檢測儀表與傳感器物位檢測

檢測儀表與傳感器物位檢測第1頁，共84頁，2023年，2月20日，星期五§3.4物位檢測及儀表

levelgauging教學(xué)內(nèi)容各種液位測量方法及儀表，包括：差壓式液位變送器的工作原理及零點(diǎn)遷移問題其它物位計(jì)電容式物位計(jì)核輻射式物位計(jì)雷達(dá)式液位計(jì)稱重式液罐計(jì)量儀第2頁，共84頁，2023年，2月20日，星期五液體介質(zhì)的高低—液位固體或顆粒狀物質(zhì)的堆積高度—料位兩種密度不同液體介質(zhì)的分界面—界位物位第3頁，共84頁，2023年，2月20日，星期五一．概述確定容器中的貯料數(shù)量，保證連續(xù)生產(chǎn)的需要、經(jīng)濟(jì)核算。連續(xù)監(jiān)視或控制容器中的物位，使它保持在規(guī)定的范圍內(nèi)。對容器中的物位進(jìn)行上、下限報(bào)警，以保證生產(chǎn)安全、正常進(jìn)行。1．物位測量的意義第4頁，共84頁，2023年，2月20日，星期五連續(xù)測量物位儀表定點(diǎn)測量物位儀表連續(xù)測量物位的變化確定物位是否達(dá)到上限、下限或某一特定位置第5頁，共84頁，2023年，2月20日，星期五2．物位計(jì)分類直讀式物位計(jì)壓差式物位計(jì)浮力式物位計(jì)電磁式物位計(jì)核輻射式物位計(jì)超聲波物位計(jì)光電式物位計(jì)第6頁，共84頁，2023年，2月20日，星期五直接顯示液位的高低。如玻璃管液位計(jì)、玻璃板液位計(jì)等（1）直讀式物位儀表

directreadinglevelmeter第7頁，共84頁，2023年，2月20日，星期五（2）壓差式物位儀表

differentialpressuretype物料內(nèi)靜壓力與液體深度或物料堆積高度成正比。液體密閉容器液體敞開容器固體稱重倉第8頁，共84頁，2023年，2月20日，星期五（3）浮力式物位儀表buoyancy-type液位高度變化→浮子高度或浮子（或沉筒）浮力的變化。有浮子、浮球、沉筒式幾種。杠桿浮球式浮子式浮子重錘第9頁，共84頁，2023年，2月20日，星期五浮子漂浮原理浮子式液位計(jì)H△HH+△H第10頁，共84頁，2023年，2月20日，星期五扁平形扁圓柱形高圓柱形浮子的形狀第11頁，共84頁，2023年，2月20日，星期五液位為H的浮筒初始狀態(tài)的浮筒H△x△x變壓器鐵芯連桿彈簧固定端浮筒浮筒液位計(jì)原理圖浮筒液位計(jì)第12頁，共84頁，2023年，2月20日，星期五杠桿浮球式液位計(jì)杠桿浮球式液位計(jì)第13頁，共84頁，2023年，2月20日，星期五應(yīng)用于石化、冶金、能源、食品、制藥、水處理等行業(yè)對液位或界位的測量與控制第14頁，共84頁，2023年，2月20日，星期五電浮筒液位計(jì)第15頁，共84頁，2023年，2月20日，星期五（4）電磁式物位儀表electromagnetic物位的變化→電量的變化有電阻式（即電極式）、電容式和電感式等電容式液位計(jì)電容（繩）式料位計(jì)（主要測量不導(dǎo)電液體）第16頁，共84頁，2023年，2月20日，星期五（5）核輻射式物位儀表放射線通過介質(zhì)，其強(qiáng)度隨物料層的厚度而變化。常用γ

射線工業(yè)上使用連續(xù)式和間斷式兩種。第17頁，共84頁，2023年，2月20日，星期五（6）超聲波物位儀表檢測聲波發(fā)射和反射全過程的時(shí)間間隔。注意事項(xiàng)：確保反射波能回到探頭防止物料對聲波的吸收（如表面泡沫漂?。┑?8頁，共84頁，2023年，2月20日，星期五（7）光學(xué)式物位儀表

利用物位對光波的遮斷和反射原理第19頁，共84頁，2023年，2月20日，星期五差壓式液位變送器

二.壓差式液位變送器

differentialpressurelevelgauge第20頁，共84頁，2023年，2月20日，星期五壓力液位變送器第21頁，共84頁，2023年，2月20日，星期五3051L型液位變送器第22頁，共84頁，2023年，2月20日，星期五

