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1、第三章 检测仪表与传感器,物位检测及仪表,Instrumentation and sensor,3.4 物位检测及仪表 level gauging,教学内容,各种液位测量方法及仪表，包括：,差压式液位变送器的工作原理及零点迁移问题,其它物位计,电容式物位计,核辐射式物位计,雷达式液位计,称重式液罐计量仪,液体介质的高低液位固体或颗粒状物质的堆积高度料位两种密度不同液体介质的分界面界位,物位,一概述,确定容器中的贮料数量，保证连续生产的需要、经济核算。连续监视或控制容器中的物位，使它保持在规定的范围内。对容器中的物位进行上、下限报警，以保证生产安全、正常进行。,1物位测量的意义,连续测量物位仪表
2、,定点测量物位仪表,连续测量物位的变化,确定物位是否达到上限、下限或某一特定位置,2物位计分类,直读式物位计压差式物位计浮力式物位计电磁式物位计核辐射式物位计超声波物位计光电式物位计,直接显示液位的高低。如玻璃管液位计、玻璃板液位计等,（1）直读式物位仪表direct reading level meter,（2）压差式物位仪表differential pressure type,物料内静压力与液体深度或物料堆积高度成正比。,液体密闭容器,液体敞开容器,固体称重仓,（3）浮力式物位仪表buoyancy-type,液位高度变化浮子高度或浮子（或沉筒）浮力的变化。有浮子、浮球、沉筒式几种。,杠杆浮
3、球式,浮子式,浮子重锤,浮子漂浮原理,浮子式液位计,H,H,H+H,扁平形,扁圆柱形,高圆柱形,浮子的形状,液位为H的浮筒,初始状态的浮筒,H,x,x,变压器,铁芯,连杆,弹簧,固定端,浮筒,浮筒液位计原理图,浮筒液位计,杠杆浮球式液位计,杠杆浮球式液位计,应用于石化、冶金、能源、食品、制药、水处理等行业对液位或界位的测量与控制,电浮筒液位计,（4）电磁式物位仪表electromagnetic,物位的变化电量的变化有电阻式（即电极式）、电容式和电感式等,电容式液位计,电容（绳）式料位计,（主要测量不导电液体）,（5）核辐射式物位仪表,放射线通过介质，其强度随物料层的厚度而变化。常用 射线工业上
4、使用连续式和间断式两种。,（6）超声波物位仪表,检测声波发射和反射全过程的时间间隔。,注意事项：确保反射波能回到探头防止物料对声波的吸收（如表面泡沫漂浮）,（7）光学式物位仪表,利用物位对光波的遮断和反射原理,差压式液位变送器,二.压差式液位变送器differential pressure level gauge,压力液位变送器,3051L型液位变送器,利用容器内液位改变时，由液柱产生的静压也相应变化的原理。,压差计,PB,PA,H,+,-,液位变送器原理图,1.工作原理,若容器是敞开的,H-液位高度-介质密度g-重力加速度PA、PB-A、B 两处的压力,P,H,压力表式液位计,差压液位变送器
5、测量液位时，若容器是敞口的，则差压计的负压室通大气，可用压力计直接测量液位高低。,若容器是封闭的，需将负压室与容器的气相相连。,结论,2.零点迁移问题zero shift,安装位置条件不同存在着仪表零点迁移问题,（1）无零点迁移情况,PB,PA,H,+,-,P=gH H=0 P=0 min=4mA H=H max P=P max max=20mA,测量仪表的零点无需调整便与被测参数的零点一致的情况,I/mA,20,4,P,Pmax,特征：差压变送器的正压室取压口正好与容器的最低液位（Hmin=0）处于同一水平位置。,可测量无腐蚀性、不含有结晶颗粒、粘度小、不易凝固等液体液位,要求：介质洁净，粘
6、度不能太高,-,+,h2,h1,H,1,P0,负迁移示意图,2,2,（2）负迁移 negative migration,变送器的安装位置与最低液位（H=0）不在同一水平位置,可测量具有腐蚀性、含有结晶颗粒、粘度大、易凝固等液体液位,零点迁移,设法抵消固定压差2g(h2-h1)的作用，使H=0时，出=4mA；H=Hmax时，出=20mA的方法。,迁移弹簧：,改变变送器的零点位置,迁移的实质,量程位置的平移，不改变量程的大小,P=1gH-2g(h2-h1)迁移量：2g(h2-h1),负迁移：用迁移弹簧平衡负压室上固定压差影响的过程。正迁移：,分为正迁移和负迁移两种,P(Pa),I出（mA),20,
7、4,-2000,5000,3000,负迁移,正迁移,P=05000Pa无迁移 当有负迁移，迁移量=2000Pa,举例,在规格中，型号后加“A”正迁移；“B”负迁移。,零点迁移和调零,目的都是使变送器输出的起始值与被测量的起始值相对应。零点调整量比较小，而迁移量比较大,+,-,h,H,P0,P0,P=Hg+hgH=0Hmax时量程P=hg Hg+hg 出=4 20 mA,正迁移示意图,三.用法兰式差压变送器测量液位,为了解决测量具有腐蚀性、含有结晶颗粒、粘度大、易凝固等液体液位时引压管线被腐蚀、被堵塞等问题。,目的,法兰式测量头,变送器,毛细管,法兰式差压变送器测量液位示意图,按结构形式分,按法
