第5部分物位测量及变送新-课件.ppt
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- 部分 测量 变送新 课件
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1、检测技术与仪表检测技术与仪表概述概述5.1 5.1 静压式液位测量静压式液位测量5.2 5.2 浮力式液位测量浮力式液位测量5.3 5.3 电容式液位测量电容式液位测量5.4 5.4 超声波物位测量超声波物位测量5.5 5.5 微波法物位测量微波法物位测量5.6 5.6 核辐射物位测量核辐射物位测量5.7 5.7 电导式及电感式物位传感器电导式及电感式物位传感器5.8 5.8 阻力式料位传感器阻力式料位传感器5.9 5.9 应用实例应用实例一、物位测量的定义一、物位测量的定义 物位:统指液位、料位和相界面的位置。物位:统指液位、料位和相界面的位置。液位液位:容器、河道、水库等,相对于某指定位置
2、液体:容器、河道、水库等,相对于某指定位置液体的表面位置。的表面位置。料位料位:容器、堆场、仓库等所储固体颗粒、粉料等的:容器、堆场、仓库等所储固体颗粒、粉料等的堆积高度。堆积高度。相界面相界面:同一容器中两种密度不同且互不相溶的介质:同一容器中两种密度不同且互不相溶的介质间的分界面。间的分界面。有:液有:液-液相界面、液液相界面、液-固相界面固相界面。测料位的仪表测料位的仪表料位计料位计;测液位的仪表;测液位的仪表液位计液位计,测,测分界面的仪表分界面的仪表界面仪界面仪。二、目的和意义二、目的和意义 1、为经济核算提供依据:为经济核算提供依据:确定原料、半成品或成品的确定原料、半成品或成品的
3、数量,保证生产物料平衡。数量,保证生产物料平衡。2、维持正常生产、保证产品的产量和质量、保证安全维持正常生产、保证产品的产量和质量、保证安全生产生产。例,火电厂锅炉汽包水位测量与控制,例,火电厂锅炉汽包水位测量与控制,过高过高蒸汽带蒸汽带水水品质降低品质降低 轻则轻则加重管道和汽机的积垢加重管道和汽机的积垢,降低压力和降低压力和效率;重则使汽机发生故障效率;重则使汽机发生故障。过低过低不利与水循环不利与水循环可能可能使水冷壁管局部过热甚至爆炸使水冷壁管局部过热甚至爆炸。三、工艺特点及主要问题三、工艺特点及主要问题 1、传感器的安装位置、传感器的安装位置 液体:液位水平,只对安装高度有要求,在等
4、高处任选液体:液位水平,只对安装高度有要求,在等高处任选地点安装;地点安装;粉粒物料:料面不水平,与进出料口位置及流量有关。粉粒物料:料面不水平,与进出料口位置及流量有关。概概 述述 v 若进出料口都处于轴线上的圆筒形容器若进出料口都处于轴线上的圆筒形容器;v进料量大于出料,料面呈圆锥状;出料流大于进料,呈进料量大于出料,料面呈圆锥状;出料流大于进料,呈漏斗坑;漏斗坑;v在距容器内壁在距容器内壁1/3半径处半径处安装料位计。安装料位计。2、盲区、盲区 浮子法,受容器底面、顶面限制,有盲区;浮子法,受容器底面、顶面限制,有盲区;超声波法,受距离太小无法分辨的限制,存在盲区。超声波法,受距离太小无
5、法分辨的限制,存在盲区。3、死角、死角 容器的几何形状和传感器安装点不当容器的几何形状和传感器安装点不当死角。死角。4、分粒体料位有滯留区、分粒体料位有滯留区 流动性差,堆积状态不滑坡的最大倾角流动性差,堆积状态不滑坡的最大倾角“安息角安息角”。与颗粒形状、表面粗糙度、潮湿度、带静电否、吸附气体与颗粒形状、表面粗糙度、潮湿度、带静电否、吸附气体否等有关。设计料仓要考虑这一特性,否则会有物料残留。否等有关。设计料仓要考虑这一特性,否则会有物料残留。概概 述述 代表平均料位代表平均料位按测量原理分为按测量原理分为:压力式压力式 浮力式浮力式 电容式电容式 电导式电导式 阻力式阻力式 声波式声波式
6、微波及射线式微波及射线式 等等等等概概 述述 5.1 静压式液位测量静压式液位测量 5.1.1 测量原理测量原理 测液柱高产生的静压实现液位测量测液柱高产生的静压实现液位测量。如图如图4.1,设,设PA密封容器中密封容器中A点的静压点的静压(气相压力气相压力),PBB点的静压,点的静压,H液位高度,液位高度,液体密度。则:液体密度。则:15gHPPPAB 若为敞口容器,则若为敞口容器,则PA大气压,大气压,PB B点的点的表压力。表压力。25gHPPB 图5.1 静压法液位测量原理 当当为常数,压力或差压只与液位高有关。测出为常数,压力或差压只与液位高有关。测出P或或P可知液位。可知液位。量程