利用容器內(nèi)液位改變時(shí)，由液柱產(chǎn)生的靜壓也相應(yīng)變化的原理。

壓差計(jì)PBPAH+-液位變送器原理圖1.工作原理第23頁，共84頁，2023年，2月20日，星期五

若容器是敞開的H-液位高度

ρ-介質(zhì)密度g-重力加速度

PA、PB-A、B兩處的壓力第24頁，共84頁，2023年，2月20日，星期五PH壓力表式液位計(jì)差壓液位變送器測量液位時(shí)，若容器是敞口的，則差壓計(jì)的負(fù)壓室通大氣，可用壓力計(jì)直接測量液位高低。若容器是封閉的，需將負(fù)壓室與容器的氣相相連。結(jié)論第25頁，共84頁，2023年，2月20日，星期五2.零點(diǎn)遷移問題zeroshift安裝位置條件不同存在著儀表零點(diǎn)遷移問題

第26頁，共84頁，2023年，2月20日，星期五（1）無零點(diǎn)遷移情況PBPAH+-ΔP=ρgHH=0ΔP=0

Ｉmin=4mAH=HmaxΔP=ΔPmax

Ｉmax=20mA測量儀表的零點(diǎn)無需調(diào)整便與被測參數(shù)的零點(diǎn)一致的情況第27頁，共84頁，2023年，2月20日，星期五I/mA204ΔPΔPmax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。第28頁，共84頁，2023年，2月20日，星期五可測量無腐蝕性、不含有結(jié)晶顆粒、粘度小、不易凝固等液體液位要求：介質(zhì)潔凈，粘度不能太高第29頁，共84頁，2023年，2月20日，星期五-+h2h1Hρ1P0負(fù)遷移示意圖ρ2ρ2（2）負(fù)遷移

negativemigration

變送器的安裝位置與最低液位（H=0）不在同一水平位置

第30頁，共84頁，2023年，2月20日，星期五可測量具有腐蝕性、含有結(jié)晶顆粒、粘度大、易凝固等液體液位第31頁，共84頁，2023年，2月20日，星期五

第32頁，共84頁，2023年，2月20日，星期五零點(diǎn)遷移設(shè)法抵消固定壓差ρ2g(h2-h1)的作用，使H=0時(shí)，Ｉ出=4mA；H=Hmax時(shí)，Ｉ出=20mA的方法。遷移彈簧：改變變送器的零點(diǎn)位置第33頁，共84頁，2023年，2月20日，星期五遷移的實(shí)質(zhì)量程位置的平移，不改變量程的大小ΔP=ρ1

gH-ρ2g(h2-h1)遷移量：ρ2g(h2-h1)第34頁，共84頁，2023年，2月20日，星期五負(fù)遷移：用遷移彈簧平衡負(fù)壓室上固定壓差影響的過程。正遷移：分為正遷移和負(fù)遷移兩種第35頁，共84頁，2023年，2月20日，星期五△P(Pa)I出（mA)204-200050003000負(fù)遷移正遷移ΔP=0～5000Pa無遷移當(dāng)有負(fù)遷移，遷移量=2000Pa舉例第36頁，共84頁，2023年，2月20日，星期五在規(guī)格中，型號后加“A”—正遷移；“B”—負(fù)遷移。第37頁，共84頁，2023年，2月20日，星期五零點(diǎn)遷移和調(diào)零目的都是使變送器輸出的起始值與被測量的起始值相對應(yīng)。零點(diǎn)調(diào)整量比較小，而遷移量比較大第38頁，共84頁，2023年，2月20日，星期五+-hHP0P0ΔP=Hρg+hρgH=0~Hmax時(shí)量程ΔP=hρg~Hρg+hρgＩ出=4~20mA正遷移示意圖第39頁，共84頁，2023年，2月20日，星期五三.用法蘭式差壓變送器測量液位為了解決測量具有腐蝕性、含有結(jié)晶顆粒、粘度大、易凝固等液體液位時(shí)引壓管線被腐蝕、被堵塞等問題。目的第40頁，共84頁，2023年，2月20日，星期五法蘭式測量頭變送器毛細(xì)管法蘭式差壓變送器測量液位示意圖按結(jié)構(gòu)形式分按法蘭構(gòu)造分單法蘭雙法蘭平法蘭插入式法蘭第41頁，共84頁，2023年，2月20日，星期五1151LT型法蘭式液位變送器

