合肥工業(yè)大學化工儀表 第3章 4物位檢測方法與儀表

物位檢測方法(fāngfǎ)與儀表精品資料物位檢測方法(fāngfǎ)及儀表物位檢測(jiǎncè)方法應(yīng)用浮力原理檢測物位應(yīng)用靜壓原理檢測物位應(yīng)用超聲波反射檢測物位物位檢測儀表超聲波物位計本章主要內(nèi)容精品資料物位檢測方法(fāngfǎ)及儀表物位-----指容器中的液體介質(zhì)的液位、固體的料位或顆粒(kēlì)物的料位和兩種不同液體介質(zhì)分界面的總稱液位――容器中的液體介質(zhì)的高低料位――容器中固體或顆粒狀物質(zhì)的堆積高度界面計_測量不同密度介質(zhì)的分界面的儀表

物位檢測的作用

①確定容器中的貯料數(shù)量，以保證連續(xù)生產(chǎn)的需要或進行經(jīng)濟核算；②為了監(jiān)視或控制容器的物位，使它保持在規(guī)定的范圍內(nèi)；③對它的上下極限位置進行報警，以保證生產(chǎn)安全、正常進行。

物位的基本概念精品資料物位檢測(jiǎncè)方法及儀表物位檢測方法工作原理不同:直讀式物位儀表：玻璃管液位計、玻璃板液位計等。差壓式物位儀表：利用液柱或物料(wùliào)堆積對某定點產(chǎn)生壓力的原理而工作。浮力式物位儀表：利用浮子高度或浮力隨液位高度而變化的原理工作。電磁式物位儀表：使物位的變化轉(zhuǎn)換為一些電量的變化，如電容核輻射物位儀表：利用射線透過物料(wùliào)時其強度隨物質(zhì)層的厚度而變化的原理聲波式物位儀表：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，測出這些變化就可測知物位。根據(jù)工作原理分為聲波遮斷式、反射式和阻尼式。光學式物位儀表：利用物位對光波的遮斷和反射原理工作……精品資料物位檢測方法(fāngfǎ)及儀表應(yīng)用浮力(fúlì)原理檢測物位利用漂浮于液面上的浮標或浸沒于液體中的浮筒對液位進行測量的。當液位變化時，前者產(chǎn)生相應(yīng)的位移，而所受到的浮力維持不變，后者則發(fā)生浮力的變化。因此，只要檢測出浮標的位移或浮筒所受到的浮力的變化，就可以知道液位的高低。

恒浮力法液位測量示意圖

測量原理精品資料物位檢測方法(fāngfǎ)及儀表應(yīng)用靜壓原理(yuánlǐ)檢測物位壓力表測量液位原理

通過液柱靜壓的方法對液位進行測量的。敞口容器：多用直接測量容器底部壓力的方法。如圖所示，測壓儀表通過導壓管與容器底部相連，由測壓儀表的壓力指示值，便可推知液位的高度。

其關(guān)系為式中

P—測壓儀表指示值H—液位的高度ρ—液體的密度g—重力加速度

式中PA、PB——分別是液面上部介質(zhì)壓力和液面以下H深度的液體壓力。密閉容器：測量容器底部壓力，除與液面高度有關(guān)外，還與液面上部介質(zhì)壓力有關(guān)，其關(guān)系為精品資料物位檢測(jiǎncè)方法及儀表差壓變送器測量液位時的零點遷移問題(wèntí)（重點）安裝位置條件不同存在著儀表零點遷移問題特征：差壓變送器的正壓室取壓口正好與容器的最低液位（Hmin=0）處于同一水平位置。作用于變送器正、負壓室的差壓ΔP與液位高度H的關(guān)系為ΔP=Hρg。當H=0時，正負壓室的差壓ΔP=0，變送器輸出信號為4mA當H=Hmax時，差壓ΔPmax=ρgHmax，變送器的輸出信號為20mA，無遷移精品資料物位檢測(jiǎncè)方法及儀表負遷移(qiānyí)差壓變送器的正、負壓室的壓力分別為

正、負壓室的壓差為當被測液位H=0時，ΔP=-（h2-h1）ρ2g<0，使變送器在H=0時輸出電流小于4mA；H=Hmax時，輸出電流小于20mAΔP=Hρg圖3-41負遷移示意圖精品資料物位檢測方法及儀表正遷移(qiānyí)變送器的安裝(ānzhuāng)位置與容器的最低液位（H=0）不在同一水平位置正、負壓室的壓力分別為正、負壓室的壓差為

當被測液位H=0時，ΔP=h1ρg>0，從而使變送器在H=0時輸出電流大于4mA；H=Hmax時，輸出電流大于20mA。精品資料物位檢測方法及儀表應(yīng)用靜壓原理(yuánlǐ)檢測物位圖3-42正負遷移示意圖圖3-43正遷移示意圖舉例(jǔlì)

某差壓變送器的測量范圍為0～5000Pa，當壓差由0變化到5000Pa時，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。負遷移如曲線b所示，正遷移如曲線c所示。

