物位测量及变送课件.ppt

1、第三章第三章 物位测量及变送物位测量及变送概述概述浮力式液位计浮力式液位计差压式液位计差压式液位计其它物位计其它物位计小结小结物位测量：物位测量：液位液位气体和液体间的分界面。气体和液体间的分界面。第一节第一节 概概 述述界位界位两种不同液体间的接触面；液体与固体间的两种不同液体间的接触面；液体与固体间的 接触面。接触面。料位料位气体与固体颗粒或粉末的分界面。气体与固体颗粒或粉末的分界面。返回返回 物位测量的目的物位测量的目的在于要正确的测知容器或设备中存储物在于要正确的测知容器或设备中存储物质的容量或质量。这不仅是物料消耗或产量计量的参数，也质的容量或质量。这不仅是物料消耗或产量计量的参数，

2、也是保证连续生产和设备安全的重要参数。是保证连续生产和设备安全的重要参数。测量液位、界位或料位的仪表称为物位测量仪表又称物测量液位、界位或料位的仪表称为物位测量仪表又称物位计，进而又分：液位计、界位计和料位计。这些仪表由于位计，进而又分：液位计、界位计和料位计。这些仪表由于其测量的对象不同，且应用的工况亦不同，因此其原理、结其测量的对象不同，且应用的工况亦不同，因此其原理、结构和使用方法亦不相同。本章仅对常用的测量方法及典型仪构和使用方法亦不相同。本章仅对常用的测量方法及典型仪表进行介绍。表进行介绍。第一节第一节 概概 述述物位检测仪表的分类物位检测仪表的分类按测量方式：按测量方式：连续测量连

3、续测量和和定点测量定点测量（物位开关）（物位开关）按工作原理：按工作原理：直读式物位仪表浮力式物位仪表静压式物位仪表电气式物位仪表核辐射式物位仪表声波式物位仪表雷达式物位仪表磁致伸缩物位仪表光学式物位仪表机械式物位仪表第一节第一节 概概 述述第一节第一节 概概 述述玻璃管液位计玻璃管液位计第一节第一节 概概 述述浮标液位计浮标液位计第一节第一节 概概 述述浮筒液位计浮筒液位计第一节第一节 概概 述述法兰式物位计法兰式物位计第一节第一节 概概 述述电容式物位计电容式物位计第一节第一节 概概 述述射线料位计射线料位计第一节第一节 概概 述述超声波物位计超声波物位计第一节第一节 概概 述述雷达物位计

4、雷达物位计第一节第一节 概概 述述磁致伸缩物位计磁致伸缩物位计第一节第一节 概概 述述光纤物位计光纤物位计第一节第一节 概概 述述重锤物位计重锤物位计第二节第二节 浮力式液位计浮力式液位计 利用漂浮于液面上的浮子高度或浸入液体中浮利用漂浮于液面上的浮子高度或浸入液体中浮 子的浮力变化测知液位或界位。子的浮力变化测知液位或界位。恒浮力式恒浮力式自动跟踪式、浮标式、浮球式、钢带式液位计自动跟踪式、浮标式、浮球式、钢带式液位计等。等。变浮力式变浮力式浮筒式液位计浮筒式液位计 浮力不变。浮子永远漂浮在液面上，位置随着液位变化。浮力不变。浮子永远漂浮在液面上，位置随着液位变化。浮力变化。浮子浸没在液体里

5、，浮力随液位变化。浮力变化。浮子浸没在液体里，浮力随液位变化。返回返回确定浮标位置确定浮标位置液位液位确定浮力变化确定浮力变化液位液位测量原理：测量原理：第二节第二节 浮力式液位计浮力式液位计（一）磁翻转式液位计（一）磁翻转式液位计 返回返回一、恒浮力式一、恒浮力式 浮子位置随液位高低而变，检测其位移，可知液位高度。浮子位置随液位高低而变，检测其位移，可知液位高度。第二节第二节 浮力式液位计浮力式液位计返回返回一、恒浮力式一、恒浮力式 第二节第二节 浮力式液位计浮力式液位计（二）浮球式液位计（二）浮球式液位计 OBGOAFW )（1.工作原理工作原理2.特点特点（1）量程小，受连杆长度和角度限

