物位的测量学习.pptx

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1、7.1.物位检测的定义及物位检测仪表的分类一、物位的定义1.物位 指设备和容器中液体或固体物料表面位置。对应不同性质的物料又有以下定义：液位 指设备和容器中液体介质表面的高低料位 指设备和容器中所储存的块状、颗粒状或粉末状固体物料的堆积高度。界位 指相界面位置。(液-液、液-固)分界面不够清楚，有浑浊段物位是液位、料位、界位的总称。2.物位检测仪表 对物位进行测量、指示和控制的仪表，称物位检测仪表。第1页/共56页二、物位测量的工艺特点和主要问题1.液位测量的工艺特点 液面是一个规则的表面，但当物料流进、流出时，会有波浪，或者在生产过程中出现沸腾或起泡沫的现象。大型容器中常会出现液体各处温度、

2、密度和粘度等物理量不均匀的现象。容器中常会有高温、高压，或液体粘度很大，或含有大量杂质、悬浮物等。第2页/共56页2.料位测量的工艺特点物料自然堆积时，有堆积倾斜角，因此料面是不平的,难以确定料位高度。物料进出时，又存在着滞留区（由于容器结构而使不易流动的死角处，叫做滞留区），影响到物位最低位置的测准。储仓或料斗中，物料内部可能存在大的孔隙，或粉料之中存在小的间隙，前者影响对物料储量的计算，而后者则在振动或压力、湿度变化时物位也随之变化。3.界位测量中最常见的问题是界面位置不明显，浑浊段的存在也影响测准。第3页/共56页三、物位检测仪表的分类被测对象、检测条件或环境各不相同，故方法很多，以满足

3、不同的需要按测量方式：连续测量 和 定点测量（物位开关）按工作原理：直读式 采用侧壁开窗口或旁通管方式，直接显示容器中的物位高度。主要用于液位检测和压力较低的场合静压式 基于静力学原理 液位，有压力式、吹气式和差压式浮力式 基于阿基米德定律 液位，有浮筒式和浮子式液位计机械式 通过机械力测量 有重锤式、音叉式电气式 通过敏感元件其他方法 如声学式、射线式、光纤式等第4页/共56页7.2 直读式液位计直读式液位计是一种简单而常用的液位测量仪表。其中最简单的就是直接用直尺插入介质中来测量液位，另外就是用玻璃液位计进行测量。第5页/共56页7.2 直读式液位计 玻璃液位计的工作原理：按照连通器液柱静

4、压平衡的原理工作的。优点：结构简单、价格便宜，一般用在温度及压力不太高的场合就地指示液位的高低。缺点：不能测量深色或粘稠的介质的液位，另外玻璃易碎，且信号不能远传和自动记录。第6页/共56页当用玻璃液位计进行精确测量时应注意：Z 应使容器和仪器中的介质具有相同的温度，以免因密度不同而引起示值误差。Z 玻璃液位计管径不宜太小，以免因毛细现象而引起示值误差。Z 应尽量减小连通管上的流动阻力，以减小液位快速变化时产生的动态误差。Z 为了改善仪表的动态性能，也不能把连通管上的阀门省掉。当玻璃管一旦发生损坏时，可利用连通管上的阀门进行切断，以免事故扩大。第7页/共56页7.3 静压式液位计如图所示，根据

5、流体静力学原理可得A、B两点之间的压力差为ppBpAgH 静压式液位计是根据液柱静压与液柱高度成正比的原理来实现的。取压点（零液位）取压点（零液位）第8页/共56页7.3.1 压力计式液位计压力计式液位计是根据测压仪表测量液位的原理制成的，用来测量敞口容器中的液位高度。测压仪表导压管第9页/共56页压力计式液位计的特点：优点优点：比较简单，而且测量范围不受限制，信号可以远传。缺点缺点：精度受到压力表精度的限制，而且只适用于敞口容器的测量，当液体密度发生变化时，会引入一定的误差。如果被测介质具有腐蚀性，应在仪表与被测液体之间加装隔离罐。但是应注意隔离液与被测液体之间不能发生互溶现象。第10页/共

