77物位检测技术

1温度检测技术2压力检测技术3物位检测技术4流量检测技术（一）浮力式液位测量（二）静压式液位测量（三）电容式液位测量（四）超声波物位测量（五）微波物位测量（六）光纤式液位测量重点分类：①基本概念•物位测量：的测量统称为物位测量。•物位计:液位、料位界位、测量物位的仪表统称为物位计。②液位测量的工艺特点：•液面——静态时表面规则，物料进出时，会有波浪，以及沸腾、起泡现象；•大型容器中：液体的各处温度、密度、黏度等物理量不均匀现象。•容器中常会有高温高压，液体黏度很大，或含有大量杂质悬浮物等。③料位测量的工艺特点：•物料自然堆积，表面不平；存在“挂臂”现象；•料内存在大大小小的空隙，影响储量计算，受震动、压力、温度等影响。④界面测量中工艺特点：•界面位置不明显，存在浑浊的工作段。特殊需要进行特殊设计3.1浮力式液位测量（1）恒浮力法液位测量（2）变浮力式液位测量基于浮力原理：恒浮力法：利用漂浮于液面上的浮子升降位移反映液位的变化变浮力法：利用浮子浮力随液位浸没高度而变化3.1.1测量原理（1）浮力式液位测量——恒浮力法液位测量GFW（1）浮力式液位测量——恒浮力法液位测量GFW工作过程：当液位H↑时:浮子被浸没的体积↑Ｆ↑Ｗ－Ｆ＜Ｇ平衡关系破坏浮子上移被浸没的体积↓Ｆ↓重新平衡浮子停留在新的液位高度上；反之亦然。说明：因W和G为常数，故当浮子停留在任何高度的液面上时，F为常数，故称为恒浮力法。本质：将浮子液位的变化转化为机械位移的变化。（1）浮力式液位测量——恒浮力法液位测量TH（2）浮力式液位测量——变浮力法液位测量gAHWcxc——弹性刚度系数，N/m；x——弹簧压缩位移，m；A——浮筒的截面积，m2；H——浮筒被液体浸没的高度,m，ρ——被测液体的密度，kg/m3;g——重力加速度，m./s2。悬挂当液位不变时，设浸没的高度为H)(xxcHKHgAcgAx（2）浮力式液位测量——变浮力法液位测量当液位变化时，浮筒被浸没的高度为gxHHAW)(gAHWcxH+△H-△x液位变化力的变化机械位移位移传感器电信号xgAcH)1(目的：测出较小的Δx，得到较大的液位变化ΔH：3.1.2恒浮力式液位测量(1)浮球式液位计(2)磁浮子式液位计21)(GllFW(1)浮球式液位计容器体积限制（1）浮球式液位计①测量范围受到旋转角的限制（小于35º）。②内浮式：适用于温度、黏度较高、压力不太高。③外浮式：不适用黏稠或易结晶、易凝固的液体。结论：相反特点密闭性不同（1）浮球式液位计结构容器中自上而下的插入下端封闭的不锈钢管；管内有条形绝缘板2；板上有紧密排列的舌簧管3和电阻4；外套一可上下滑动的佛珠型浮子5，内嵌环型永久磁铁（NS）;磁力线沿管内的舌簧管闭合。处于浮子中央的舌簧管吸合导通。测量AB或AC电阻，转换成标准电流信号，与液位相对应；或者在CB间加恒定电压，A端相等于滑线电阻的滑点，得到电压与液位的对应信号。（2）磁浮子式液位计——磁浮子舌簧管液位变送器特点：①管和浮子——非磁性材料（不锈钢、铝、铜和塑料）、结构简单。②可靠性舌簧管的质量（两个舌簧管吸合）。③液位信号的连续性差（舌簧管尺寸所限，总数和排列密度不能太大）。④量程有限（６ｍ运输和安装)。不锈钢管绝缘板舌簧管电阻浮子永久磁铁滑动佛珠吸合非磁性（2）磁浮子式液位计——磁浮子舌簧管液位变送器RAC或RAB标准电流信号)()(HgRfICB间加恒定电压A：滑线电阻的滑点（2）磁浮子式液位计——磁浮子舌簧管液位变送器特点①结构简单②管和浮子——非磁性材料（不锈钢、铝、铜、塑料）。③可靠性舌簧管的质量（两个舌簧管吸合）④液位信号的连续性差（舌簧管尺寸所限，总数和排列密度不能太大）。⑤量程有限（６ｍ运输和安装)。（2）磁浮子式液位计——磁浮子舌簧管液位变送器仪表安装方式（2）磁浮子式液位计——磁浮子舌簧管液位变送器一种磁敏开关。