相應(yīng)的估算，來(lái)滿足工藝要求。1一、概述對(duì)現(xiàn)場(chǎng)條件來(lái)講：（有一個(gè)液罐）1、容器內(nèi)介質(zhì)為液體（或粉末顆粒狀固體）2、器壁不透明（水泥或鋼板制成）3、“H”不允許用肉眼觀察（高

2、溫、劇毒、腐蝕、罐頂密封等）4、“H”為隨機(jī)變量，即進(jìn)料流量不等于出料流量5、若液罐是顛簸搖擺的機(jī)動(dòng)車油箱？HQ1Q22一、概述對(duì)相應(yīng)條件有一定要求：1、容器內(nèi)介質(zhì)為常壓常溫水，能就地觀察（在罐外）到液位數(shù)值（如一般水箱）2、介質(zhì)為高壓高溫水，液位變化不大，就地觀察（如鍋爐汽包類壓力容器）3、液位變化范圍較大的敞口容器（或密閉容器）4、被測(cè)介質(zhì)為粘稠狀液體（水泥漿、重油類、含固體顆粒，高能流動(dòng)）5、“H”信號(hào)需要遠(yuǎn)傳，精度要求不高（或很高）H3一、概述 測(cè)量物位儀表按其工作原理主要有下列幾種類型: (1)直讀式物位儀表 這類儀表中主要有玻璃管液位計(jì)、玻璃板液位計(jì)等。 (2)差壓式物位儀表 它又

3、可分為壓力式物位儀表和差壓式物位儀表，利用液柱或物料堆積對(duì)某定點(diǎn)產(chǎn)生壓力的原理而工作。 (3)浮力式物位儀表 利用浮子高度隨液位變化而改變或液體對(duì)浸沉于液體中的浮子(或稱沉筒)的浮力隨液位高度而變化的原理工作。它又可分為浮子帶鋼絲繩或鋼帶的、浮球帶杠桿的和沉筒式的幾種。 (4)電磁式物位儀表 物位的變化轉(zhuǎn)換為一些電量的變化，通過(guò)測(cè)出這些電量的變化來(lái)測(cè)知物位。它可以分為電阻式(即電極式)、電容式和電感式物位儀表等。4LTS直讀式液位計(jì)UNS、UGS系列彩色玻璃液位計(jì)UHZ系列磁翻板式液位計(jì)5DL40型浮筒液位計(jì)磁浮子液位計(jì)6 (5)核輻射式物位儀表 利用核輻射透過(guò)物料時(shí)，其強(qiáng)度隨物質(zhì)層的厚度而變

4、化的原理而工作的。目前應(yīng)用較多的是射線。 (6)聲波式物性儀表 由于物位的變化引起聲阻抗的變化、聲波的遮斷和聲波反射距離的不同，測(cè)出這些變化就可測(cè)知物位。所以聲波式物位儀表可以根據(jù)它的工作原理分為聲波遮斷式、反射式和阻尼式。 (7)光學(xué)式物仿儀表 利用物位對(duì)光波的遮斷和反射原理工作，它利用的光源可以有普通白熾燈光或激光等。 此外，還有一些其他型式的物位儀表， 下面重點(diǎn)介紹差壓式液位計(jì)，并簡(jiǎn)單介紹幾種其它類型的物位測(cè)量?jī)x表。一、概述7 二、差壓式液位變送器1.工作原理：了解差壓式液位計(jì)，先從靜壓式液位計(jì)（壓力表式）講起。P壓強(qiáng)的單位：1kgfcm210mH2O760mmHg；這里被測(cè)介質(zhì)密度一定

5、，P和H線性。敞口容器中，PgH，加一塊壓力表即可；HPg，將壓力表示值乘以系數(shù)即液位值HP08.工作原理那么一旦條件發(fā)生改變，要求的測(cè)量方式也要跟著變化。針對(duì)密閉容器，腐蝕性介質(zhì)，測(cè)量精度要求較高，信號(hào)需遠(yuǎn)傳的測(cè)量要求：壓差式液位變送器密閉容器壓力容器，客觀上存在氣相空間的壓力P2，而且這個(gè)P2不是定值有很多因素干擾，液位變化、介質(zhì)和環(huán)境溫度的變化。如果還用壓力表式測(cè)量，PgHP2，無(wú)法獲取P2的變化，將差壓變送器正負(fù)測(cè)壓室與容器上下端相連。取得上下壓差 PgHP2P2gH；9 二、差壓式液位變送器即 壓差與液位間是單值函數(shù)關(guān)系。 PgH 為了解決測(cè)量具有腐蝕性或含有結(jié)晶顆粒以及粘度大、易凝

6、固等液體液位時(shí)引壓管線被腐蝕、被堵塞的問(wèn)題，應(yīng)使用在導(dǎo)壓管入口處加隔離膜盒的法蘭式差壓變送器，如圖346所示。.用法蘭式差壓變送器測(cè)量液位 作為敏感元件的測(cè)量頭1(金屬膜盒)，經(jīng)毛細(xì)管2與變送器3的測(cè)量室相通。在膜盒、毛細(xì)管和測(cè)量室所組成的封閉系統(tǒng)內(nèi)充有硅油，作為傳壓介質(zhì)，并阻擋被測(cè)介質(zhì)進(jìn)入毛細(xì)管引起堵塞。 10 .用法蘭式差壓變送器測(cè)量液位 法蘭式差壓變送器按其結(jié)構(gòu)形式又分為單法蘭式及雙法蘭式兩種。容器與變送器間只需一個(gè)法蘭將管路接通的稱為單法蘭差壓變送器，而對(duì)于上端和大氣隔絕的閉口容器，因上部空間與大氣壓力多半不等，必須采用兩個(gè)法蘭分別將液相和氣相壓力導(dǎo)至差壓變送器，如圖346所示，這就是

