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1、第三章 检测仪表与传感器第一节第一节 概述概述第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表第三节第三节 流量检测及仪表流量检测及仪表第四节第四节 物位检测及仪表物位检测及仪表第五节第五节 温度检测及仪表温度检测及仪表第七节第七节 显示仪表显示仪表2023/1/24第四节第四节 物位检测及仪表物位检测及仪表一、概述一、概述二、差压式液位变送器二、差压式液位变送器三、电容式物位传感器三、电容式物位传感器四、核辐射物位计四、核辐射物位计七、称重式液罐计量仪七、称重式液罐计量仪物位测量：物位测量：液位液位容器中液体介质的高低。容器中液体介质的高低。一、概一、概 述述 界面界面两种不同密度液体间的接触面。
2、两种不同密度液体间的接触面。料位料位容器中固体或颗粒状物质的堆积高度。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：按基本工作原理，主要有下列几种类型：1.1.直读式物位仪表直读式物位仪表利用连通器原理工作。利用连通器原理工作。3.3.浮力式物位仪表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。利用液体中浮子的浮力随液位高度变化的原理工作。2.2.差压式物位仪表差压式物位仪表 利用液柱或物料堆积对某定点产生压力的原理利用液柱或物料堆积对某定点产生压力的原理而工作。而工作。4.4.电电磁磁式物位仪表式物位仪表 物位的变化转换某些电量的变化，通过测量这些电物位
3、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。量的变化间接的测知物位。直读式直读式浮力式浮力式5.5.核辐射式物位仪表核辐射式物位仪表 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。应用较多的是线吸收作用为基础来进行物位测量。应用较多的是射线射线。6.6.声波式物位仪表声波式物位仪表 利用超声波在气体利用超声波在气体、液体或固体中的衰减液体或固体中的衰减程程度进度进行物位测量。行物位测量。利用物体对光波的遮断和反射原理。利用物体对光波的遮断和反射原理。7.7.光学式物位仪表光学式物位仪表第四节第四节 物位检
4、测及仪表物位检测及仪表一、概述一、概述二、差压式液位变送器二、差压式液位变送器三、电容式物位传感器三、电容式物位传感器四、核辐射物位计四、核辐射物位计七、称重式液罐计量仪七、称重式液罐计量仪二、差压式液位变送器二、差压式液位变送器 液液柱柱产产生生的的静静压压P=gH，与与介质密度和液柱高度成正比。介质密度和液柱高度成正比。1 1、工作原理、工作原理 图图3-37 3-37 差压液位变送器原理图差压液位变送器原理图 将差压变送器的一端接液相，另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一端接气相。设容器上部空间为干燥气体，其压力为燥气体，其压力为p，则：，则：由此可得由此可得
5、式中：式中：H 液位高度液位高度;介质密度介质密度;g 重力加速度重力加速度密闭容器：密闭容器：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。差压变送器负压室连接容器的气相部分。式中：式中：H 液位高度液位高度 介质密度介质密度 g 重力加速度重力加速度开口容器：开口容器：开口容器：开口容器：可用差压变送器负压室通大气。可用差压变送器负压室通大气。图图3-38 3-38 压力表式液位计压力表式液位计差压与信号的关系：差压与信号的关系：当当H=Hmin时，时，I0=4mA420I(mA)当当H=Hmax时，时，I0=20mAH2.2.零点迁移问题零点迁移问题 差压变送器测液位，一般情况
