檢測(cè)儀表-物位檢測(cè)（化工儀表及自動(dòng)化課件）

物位檢測(cè)

——差壓式液位計(jì)將差壓變送器的一端接液相，另一端接氣相差壓式液位計(jì)差壓式液位計(jì)原理圖工作原理對(duì)于敞口容器，氣相壓力PA為大氣壓，則差壓式液位計(jì)的負(fù)壓室通大氣即可。對(duì)于密閉容器，差壓式液位計(jì)的正壓側(cè)與容器底部相通，負(fù)壓側(cè)連接容器上面部分的氣相部分。差壓式液位計(jì)由差壓式液位計(jì)的測(cè)量原理可知，液柱的靜壓差△P與液位高度H滿足上式的條件是：差壓變送器的高壓室取壓口正好與起始液面（H=0）在同一水平面上；差壓變送器低壓室的導(dǎo)壓管中沒有任何氣體的冷凝液存在；被測(cè)介質(zhì)的密度保持不變。在這種情況下，差壓變送器處于理想條件下的無遷移工作狀態(tài)。差壓式液位計(jì)與無遷移情況的相比，差壓中多出一項(xiàng)hρg。即在高壓室增加了一個(gè)恒定的靜壓hρg。由于它的存在，使得當(dāng)被測(cè)液位H=0時(shí)，△p=hρg，此時(shí)的變送器輸出必然大于4mA。為了使變送器輸出與被測(cè)液位之間仍然保持無遷移情況的對(duì)應(yīng)關(guān)系，就必須應(yīng)用差壓變送器的零點(diǎn)遷移功能來抵消這一靜壓的影響。使得當(dāng)H=0，△p=hρg時(shí)，變送器輸出為4mA。由于在這種工作狀態(tài)下，變送器的起始輸入點(diǎn)由零點(diǎn)變?yōu)橐粋€(gè)正值，因而是正遷移。差壓式液位計(jì)正遷移示意圖在使用差壓變送器測(cè)量液位時(shí)，一般來說假如在實(shí)際應(yīng)用中，差壓變送器的安裝低于最低液位處，如圖所示,則正、負(fù)室壓力pH、pL分別為：正遷移與無遷移情況的相比較，總的差壓減少了由于它的存在，使得當(dāng)H=0時(shí)，

此時(shí)變送器的輸出必然小于4mA，當(dāng)H=Hmax時(shí)，變送器的輸出也達(dá)不到20mA。為了使變送器輸出與被測(cè)液位之間仍然保持無遷移情況的對(duì)應(yīng)關(guān)系。就必須借助差壓變送器的零點(diǎn)遷移功能來抵消這靜壓力的影響。使得當(dāng)△p=-（h2-h1）ρ2g時(shí)，變送器的輸出為4mA。這種情況就是負(fù)遷移。差壓式液位計(jì)負(fù)遷移示意圖實(shí)際應(yīng)用中，正、負(fù)室壓力pH、pL分別為負(fù)遷移

則

某差壓變送器的測(cè)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。遷移:同時(shí)改變了測(cè)量范圍的上、下限，相當(dāng)于測(cè)量范圍的平移，它不改變量程的大小。差壓式液位計(jì)

正負(fù)遷移示意圖物位檢測(cè)

——電容式物位計(jì)通過測(cè)量電容量的變化可以用來檢測(cè)液位、料位和兩種不同液體的分界面。1.測(cè)量原理電容器的組成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。對(duì)非導(dǎo)電介質(zhì)液位測(cè)量的電容式液位傳感器原理如下圖所示。2.液位的檢測(cè)非導(dǎo)電介質(zhì)的液位測(cè)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

當(dāng)液位上升為H時(shí)，電容量變?yōu)殡娙萘康淖兓癁楫?dāng)液位為零時(shí)，儀表調(diào)整零點(diǎn)，其零點(diǎn)的電容為

當(dāng)液位上升為H時(shí)，電容量變?yōu)殡娙萘康淖兓癁榭偨Y(jié)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)行工作，（ε-ε0）值越大，儀表越靈敏。電容器兩極間的距離越小，儀表越靈敏。用電容法可以測(cè)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測(cè)量非導(dǎo)電固體料位。3.料位的檢測(cè)右圖所示為用金屬電極棒插入容器來測(cè)量料位的示意圖。1—金屬電極棒；2—容器壁料位檢測(cè)電容量變化與料位升降的關(guān)系為優(yōu)點(diǎn)電容物位計(jì)的傳感部分結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便。3.料位的檢測(cè)缺點(diǎn)需借助較復(fù)雜的電子線路。應(yīng)注意介質(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。物位檢測(cè)

——法蘭式差壓變送器法蘭式差壓變送器當(dāng)測(cè)量有腐蝕性或粘度大、含有顆粒、易凝固等液體的液位時(shí)，為避免引壓管被腐蝕和堵塞，有專門的法蘭直接靠在容器壁上，通過隔離膜片來感受容器內(nèi)的壓力，然后以硅油作為傳遞壓力的介質(zhì)，經(jīng)細(xì)管與變送器的測(cè)量室相通。采用硅油傳遞的好處是它的體積膨脹系數(shù)小，凝固點(diǎn)低，適用于寒冷天氣和戶外安裝條件；常溫下流動(dòng)性好，無腐蝕性，性能穩(wěn)定。法蘭式差壓變送器用法蘭式差壓變送器測(cè)量液位如圖中所示。這種使用方式需要進(jìn)行零點(diǎn)遷移。法蘭式差壓變送器法蘭式差壓變送器測(cè)量液位示意圖1—法蘭式測(cè)量頭；2—毛細(xì)管；3—變送器用一臺(tái)雙法蘭式差壓變送器測(cè)量某容器的液位,如圖所示。已知被測(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)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(cè)量范圍,并判斷零點(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),問對(duì)測(cè)量有何影響?例題分析法蘭式差壓變送器測(cè)液位解：當(dāng)不考慮遷移量時(shí),變送器的測(cè)量范圍應(yīng)根據(jù)液位的最大變化范圍來計(jì)算。液位為3m時(shí),其壓差為例題分析

