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1、第三章 检测仪表与传感器,第一节 概述第二节 压力检测及仪表第三节 流量检测及仪表第四节 物位检测及仪表第五节 温度检测及仪表第七节 显示仪表,2022/11/26,第四节 物位检测及仪表,一、概述二、差压式液位变送器三、电容式物位传感器四、核辐射物位计七、称重式液罐计量仪,物位测量：,液位容器中液体介质的高低。,一、概 述,界面两种不同密度液体间的接触面。,料位容器中固体或颗粒状物质的堆积高度。,按基本工作原理，主要有下列几种类型：,1.直读式物位仪表,利用连通器原理工作。,3.浮力式物位仪表,利用液体中浮子的浮力随液位高度变化的原理工作。,2.差压式物位仪表,利用液柱或物料堆积对某定点产生
2、压力的原理而工作。,4.电磁式物位仪表,物位的变化转换某些电量的变化，通过测量这些电量的变化间接的测知物位。,直读式,浮力式,5.核辐射式物位仪表,利用核辐射透过物料时，物质对放射性同位素射线吸收作用为基础来进行物位测量。应用较多的是射线。,6.声波式物位仪表,利用超声波在气体、液体或固体中的衰减程度进行物位测量。,利用物体对光波的遮断和反射原理。,7.光学式物位仪表,第四节 物位检测及仪表,一、概述二、差压式液位变送器三、电容式物位传感器四、核辐射物位计七、称重式液罐计量仪,二、差压式液位变送器,液柱产生的静压P=gH，与介质密度和液柱高度成正比。,1、工作原理,图3-37 差压液位变送器原
3、理图,将差压变送器的一端接液相，另一端接气相。设容器上部空间为干燥气体，其压力为p，则：,由此可得,式中：H 液位高度; 介质密度; g 重力加速度,密闭容器：,密闭容器：差压变送器负压室连接容器的气相部分。,式中：H 液位高度 介质密度 g 重力加速度,开口容器：,开口容器：可用差压变送器负压室通大气。,图3-38 压力表式液位计,差压与信号的关系：,当H=Hmin时， I0=4mA,当H=Hmax时， I0=20mA,H,2.零点迁移问题,差压变送器测液位，一般情况下：,但实用中，大多数情况下，存在零点迁移问题。,此为理想情况，称为无迁移。,即：当H=0时 ，P =0,H,(3-46),1
4、）负迁移,负压侧安装有隔离罐或冷凝罐。,（1）差压变送器的量程,（2）这时正、负压室的压力分别为：,(3-47),正、负压室间的压差为：,(3-49),(3-48),图3-39,H = Hmax, p=Hmax1g -(h2-h1)2gpmax，Io20mA,H = 0时, p= -(h2-h1)2g 0, Io 4mA,（3）迁移量：,（4）判断迁移方向： 当H=0，p0时，为负迁移。,（5）迁移后测量范围：,(3-49),采用零点迁移的办法，即调节仪表上的迁移弹簧，以抵消固定压差-(h2-h1)2g的作用。,H = Hmax 时，pmax= 5000-2000 =3000， Io = 20
5、mA,当液位最低时压差小于零，则采用负迁移。,设某变送器的量程测量范围为：05000Pa,当有迁移时，假定固定压差为 (h2-h1)2g=2000Pa，H = 0时，p = - 2000Pa，调整零点迁移使 Io = 4mA,负迁移示意图,2）正迁移,（1）差压变送器的量程,（2）正、负压室的压力,过程分析,H = Hmax时，pmax= Hmaxg + hg，I 20mA。,H = 0 时，p=hg 0， I 4mA；,（3）迁移量：,（4）判断迁移方向： 当H=0时，p0时，为正迁移。,（5）迁移后测量范围：,设:变送器量程pmax = 5000Pa，hg = 2000Pa,H = Hma