两个触点由特殊材料制成，被封装在真空的玻璃管里。只要用磁铁接近它，干簧管两个节点就会吸合在一起，使电路导通。干簧管指标：开关寿命高达10亿次(好的)接触阻抗：60mΩ（2）浮力式液位测量——位式磁浮子液位变送器报警电路位控电路限位挡环磁翻板液位计•安装形式：自被测容器接出不锈钢管，管内有带磁铁的浮子，管外设置一排轻而薄的翻板，每个翻板都有水平轴，可灵活转动。•翻板颜色：一面涂红色，另一面涂白色，翻板上还附有小磁铁，小磁铁彼此吸引，使翻板总保持红色朝外或白色朝外。•当浮子在近旁经过时，浮子上的磁铁就会迫使翻板转向，以致液面下方的红色朝外，上方的白色朝外，观察起来和彩色柱效果相同，每块翻板高约10ｍｍ。•上下限报警功能，可在磁翻板或磁滚柱的不锈钢管旁附加舌簧管，但应有自保持作用，磁浮子越限以后要保持报警状态直到液位恢复正常为止。（2）磁浮子式液位计——磁翻板、磁滚柱（2）磁浮子式液位计——磁翻板NS小磁针容器外红色白色10ｍｍ水平轴轻、薄（一）浮力式液位测量——指示型磁浮子液位计防漏防磁指示型远传型密封壳体保护附近不可有强磁场舌簧管3.2静压式液位测量（1）压力式液位计（2）差压式液位计根据流体静力学原理：通过测得容器内液柱高度产生的静压实现液位测量。说明：①凡是能测量压力或差压的仪表，只要量程合适均可用于液位测量；②直接求得容器内所储存液体的质量：M=Δｐ*SΔｐ＝ｐＢ－ｐＡ＝Ｈρｇ3.2静压式液位测量3.2.1测量原理3.2.2压力式液位计（1）测压仪表测量注意：①测压基准点与最低液位一致②(a)适合黏度较小、洁净液体的液位测量Δｐ＝ｐＢ－ｐＡ＝Ｈρｇ敞口容器①当ｐ２≤０.528ｐ1，气源流量恒定不变；吹气流量约为20L/h②当液位↑↓时液封的压力↑↓从导管下端逸出的气量↓↑3.2.2压力式液位计（1）用吹气法测量敞口容器压缩空气特点：测量有腐蚀性、高黏度或含有悬浮颗粒液体的液位经验：根据液位计长期运行经验表明，吹气量选大一些为好，这有利于吹气管防堵、防止液体反充、克服微小泄漏所造成的影响及提高灵敏度等。但是随着吹气量的增加，气源耗气量也增加，吹气管的压降会成比例增加，增大了造成泄漏的可能性。所以吹气量的选择要兼顾各种因素，并非越大越好。3.2.2差压式液位计特点：底部压力顶部压力液位高度液体密度差压仪表的安装位置Δｐ＝ｐＢ－ｐＡ＝Ｈρｇ密闭容器零点迁移指示偏差零点迁移：通过调节结构，液面高度为零时，即便受附加静压差，输出仍为“零”。三种情况:无迁移、负迁移和正迁移（a）无迁移。差压变送器正、负压室分别与容器下部和上部的取压点相连通，并保证正压室与零液位等高。差压变送器作用——将输入差压4~20mA：Ｈ＝０ΔP＝０Ｉ＝４ｍＡ;Ｈ＝ＨmaxΔP=ΔPmaxＩ＝２０ｍＡ3.2.2差压式液位计(1)零点迁移问题P＋＝P０＋Ｈρ１ｇΔｐ＝ｐ＋－ｐ－＝Ｈρ１gP-＝P０（b）负迁移目的：•负压室压力恒定液柱高度恒定：(如，容器上方的气体可凝，如水蒸气，或被测介质有腐蚀性）；•防腐（引压管）3.2.2差压式液位计(1)零点迁移问题方法：差压变送器正、负室与取压点之间分别装有隔离罐，并充以隔离液（b）负迁移ｐ＋＝ｈ１ρ２ｇ＋Ｈρ１ｇ＋ｐ０ｐ－＝ｈ２ρ２ｇ＋ｐ０Δｐ＝ｐ＋－ｐ－＝Ｈρ1ｇ＋ｈ1ρ2ｇ－ｈ2ρ2ｇ＝Ｈρ1ｇ－Ｂ3.2.2差压式液位计(1)零点迁移问题Ｂ＝(h2-h1)ρ2g当Ｈ＝０时△P＝－Β＜０Ｉ＜4ｍＡ调节变送器上的迁移机构，实现△P＝－ＢH=0Ｉ＝4ｍＡ当Ｈ＝Ｈmax时△P＝Ｈmaxρ1ｇ－ＢＩ＝20ｍＡ说明:调整的压差Δｐ是作用于负压室且附加静压0负迁移！（b）负迁移3.2.2差压式液位计(1)零点迁移问题Ｂ＝(h2-h1)ρg△P=Hρ1g－Ｂ原因：实际安时，差变难于保证与零液位处在同一水平面上。