物位测量仪表

课题：物位测量仪表和仪表选用一、课题：物位测量仪表和仪表选用二、教学目的：通过物位测量仪表和仪表选用课程的学习，使大家了解目前测量物位仪表的种类及特点。对于常用用差压变送器测量容器液位，熟悉液位测量的原理及计算方法。初步了解物位仪表在选型时所注意的要点。三、教学重点：1、各种物位仪表工作原理及特点介绍；2、差压变送器测量容器液位工作原理及计算。四、教学难点：1、物位仪表选用所遵循的要点。五、布置作业：1、用差压变送器测量容器液位计算。如图所示，通过双法兰差压变送器测量容器液位，已知P0=3.0MPa,ρ液=900kg/m3,ρ硅=930kg/m3,h1=1m,h2=2.5m,H=1m求差压变送器的量程和迁移量.解：差压液位计的量程△P△P=Hρ液g=1*900*9.8=8820Pa当液位最低时,正压室受力为:P+=P0+ρ硅h1g=3*1000000+1*930*9.8=9114+3*1000000负压室所受压力:P-=P0+h2ρ硅g=3*1000000+2.5*930*9.8=22785+3*1000000于是迁移量:P=P+-P-=-13671Pa,因P+P-故为负迁移仪表的测量范围为-13671-----(-13671+8820)=-4851Pa2、在选用物位测量仪表时，应注意对测量要求的要点有哪些？答：1、要根据测量范围，需要的精度及测量功能来选择。2、测量仪表面对的环境，如石油化工的工业环境，有可燃（有毒）和爆炸危险气氛的存在，高的环境温度等。3、被测介质的物理化学性质和状态，如强酸，强碱，粘稠，易凝固结晶和气化等工况。4、操作条件的变化，如介质温度，压力，浓度的变化。还有时考虑到从开车到参数达到正常生产时，气相和液相浓度和密度的变化。5、被测对象容器的结构、形状，尺寸，容器内的设备附件及各种进出料管口都要考虑，如塔、溶液槽、反应器、锅炉汽包、立罐、球罐等6、其他要求，如环保及卫生等要求。六、板书设计：提纲式第一节：概述一、物位测量的概念二、物位测量仪表的分类第二节浮力式液位计一、恒浮力液位计二、变浮力式液位计第三节直读式液位计第四节静压式液位计第五节其他物位测量仪表一、电式液位计二、辐射式液位计三、超声波液位计四、雷达物位计第六节物位测量方法的选择一、测量要求二、测量方法的选择七、教学方法：课件教学教具：电脑、投影仪十一、参考教材：仪表维修工培训教材附：教学内容物位测量仪表及选用第一节：概述在化工生产中，对某些设备内的物位进行测量和调节也是十分重要的。它能为正常生产和质量管理以及经济核算，提高经济效益提供可靠的依据。在连续生产过程中，维持某些设备内的稳定（如锅炉、蒸发器、吸收塔)等,对保证生产安全、优质、高产等也是必不可少的。一、物位测量的概念我们把存在于罐、塔、槽以及自然界中的江、湖、水库等中的液体或水积存的相对高度或表面位置叫做液位；把存在于料斗、罐、储仓，堆场等处的固体块、颗粒、粉料等堆积的相对高度或表面位叫做料位；把在同一容器中，两种密度不同且互不相溶的液体之间或液体和固体之间的分界面（亦称相界面）位置叫做界位。上述液位、料位、界位总称为物位。用来对物位进行测量、报警和自动调节的自动化仪表称物位测量仪表。二、物位测量仪表的分类按工作原理分，物位测量仪表可分成直读式（包括玻管式、玻板式两类，而玻板式又可分为透光式和折光式两种），浮力式（包括恒浮力式，变浮力式两类，而恒浮力式又可分为浮标式与浮球式，其中浮球式还可分为内浮式和外浮式）、静压式（包括压力式和差压式）、电磁式（包括电阻式、电容式、电感应式等）、声波式、核辐射式等。第二节：浮力式液位计浮力式液位计分为恒浮力式液位计和变浮力式液位计，以飘浮在液面上的浮子（浮标）将跟随液位的变化而产生位移来测量液位制成的仪表为恒浮力式液位计。未完全浸沉于液体中的浮筒（沉筒）所受的浮力将随液位的变化来进行液位测量的而标志的仪表称变浮力式液位计。