化工儀表自動(dòng)化

化工儀表自動(dòng)化化工儀表及自動(dòng)化第四章物位檢測(cè)物位檢測(cè)的意義及主要類(lèi)型壓差式液位計(jì)任務(wù)原理零點(diǎn)遷移問(wèn)題用法蘭式差壓變送器丈量液位其他物位計(jì)電容式物位計(jì)核輻射物位計(jì)雷達(dá)式液位計(jì)稱(chēng)重式液罐計(jì)量?jī)x1目錄：第一節(jié)物位檢測(cè)的意義及主要類(lèi)型2幾個(gè)概念液位料位液位計(jì)料位計(jì)界面計(jì)丈量物位的兩個(gè)目的按其任務(wù)原理分為直讀式物位儀表差壓式物位儀表浮力式物位儀表電磁式物位儀表核輻射式物位儀表聲波式物位儀表光學(xué)式物位儀表物位檢測(cè)儀表第一節(jié)物位檢測(cè)的意義及主要類(lèi)型3分體式超聲波液位計(jì)－LIT25磁翻轉(zhuǎn)液位計(jì)差壓式液位計(jì)4法蘭式陶瓷液位變送器浮球液位變送器射頻導(dǎo)納料位儀56第二節(jié)差壓式液位計(jì)將差壓變送器的一端接液相，另一端接氣相因此7一、任務(wù)原理圖4-1差壓式液位計(jì)原理圖第二節(jié)差壓式液位計(jì)當(dāng)用差壓式液位計(jì)來(lái)丈量液位時(shí),假設(shè)被測(cè)容器是敞口的,氣相壓力為大氣壓,那么差壓計(jì)的負(fù)壓室通大氣就可以了,這時(shí)也可以用壓力計(jì)來(lái)直接丈量液位的高低。假設(shè)容器是受壓的,那么需將差壓計(jì)的負(fù)壓室與容器的氣相相銜接。以平衡氣相壓力pA的靜壓作用。結(jié)論8圖4-2負(fù)遷移表示圖第二節(jié)差壓式液位計(jì)9二、零點(diǎn)遷移問(wèn)題在運(yùn)用差壓變送器丈量液位時(shí)，普通來(lái)說(shuō)實(shí)踐運(yùn)用中，正、負(fù)室壓力p1、p2分別為那么第二節(jié)差壓式液位計(jì)遷移彈簧的作用改動(dòng)變送器的零點(diǎn)。遷移和調(diào)零都是使變送器輸出的起始值與被丈量起始點(diǎn)相對(duì)應(yīng)，只不過(guò)零點(diǎn)調(diào)整量通常較小，而零點(diǎn)遷移量那么比較大。遷移同時(shí)改動(dòng)了丈量范圍的上、下限，相當(dāng)于丈量范圍的平移，它不改動(dòng)量程的大小。10第二節(jié)差壓式液位計(jì)某差壓變送器的丈量范圍為0～5000Pa，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，如左圖中曲線a所示。負(fù)遷移如曲線b所示，正遷移如曲線c所示。11普通型號(hào)后面加“A〞的為正遷移；加“B〞的為負(fù)遷移。圖4-3正負(fù)遷移表示圖圖4-4正遷移表示圖舉例第二節(jié)差壓式液位計(jì)三、用法蘭式差壓變送器丈量液位12圖4-5法蘭式差壓變送器丈量液位表示圖1—法蘭式丈量頭；2—毛細(xì)管；3—變送器第二節(jié)差壓式液位計(jì)三、用法蘭式差壓變送器丈量液位單法蘭式雙法蘭式法蘭式差壓變送器按其構(gòu)造方式13為理處理丈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(shí)引壓管線被腐蝕、被堵塞的問(wèn)題，應(yīng)運(yùn)用法蘭式差壓變送器，如以下圖所示。第二節(jié)差壓式液位計(jì)圖4-6單法蘭插入式差壓變送器1—擋板；2—噴嘴；3—彈簧；4—反響波紋管；5—主杠桿；6—密封片；7—?dú)んw；8—連桿；9—插入筒；10—膜盒圖4-7雙法蘭式差壓變送器1—擋板；2—噴嘴；3—杠桿；4—反響波紋管；5—密封片；6—插入式法蘭；7—負(fù)壓室；8—丈量波紋管；9—正壓室；10—硅油；11—毛細(xì)管；12—密封環(huán)；13—膜片；14—平法蘭14第三節(jié)其他物位計(jì)一、電容式物位計(jì)1.