假设：①负压室引压管充满气体②忽略气体产生的静压力则差变正、负压室压力为（c）正迁移3.2.2差压式液位计(1)零点迁移问题充满气体P＋＝Hρ１g＋hρ１g＋P０P－＝P０Δｐ＝ｐ＋－ｐ－＝Ｈρ1ｇ＋ｈρ1ｇ＝Ｈρ1ｇ＋ＣΔｐ＝Ｈρ1ｇ＋Ｃ当Ｈ=０时ΔP＝C０Ｉ４ｍＡ调节迁移机构:①当ΔP＝C时Ｈ＝0Ｉ＝４ｍＡ。②当Ｈ＝Ｈmax时ΔP＝Ｈmaxρ1ｇ+CI=20mA说明:调整的压差Δｐ是作用于正压室且附加静压0正迁移！（c）正迁移3.2.2差压式液位计(1)零点迁移问题Ｃ=hρ1g例：如图所示，用差压变送器检测液位.已知ρ１＝1200kg/m3，ρ2＝950kg/m3，ｈ1＝1.0ｍ，ｈ2＝5.0ｍ，液位变化的范围为0~3.0ｍ。如果当地重力加速度ｇ=9.8ｍ/s２，求差压变送器的量程和迁移量。解:当液位在０~3.0ｍ变化时，差压的变化量为•选差变的量程为40KPa。•当Ｈ＝０•进行负迁移:负迁移量为37.24KPa•迁移后：37.24~2.76KPa•若选用DDZⅢ型仪表I=4mA时，表示Ｈ=0；I=20mA时，Ｈ＝40*3/35.28=3.4m•要求Ｈ=3.0ｍ，差变输出满刻度（20ｍＡ）负迁移后再进行量程调节Δp＝-37.24+35.28=-1.96KPaI=20mA重要说明①使被测液位H=0时，尽管压差Δｐ存在，变送器的输出为起始值４ｍＡ，零点迁移。②正、负迁移的实质是通过调整迁移机构改变差压变送器的零点！③仅改变了变送器测量范围的上、下限，量程大小不会改变！3.3电容式液位测量电容式物位计3.3.1导电液体液位计测量原理：利用电容传感器两电极的覆盖面积随被测液体液位的变化而变化，从而引起电容量变化的关系进行液位测量。圆柱形电容器HSC，即H=f(C)电极1——不锈钢榜（定片）电极2——被测导电液体（动片）当液位Ｈ=０时，不锈钢棒与容器间存在分布电容，电容量Ｃ为式中ε0′—聚四氟乙烯套管、容器内气体的等效介电常数，F/m;Ｌ—液位测量范围（可变电容器两电极的最大覆盖长度），ｍ；Ｄ0—容器内径，ｍ；ｄ—不锈钢棒直径，ｍ。3.3.1导电液体液位计•当液位高度为Ｈ时，电容器的电容量Ｃ为ε—聚四氟乙烯的介电常数，Ｆ／ｍ；Ｄ—聚四氟乙烯套管外径，ｍ。3.3.1导电液体液位计电容变化量ΔＣ为3.3.1导电液体液位计D0D，且ε＞ε0′CdDH2ln使用注意事项①适用于电导率不小于10-2S/m的液体；②被测液体黏度不能大，防止形成虚假液位；③底部约有10ｍｍ的非测量区3.3.1导电液体液位计3.4超声波物位测量3.4.1测量原理3.4.2测量方法3.4.3气介式超声液位计举例超声液位计物位测量:利用超声波在介质中传播时的声学特性，如声速、声衰减和声阻抗等的变化，实现对物位的测量。3.4.1测量原理光波反射透射折射性质类似超声波两种不同介质的分界面超声波的基础知识：概念：超声波是机械波的一种，是一种弹性波，是机械振动在物质中的传播过程。物质：气体、液体、固体频率：20KHz例如：•日常生活中的两个金属片的碰撞；•管道上小孔得漏气；•许多动物的喊叫声：海豚、老鼠、河豚超声波的基础知识：①周期：T=1/f；取决于生源；②波长：λ=C*T;C——声速，取决于介质性质；举例：•F=50Hz,T=0.02S,λ=6.8mm(C=340m/s);•F=1MHz,T=1μS,λ=1.5mm(C=1500m/s,常温水);③声速：超声波在物质中的传播速度钢：C=5.95*103m/s;水：C=1557-0.0245(74-t2)，t为℃；T=0℃时，C=1423m/s;T=30℃，C=1509m/s;6%空气：C=331.4(1+t/273)0.5,除此之外，还受湿度、成分的影响。T=0℃时，C=331.4m/s;T=30℃，C=349.1m/s;5.35%超声波的基础知识：④声波在界面上的折射：类似于光的折射α1=α2=α⑤介质的阻抗特性:Z=ρC；ρ——密度；c——速度；⑥在垂直于界面入射时，声强反射系数：⑦在垂直于界面入射时，声强透射系数：钢：Z=78