7、合适的压力或差压的仪表皆可用于液位测量。量程合适的压力或差压的仪表皆可用于液位测量。P或或P乘以容器的截面积,可得到容器中液体的质量乘以容器的截面积,可得到容器中液体的质量测总量。测总量。5.1.2 压力式液位计压力式液位计 测压表所测压力来反测压表所测压力来反映液位,如图映液位,如图5.2。图图5.2 测压仪表测液位测压仪表测液位1、用测压表测量、用测压表测量 如图如图5.2(a),引压管把压力计与容器底部连通,仪表示值反映液,引压管把压力计与容器底部连通,仪表示值反映液位高低。位高低。测压基准点与最低液位一致。若不一致,要考虑附加液柱影响,测压基准点与最低液位一致。若不一致,要考虑附加液柱
8、影响,进行修正进行修正。适合黏度较小、洁净液体液位测量。适合黏度较小、洁净液体液位测量。测量黏稠、易结晶或含有颗粒液体的液位,采用测量黏稠、易结晶或含有颗粒液体的液位,采用法兰式法兰式压力变送压力变送器,如图器,如图5.2(b)。5.1 静压式液位测量静压式液位测量gHPPB引压管易堵塞引压管易堵塞 2、吹气法吹气法 适于腐蚀性、高黏度或有悬浮颗粒液位测量,如图适于腐蚀性、高黏度或有悬浮颗粒液位测量,如图5.3。由液位变化范围,调节减压阀由液位变化范围,调节减压阀2,使压缩空气压力为,使压缩空气压力为P1;调节流元件调节流元件3,使压力为,使压力为P2,保证最高液位仍有微量气泡从导管保证最高液
9、位仍有微量气泡从导管下端口逸出;下端口逸出;P1变化不大,当满足变化不大,当满足P20.528 P1时,气源流量恒定不变。时,气源流量恒定不变。吹气流量约:吹气流量约:20Lh;液位液位管内压力管内压力从导管下从导管下端逸出的气量端逸出的气量。管内压力与液体静。管内压力与液体静压约相等,表压约相等,表5示值即反映液位高示值即反映液位高H。5.1 静压式液位测量静压式液位测量5.3 吹气法测量图吹气法测量图压缩压缩空气空气5.1.3 差压式液位计差压式液位计容器下部的压力与液位高度及液面上部介质压力有关;容器下部的压力与液位高度及液面上部介质压力有关;差压值还受液体密度和仪表安装位置影响。差压值
10、还受液体密度和仪表安装位置影响。1、零点迁移问题、零点迁移问题压力、差压检测压力、差压检测要求:取压口要求:取压口(零液位零液位)与压力与压力/差压仪差压仪表的入口在同一水平面表的入口在同一水平面,否则有附加静压差否则有附加静压差;实际安装时不能保证满足该要求。实际安装时不能保证满足该要求。v如测地下储槽,仪表安在如测地下储槽,仪表安在地面地面;v法兰式差压变送器,导压管中充满硅油,安装在任何高法兰式差压变送器,导压管中充满硅油,安装在任何高度,均有附加静压。度,均有附加静压。5.1 静压式液位测量静压式液位测量gHPPPAB读数和维护的方便读数和维护的方便 无迁移无迁移 图图5.4(a)差压
11、变送器正、负压室分别与容器下部和上部的取差压变送器正、负压室分别与容器下部和上部的取压点相连通,正压室与零液位等高;压力分别为压点相连通,正压室与零液位等高;压力分别为P+和和P-,则:,则:00PP,gHPP gHPPP H0,P 0,无需,无需迁移。迁移。5.1 静压式液位测量静压式液位测量 负迁移负迁移 图图5.4(b)上方气体可凝;上方气体可凝;或介质有腐蚀性,为防腐,差变或介质有腐蚀性,为防腐,差变正、负室与取压点间装有隔离罐,正、负室与取压点间装有隔离罐,并充满隔离液。并充满隔离液。其密度为其密度为 ,正、负压室所受压,正、负压室所受压力为:力为:0121PgHghP022pghP
12、45122121BgHghghgHPPPg)h(hB2125.1 静压式液位测量静压式液位测量2 当当0,B0,有一固定值(输出,有一固定值(输出I4mA););要要H0,输出,输出I4mA,需消去,需消去B的作用的作用零点迁移。零点迁移。迁移的量为迁移的量为B,故为负迁移。,故为负迁移。正迁移正迁移 5.4(c)实际安装时,常不能保证变送器和零液位在同一水平面。实际安装时,常不能保证变送器和零液位在同一水平面。p5.1 静压式液位测量静压式液位测量011PghgHP0PP 55111CgHghgHPPP H0,C,有一固定值,使输出,有一固定值,使输出I4mA;要要H0,I4mA,需消去,需
