第三章物位测量及变送PPT讲稿.ppt

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1、第三章 物位测量及变送第1页,共70页,编辑于2022年,星期二物位测量:物位测量:液位液位气体和液体间的分界面。气体和液体间的分界面。第一节第一节 概概 述述界位界位两种不同液体间的接触面;液体与固体间的两种不同液体间的接触面;液体与固体间的 接触面。接触面。料位料位气体与固体颗粒或粉末的分界面。气体与固体颗粒或粉末的分界面。返回返回第2页,共70页,编辑于2022年,星期二 物位测量的目的物位测量的目的在于要正确的测知容器或设备中存储物质的容在于要正确的测知容器或设备中存储物质的容量或质量。这不仅是物料消耗或产量计量的参数,也是保证连续生量或质量。这不仅是物料消耗或产量计量的参数,也是保证

2、连续生产和设备安全的重要参数。产和设备安全的重要参数。测量液位、界位或料位的仪表称为物位测量仪表又称物位计,进而测量液位、界位或料位的仪表称为物位测量仪表又称物位计,进而又分:液位计、界位计和料位计。这些仪表由于其测量的对象不同,且又分:液位计、界位计和料位计。这些仪表由于其测量的对象不同,且应用的工况亦不同,因此其原理、结构和使用方法亦不相同。本章仅对应用的工况亦不同,因此其原理、结构和使用方法亦不相同。本章仅对常用的测量方法及典型仪表进行介绍。常用的测量方法及典型仪表进行介绍。第一节第一节 概概 述述第3页,共70页,编辑于2022年,星期二物位检测仪表的分类物位检测仪表的分类按测量方式:

3、按测量方式:连续测量连续测量和和定点测量定点测量(物位开关)(物位开关)按工作原理:按工作原理:直读式物位仪表浮力式物位仪表静压式物位仪表电气式物位仪表核辐射式物位仪表声波式物位仪表雷达式物位仪表磁致伸缩物位仪表光学式物位仪表机械式物位仪表第一节第一节 概概 述述第4页,共70页,编辑于2022年,星期二第一节第一节 概概 述述玻璃管液位计玻璃管液位计第5页,共70页,编辑于2022年,星期二第一节第一节 概概 述述浮标液位计浮标液位计第6页,共70页,编辑于2022年,星期二第一节第一节 概概 述述浮筒液位计浮筒液位计第7页,共70页,编辑于2022年,星期二第一节第一节 概概 述述法兰式物

4、位计法兰式物位计第8页,共70页,编辑于2022年,星期二第一节第一节 概概 述述电容式物位计电容式物位计第9页,共70页,编辑于2022年,星期二第一节第一节 概概 述述射线料位计射线料位计第10页,共70页,编辑于2022年,星期二第一节第一节 概概 述述超声波物位计超声波物位计第11页,共70页,编辑于2022年,星期二第一节第一节 概概 述述雷达物位计雷达物位计第12页,共70页,编辑于2022年,星期二第一节第一节 概概 述述磁致伸缩物位计磁致伸缩物位计第13页,共70页,编辑于2022年,星期二第一节第一节 概概 述述光纤物位计光纤物位计第14页,共70页,编辑于2022年,星期二

5、第一节第一节 概概 述述重锤物位计重锤物位计第15页,共70页,编辑于2022年,星期二第二节第二节 浮力式液位计浮力式液位计 利用漂浮于液面上的浮子高度或浸入液体中浮利用漂浮于液面上的浮子高度或浸入液体中浮 子的浮力变化测知液位或界位。子的浮力变化测知液位或界位。恒浮力式恒浮力式自动跟踪式、浮标式、浮球式、钢带式液位计自动跟踪式、浮标式、浮球式、钢带式液位计等。等。变浮力式变浮力式浮筒式液位计浮筒式液位计 浮力不变。浮子永远漂浮在液面上,位置随着液位变化。浮力不变。浮子永远漂浮在液面上,位置随着液位变化。浮力变化。浮子浸没在液体里,浮力随液位变化。浮力变化。浮子浸没在液体里,浮力随液位变化。