丈量原理圖4-8電容器的組成1—內(nèi)電極；2—外電極兩圓筒間的電容量C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)ε的乘積成比例。15經(jīng)過(guò)丈量電容量的變化可以用來(lái)檢測(cè)液位、料位和兩種不同液體的分界面。第三節(jié)其他物位計(jì)2.液位的檢測(cè)4-9非導(dǎo)電介質(zhì)的液位丈量1—內(nèi)電極；2—外電極；3—絕緣套；4—流通小孔當(dāng)液位為零時(shí)，儀表調(diào)整零點(diǎn)，其零點(diǎn)的電容為對(duì)非導(dǎo)電介質(zhì)液位丈量的電容式液位傳感器原理如以下圖所示。當(dāng)液位上升為H時(shí)，電容量變?yōu)殡娙萘康淖兓癁?6第三節(jié)其他物位計(jì)電容量的變化與液位高度H成正比。該法是利用被測(cè)介質(zhì)的介電系數(shù)ε與空氣介電系數(shù)ε0不等的原理進(jìn)展任務(wù)，〔ε-ε0〕值越大，儀表越靈敏。電容器兩極間的間隔越小，儀表越靈敏。結(jié)論171—金屬電極棒；2—容器壁圖4-10料位檢測(cè)第三節(jié)其他物位計(jì)3.料位的檢測(cè)用電容法可以丈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來(lái)丈量非導(dǎo)電固體料位。左圖所示為用金屬電極棒插入容器來(lái)丈量料位的表示圖。電容量變化與料位升降的關(guān)系為18第三節(jié)其他物位計(jì)優(yōu)點(diǎn)電容物位計(jì)的傳感部分構(gòu)造簡(jiǎn)單、運(yùn)用方便。缺陷需借助較復(fù)雜的電子線路。應(yīng)留意介質(zhì)濃度、溫度變化時(shí)，其介電系數(shù)也要發(fā)生變化這種情況。19射頻電容式液位變送器20第三節(jié)其他物位計(jì)二、核輻射物位計(jì)射線的透射強(qiáng)度隨著經(jīng)過(guò)介質(zhì)層厚度的添加而減弱，詳細(xì)關(guān)系見(jiàn)式〔4-9〕?！?-9〕圖4-10核輻射物位計(jì)表示圖1—輻射源；2—接受器特點(diǎn)適用于高溫、高壓容器、強(qiáng)腐蝕、劇毒、有爆炸性、黏滯性、易結(jié)晶或沸騰形狀的介質(zhì)的物位丈量，還可以丈量高溫融熔金屬的液位。可在高溫、煙霧等環(huán)境下任務(wù)。但由于放射線對(duì)人體有害，運(yùn)用范圍遭到一些限制。21第三節(jié)其他物位計(jì)三、雷達(dá)式液位計(jì)雷達(dá)式液位計(jì)是一種采用微波技術(shù)的液位檢測(cè)儀表?？梢杂脕?lái)延續(xù)丈量腐蝕性液體、高黏度液體和有毒液體的液位。它沒(méi)有可動(dòng)部件、不接觸介質(zhì)、沒(méi)有丈量盲區(qū),而且丈量精度幾乎不受被測(cè)介質(zhì)的溫度、壓力、相對(duì)介電常數(shù)的影響,在易燃易爆等惡劣工況下仍能運(yùn)用。優(yōu)點(diǎn)22雷達(dá)液位計(jì)23第三節(jié)其他物位計(jì)圖4-12雷達(dá)式液位計(jì)表示圖雷達(dá)波由天線發(fā)出到接納到由液面來(lái)的反射波的時(shí)間t由下式確定由于故