浮力式或浮筒是这类仪表的敏感元件，它能将液位的变化转换成位移或力的变化，然后通过机械或电气或其它形式将液位的变化进行就地或远传显示，以实现对液位的测量。浮力式液位计的主要特点是结构简单，工作可靠，不易受外界环境的影响，维修也较简便。一、恒浮力液位计恒浮力式液位计是利用浮子本身的重力和所受的浮力均为定值，浮子始终漂浮在液面上，并跟随液面的变化而变化来进行测量液位的。常见的浮子式液位计可分为带有钢丝绳（或钢带）的浮子式液位计、杠杆带浮子式液位计和依靠浮子电磁性能传递的液伴计（如：磁翻板式液位计）。浮子法：该方法采用浮子作为液位测量元件，并驱动编码盘或编码带等显示装置，或连接电子变送器以便远距离传输测量信号。浮球法：该方法利用杠杆原理工作，如图3—2所示［4］。图中：1－浮球；2－连杆；3－转轴；4－平衡重；5－杠杆。浮球跟随液位变化而绕转轴旋转，带动转轴上的指针转动，并与杠杆另一端的平衡重平衡，同时在刻度盘上指示出液位数值。浮球法有内浮球式和外浮球式两种，如图3—2所示。浮球法主要用于测量温度高、粘度大的液位，但量程较小。磁翻板法原理如图6—1a所示［1］，1－翻板指示组件；2－浮子；3－连通管组件；4－调整螺钉；5－放泄塞。浮子装有一组永久磁铁，随液位变化而上下移动，通过磁耦合作用带动磁翻板组件翻转。当液位上升时，磁翻板的红色面朝外；液位下降时，白色面朝外。故根据磁翻板的颜色即可确定液位。浮子内磁铁与磁翻板磁性结构如图6—1b所示［5］，每片翻板间的距离为10mm。采用几台磁翻板装置串联可增大量程。二、变浮力式液位计当物体被液体浸没的体积不同时，物体所受的浮力不同。根据悬浮于容器中其空间位置未变的物体所受浮力的大小来求得物体被浸没的高度（即液位）。浮筒式液位计根据此原理而标志的液位测量仪表。它主要由变送器和显示仪表两部分制成。浮筒一般是用不锈钢制成的空心长圆柱体，被垂直地悬挂在被测介质中。它是利用扭力管的反弹力与液位变化所引起的浮力变化相平衡而将液位信号转换成扭力管芯轴的角位移。当液位低于浮筒下端时，浮筒的全部重力作用在杠杆上，因而作用在扭力管的扭力矩最大，扭力管产生的扭力角最大（一般约为7度）。当液面高于浮筒下端时，作用工杠杆上的力为浮筒的重力W与浮筒所受的浮力F之间的差值。因此，随着液位的逐渐升高，扭力矩逐渐减小，扭力管所产生的扭角也相应减小，在最高液位时，扭角最小（约为2度）。浮筒式液位计因不用轴、轴套、填料等进行密封，故它能测量最高压力达32MPa的容器中的液位，浮筒的长度决定于仪表的量程。一般为300~2000mm。液位计的输出信号不仅与液位高度有关，并且与被测介质液体的密度有关，因此在密度发生变化时，必须进行密度修正。。第三节直读式液位计玻璃液位计，是使用最早而又最简单的一种直读式液位计，它的一端接容器的气相，另一端接液相，它是根据连通器的原理工作的，它有两种类型：一种是玻璃管式液位计，另一种是玻璃板式液位计。工业应用的玻璃管液位计的长度为300~1200mm。工作压力不大于1.6MPa；玻璃板液位计的长度为500~1700mm，最大耐压为5.0MPa，耐温400℃，它有透光式和折光式两种形式。玻璃管液位计，结构简单，显示清晰，价格便宜，一般用在温度和压力都有不太高的场合就地指示液位的高低。玻璃管法：该方法利用连通器原理工作，如图1—1所示［1］。图中1－被测容器；2－玻璃管；3－指示标度尺；4、5－阀；6、7－连通管。液位直接从指示标度尺读出。玻璃板法：玻璃板可通过连通器安装，也可在容器壁上开孔安装，并可串联几段玻璃板以增大量程。液位数值直接从玻璃板刻度尺读出。双色水位计法：该方法利用光学原理，使水显示绿色，而使水蒸汽显示红色，从而指示出水位［2］。其上测量具有测量简单、可靠性高、直观、成本低的优点。第四节静压式液位计根据流体静力学原理：PB=PA+Hρg即△P=PB-PA=ρgH若也就是把液位测量转化为压力或差压的测量,敞口容器PA为大气压,则P=ρgH一、压力式液位计压力式液位计一般仅适于敞口容器的液位测量。