6、返回返回确定浮标位置确定浮标位置液位液位确定浮力变化确定浮力变化液位液位测量原理:测量原理:第16页,共70页,编辑于2022年,星期二第二节第二节 浮力式液位计浮力式液位计(一)磁翻转式液位计(一)磁翻转式液位计 返回返回一、恒浮力式一、恒浮力式 浮子位置随液位高低而变,检测其位移,可知液位高度。浮子位置随液位高低而变,检测其位移,可知液位高度。第17页,共70页,编辑于2022年,星期二第二节第二节 浮力式液位计浮力式液位计返回返回一、恒浮力式一、恒浮力式 第18页,共70页,编辑于2022年,星期二第二节第二节 浮力式液位计浮力式液位计(二)浮球式液位计(二)浮球式液位计 1.工作原理工

7、作原理2.特点特点(1)量程小,受)量程小,受连连杆杆长长度和角度限制;度和角度限制;(2)精度低,最高)精度低,最高0.5级级左右;左右;(3)适用于温度、粘度)适用于温度、粘度较较高,高,压压力不力不 高的液位高的液位测测量。量。W浮球的重力;浮球的重力;G重锤的重力;重锤的重力;OA转轴到浮球中心垂直距离;转轴到浮球中心垂直距离;OB转轴到重锤中心垂直距离。转轴到重锤中心垂直距离。内浮球液位计内浮球液位计H F (W-F)杠杆顺时针转动杠杆顺时针转动F 返回返回第19页,共70页,编辑于2022年,星期二第二节第二节 浮力式液位计浮力式液位计(二)浮球式液位计(二)浮球式液位计 返回返回

8、第20页,共70页,编辑于2022年,星期二第二节第二节 浮力式液位计浮力式液位计(二)浮球式液位计(二)浮球式液位计 返回返回第21页,共70页,编辑于2022年,星期二第二节第二节 浮力式液位计浮力式液位计(三)自动跟踪式液位计(三)自动跟踪式液位计 返回返回液位浮标所受的浮力浮标对杠杆的拉力差动变压器输出电压信号经放大器放大可逆电机转动浮标第22页,共70页,编辑于2022年,星期二第二节第二节 浮力式液位计浮力式液位计(三)自动跟踪式液位计(三)自动跟踪式液位计 返回返回灵敏度与精度较高,价格高。第23页,共70页,编辑于2022年,星期二第二节第二节 浮力式液位计浮力式液位计(四)钢

9、带式液位计(四)钢带式液位计 返回返回浮子经过钢带和滑轮将浮力的变化传到钉轮上,钉轮周边的钉状齿与钢带上的孔啮合,将钢带的直线运动变为转动,由指针和计数器指示出液位。在钉轮轴上再安装转角传感器或变送器,就可以实现液位信号的远传。系统平衡时应满足:当拉力T恒定,钉轮的周长、钉状齿间距及钢带的孔间距均制造得很精确时,可以得到较高的测量精度。这种传动方式,密封比较困难,不适用于有压容器,因此通常多用于常压储罐的液位测量。第24页,共70页,编辑于2022年,星期二第二节第二节 浮力式液位计浮力式液位计(四)钢带式液位计(四)钢带式液位计 返回返回第25页,共70页,编辑于2022年,星期二第二节第二

10、节 浮力式液位计浮力式液位计二、变浮力式二、变浮力式 介质浸没物体的高度或密度变化时,物体所受浮力发生变化。由浮介质浸没物体的高度或密度变化时,物体所受浮力发生变化。由浮力的变化可测知物位高度。力的变化可测知物位高度。此原理液位计:此原理液位计:浮筒式液位计浮筒式液位计(一(一)工作原理工作原理C 弹簧刚度;弹簧刚度;x 弹簧压缩位移;弹簧压缩位移;A 浮筒截面;浮筒截面;H 浮筒浸没高度;浮筒浸没高度;H浮筒上移浮筒上移x返回返回第26页,共70页,编辑于2022年,星期二第二节第二节 浮力式液位计浮力式液位计(二)扭力管式结构(二)扭力管式结构1.1.测量元件测量元件作用:作用:H H 浮