雷達(dá)探測(cè)器對(duì)時(shí)間的丈量有微波脈沖法及延續(xù)波調(diào)頻法兩種方式。24第三節(jié)其他物位計(jì)圖4-13微波脈沖法原理表示圖要運(yùn)用導(dǎo)波管？25第三節(jié)其他物位計(jì)四、稱(chēng)重式液罐計(jì)量?jī)x既能將液位測(cè)得很準(zhǔn)，又能反映出罐中真實(shí)的質(zhì)量?jī)?chǔ)量。稱(chēng)重儀根據(jù)天平原理設(shè)計(jì)。由于杠桿平衡時(shí)〔3-64〕代入〔3-64〕〔3-65〕假設(shè)液罐是均勻截面〔3-66〕〔3-67〕19第三節(jié)其他物位計(jì)圖4-14稱(chēng)重式液罐計(jì)量?jī)x1—下波紋管；2—上波紋管；3—液相引壓管；4—?dú)庀嘁龎汗埽?—砝碼；6—絲杠；7—可逆電機(jī)；8—編碼盤(pán)；9—發(fā)訊器式中假設(shè)液罐的橫截面積A為常數(shù)，得將式〔3-67〕代入式〔3-65〕，得〔3-68〕20纜式液位變送器投入式液位變送器浮球液位變送器第三節(jié)其他物位計(jì)28例題分析舉例1.某貯罐內(nèi)的壓力變化范圍為12~15MPa，要求遠(yuǎn)傳顯示，試選擇一臺(tái)DDZ-Ⅱ型壓力變送器(包括準(zhǔn)確度等級(jí)和量程)。假設(shè)壓力由12MPa變化到15MPa，問(wèn)這時(shí)壓力變送器的輸出變化了多少?假設(shè)附加遷移機(jī)構(gòu),問(wèn)能否可以提高儀表的準(zhǔn)確度和靈敏度?試舉例闡明之。解：假設(shè)知某廠消費(fèi)的DDZ-Ⅱ型壓力變送器的規(guī)格有：0～10，16，25，60，100〔MPa〕精度等級(jí)均為0.5級(jí)。輸出信號(hào)范圍為0～10mA。29025P/MPa10I/mA124.861530例題分析由知條件，最高壓力為15MPa，假設(shè)貯罐內(nèi)的壓力是比較平穩(wěn)的，取壓力變送器的丈量上限為假設(shè)選擇丈量范圍為0～25MPa、準(zhǔn)確度等級(jí)為0.5級(jí),這時(shí)允許的最大絕對(duì)誤差為由于變送器的丈量范圍為0～25MPa，輸出信號(hào)范圍為0～10mA,故壓力為12MPa時(shí),輸出電流信號(hào)為31例題分析壓力為15MPa時(shí)，輸出電流信號(hào)為這就是說(shuō),當(dāng)貯罐內(nèi)的壓力由12MPa變化到15MPa時(shí),變送器的輸出電流只變化了1.2mA。在用差壓變送器來(lái)丈量液位時(shí)，由于在液位H=0時(shí),差壓變送器的輸入差壓信號(hào)Δp并不一定等于0，故要思索零點(diǎn)的遷移。實(shí)踐上遷移問(wèn)題不僅在液位丈量中遇到，在其他參數(shù)的丈量中也能夠遇到。加上遷移機(jī)構(gòu)，可以改動(dòng)丈量的起始點(diǎn)，提高儀表的靈敏度(只不過(guò)這時(shí)儀表量程也要作相應(yīng)改動(dòng))。32016723P/kPa10I/mA123.12551533例題分析由本例題可知，假設(shè)確定正遷移量為7MPa，那么變送器的量程規(guī)格可選為16MPa。那么此時(shí)變送器的實(shí)踐丈量范圍為7～23MPa，即輸入壓力為7MPa時(shí)，輸出電流為0mA；輸入壓力為23MPa時(shí)，輸出電流為10mA。這時(shí)假設(shè)輸入壓力為12MPa，那么輸出電流為輸入壓力為15MPa時(shí),輸出電流為34例題分析由此可知，當(dāng)輸入壓力由12MPa變化到15MPa時(shí)，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(jí)仍為0.5級(jí)，此時(shí)儀表的最大允許絕對(duì)誤差為(23-7)×0.5%=0.08MPa，所以，由于加了遷移機(jī)構(gòu)，使儀表的丈量誤差減少了。