這里值得一提的是壓力單位Pa用SI基本單位時(shí)就相當(dāng)于m-1·kg·s-2，即所以液柱壓力用Hρg計(jì)算時(shí),只要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)過圓整后,測(cè)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為例題分析負(fù)壓室所受的壓力p2為例題分析因此，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)行負(fù)遷移,其遷移量為h2ρ0g。當(dāng)差壓變送器安裝的高度改變時(shí),只要兩個(gè)取壓法蘭間的尺寸h2不變,其遷移量是不變的。物位檢測(cè)

——其他物位計(jì)一般把超過20kHz的聲波稱為超聲波。聲頻越高，則發(fā)射的聲束越尖銳，方向性越強(qiáng)，但在介質(zhì)中衰減也越大。超聲波物位計(jì)是基于回聲測(cè)距原理設(shè)計(jì)的，利用超聲波發(fā)射探頭發(fā)出超聲脈沖，發(fā)射波在料位或液位表面反射形成回波，由接收探頭將信號(hào)接收下來，測(cè)出超聲脈沖從發(fā)射到接受所需時(shí)間，根據(jù)已知介質(zhì)中的波速就能計(jì)算出探頭到物位或液位表面的距離，從而確定物位的高度。1.超聲波物位計(jì)1.超聲波物位計(jì)超聲波物位計(jì)主要包括超聲換能器和電子裝置兩部分，超聲換能器由壓電材料制成，實(shí)現(xiàn)電能和機(jī)械能的相互轉(zhuǎn)換。其發(fā)射器和接收器可以裝在同一個(gè)探頭上，也可分開裝在兩個(gè)探頭上，探頭可以裝在容器的上方或者下方。電子裝置用于產(chǎn)生電信號(hào)兒激勵(lì)超聲換能器發(fā)射超聲波。并接收和處理經(jīng)過超聲換能器轉(zhuǎn)換的電信號(hào)。1.超聲波物位計(jì)由于超聲波物位計(jì)檢測(cè)的精度主要取決于超聲傳播速度和傳播時(shí)間。而傳播速度容易受到介質(zhì)溫度成分等變化的影響，因此需要進(jìn)行補(bǔ)償。通常的補(bǔ)償方法是在超聲換能器附近安裝一個(gè)溫度傳感器。根據(jù)已知的聲速與溫度之間的關(guān)系，自動(dòng)進(jìn)行申訴補(bǔ)償，另外也可以設(shè)置一個(gè)矯正器具，定期矯正聲速1.超聲波物位計(jì)超聲波物位計(jì)的特點(diǎn)：無可動(dòng)部件，換能器的振幅小，壽命長(zhǎng)，可實(shí)現(xiàn)非接觸式測(cè)量；不受介質(zhì)粘度的影響，并與介質(zhì)的介電常數(shù)、電導(dǎo)率、熱導(dǎo)率等無關(guān)；適合強(qiáng)腐蝕、高壓、有毒、高粘度液體的測(cè)量；不適宜被測(cè)液體中有氣泡和懸浮物，而且液面不能有很大的波動(dòng)；1.超聲波物位計(jì)核輻射式物位計(jì)是根據(jù)被測(cè)物質(zhì)對(duì)放射線的吸收、散射等特性而設(shè)計(jì)制造的。不同的物質(zhì)對(duì)射線的吸收能力也不同，當(dāng)放射線穿過一定的被測(cè)介質(zhì)時(shí)，由于介質(zhì)的吸收作用，會(huì)使射線的輻射強(qiáng)度隨著被測(cè)介質(zhì)的厚度而按指數(shù)衰減。所以只要測(cè)出通過介質(zhì)射線強(qiáng)度就可獲得物位高度。射線的透射強(qiáng)度隨著通過介質(zhì)層厚度的增加而減弱，具體關(guān)系見式式中I為穿過厚度為H的物質(zhì)后的輻射強(qiáng)度；I0為射入物質(zhì)前的輻射強(qiáng)度；μ為物質(zhì)的吸收系數(shù)；H為介質(zhì)層厚度。：2.核輻射式物位計(jì)核輻射物位計(jì)示意圖1—輻射源；2—接受器適用于高溫、高壓容器、強(qiáng)腐蝕、劇毒、有爆炸性、黏滯性、易結(jié)晶或沸騰狀態(tài)的介質(zhì)的物位測(cè)量，還可以測(cè)量高溫融熔金屬的液位?？稍诟邷?、煙霧等環(huán)境下工作。但由于放射線對(duì)人體有害，使用范圍受到一些限制。核輻射式物位計(jì)的特點(diǎn)物位檢測(cè)

——物位檢測(cè)的主要類型液位料位液