11、力浮力 Fx扭角扭角 H=Hmax时:杠杆作用力为时:杠杆作用力为H=0时:杠杆作用力为时:杠杆作用力为x=扭力管扭力管产产生扭角生扭角max(约约7)。扭力管扭力管产产生最小扭角生最小扭角为为min(约约2)。A 浮筒截面积;浮筒截面积;被测液体密度。被测液体密度。Fx 测量部分测量部分返回返回第27页,共70页,编辑于2022年,星期二第二节第二节 浮力式液位计浮力式液位计2.转换转换部分部分作用:作用:将将u I0 K 比例系数,比例系数,K=0100%短路环短路环转至中舌转至中舌最左端最左端时,时,K=0;最右端最右端时,时,K=100%。01=K0 02 =(1-K)0Z 磁通磁通-

12、电压转换系数。电压转换系数。u与与K成正比,则成正比,则u与与成正比成正比。差动变压器差动变压器返回返回第28页,共70页,编辑于2022年,星期二第二节第二节 浮力式液位计浮力式液位计返回返回第29页,共70页,编辑于2022年,星期二第二节第二节 浮力式液位计浮力式液位计(三)轴封膜片式结构(三)轴封膜片式结构返回返回1.位移位移检测检测放大器放大器 作用:作用:将将衔铁衔铁微小位移微小位移 S 转换转换成直流成直流电电流流 I0。2电电磁反磁反馈馈机构机构作用:作用:I0Ff第30页,共70页,编辑于2022年,星期二第二节第二节 浮力式液位计浮力式液位计返回返回3.工作原理工作原理力矩

13、平衡力矩平衡(力平衡力平衡)改变改变W或矢量角或矢量角可改可改变量程。变量程。K变送器结构常数。变送器结构常数。Fx Fx=W-F第31页,共70页,编辑于2022年,星期二第二节第二节 浮力式液位计浮力式液位计1.量程由浮筒量程由浮筒长长度决定。度决定。国国产产:300、500、800、1200、1600、2000mm(四)特点(四)特点2.只能用于只能用于测测量量轻轻、净净介介质质。3.当被当被测测介介质质密度密度变变化化时时,必,必须进须进行密度修正。行密度修正。4.精度精度0.51.0级级,可可测测液位、界位。液位、界位。返回返回第32页,共70页,编辑于2022年,星期二第三节第三节

14、 差压式液位计差压式液位计 液柱静液柱静压压P=gH,与介,与介质质密度和液柱高度成正比。密度和液柱高度成正比。其中:其中:P差差压值压值;H液位高度;液位高度;介介质质密度;密度;g重力加速度。重力加速度。敞口容器:敞口容器:差差压变压变送器送器负压负压室通大气或室通大气或压压力力变变送器。送器。密密闭闭容器:容器:差差压变压变送器送器负压负压室室连连接容器的气相部分。接容器的气相部分。一、工作原理一、工作原理 返回返回操作条件不操作条件不变时变时,测测静静压压得液位。得液位。第33页,共70页,编辑于2022年,星期二第三节第三节 差压式液位计差压式液位计二、零点迁移二、零点迁移 差差压变

15、压变送器送器测测液位,一般情况下:液位,一般情况下:实实用中,大多数情况下,存在用中,大多数情况下,存在零点迁移零点迁移问题问题。此此为为理想情况,称理想情况,称为为无迁移无迁移。即:即:H=0,P=0 1.正迁移正迁移H=0 P=hg 0 I 4mA;H=Hmax Pmax=Hmaxg+hg I 20mA正迁移正迁移(图图3-14)返回返回第34页,共70页,编辑于2022年,星期二第三节第三节 差压式液位计差压式液位计设设:变变送器量程送器量程Pmax=5000Pa hg=2000Pa调调整整压压差差为为大于零的附加静大于零的附加静压压,称,称正迁移正迁移。H=0 P=2000Pa 调调零

16、点迁移使零点迁移使 I=4mA;H=Hmax Pmax=5000+2000=7000Pa I=20mA。2.负负迁移迁移 负压侧负压侧与取与取压压点之点之间间安装隔离罐或冷凝罐。安装隔离罐或冷凝罐。H=0 P=-hg0 I 挂料挂料层层横截面横截面积积且具有且具有导电导电性,性,则则物料物料电电阻可略。阻可略。物料作物料作为电为电容一个极容一个极板,物位以下板,物位以下电电容容变变化化量仍可示量仍可示为为:测电容测电容测复数阻抗测复数阻抗排除挂料排除挂料返回返回第48页,共70页,编辑于2022年,星期二挂料挂料层电层电阻不能忽略。等效阻不能忽略。等效为为:由无由无穷穷多个无多个无穷穷小的小的