一般型號后面加“A”的為正遷移；加“B”的為負遷移。精品資料物位檢測(jiǎncè)方法及儀表ΔP=ρ1gHΔP=ρ1gH-ρ2g（h2-h1）ΔP=ρ1gH+ρ1gh1零點遷移(qiānyí)的目的：使H＝0時，變送器輸出為Io=4mA,H=Hmax時，變送器輸出為Io=20mA無遷移

負遷移

遷移量：

ρ2g（h2-h1）正遷移

遷移量：

ρ1gh1如何實現(xiàn)零點遷移？調(diào)節(jié)儀表上的遷移彈簧零點遷移問題(小結(jié))精品資料物位檢測(jiǎncè)方法及儀表3、用法蘭式差壓變送器測量(cèliáng)液位

單法蘭式

雙法蘭式

法蘭式差壓變送器按其結(jié)構(gòu)形式

為了解決測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。圖3-44法蘭式差壓變送器測量液位示意圖1—法蘭式測量頭；2—毛細管；3—變送器精品資料物位檢測(jiǎncè)方法及儀表圖4-15法蘭式差壓變送器測液位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0~3m,被測介質(zhì)密度ρ=900kg/m3,毛細管內(nèi)工作介質(zhì)密度ρ0=950kg/m3。變送器的安裝尺寸為h1=1m,h2=4m。求變送器的測量范圍,并判斷零點遷移方向(fāngxiàng),計算遷移量,當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?精品資料物位檢測方法(fāngfǎ)及儀表解：當不考慮遷移量時,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基本單位時就相當于m-1·kg·s-2，即精品資料物位檢測(jiǎncè)方法及儀表所以液柱壓力用Hρg計算時,只要H用m,ρ用kg/m3，g用m/s2為單位時,相乘(xiānɡchénɡ)結(jié)果的單位就是Pa。上述計算結(jié)果Δpmax為26.487kPa,經(jīng)過圓整后,測量范圍可選0～30kPa。

根據(jù)圖示,當液位高度為H時,差壓變送器正壓室所受的壓力p1為負壓室所受的壓力p2為精品資料物位檢測(jiǎncè)方法及儀表因此，差壓變送器所受的壓差為由上式可知,該差壓變送器應(yīng)進行負遷移,其遷移量為h2ρ0g。當差(dāngchāi)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。精品資料物位檢測方法(fāngfǎ)及儀表基本工作(gōngzuò)原理dDLDdLH由兩個同軸圓柱極板組成的電容器，當兩極板之間填充介電常數(shù)為ε1的介質(zhì)時，兩極板間的電容量為：

當極板之間一部分介質(zhì)被介電常數(shù)為ε2的另一種介質(zhì)填充時，可推導出電容變化量當電容器的幾何尺寸和介電常數(shù)保持不變時，電容變化量就與物位高度H成正比。電容式物位計精品資料物位檢測(jiǎncè)方法及儀表2.液位的檢測(jiǎncè)4-9非導電介質(zhì)的液位測量1—內(nèi)電極；2—外電極；3—絕緣套；4—流通小孔當液位為零時，儀表調(diào)整零點，其零點的電容為

對非導電介質(zhì)液位測量的電容式液位傳感器原理如下圖所示。當液位上升為H時，電容量變?yōu)殡娙萘康淖兓癁?1精品資料3.料位的檢測(jiǎncè)用電容法可以測量固體塊狀顆粒體及粉料的料位。由于固體間磨損較大(jiàodà)，容易“滯留”，可用電極棒及容器壁組成電容器的兩極來測量非導電固體料位。左圖所示為用金屬電極棒插入容器來測量料位的示意圖。

電容量變化與料位升降的關(guān)系為1—金屬電極棒；2—容器壁圖3-47料位檢測精品資料優(yōu)點(yōudiǎn)電容物位計的傳感部分結(jié)構(gòu)(jiégòu)簡單、使用方便。缺點

需借助較復雜的電子線路。

應(yīng)注意介質(zhì)濃度、溫度變化時，其介電系數(shù)也要發(fā)生變化這種情況。精品資料核輻射物位計射線的透射強度隨著通過介質(zhì)層厚度的增加而減弱，具體關(guān)系見式（4-9）。（4-9）圖4-10核輻射物位計示意圖1—輻射源；2—接受器特點(tèdiǎn)適用于高溫、高壓容器、強腐蝕、劇毒、有爆炸性、黏滯性、易結(jié)晶或沸騰狀態(tài)的介質(zhì)的物位測量，還可以測量高溫融熔金屬的液位?？稍诟邷?、煙霧(yānwù)等環(huán)境下工作。但由于放射線對人體有害，使用范圍受到一些限制。15精品資料五、稱重(chēnɡzhònɡ)式液罐計量儀既能將液位測得很準，又能反映(fǎnyìng)出罐中真實的質(zhì)量儲量。稱重儀根據(jù)天平原理設(shè)計。