6、56页7.3.2 差压式液位计为消除密闭容器中气相压力的影响，需采用差压式液位计。第11页/共56页7.3.3 法兰式压力变送器的应用法 兰第12页/共56页7.3.3 法兰式压力变送器的应用平法兰测量头插入式法兰测量头毛细管变送器第13页/共56页法兰式差压变送器适宜于：测量腐蚀性、结晶性、粘稠性和含有悬浮物的液体的液位和界位测量。法兰式差压变送器缺点：比普通的差压变送器贵，而且有的毛细管内的充灌液很容易渗漏掉。反应比普通的差压变送器迟缓，特别是天冷的时候，仪表的灵敏度更低。法兰式液位计的测量范围还受毛细管长度的限制。第14页/共56页7.3.4 静压式液位计的零点迁移 无论是压力检测法还是

7、差压检测法都要求取压口（零液位）与压力（差压）检测仪表的入口在同一水平高度上，否则就会产生附加静压误差。1.无迁移 无迁移液位测量系统1容器 2变送器 3液位零面第15页/共56页差压变送器在液位基准面下方h处，这时，作用在差压变送器正、负压室的压力分别为 p1g(H+h)+p0 p2p0差压变送器的差压输入为pp1p2g(H+h)H=0时，p=gh0 2.正迁移第16页/共56页 3.负迁移 如图所示的液位测量系统，气相导压管中充满的不是气体而是冷凝水（其密度与容器中的水的密度近似相等）。p p1p2g(HH0)H=0时，p=g H00第17页/共56页7.3.5 静压式液位计的特点 差压式

8、仪表的性能稳定、精度高，是应用最广泛的一种仪表。利用差压式液位计测量液位具有如下特点：检测元件不占容器空间，而只需在容器侧壁上开两个引压孔。检测元件无可动部件，安装方便，使用可靠。采用法兰式结构还可以解决黏度大、易结晶、有悬浮物的介质液位的测量。在冬季使用时，须采用保温措施，以防止隔离罐、导压管及仪表内的液体冻结，影响正常的测量。第18页/共56页7.4 浮力式液位计 工作原理：基于液体浮力原理而工作的。浮力式液位计分为浮子式和浮筒式液位计两种。优点：不容易受到外界环境的影响；浮子或浮筒直接受浮力推动，比较直观、可靠，结构简单、维修方便等。缺点：由于具有可动部件，故容易受摩擦而影响它的灵敏度和

9、增大误差，而且可动部件易被污垢、锈蚀卡死而影响可靠性。另外，由于浮筒或浮子要垂直或横伸于容器中，故所占空间较大。第19页/共56页7.4.1 浮子式液位计浮子式液位计中的浮子始终漂浮在液面上，其所受浮力为恒定值。第20页/共56页原理原理 其平衡关系为：其平衡关系为：W W 浮子所受的重力浮子所受的重力；F F浮子所受的浮力；浮子所受的浮力；G G平衡重物的重力平衡重物的重力 图图1 1 恒浮力液位测量原理图恒浮力液位测量原理图1.钢丝绳（或钢带）式浮子液位计第21页/共56页密闭容器中用浮子液位计测量液位示意图：磁铁铁心第22页/共56页 杠杆浮球式液位计分为内浮式和外浮式。使用时若有沉淀物

10、或凝结物附在浮球上，要重新调整平衡锤的位置，校正零位。这类仪表变化灵活，容易适应介质的温度、压力、粘度等条件。但受机械杠杆长度的限制，测量范围较小。2.杠杆浮球式液位计第23页/共56页 翻板由极薄的导磁金属制成，每片宽10mm，垂直排列，并各自能绕框架上的小轴旋转。翻板的一面涂有红漆，另一面涂银灰漆。3.翻板式液位计第24页/共56页翻板式液位计工作原理动画演示第25页/共56页7.4.2 浮筒式液位计 浮筒式液位计的检测元件是浸没于液体中的浮筒。浮筒所受浮力随位移发生变化。这种液位计主要由变送器和显示仪表两部分组成。浮筒的长度就是仪表的量程，一般为3002000mm。第26页/共56页 测