6、x时，pmax= 5000+2000=7000Pa, Io= 20mA。,当液位最低时压差大于零，则采用正迁移。,H = 0时， p = 2000Pa 调零点迁移使 Io= 4mA；,正迁移示意图,a,2.分别计算正负压室两侧静压p+ 、p- ,令被测液位 H =Hmin时: 求pmin =p+ - p-,3.迁移量:pmin = 迁移量D，其代数和为正，则正迁移； 为零，则无迁移； 为负，则负迁移。,4.迁移后的测量范围：DL+D,小结：,零点迁移的目的：,迁移的实质：改变差压变送器零点起始值，实现输 出与液位正常对应关系。 即H =Hmin, I= 4mA; H=Hmax , I= 20m
7、A。,零点迁移仅仅改变变送器测量范围上、下限，而量程不变。,图3-42,主要用于腐蚀性或含悬浮颗粒、粘度大、易凝等介质测量。,3.用法兰式差压变送器测量液位,有单法兰、双法兰。,双法兰差压变送器的迁移量仅与取压位置和介质密度有关；与最低液位高度有关；而与变送器安装位置无关。,法兰式差压变送器,单法兰式差压变送器,双法兰式差压变送器,2022/11/26,第四节 物位检测及仪表,一、概述二、差压式液位变送器三、电容式物位传感器四、核辐射物位计七、称重式液罐计量仪,三、电容式物位传感器,1.测量原理,由电容传感器和测量电路组成。,被测物位通过电容传感器转换成相应的电容量，利用测量电路测得电容的变化
8、量，即可间接得到被测物位的变化。,圆筒型电容器：,L 内、外电极板相互覆盖长度。 D 外电极内径；r 内电极外径；内、外电极间介质的介电系数；,一般D、d固定，改变、L测量物位。,(3-50),图3-43 电容器的组成1-内电极;2-外电极,2.液位的检测,H=0时，,H=H时，,0 空气介电系数；,被测介质的介电系数,电容量的变化为：,(3-53),(3-51),(3-52),(0)值越大，仪表越灵敏。D与d越接近，即两极间距离越小，仪表灵敏度越高。,3. 料位的检测,（1）非导电固体料位 内电极不锈钢金属棒； 外电极金属容器壁。, 固体介质介电系数； D容器内径；d-电极的外径。,图3-4
9、5,(3-54),（2）导电固体料位 内电极加绝缘套管，原理同导电液位。,同理：可测导电和非导电及两介电常数不同的非导电液体界位。,物位升高后再回落时,电极可能会有挂料,导致 电容值加大,导电液体情况会更严重,产生很大 误差。不适用于粘滞性介质。,b.电极与电路之间的连接电缆相当一较大电容,且 随温度变化,尤其在物料介电常数较小、信号较 弱的场合,误差将很大。,电容式物位传感器测量物位时存在的问题：,2022/11/26,第四节 物位测量及变送,一、概述二、差压式液位变送器三、电容式物位传感器四、核辐射物位计七、称重式液罐计量仪,四、核辐射物位计,射线的透射强度随着通过介质层厚度的增加而减弱。
10、,入射强度为I0的放射源，随介质厚度增加其强度层指数规律衰减，其关系为：,图3-46 核辐射物位计示意图 1-辐射源;2-接受器,该方法的特点：(1) 可以完全不接触被测物质，适用于高温、高压容器、强腐蚀、剧毒、有爆炸性、黏滞性、易结晶或沸腾状态的介质的物位测量；(2) 可以测量高温融熔金属的液位。 可在高温、烟雾、尘埃、强光及强电磁场等环境下工作.(3) 由于放射线对人体有害，它的剂量要严格控制，使用范围受到一些限制,2022/11/26,第四节 物位测量及变送,一、概述二、差压式液位变送器三、电容式物位传感器四、核辐射物位计七、称重式液罐计量仪,七、称重式液罐计量仪,原理：力矩平衡,杠杆平衡时，有：,M：砝码质量；g：重力加速度；L1，L2：杠杆臂长；A1：纹波管有效面积。,代入式(3-64)，就有：,图3-51,(3-57),由于：,(3-58),：被测介质密度；K：仪表常数。,如果液罐是均匀截面，其截面积为A，于是液罐内总的液体储量M0为：,即：,将式(3-67)代入式(3-65)，得：,(3-59),(3-60),(3-61),如果液罐的横截面积A为常数，则可得：,(3-62),由于称重仪是按天平平衡原理工作的，因此具有很高的精度和灵敏度。,