通常有利用压力表测量液位和吹气式液位计两种形式。利用压力表测量液位，测量仪表通过导压管与容积底部相连，由测压仪表的示值即可知道液位的高度。当被测介质为粘稠液体或易结晶时，为避免导压管堵塞，可采用单法兰仪表，单法兰仪表分单平法兰QBF1型和单插法兰QBF3型。吹气式液位计：吹气式液位计是将一根导管插入密度为ρ的被测液体中，并在导压管中通入定量的经过过滤减压的压缩空气，使它从导管下端敞口处逸出。当导管下端仅有微量气泡（约150个/分）吹气法：该方法的工作原理如图2—1所示［4］。图中，1－过滤器；2－减压阀；3－节流元件；4－转子流量计；5－变送器。因吹气管内压力近似等于液柱的静压力，故P＝ρgH式中，ρ－液体密度；H－液位。故由静压力P即可测量液位H。吹气法适用于测量腐蚀性强、有悬浊物的液体，主要应用在测量精度要求不高的场合。逸出时，导管中气压就与液封的静压几乎相等，此时压力表指示能反映液位的高低。见图2二、差压式液位计在有压的密封容器中，因为液面上部空间的气相压力不一定为定值，为了消除气相压力变化的影响，仅采用差压式液位计。差压法：该方法的工作原理如图2-2所示[4]。图中，1、2-阀门；3-差压变送器。。压力差与液位的关系为ΔP＝P2－P1＝ρgH差压式液位计是目前应用得很广泛的一种液位测量仪表。下面就差压式液位计进行。如图3所示的几种情形的液位测量分别作些讨论。1.无零点迁移如图3（1）进行液位测量，由于差压计与取压点和液位零位均在同一水平位置，所以，液位为零时，作用于差压计的差压为零，即无“零点迁移”。设该密闭容器的液相介质密度为ρ，气相压力为P气，于是作用于差压计正压室的压力P+=P气+Hρg，负压室的压力P-=P气，则作用于差压计的差压ΔP=P+-P-=P气+pHg-p气=Hpg，故当H=0时，即液痊为零，差压也为零，所以无“零点迁移”。2、有零点负迁移如图3（2）进行液位测量，由于差压计安装位置低于取压点，且差压计二导压管中有冷凝液或隔离液，因此，作用于差压计正、负压室的差压始终为一负压值，所以，当液位为零时，ΔP总为负。①气相介质为可凝气当气相介质为可凝气体时，在稳定工况下，差压计负压侧的导压管中存满冷凝液，设被测介质为密度为p，于是作用于差压计正压室的压力P+=P气+Hpg+H1pg，负压室的压力：P-=P气+H2pg，则：ΔP=P+-P-=（H+H1-H2）pg，当H=0时，ΔP=-（H2-H1）pg是一个固定值，这个固定差压将使差压计的零点发生“迁移”。要使H=0时，差压计的输出为零，则必须进行“零点迁移”。②导压管中有隔离液当被测介质具有易腐或易结晶的性质时，常在其正、负导压管中充以密度比被子被测介质大且无腐蚀性的隔离液，现设被子测介质的密度为p1，隔离液的密度为p2，且p2p1，于是：P+=P气+Hp1g+H1p2g，P-=P气+H2p2g，则ΔP=P+-P-=g（HP1-P2（H2-H1）），当H=0时，ΔP=-p2g（H2-H1），因此，要使H=0时，差压计输出为0，则应对仪表进行“零点负迁移”，其迁移差为：p2g（H2-H1），仪表的量程为Hmaxp1g。3、有零点正迁移如图3（3）进行液位测量时，差压计安装的位置低于液位零位，即使H=0，差压计仍受到一个固定的正差压的作用，设容器的气相压力为P气，被测介质的密度为p，则作用于差压计的差压为ΔP=P+-p-=P气+pg（H+H1）—P气=（H+H1）pg，当H为0时，ΔP=H1pg，因此要使H=0时，差压计的输出为0，必须进行正迁移，迁移量是H1pg，量程为Hmaxpg。综上所知，“零点迁移”的实质只是同时改变仪表量程的上、下限，而不改变量程的大小。4、法兰式差压变送器测量液位为了解决测量具有腐蚀性或含有结晶颗粒以及粘度大，易凝固等介质液位时，导压管被腐蚀，被堵塞的问题，使用法兰变送器测量液位。如图4，作为敏感元件的金属膜盒1经毛细管2与变送器的测量室相通。在膜盒，毛细管和测量室的组成的密封系统内充入硅油，为传压