7、雙法蘭差壓變送器。11 .零點(diǎn)遷移問(wèn)題 （）一般來(lái)說(shuō)，差壓p與液位高度H之間有如下關(guān)系： 這就屬于一般的“無(wú)遷移”情況。當(dāng)H=0時(shí)，作用在正、負(fù)壓室的壓力是相等的。 將差壓變送器的一端接液相，另一端接氣相。設(shè)容器上部空間為干燥氣體，其壓力為，則 當(dāng)被測(cè)容器是敞口的，氣相壓力為大氣壓時(shí)，不需要遠(yuǎn)傳信號(hào)，也可以在容器底部安裝壓力表，根據(jù)壓力與液位H成正比的關(guān)系，可直接在壓力表上按液位進(jìn)行刻度。 =+ ;=; =-= -液位高度；-重力加速度； -介質(zhì)密度； , -分別為差壓變送器正、負(fù)壓室的壓力。12 （2） 負(fù)遷移 在實(shí)際應(yīng)用中，往往H與p之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系不那么簡(jiǎn)單。如圖所示，為防止容器內(nèi)液體和氣

8、體進(jìn)入變送器而造成管線堵塞或腐蝕，并保持負(fù)壓室的液柱高度恒定，在變送器正、負(fù)壓室與取壓點(diǎn)之間分別裝有隔離罐，并充以隔離液。 .零點(diǎn)遷移問(wèn)題13 .零點(diǎn)遷移問(wèn)題 若被測(cè)介質(zhì)密度為1，隔離液密度為2(通常21)，這時(shí)正、負(fù)壓室的壓力分別為: 分析,當(dāng)H0時(shí)，p一(h2一h1)2g ，對(duì)比無(wú)遷移情況，相當(dāng)于在負(fù)壓室多了一項(xiàng)壓力，其固定數(shù)值為(h2一h1)2g 。 采用零點(diǎn)遷移的辦法就能夠達(dá)到此目的，即調(diào)節(jié)儀表上的遷移彈簧，以抵消固定壓差(h2一h1)2g的作用。 14 .零點(diǎn)遷移問(wèn)題(3) 正遷移 由于工作條件的不同，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)正遷移的情況，如圖所示。 當(dāng)H0時(shí)，正壓室多了一項(xiàng)附加壓力hg，或者說(shuō)H

9、0時(shí)，phg，這時(shí)變送器輸出大于4mA(輸出范圍:4-20mA)。 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。 15零點(diǎn)遷移 P=1gH P=1gH -2g（h2-h1） P=1gH +1gh1 無(wú)遷移 負(fù)遷移 遷移量： -2g（h2-h1） 正遷移 遷移量： 1gh1 16 例如，某差壓變送器的測(cè)量范圍為0一5000Pa，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(wú)遷移的情況，如圖曲線a所示。 當(dāng)有負(fù)遷移時(shí)，如圖曲線b所示?？朔饔糜谪?fù)壓室的額外壓力。標(biāo)注A 當(dāng)有正遷移時(shí)，如圖曲線c所示?？朔饔糜谡龎菏业念~外壓力。標(biāo)注 .零

10、點(diǎn)遷移問(wèn)題17 .差壓稱重： (稱重式液罐計(jì)量?jī)x) 例如儲(chǔ)油罐內(nèi)油品重量為(100噸),由于體積和密度會(huì)隨外界溫度等因素而變，單測(cè)液位，不能如實(shí)反映被測(cè)介質(zhì)質(zhì)量大小。 三、差壓測(cè)量方式的其它應(yīng)用 差壓稱重，是利用天平原理。 p= g H 當(dāng)杠桿平衡時(shí)，差壓p利作用于杠桿一端，調(diào)整砝碼使其平衡。有等式成立： pA1L1=MgL2 L2=(A1L1/M ) H; M0= HA0; 推出： L2 =kM0 即 L2與管內(nèi)介質(zhì)的總質(zhì)量M0成正比，與密度無(wú)關(guān)。18 2.差壓測(cè)密度： 三、差壓測(cè)量方式的其它應(yīng)用 由式 p= g H 可知,當(dāng)H固定時(shí)， p即為的單值函數(shù)。例如電解工序,電解液需要連續(xù)測(cè)量密度

11、變化,電鍍、濕法冶煉QH溢流19 .差壓測(cè)界面： 三、差壓測(cè)量方式的其它應(yīng)用注:1 H不得低于負(fù)壓取壓口高度;2 比例系數(shù)盡可能大;3 選用高靈敏度微差壓計(jì)測(cè)取p;4 兩種液體必不相溶,且有明顯的界面存在。 兩種密度不同的，且不相混合的液體界面，如油庫(kù)的“水底”1H2h20四、電容式物位傳感器 1測(cè)量原理 在電容器的極板之間，充以不同介質(zhì)時(shí)，電容量的大小也有所不同。由兩個(gè)同軸圓柱極板1，2組成的電容器。 在兩圓筒間充以介電系數(shù)為的介質(zhì)時(shí)，則兩圓筒間的電容量表達(dá)式為: 所以，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。21 2液位的檢測(cè) 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圖348所示。 四、電容式物位傳感器22 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測(cè)量非導(dǎo)電固體料位。 它的電容量變化與料位升降的關(guān)系為:四、電容式物位傳感器23五、核輻射式物位計(jì) 放射線同位素的輻射線射入一定厚度的介質(zhì)時(shí)，部分粒子因克服阻力與碰撞動(dòng)能消耗被吸收。只有一部分粒子則透過(guò)介質(zhì)。射