35例題分析圖4-15法蘭式差壓變送器測(cè)液位362.用一臺(tái)雙法蘭式差壓變送器丈量某容器的液位,如圖4-15所示。知被測(cè)液位的變化范圍為0~3m,被測(cè)介質(zhì)密度ρ=900kg/m3,毛細(xì)管內(nèi)任務(wù)介質(zhì)密度ρ0=950kg/m3。變送器的安裝尺寸為h1=1m,h2=4m。求變送器的丈量范圍,并判別零點(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(shí),問(wèn)對(duì)丈量有何影響?例題分析解：當(dāng)不思索遷移量時(shí),變送器的丈量范圍應(yīng)根據(jù)液位的最大變化范圍來(lái)計(jì)算。液位為3m時(shí),其壓差為這里值得一提的是壓力單位Pa用SI根本單位時(shí)就相當(dāng)于m-1·kg·s-2，即37例題分析所以液柱壓力用Hρg計(jì)算時(shí),只需H用m,ρ用kg/m3，g用m/s2為單位時(shí),相乘結(jié)果的單位就是Pa。上述計(jì)算結(jié)果Δpmax為26.487kPa,經(jīng)過(guò)圓整后,丈量范圍可選0～30kPa。根據(jù)圖示,當(dāng)液位高度為H時(shí),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38例題分析因此，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)展負(fù)遷移,其遷移量為h2ρ0g。當(dāng)差壓變送器安裝的高度改動(dòng)時(shí),只需兩個(gè)取壓法蘭間的尺寸h2不變,其遷移量是不變的。39例題分析3.用單法蘭電動(dòng)差壓變送器來(lái)丈量敞口罐中硫酸的密度,利用溢流來(lái)堅(jiān)持罐內(nèi)液位H恒為1m。如圖4-16所示。知差壓變送器的輸出信號(hào)為0~10mA,硫酸的最小和最大密度分別為ρmin=1.32(g/cm3),ρmax=1.82(g/cm3)圖4-16流體密度丈量表示圖ρmin=1.32(g/cm3),ρmax=1.82(g/cm3)要求:(1)計(jì)算差壓變送器的丈量范圍；(2)如加遷移安裝,請(qǐng)計(jì)算遷移量；(3)如不加遷移安裝,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(qǐng)計(jì)算出水恒壓器所需高度h。40例題分析解：〔1〕假設(shè)不思索零點(diǎn)遷移,那么就要以ρmax來(lái)計(jì)算差壓變送器的丈量范圍。當(dāng)ρ=ρmax=1.82g/cm3時(shí),差壓變送器所接受的差壓為將H=1m,ρmax=1820kg/m3，g=9.81m/s2代入上式,得假設(shè)選擇差壓變送器的丈量范圍為0～2×104Pa,那么當(dāng)ρ=ρmax=1.82g/cm3時(shí),對(duì)應(yīng)的變送器輸出為41例題分析當(dāng)ρ=ρmin=1.32g/cm3時(shí),其差壓為這時(shí)差壓變送器的輸出為由上可知，當(dāng)硫酸密度由最小值變化到最大值時(shí)，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。42例題分析〔2〕為了提高靈敏度，可以思索進(jìn)展零點(diǎn)遷移，提高丈量的起始點(diǎn)。思索到ρ=ρmax時(shí)，這時(shí)所對(duì)應(yīng)的壓差仍為1.785×104Pa，所以在提高丈量起始點(diǎn)的同時(shí)，丈量上限卻可以不改動(dòng)，這樣一來(lái)，實(shí)踐量程緊縮了。當(dāng)ρ=ρmin=1