17、电电容和容和电电阻阻组组成的成的传输线传输线。据据电电化学化学实验实验:导电导电挂料足挂料足够长够长,挂料和挂料和电电极形成的极形成的以以绝缘绝缘层为层为介介质质的的电电容容容抗容抗XC挂挂与挂料与挂料电电阻阻R数数值值相等。相等。即即测测得得电电容容为为:C真真实实物位的物位的电电容;容;C挂挂导电导电挂料所表挂料所表现现的的电电容。容。由射由射频导纳频导纳原理,原理,导电导电挂料挂料电电阻阻R含挂料含挂料电电容,容,测测得得C挂挂 则则 C=Cx-C挂挂,得,得 C可知可知H。Cx=C+C挂挂第四节第四节 其它液位计其它液位计 返回返回第49页,共70页,编辑于2022年,星期二 适用于适

18、用于污污水水处处理、理、纸浆纸浆、化学制、化学制剂剂、煤粉灰、煤粉灰浆浆、原油等、原油等测测量量。不受挂料、温度、不受挂料、温度、压压力、材料密度、湿力、材料密度、湿度、甚至物料化学特性度、甚至物料化学特性变变化的影响。化的影响。精度:精度:0.5级级介介质质温度范温度范围围:-185800 可耐可耐压压力:力:6.4MPa第四节第四节 其它液位计其它液位计 返回返回尤其适用于尤其适用于导电导电(电导电导率率100s/cm)的粘稠介的粘稠介质质。第50页,共70页,编辑于2022年,星期二第四节第四节 其它液位计其它液位计1.工作原理工作原理返回返回四、超声波液位四、超声波液位计计 所谓超声波

19、一般是指频率高于可听频率极限(20kHz以上频段)的弹性振动,这种振动以波动的形式在介质中的传播过程就形成超声波。超声波在穿过不同介质的分界面时会产生反射,根据超声波从发射至接收到反射回波的时间间隔与物位高度之间的关系,就可以进行物位的测量。第51页,共70页,编辑于2022年,星期二第四节第四节 其它液位计其它液位计1.工作原理工作原理返回返回四、超声波液位四、超声波液位计计(1)声波阻断型。当液体或固体物料在储罐、料仓中积存高度达到预定高度位置时,超声波即被阻断,即可发出报警信号或进行限位控制。(2)声波反射型。它是利用超声波回波测距的原理,可以对液位进行连续测量。根据传声介质的不同,有气

20、介式、液介式和固介式。第52页,共70页,编辑于2022年,星期二第四节第四节 其它液位计其它液位计2.测测量方法量方法返回返回四、超声波液位四、超声波液位计计(1)液介式测量方法 如图(a)所示,探头固定安装在液体中最低液位处,探头发出的超声脉冲在液体中由探头传至液面,反射后再从液面返回到同一探头而被接收。液位高度与从发到收所用时间之间的关系可表示为式中 H 探头到液面的垂直距离 v 超声波在介质中的传播速度 t 超声波由发射到接收经历的时间第53页,共70页,编辑于2022年,星期二第四节第四节 其它液位计其它液位计2.测测量方法量方法返回返回四、超声波液位四、超声波液位计计(2)气介式测

21、量方式 如图(b)所示,探头安装在最高液位之上的气体中。(3)固介式测量方式 图(c)所示是固介式测量方法,将一根传声的固体棒或管插入液体中,探头安装在传声固体的上端。第54页,共70页,编辑于2022年,星期二第四节第四节 其它液位计其它液位计3.实际测实际测量量过过程程返回返回四、超声波液位四、超声波液位计计 1 1液面液面 2 2直管直管 3 3空气超声探头空气超声探头 4 4反射反射小板小板 5 5电子开关电子开关 第55页,共70页,编辑于2022年,星期二第四节第四节 其它液位计其它液位计返回返回四、超声波液位四、超声波液位计计 第56页,共70页,编辑于2022年,星期二第四节第