6、下：差压变送器测液位，一般情况下：但实用中，大多数情况下，但实用中，大多数情况下，存在存在零点迁移零点迁移问题。问题。此为理想情况，称为此为理想情况，称为无迁移无迁移。即：当即：当H=0时时，P=0 H(3-46)1 1）负迁移）负迁移 负压侧安装有隔离罐或冷凝罐。负压侧安装有隔离罐或冷凝罐。（1 1）差压变送器的量程）差压变送器的量程（2 2）这时正、负压室的压力分别为：）这时正、负压室的压力分别为：(3-47)正、负压室间的压差为：正、负压室间的压差为：(3-49)(3-48)图图3-393-39 H=Hmax,p=Hmax1g-(h2-h1)2gpmax，Io20mAH=0时时,p=-(
7、h2-h1)2g 0,Io 4mA（3）迁移量：）迁移量：（4）判断迁移方向：）判断迁移方向：当当H=0，p 20mA。H=0 时，时，p=hg 0，I 4mA；（3）迁移量：）迁移量：（4）判断迁移方向：）判断迁移方向：当当H=0时，时，p0时，为正迁移。时，为正迁移。（5）迁移后测量范围：）迁移后测量范围：设设:变送器量程变送器量程pmax=5000Pa，hg=2000PaH=Hmax时，时，pmax=5000+2000=7000Pa,Io=20mA。当液位最低时压差大于零当液位最低时压差大于零，则采用，则采用正迁移正迁移。H=0时，时，p=2000Pa 调零点迁移使调零点迁移使 Io=4
8、mA；I I0mAP20500040正迁移示意图正迁移示意图a70002000c2.分别计算正负压室两侧静压分别计算正负压室两侧静压p+、p-,令被测液位令被测液位 H=Hmin时时:求求pmin=p+-p-3.迁移量迁移量:pmin=迁移量迁移量D，其代数和为正，则，其代数和为正，则正迁移正迁移；为零，则为零，则无迁移无迁移；为负，则为负，则负迁移负迁移。4.迁移后的测量范围：迁移后的测量范围：DL+D 小结：小结：L=Hmaxg1.量程：液位量程：液位HminHmax实际高度所产生的静压。实际高度所产生的静压。零点迁移的目的：零点迁移的目的：迁移的实质：迁移的实质：改变差压变送器零点起始值
9、，实现输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。出与液位正常对应关系。即即H=Hmin,I=4mA;H=Hmax,I=20mA。零点迁移仅仅改变变送零点迁移仅仅改变变送器测量范围上、下限，而器测量范围上、下限，而量程不变。量程不变。I0mAP70002000205000403000-2000图图3-40 正负迁移示意图正负迁移示意图图图3-42 主要用于腐蚀性或含悬浮颗粒、粘度大、易凝等主要用于腐蚀性或含悬浮颗粒、粘度大、易凝等介质测量。介质测量。3.3.用法兰式差压变送器测量液位用法兰式差压变送器测量液位有有单法兰、双法兰单法兰、双法兰。双法兰差压变送器的双法兰差压变送器的迁
10、移量仅与取压位置和迁移量仅与取压位置和介质密度有关；与最低介质密度有关；与最低液位高度有关；而与变液位高度有关；而与变送器安装位置无关。送器安装位置无关。法兰式差压变送器法兰式差压变送器单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双法兰式差压变送器2023/1/24第四节第四节 物位检测及仪表物位检测及仪表一、概述一、概述二、差压式液位变送器二、差压式液位变送器三、电容式物位传感器三、电容式物位传感器四、核辐射物位计四、核辐射物位计七、称重式液罐计量仪七、称重式液罐计量仪三、电容式物位传感器三、电容式物位传感器1.1.测量原理测量原理 由电容传感器和测量电路组成。由电容传感器和测量电
11、路组成。被测物位通过电容传感器被测物位通过电容传感器转换成相应的电容量转换成相应的电容量，利用测量电路测得电容的变化量，即可间接得到被利用测量电路测得电容的变化量，即可间接得到被测物位的变化。测物位的变化。圆筒型电容器：圆筒型电容器：L 内、外电极板相互覆盖长度。内、外电极板相互覆盖长度。D 外电极内径；外电极内径；r 内电极外径；内电极外径；内、外电极间介质的介电系数；内、外电极间介质的介电系数；一般一般D、d固定，改变固定，改变、L测量物位。测量物位。(3-50)图图3-43 电容器的组成电容器的组成1-内电极内电极;2-外电极外电极2.2.液位的检测液位的检测 H=0时，时，H=H时，时