第42頁，共84頁，2023年，2月20日，星期五第43頁，共84頁，2023年，2月20日，星期五雙法蘭遠(yuǎn)傳/表壓變送器第44頁，共84頁，2023年，2月20日，星期五＞P出擋板噴嘴彈簧波紋管主杠桿密封片殼體連桿插入筒膜盒單法蘭插入式差壓變送器第45頁，共84頁，2023年，2月20日，星期五四.電容式物位傳感器capacitor

物位變化→電容量變化便于遠(yuǎn)傳，使用方便，適合測量液位、固體粉末、顆粒狀物的料位。第46頁，共84頁，2023年，2月20日，星期五1．工作原理dDL內(nèi)電極外電極電容器組成H當(dāng)D和d一定時(shí)，電容量C的大小與極板的長度L和介質(zhì)的介電常數(shù)ε的乘積成比例第47頁，共84頁，2023年，2月20日，星期五在電容器的極板間，充以不同介質(zhì)（液體或固體顆粒、粉末），電容量變化的大小與注入地深度H成比例，測出Cx，可得到液位、料位或液體的分界面高度。工作原理第48頁，共84頁，2023年，2月20日，星期五用途：

測量腐蝕性液體、粉塵和固體顆粒，可用于制藥、化工、食品等行業(yè)。如啤酒罐裝機(jī)酒位測控、奶制品生產(chǎn)線液位測控、制藥廠反應(yīng)罐液位測量等。電容式物位變送器第49頁，共84頁，2023年，2月20日，星期五電容式液位計(jì)內(nèi)電極外電極2.液位的檢測1）非導(dǎo)電介質(zhì)的液位第50頁，共84頁，2023年，2月20日，星期五電容器即未注入液體時(shí)當(dāng)液位上升為H時(shí)電容量變化第51頁，共84頁，2023年，2月20日，星期五Cx與物位高度H成比例ε-ε0越大，儀表越靈敏度電容器兩極間距離越小，儀表越靈敏ε-中間介質(zhì)的介電常數(shù)；

ε0-空氣介電常數(shù)結(jié)論第52頁，共84頁，2023年，2月20日，星期五2）導(dǎo)電介質(zhì)的液位導(dǎo)電介質(zhì)的液位測量電容器：電極棒和金屬容器壁組成第53頁，共84頁，2023年，2月20日，星期五3.料位的檢測電容（繩）式料位計(jì)固體介質(zhì)易堵塞流通孔造成“滯留”電容器：電極棒和金屬容器壁組成第54頁，共84頁，2023年，2月20日，星期五4.電容式物位傳感器的特點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡單、使用方便。介質(zhì)濃度、溫度變化時(shí)，要及時(shí)調(diào)整儀表。對于粘稠的液體不能在電極上黏附，以免影響精度。能測量強(qiáng)腐蝕性液體，如酸、堿、鹽、污水等可測高溫、高壓介質(zhì)第55頁，共84頁，2023年，2月20日，星期五五.核輻射式物位計(jì)放射線同位素→α、β、γ射線→穿過物質(zhì)→原子電離→一部分射線被吸收掉物質(zhì)I0I入射線透射線第56頁，共84頁，2023年，2月20日，星期五1．工作原理輻射源接收器μ-介質(zhì)對射線的吸收系數(shù)H-介質(zhì)層的厚度

I-透射線強(qiáng)度第57頁，共84頁，2023年，2月20日，星期五

放射線射入一定厚度的介質(zhì)時(shí)，其強(qiáng)度隨著通過介質(zhì)時(shí)厚度增加而減弱，其強(qiáng)度衰減規(guī)律為

用接收器檢測透過介質(zhì)后的射線強(qiáng)度，即可知料位。第58頁，共84頁，2023年，2月20日，星期五2．特點(diǎn)能透過鋼板等，不接觸被測物質(zhì)，適于高溫、高壓容器；有毒、爆炸性、粘滯性、易結(jié)晶和沸騰狀態(tài)的介質(zhì)的物位及高溫熔融金屬的液位。不受外界環(huán)境影響，可在高溫、煙霧、強(qiáng)磁場等環(huán)境下工作。劑量要嚴(yán)格控制。第59頁，共84頁，2023年，2月20日，星期五六.稱重式液罐計(jì)量儀既能準(zhǔn)確測量液位，又能反應(yīng)導(dǎo)電性儲(chǔ)罐中真實(shí)的質(zhì)量儲(chǔ)量。根據(jù)天平原理第60頁，共84頁，2023年，2月20日，星期五1．結(jié)構(gòu)控制器P2P1L2下波紋管上波紋管電機(jī)絲杠砝碼編碼盤發(fā)訊器氣相引壓管液相引壓管稱重式液罐計(jì)量儀L1第61頁，共84頁，2023年，2月20日，星期五2．工作原理