22、四节 其它液位计其它液位计1.工作原理工作原理t=2h/c 雷达系雷达系统统不断不断发发射射线线性性调调频频信号,信号,可可测测得得发发射与反射信射与反射信号的号的差差频频f,它正比于延,它正比于延迟时迟时间间t,即正比于,即正比于h。测测得延得延迟时间迟时间t则则得得h。c电电磁波磁波传传播速度播速度,300000km/s;h被被测测介介质质液面与探液面与探头间头间距;距;返回返回 测测量以光速量以光速c传传播的超高播的超高频电频电磁波磁波发发射与反射射与反射间间的的时时差差t,确定,确定天天线线与反射面之与反射面之间间的高度(空高的高度(空高h)。)。天天线线以波束的形式以波束的形式发发射

23、最小射最小5.8GHz的雷达信号。的雷达信号。五、雷达液位五、雷达液位计计 第57页,共70页,编辑于2022年,星期二第四节第四节 其它液位计其它液位计2.特点及适用范特点及适用范围围 非接触非接触测测量方式量方式,无活,无活动动部件,可靠性高,平均无故障部件,可靠性高,平均无故障时间时间达达10年,几乎免年,几乎免维护维护,费费用低。无用低。无污污染,安装方便。染,安装方便。适用于适用于高粘度、易高粘度、易结结晶、晶、强强腐腐蚀蚀及及易爆易燃介易爆易燃介质质。尤其大型立罐和球罐尤其大型立罐和球罐等等导电导电粘稠介粘稠介质质液位液位测测量。量。精度可达精度可达0.25级级;工作温度:工作温度

24、:-200230;工作工作压压力:力:40MPa;测测量范量范围围:040m。气体波气体波动变动变化不影响化不影响电电磁波磁波传传播速度(播速度(采用采用导导波管型波管型)。)。返回返回第58页,共70页,编辑于2022年,星期二第四节第四节 其它液位计其它液位计 放射性同位素能放射出放射性同位素能放射出、和和射射线线,透射某些物,透射某些物质质。透射透射强强度随通度随通过过介介质质厚度的增加而减弱。厚度的增加而减弱。I=I0 e-H 介介质对质对射射线线的吸收系数;的吸收系数;H 介介质层质层的厚度;的厚度;I 穿穿过过介介质质后的射后的射线线强强度。度。放射源放射源选选定,被定,被测测介介

25、质质不不变时变时,I0 与与均均为为常数。常数。固体固体对对射射线线吸收能力最吸收能力最强强,液体次之,气体最弱。,液体次之,气体最弱。六、六、射射线线液位液位计计 1.工作原理工作原理 射射线线可穿透几十厘米可穿透几十厘米钢钢板。板。返回返回第59页,共70页,编辑于2022年,星期二返回返回第60页,共70页,编辑于2022年,星期二第四节第四节 其它液位计其它液位计 2.特点特点(1)非接触式非接触式测测量量。射线不受温度、压力、湿度、电磁场的影响,而且可以穿透各种介质,包括固体,因此能实现完全非接触测量。特特别别适用于常适用于常规仪规仪表不能解决的表不能解决的测测量量问题问题(高温、高

26、(高温、高压压、强强腐腐蚀蚀、剧剧毒毒或易燃易爆等或易燃易爆等)。)。(2)放射性物)放射性物质质,使用使用时时必必须须采取采取严严格的防范措施格的防范措施。(3)非)非线线性。性。(4)放射性物)放射性物质质有半衰期,需定期更有半衰期,需定期更换换放射源。放射源。返回返回第61页,共70页,编辑于2022年,星期二第四节第四节 其它液位计其它液位计七、磁致伸七、磁致伸缩缩物位物位计计 返回返回第62页,共70页,编辑于2022年,星期二第四节第四节 其它液位计其它液位计七、磁致伸七、磁致伸缩缩物位物位计计 返回返回 磁致伸缩液位计适合于高精度要求的清洁液位的液位测量,精度达到1mm,最新产品

27、精度已经可以达到0.1mm。磁致伸缩液位计还可应用于两种不同液体之间的界位测量量。第63页,共70页,编辑于2022年,星期二第四节第四节 其它液位计其它液位计八、光八、光纤纤液位探液位探测测器器返回返回组成:组成:LEDLED光源、光电二极管和光纤光源、光电二极管和光纤工作原理:工作原理:光电式液位计利用光的全反射原理实现液位测量。发光二极管作为发射光源,当液位传感器的直角三棱镜与空气接触时,由于入射角大于临射角,光在棱镜内产生全反射,大部分光被光敏二极管接收,此时液位传感器的输出便保持在高水平状态;而当液体的液位到达传感器的敏感面时,光线则发生折射,光敏二极管接收的光强明显减弱,传感器从高