12、，0 0 空气介电系数；空气介电系数；被测介质的介电系数被测介质的介电系数Dd4图图344 非导电介质的液位测量非导电介质的液位测量1-内电极内电极;2-外电极外电极;3-绝缘套绝缘套;4-小孔小孔电容量的变化为：电容量的变化为：(3-53)(3-51)(3-52)(0)值越大，仪表越灵敏。值越大，仪表越灵敏。D与与d越接近，即两极间距离越小，仪表灵敏度越高。越接近，即两极间距离越小，仪表灵敏度越高。dD3.3.料位的检测料位的检测（1 1）非导电固体料位）非导电固体料位 内电极内电极不锈钢金属棒；不锈钢金属棒；外电极外电极金属容器壁。金属容器壁。固体介质介电系数；固体介质介电系数；D容器内径
13、；容器内径；d-电极的外径。电极的外径。图图3-45(3-54)（2 2）导电固体料位）导电固体料位 内电极加绝缘套管，内电极加绝缘套管，原理同导电液位原理同导电液位。同理：同理：可测导电和非导电及两介电常数不同的非可测导电和非导电及两介电常数不同的非导电液体界导电液体界位位。a.a.物位升高后再回落时物位升高后再回落时,电极可能会有挂料电极可能会有挂料,导致导致 电容值加大电容值加大,导电液体情况会更严重导电液体情况会更严重,产生很大产生很大 误差。误差。不适用于粘滞性介质。不适用于粘滞性介质。b.b.电极与电路之间的连接电缆相当一较大电容电极与电路之间的连接电缆相当一较大电容,且且 随温度
14、变化随温度变化,尤其在物料介电常数较小、信号较尤其在物料介电常数较小、信号较 弱的场合弱的场合,误差将很大。误差将很大。电容式物位传感器测量物位时存在的问题：电容式物位传感器测量物位时存在的问题：2023/1/24第四节第四节 物位测量及变送物位测量及变送一、概述一、概述二、差压式液位变送器二、差压式液位变送器三、电容式物位传感器三、电容式物位传感器四、核辐射物位计四、核辐射物位计七、称重式液罐计量仪七、称重式液罐计量仪四、核辐射物位计四、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。射线的透射强度随着通过介质层厚度的增加而减弱。入射强度为入射强度为I0的放射源，随的放射源，随介质
15、厚度增加其介质厚度增加其强度层指数规律衰减强度层指数规律衰减，其关系为：，其关系为：图图3-46 核辐射物位计核辐射物位计示意图示意图 1-辐射源辐射源;2-接受器接受器该方法的特点：该方法的特点：(1)可以完全不接触被测物质，适用于高温、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；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。可以测量高温融熔金属的液位。可在高温、烟雾、尘埃、可在高温、烟雾、尘埃、强光及强电磁场等环境下工作强光及强电磁场等环境下工作.(3)由于放
16、射线对人体有害，它的剂量要严格控制，使用范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围受到一些限制2023/1/24第四节第四节 物位测量及变送物位测量及变送一、概述一、概述二、差压式液位变送器二、差压式液位变送器三、电容式物位传感器三、电容式物位传感器四、核辐射物位计四、核辐射物位计七、称重式液罐计量仪七、称重式液罐计量仪七、称重式液罐计量仪七、称重式液罐计量仪原理：力矩平衡原理：力矩平衡 杠杆平衡时，有：杠杆平衡时，有：M：砝码质量；：砝码质量；g：重力加速度；：重力加速度；L1，L2：杠杆臂长；：杠杆臂长；A1：纹波管有效面积。：纹波管有效面积。代入式代入式(3-64)，就有：，就有：图图3-51(3-57)由于：由于：(3-58)：被测介质密度；：被测介质密度；K：仪表常数。：仪表常数。如果液罐是均匀截面，其截面积为如果液罐是均匀截面，其截面积为A，于是液罐内总，于是液罐内总的液体储量的液体储量M0为：为：即：即：将式将式(3-67)代入式代入式(3-65)，得：，得：(3-59)(3-60)(3-61)如果液罐的横截面积如果液罐的横截面积A为常数，则可得：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。很高的精度和灵敏度。