13、消去C的作用。迁移量的作用。迁移量 C0,故需正迁移。方法与负迁移相似。故需正迁移。方法与负迁移相似。v零点迁移零点迁移仅改变了变送器测量范围的上、下限,而量程大仅改变了变送器测量范围的上、下限,而量程大小不会改变。小不会改变。p5.1 静压式液位测量静压式液位测量 例例5.1 如图如图5.4(b),用差变测液位。,用差变测液位。1200kgm3,950kgm3,h11.0m,h25.0m,液位变化范围:,液位变化范围:03.Om。重力加速度。重力加速度g9.8ms2,求变送器的量程和迁移量。,求变送器的量程和迁移量。12 解解:液位在液位在03.Om变化时,差压的变化量:变化时,差压的变化量
14、:可选差变的量程:可选差变的量程:040kPa。H0,有:,有:需负迁移,迁移量为需负迁移,迁移量为-34.24kPa。迁移后测量范围:迁移后测量范围:34245.76kPa。若选用若选用DDZ型仪表,则当型仪表,则当I4mA时,时,H0;当;当I20mA时,时,H403.035.283.4m,即实际可测液位:,即实际可测液位:03.4m。若要求若要求H3.0m时,输出时,输出20mA,则还需量程迁移,使当,则还需量程迁移,使当 35.28-34.241.04kPa时,输出时,输出I=20mA。)(352808.9120031maxPagHp5.1 静压式液位测量静压式液位测量)(342408
15、.9950)15()(221PaghhP 2、特殊液位测量特殊液位测量 腐蚀性、易结晶或高黏度介质液位腐蚀性、易结晶或高黏度介质液位测量。测量。采用法兰式差变:采用法兰式差变:防引压管腐蚀或堵防引压管腐蚀或堵塞塞,如图,如图5.6。法兰式有:法兰式有:单法兰、双法兰、插入式单法兰、双法兰、插入式或平法兰或平法兰等结构。等结构。存在零点存在零点“迁移迁移”问题问题:650211ghghP 毛细管中硅油密度,毛细管中硅油密度,kgm3。0 正负压侧的毛细管中的介质相同,正负压侧的毛细管中的介质相同,迁移量与安装位置无关迁移量与安装位置无关。5.1 静压式液位测量静压式液位测量图图5.6Hh3P0h
16、4 锅炉汽包水位测量锅炉汽包水位测量采取一些补偿措施采取一些补偿措施。关键环节关键环节:平衡容器平衡容器。图。图5.7 双室平双室平衡容器衡容器 粗管,正压容室与汽包连通,进入平粗管,正压容室与汽包连通,进入平衡容器的蒸汽不断凝结成水,因溢流而衡容器的蒸汽不断凝结成水,因溢流而保持恒定水位保持恒定水位。细管,负压容室与汽包水连通细管,负压容室与汽包水连通。汽包为正常水位时,平衡容器差压:汽包为正常水位时,平衡容器差压:相应汽包压力下的饱和蒸汽密度,相应汽包压力下的饱和蒸汽密度,kgm3;宽容器内水的密度,宽容器内水的密度,kgm3;负压管内水的密度,负压管内水的密度,kgm3。)7.5()(0
17、2010gHLgHgLPss125.1 静压式液位测量静压式液位测量图图5.7受汽、水密度变化等受汽、水密度变化等影响,测量误差较大影响,测量误差较大 当水位变化偏离正常水位时,设变化量当水位变化偏离正常水位时,设变化量 H,即,即HH0 土土 H。平衡。平衡容器的差压:容器的差压:p)(21gHLgHgLs)()(0201gHHLgHHgLs)()()(20201ggHLgHgLss将式将式(5.7)代入得代入得p)()(20HgpsHHHHgpHHHHgpss020020,)(,)(=(5.8)可见:可见:平衡容器输出的差压随平衡容器输出的差压随H变化;变化;2 s,水位增高,平衡容器的输
18、出差压减小;,水位增高,平衡容器的输出差压减小;相反,当汽包水位降低时,平衡容器的输出差压增大。相反,当汽包水位降低时,平衡容器的输出差压增大。5.1 静压式液位测量静压式液位测量 误差分析:误差分析:散热的影响散热的影响:平衡容器正、负压室水温从上至下逐渐降低,不易:平衡容器正、负压室水温从上至下逐渐降低,不易测定,密度测定,密度 1和和 2的数值也难以准确确定。的数值也难以准确确定。消除法:对平衡容器保温(消除法:对平衡容器保温(1和和 2为汽包压力下饱和水密度为汽包压力下饱和水密度 W,即即 2 1 W)。则差压与水位)。则差压与水位H的关系:的关系:95)()(21gHLgHLgHgL