8、兰构造分,单法兰,双法兰,平法兰,插入式法兰,1151LT型法兰式液位变送器,双法兰远传/表压变送器,P出,挡板,喷嘴,弹簧,波纹管,主杠杆,密封片,壳体,连杆,插入筒,膜盒,单法兰插入式差压变送器,四.电容式物位传感器 capacitor,物位变化电容量变化便于远传，使用方便，适合测量液位、固体粉末、颗粒状物的料位。,1工作原理,d,D,L,内电极,外电极,电容器组成,H,当D和d一定时，电容量C的大小与极板的长度L和介质的介电常数的乘积成比例,在电容器的极板间，充以不同介质（液体或固体颗粒、粉末），电容量变化的大小与注入地深度H成比例，测出Cx，可得到液位、料位或液体的分界面高度。,工作原
9、理,用途：测量腐蚀性液体、粉尘和固体颗粒，可用于制药、化工、食品等行业。如啤酒罐装机酒位测控、奶制品生产线液位测控、制药厂反应罐液位测量等。,电容式物位变送器,电容式液位计,内电极,外电极,2.液位的检测,1）非导电介质的液位,电容器即未注入液体时,当液位上升为H时,电容量变化,C x与物位高度H成比例-0越大，仪表越灵敏度电容器两极间距离越小，仪表越灵敏,-中间介质的介电常数；0-空气介电常数,结论,2）导电介质的液位,导电介质的液位测量,电容器：电极棒和金属容器壁组成,3.料位的检测,电容（绳）式料位计,固体介质易堵塞流通孔造成“滞留”,电容器：电极棒和金属容器壁组成,4.电容式物位传感器
10、的特点,结构简单、使用方便。介质浓度、温度变化时，要及时调整仪表。对于粘稠的液体不能在电极上黏附，以免影响精度。,能测量强腐蚀性液体，如酸、碱、盐、污水等可测高温、高压介质,五.核辐射式物位计,放射线同位素、射线穿过物质原子电离一部分射线被吸收掉,物质,I0,I,入射线,透射线,1工作原理,辐射源,接收器,-介质对射线的吸收系数 H-介质层的厚度I-透射线强度,放射线射入一定厚度的介质时，其强度随着通过介质时厚度增加而减弱，其强度衰减规律为 用接收器检测透过介质后的射线强度，即可知料位。,2特点,能透过钢板等，不接触被测物质，适于高温、高压容器；有毒、爆炸性、粘滞性、易结晶和沸腾状态的介质的物
11、位及高温熔融金属的液位。不受外界环境影响，可在高温、烟雾、强磁场等环境下工作。剂量要严格控制。,六.称重式液罐计量仪,既能准确测量液位，又能反应导电性储罐中真实的质量储量。,根据天平原理,1结构,控制器,P2,P1,L2,下波纹管,上波纹管,电机,丝杠,砝码,编码盘,发讯器,气相引压管,液相引压管,称重式液罐计量仪,L1,2工作原理,波纹管,杠杆,发讯器,电机,砝码,P1、P2,作用力,偏转,转动,信息,移动,至平衡,储量,控制器,M砝码重量；g重力加速度；A1波纹管有效面积；A储罐底面积,L2与总储量成正比，与介质的无关不受温度、压力等影响精度高，灵敏度高,结论,七.雷达式液位计,采用微波技
12、术,（非接触测量）,微波,良好的定向辐射性能和传播特性，绕反射能力差。遇到障碍物能产生良好的反射。很强的环境适应能力，传输过程中受粉尘、烟雾、火焰及强光影响较小。空间辐射装置容易制造。,没有可动部件，不接触介质；测量精度不受介质物化性质影响，可用于易燃易爆等恶劣环境中，及高温、蒸汽较大的场合。可连续测量腐蚀性、高粘度、含有固体颗粒、有毒的液体。可在真空或受压条件下测量。,特点,反射式雷达液位计(图),瑞普雷达液位计,典型应用：石化、冶金、酿酒、医药等行业中储罐,VEGA雷达液位计（上海）,VEGA雷达料位计,根据用途不同分为：位式作用和连续作用两类,电源,振荡器,发射天线,微波发射器,接收天线
13、,前置放大器,检波器,放大器,电压比较器,微波接收器,位式,1.原理（连续式）,天线发出雷达波，到达液面后被反射回去，所用的时间：,L,H0,H,天线,雷达液位计示意图,微波脉冲法连续波调频法,对时间的测量方法：,信号发生器,发送器,计时器,接收器,H0,微波脉冲法原理示图,合成脉冲雷达波,八超声波液位计,H,超声波换能器,根据超声波从发射到接收反射回波的时间间隔大小与被测介质高度成比例关系的原理。,超声波液位计（美国）,用于液体,浆液介质如水,废水玉米浆,脂类,石蜡,漂白剂,石灰浆及酸,从大型储罐到工艺池,1.测量原理,将换能器（锆钛酸铅或钛酸钡压电陶瓷）安装于容器底部外侧，加一个时间极短的
14、电压脉冲，被转变为超音频的机械振动，以超声波的形式穿过容器底壁，向上传播到液体表面被反射后，返回换能器，重新转换为电压脉冲。用计时电路测定超声波在液体中来回的时间t，则液面高度,超声波在液体中的传播速度,超声波物位计,组成：超声波发射、接收器（探头）及显示仪表,超声波物位计原理框图,物位计以微处理机8031单片机为核心，进行超声波的发射、接收控制和数据处理，具有声速温度补偿功能及自动增益控制功能。,2.优点,不与被测液体接触，特别适于强腐蚀性、高压、有毒、高粘度液体的测量。连续测量液位，没有机械可动部件，使用寿命很长。但被测液体中不能有气泡和悬浮物，液面不能有很大的波浪，产生误差。安装方便，启动简单，换能器怕热，不适于高温液位的测量。测量精度主要受声速随温度变化的影响，须采取措施消除声速变化的影响。,法兰液位计测量液位,用差压变送器测量液位,h0,最高分界面,h,+,-,h1,h2,最低分界面,通常分界面,p1,p2,2,1,