11、量原理：将一截面相同、测量原理：将一截面相同、重力为重力为G G的圆筒形金属浮筒的圆筒形金属浮筒悬挂在弹簧上，其中浮筒悬挂在弹簧上，其中浮筒的一部分被液体浸没，此的一部分被液体浸没，此时浮筒所受的作用力有三时浮筒所受的作用力有三个：个：浮筒本身的重力；浮筒本身的重力；弹簧的弹力；弹簧的弹力；浮力。浮力。在浮筒平衡时有：在浮筒平衡时有：1.带有差动变压器的浮筒式液位计 第27页/共56页当液体变化时，由于浮筒所受的浮力发生变化，则浮筒当液体变化时，由于浮筒所受的浮力发生变化，则浮筒的位置也要发生变化。如液位上升的位置也要发生变化。如液位上升 H H，则浮筒要上移，则浮筒要上移x x。液位变化时有

12、：液位变化时有：得：得：可见：浮筒产生的位移可见：浮筒产生的位移 x x与液位变化与液位变化 H H成比例。成比例。指出：如果在浮筒的连杆上安装一铁芯，则差动变速指出：如果在浮筒的连杆上安装一铁芯，则差动变速器便可输出相应的电信号，从而测量出相应的液位高低。器便可输出相应的电信号，从而测量出相应的液位高低。第28页/共56页 2.浮筒式液位计的校验 （1）挂重法（又称干法）挂重法校验浮筒式液位计，是将浮筒取下后，加上与各校验点对应的某一砝码重力来校验的。第29页/共56页例7-1 设一浮筒式液位计中浮筒的重力G114.41N，挂链重力G20.46N，浮筒的外径D13mm，浮筒的长度L4600m

13、m，液相介质的密度1=0.85g/cm3，气相介质的密度2=0.00165g/cm3，用挂重法校验时所用托盘重力G32.59N，现求：当校验点为全量程的0%、50%、100%时，应分别加多重的砝码？解：当液位为50%时，浮筒所受浮力F50为所以，应加砝码重力为W50G1G2G3F5014.410.462.542.599.74N第30页/共56页（2）水校法（又称湿法）这是现场常用的方法。当被测介质是水时，可直接用水校验，若不是水，也可通过换算用水代校。浮筒的指示重力（即浮筒重力与所受浮力的差值）相同，指示值相同。用水代校时浮筒应被水浸没的相应长度为在校验满量程时，浮筒应被水浸没的长度为第31页

14、/共56页例7-2 已知浮筒的长度为300mm，水的密度为1.0 g/cm3，被测液体的密度为0.82 g/cm3，如何用水校法进行校验？解：用水代校时，浮筒应被水浸没的最大长度为校验时再将246分为五等分，调整液位计使相应输出为全量程的20%、40%、60%、80%、100%即可。第32页/共56页 适用范围：适用于测量范围在200mm以内，密度在0.51.5g/cm3的液体液面连续测量 测量范围在1200mm以内，密度差为0.10.5g/cm3的液体界面的连续测量。真空对象、易汽化的液体宜选用浮筒式仪表。第33页/共56页7.5 电容式物位计 电容物位计：将物位的变化转换成电容量的变化来进

15、行物位测量的仪表。组成：传感器、电容检测两大部分。电容式物位计适用于各种导电、非导电液体的液位或粉状料位的远距离连续测量和指示。第34页/共56页电容器 任何两种导电材料做成的平行平板、同轴圆筒等，中间隔以不导电的介质，就组成了电容器。由同轴圆筒电极组成的电容器的电容量为：电容式物位计视用途不同，归纳起来可以分为导电液体、非导电液体和固体物料三种。第35页/共56页7.5.1 导电介质用电容式物位计D与d的值越接近，则仪表的灵敏度越高。第36页/共56页7.5.2 非导电介质用电容式物位计第37页/共56页7.5.3 固体物料用电容式物位计如果容器为圆筒形，电容变化量为第38页/共56页 导电

16、式液位计是利用某些液体的导电特性制成的。7.6 导电式液位计导电式液位计在日常工作和生活中应用很广泛，它在抽水及储水设备、工业水箱及汽车水箱等方面均被采用。第39页/共56页7.7 超声波式物位计超声波是一种机械振动波，一般是指频率高于20KHz以上的机械振动，这种振动以波动的形式在介质中的传播过程。根据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40页/共56页7.7.1 超声波的特性纵波：质点振动方向与传播方向一致的波。它能在固体、液体和气体中传播。横波：质点振动方向与传播方向相垂直的波。它只能在固体中传播。表面波：质点的振动介于纵波和横波之间，沿着表