19、Psws 上式表明:上式表明:汽包工作压力稳定,转换关系不变;汽包工作压力稳定,转换关系不变;应用工况不变,读数才正确;应用工况不变,读数才正确;汽包压力发生变化汽包压力发生变化(密度密度 W和和 s随之变化,读数产生误差);随之变化,读数产生误差);与水位与水位H和平衡容器结构尺寸和平衡容器结构尺寸L有关,有关,LH 越大,误差也越大。越大,误差也越大。可见:可见:锅炉起停过程中锅炉起停过程中,汽包压力低于额定工作压力,差压式液位汽包压力低于额定工作压力,差压式液位计的指示比实际低计的指示比实际低。在中压锅炉中可达在中压锅炉中可达4050mm,在高压锅炉中可达,在高压锅炉中可达100150m
20、m。5.1 静压式液位测量静压式液位测量消除或减小汽包压力变动误差法消除或减小汽包压力变动误差法:中间抽头平衡容器中间抽头平衡容器,如图,如图5.8;同时测量汽包压力,对差压信号进行修正,获得准确的水位测量值同时测量汽包压力,对差压信号进行修正,获得准确的水位测量值。图图5.8示平衡容器输出差压与示平衡容器输出差压与汽包水位之间的关系:汽包水位之间的关系:gHglgLpswwasw)()()(gpglgLHswwasw)()()((5.10)式中式中:汽包压力下饱和水和汽包压力下饱和水和 饱和蒸汽的密度差;饱和蒸汽的密度差;室温下水和饱和水的密度差;室温下水和饱和水的密度差;、平衡容器的结构尺
21、寸。平衡容器的结构尺寸。swwaLl 若将两密度差近似为汽包压力若将两密度差近似为汽包压力的线性函数:的线性函数:PKKgsw21)(PKKgwa43)(5.1 静压式液位测量静压式液位测量图图5.8 a sP0则:则:pKKppKKlpKKLH214321)()(pKKppKK2165=(5.11)式中:式中:654321,KKKKKK 常数。常数。其中其中 ,。315lKLKK426lKLKK 当压力补偿范围较大时当压力补偿范围较大时,可多段折线来逼近密度差与汽可多段折线来逼近密度差与汽包压力的关系包压力的关系。由式由式(5.11)设计的差压式设计的差压式汽包水位测量系统方框图如图汽包水位
22、测量系统方框图如图5.9。5.1 静压式液位测量静压式液位测量图图5.9现场安装现场安装5.1 静压式液位测量静压式液位测量 例题例题1、如图示,用差压变送器测密闭容器的液位。已知、如图示,用差压变送器测密闭容器的液位。已知h1=50cm,h2=200cm,h3=140cm,被测介质的密度,被测介质的密度1=0.85g/cm3,负压管内的隔,负压管内的隔离液为水,求变送器的调校范围和迁移量。离液为水,求变送器的调校范围和迁移量。解:仪表的量程解:仪表的量程P:PaghP9.1667110001007.98085.020012当液位最低时,变送器正、负压室的受力:当液位最低时,变送器正、负压室的
23、受力:000133.1167010001007.98085.0140PPaPPghP00003213.3824710001007.9801)14020050()(PPaPPghhhP 迁移量:迁移量:PaPPP265773.382473.11670因因 P 盲区距离。双探头方式,可大盲区距离。双探头方式,可大为减小盲区。为减小盲区。2、设置校正具、设置校正具回声测距法:声波在介质中的回声测距法:声波在介质中的传播速度传播速度与介质的密度有与介质的密度有关,而密度是温度和压力的函数;关,而密度是温度和压力的函数;声速变化,影响测距准确性;声速变化,影响测距准确性;保证测量精度:对声速进行校正。保
24、证测量精度:对声速进行校正。5.4 超声波物位测量超声波物位测量0时空气中的声速为时空气中的声速为331ms,100时空气中的声速时空气中的声速384ms 设液位设液位H,测量探头发出声波的传,测量探头发出声波的传播速度为播速度为v,往返时间为,往返时间为t,则:,则:5.4 超声波物位测量超声波物位测量tH21 校正探头和测量探头在同种介质中,若校正探头和测量探头在同种介质中,若v v0,则:,则:35.500ttLH(5.43)固定校正具方法固定校正具方法 图图5.29。两组探头:测量探头和。两组探头:测量探头和校校正探头正探头。校正探头到反射板的距离。校正探头到反射板的距离L0。在介质中
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