28、电平状态变为低电平,由此实现液位的检测。第64页,共70页,编辑于2022年,星期二第四节第四节 其它液位计其它液位计九、重九、重锤锤物位物位计计返回返回 重锤探测法原理示意图如图7-20所示。重锤连在与电机相连的鼓轮上,电机发讯使重锤在执行机构控制下动作,从预先定好的原点处靠自重开始下降,通过计数或逻辑控制记录重锤下降的位置;当重锤碰到物料时,产生失重信号,控制执行机构停转反转,使电机带动重锤迅速返回原点位置。重锤探测式料位计1-重锤;2-伺服电机;3-鼓轮 第65页,共70页,编辑于2022年,星期二第四节第四节 其它液位计其它液位计九、重九、重锤锤物位物位计计返回返回 重锤式料位计可测量

29、饲料、化学品、塑料颗粒、水泥、石块、PVC粉末、骨料、煤、石灰石、研磨塑料、砂子、粉末、谷物等。第66页,共70页,编辑于2022年,星期二第四节第四节 其它液位计其它液位计十、音叉式物位开关十、音叉式物位开关返回返回 音叉式物位开关在压电激励下产生机械式振动,一旦探头部分被被测物质覆盖,由此产生的阻尼就会立刻被电路监测到并且输出相应的开关量信号。另外,这种机械振动的特性也赋予了自清洁的功能。第67页,共70页,编辑于2022年,星期二第四节第四节 其它液位计其它液位计十、音叉式物位开关十、音叉式物位开关返回返回 音叉式物位开关具有性能稳定、安全可靠,以及适应性强(被测介质不同的电参数、密度对

30、测量均不产生影响)等优点。能够用于固体物料如:粉煤灰、水泥、沙子,石粉、塑料颗粒、盐、糖等;及液体介质:如水、酸、碱、泥浆、纸浆、染料、油类、牛奶、酒类、饮料等液位测量第68页,共70页,编辑于2022年,星期二小小 结结轴轴封膜片式封膜片式结结构构 力力(矩矩)平衡平衡 H 浮力浮力FxMi=Mf一、浮力式液位一、浮力式液位计计二、差二、差压压式液位式液位计计恒浮力式:恒浮力式:浮球式、磁翻浮球式、磁翻转转式式变变浮力式:浮力式:浮筒式物位浮筒式物位计计(液位、界位)(液位、界位)扭力管式扭力管式结结构构H浮力浮力Fx扭角扭角特点特点静静压压原理:原理:应应用液柱高度用液柱高度产产生的静生的

31、静压压。压压力式、差力式、差压压式:式:零点迁移的判断、零点迁移的判断、计计算方法。算方法。差差压压式可用于液位、界位。式可用于液位、界位。零点迁移零点迁移仅仅改改变变了了测测量范量范围围上、下限,量程大小不上、下限,量程大小不变变。返回返回第69页,共70页,编辑于2022年,星期二小小 结结三、其它物位三、其它物位计计1.电电容式物位容式物位计计圆圆筒筒电电容器容器:固定固定R和和r,改,改变变或或L。测测量非量非导电导电介介质质液位液位测测量量导电导电介介质质液位液位 用高用高频频无无线电线电波波测测量系量系统导纳统导纳,将将单纯测单纯测量量电电极极电电容容变变化化变为测变为测量量复数阻抗复数阻抗变变化,排除挂料影响。化,排除挂料影响。导电导电挂料足挂料足够长够长2.射射频导纳频导纳物位物位计计 不同介不同介质质吸收射吸收射线线的能力不同。的能力不同。计计算超高算超高频电频电磁波往返液面的磁波往返液面的时间时间,确定空高确定空高h。3.雷达液位雷达液位计计4.核核辐辐射物位射物位计计掌握各种物位掌握各种物位计计的特点及适用的介的特点及适用的介质质。返回返回HC第70页,共70页,编辑于2022年,星期二

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