17、面传播，振幅随着深度的增加而迅速衰减。它只能在固体的表面传播。1.超声波的分类第41页/共56页 超声波可以在气体、液体及固体中传播，传播速度取决于介质的弹性常数及介质的密度，而且还与介质所处的状态有关。例如在常温下空气中的声速约为334m/s，在水中的声速约为1440m/s，在钢铁中的声速约为5000m/s。声波在介质中传播时会被吸收而衰减，气体吸收最强而衰减最大，液体其次，固体吸收最小而衰减最小。2.超声波的传播速度第42页/共56页7.7.2 超声波物位计的特点及其分类 1.定点式超声波物位计 常用的定点式超声波物位计有声阻尼式、液介穿透式和气介穿透式三种。超声换能器控制器检测探头第43

18、页/共56页 2.2.连续式超声波物位计（1 1）液体介质超声波液位计原理：以被测介质为导声介质，利用回声测距的方法来测量液面高度。超声换能器优点：适用于测量如油罐、液化石油气罐之类容器中液体的液位，安装使用方便、可多点检测、精确度高。缺点：当被测介质温度、成分经常变动时，由于声速随之变化，测量误差较大。第44页/共56页工作原理：利用超声波反射时间差法可以检测液液相界面位置。（2）超声波界位计 第45页/共56页3.超声波物位计的特点 超声波物位计的优点：可以定点和连续测量，能很方便地提供遥测或遥控所需要的信号；测量装置不需要防护；超声波测量技术可选用气体、液体或固体作为传声媒质，有较大的适

19、应性；没有可动部件，安装维护较方便；超声波不受光线、粘度的影响等；超声波物位计可以做到非接触测量，可测范围广；超声波换能器寿命长。第46页/共56页 超声波物位计的缺点：M 换能器本身不能承受高温；M 声速受到介质的温度、压力等影响；M 电路复杂、造价较高；M 超声波物位计不能测量有气泡和悬浮物的液位，被测液面有很大波浪时，在测量上会引起超声波反射混乱，产生测量误差。第47页/共56页7.7.3 声速校正的方法 校正具是在传声介质中相隔固定距离（S0）安装一个超声探头（校正探头）和反射板组成的测量装置。探头反射板第48页/共56页7.8 核辐射式物位计 核辐射：放射性同位素的原子核在核衰变中放

20、出各种带有一定能量的粒子或射线的现象。核辐射放射出的射线有、三种射线。射线与射线和射线相比受物质的吸收较小，能穿过几十厘米厚的钢板或其他固体物质，所以射线在物位检测中的应用较多。第49页/共56页 不同的介质吸收射线的能力是不同的，固体吸收能力最强，液体次之，气体最弱。当射线穿过物质时，会被物质的原子散射和吸收而损失掉一部分能量。射线在穿过物质层后，其能量强度随物质层的厚度呈指数规律衰减，可表示为7.8.1 核辐射式物位计的工作原理与特点第50页/共56页 核辐射物位计组成：放射源、接收器和显示仪表。核辐射物位计原理框图 第51页/共56页7.8.2 利用核辐射式物位计测量物位的方法 a)定点

21、测量法。第52页/共56页 b）自动跟踪法。c)透过式测量法。第53页/共56页 在使用工业核仪表时，应该注意以下几点：接收器一般在5060就不能正常工作，因此在高温环境下，必须进行冷却。对放射源必须采取严格的防护措施，遵守安全操作规程，确保人身安全。仪表到货后应单独妥善保管，不得与易燃、易爆、腐蚀性等物品放在一起。安装地点除从工艺核仪表要求考虑外，尽量置于其他人员很少接近的地方，并设置有关标志，安装地点应远离人行过道。7.8.3 核辐射式物位计的使用与防护第54页/共56页安装时，应先安装有关机械部件和探测器并初步调校正常，然后再安装放射源，安装时应将放射源容器关闭，使用时再打开。检修时应关闭放射源容器，需要带源检修时，应事先制定操作步骤，动作准确迅速，尽量缩短时间，防止不必要的照射。放射源半衰期以后，需要更换，否则会影响测量精度，更换放射源时，一般请仪表制造厂家或专业单位进行，有条件的单位也可自行更换。废旧放射源的处置，应与当地卫生防护部门联系，交由专门的放射性废物处理单位处理，用户不得将其作一般废旧物资处理，更不能随意乱丢。第55页/共56页感谢您的观看！第56页/共56页