波紋管杠桿發(fā)訊器電機(jī)砝碼P1、P2作用力偏轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)信息移動(dòng)至平衡儲(chǔ)量控制器第62頁，共84頁，2023年，2月20日，星期五

M——砝碼重量；g——重力加速度；A1——波紋管有效面積；A——儲(chǔ)罐底面積L2與總儲(chǔ)量成正比，與介質(zhì)的ρ無關(guān)不受溫度、壓力等影響精度高，靈敏度高結(jié)論第63頁，共84頁，2023年，2月20日，星期五七.雷達(dá)式液位計(jì)采用微波技術(shù)（非接觸測量）微波良好的定向輻射性能和傳播特性，繞反射能力差。遇到障礙物能產(chǎn)生良好的反射。很強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力，傳輸過程中受粉塵、煙霧、火焰及強(qiáng)光影響較小。

空間輻射裝置容易制造。第64頁，共84頁，2023年，2月20日，星期五沒有可動(dòng)部件，不接觸介質(zhì)；測量精度不受介質(zhì)物化性質(zhì)影響，可用于易燃易爆等惡劣環(huán)境中，及高溫、蒸汽較大的場合?？蛇B續(xù)測量腐蝕性、高粘度、含有固體顆粒、有毒的液體?？稍谡婵栈蚴軌簵l件下測量

。特點(diǎn)第65頁，共84頁，2023年，2月20日，星期五反射式雷達(dá)液位計(jì)(圖)第66頁，共84頁，2023年，2月20日，星期五瑞普雷達(dá)液位計(jì)典型應(yīng)用：石化、冶金、釀酒、醫(yī)藥等行業(yè)中儲(chǔ)罐第67頁，共84頁，2023年，2月20日，星期五VEGA雷達(dá)液位計(jì)（上海）第68頁，共84頁，2023年，2月20日，星期五VEGA雷達(dá)料位計(jì)第69頁，共84頁，2023年，2月20日，星期五根據(jù)用途不同分為：位式作用和連續(xù)作用兩類電源振蕩器發(fā)射天線微波發(fā)射器接收天線前置放大器檢波器放大器電壓比較器微波接收器位式第70頁，共84頁，2023年，2月20日，星期五1.原理（連續(xù)式）天線發(fā)出雷達(dá)波，到達(dá)液面后被反射回去，所用的時(shí)間：LH0H天線雷達(dá)液位計(jì)示意圖第71頁，共84頁，2023年，2月20日，星期五微波脈沖法連續(xù)波調(diào)頻法對時(shí)間的測量方法：第72頁，共84頁，2023年，2月20日，星期五信號發(fā)生器發(fā)送器計(jì)時(shí)器接收器H0微波脈沖法原理示圖合成脈沖雷達(dá)波第73頁，共84頁，2023年，2月20日，星期五八．超聲波液位計(jì)H超聲波換能器根據(jù)超聲波從發(fā)射到接收反射回波的時(shí)間間隔大小與被測介質(zhì)高度成比例關(guān)系的原理。第74頁，共84頁，2023年，2月20日，星期五超聲波液位計(jì)（美國）用于液體,漿液介質(zhì)如水,廢水玉米漿,脂類,石蠟,漂白劑,石灰漿及酸,從大型儲(chǔ)罐到工藝池第75頁，共84頁，2023年，2月20日，星期五1.測量原理將換能器（鋯鈦酸鉛或鈦酸鋇壓電陶瓷）安裝于容器底部外側(cè)，加一個(gè)時(shí)間極短的電壓脈沖，被轉(zhuǎn)變?yōu)槌纛l的機(jī)械振動(dòng)，以超聲波的形式穿過容器底壁，向上傳播到液體表面被反射后，返回?fù)Q能器，重新轉(zhuǎn)換