6、制；）量程小，受连杆长度和角度限制；（2）精度低，最高）精度低，最高0.5级左右；级左右；（3）适用于温度、粘度较高，压力不）适用于温度、粘度较高，压力不 高的液位测量。高的液位测量。W浮球的重力；浮球的重力；G重锤的重力；重锤的重力；OA转轴到浮球中心垂直距离；转轴到浮球中心垂直距离；OB转轴到重锤中心垂直距离。转轴到重锤中心垂直距离。内浮球液位计内浮球液位计H F (W-F)杠杆顺时针转动杠杆顺时针转动F 返回返回第二节第二节 浮力式液位计浮力式液位计（二）浮球式液位计（二）浮球式液位计 返回返回第二节第二节 浮力式液位计浮力式液位计（二）浮球式液位计（二）浮球式液位计 返回返回第二节第二

7、节 浮力式液位计浮力式液位计（三）自动跟踪式液位计（三）自动跟踪式液位计 返回返回液位浮标所受的浮力浮标对杠杆的拉力差动变压器输出电压信号经放大器放大可逆电机转动浮标第二节第二节 浮力式液位计浮力式液位计（三）自动跟踪式液位计（三）自动跟踪式液位计 返回返回灵敏度与精度较高，价格高。第二节第二节 浮力式液位计浮力式液位计（四）钢带式液位计（四）钢带式液位计 返回返回浮子经过钢带和滑轮将浮力的变化传到钉轮上，钉轮周边的钉状齿与钢带上的孔啮合，将钢带的直线运动变为转动，由指针和计数器指示出液位。在钉轮轴上再安装转角传感器或变送器，就可以实现液位信号的远传。系统平衡时应满足：FWT当拉力T恒定，钉轮

8、的周长、钉状齿间距及钢带的孔间距均制造得很精确时，可以得到较高的测量精度。这种传动方式，密封比较困难，不适用于有压容器，因此通常多用于常压储罐的液位测量。第二节第二节 浮力式液位计浮力式液位计（四）钢带式液位计（四）钢带式液位计 返回返回第二节第二节 浮力式液位计浮力式液位计二、变浮力式二、变浮力式 介质浸没物体的高度或密度变化时，物体所受浮力发生介质浸没物体的高度或密度变化时，物体所受浮力发生变化。由浮力的变化可测知物位高度。变化。由浮力的变化可测知物位高度。此原理液位计：此原理液位计：浮筒式液位计浮筒式液位计（一（一）工作原理工作原理C 弹簧刚度；弹簧刚度；x 弹簧压缩位移；弹簧压缩位移；

9、A 浮筒截面；浮筒截面；H 浮筒浸没高度；浮筒浸没高度；gAHWCx H浮筒上移浮筒上移xgxHHAWxxC )()(HKHgACgAx 返回返回第二节第二节 浮力式液位计浮力式液位计（二）扭力管式结构（二）扭力管式结构1.1.测量元件测量元件作用：作用：H H 浮力浮力 Fx扭角扭角 H=Hmax时：杠杆作用力为时：杠杆作用力为gAHWFmaxxH=0时：杠杆作用力为时：杠杆作用力为x=扭力管产生扭角扭力管产生扭角max(约约7)。扭力管产生最小扭角为扭力管产生最小扭角为min(约约2)。A 浮筒截面积；浮筒截面积；被测液体密度。被测液体密度。Fx 测量部分测量部分返回返回第二节第二节 浮力

10、式液位计浮力式液位计2.转换部分转换部分作用：作用：将将u I0%100max K K 比例系数，比例系数，K=0100%短路环短路环转至中舌转至中舌最左端最左端时，时，K=0；最右端最右端时，时，K=100%。01=K0 02 =（1-K）0021)12(ZKuuu Z 磁通磁通-电压转换系数。电压转换系数。u与与K成正比，则成正比，则u与与成正比成正比。差动变压器差动变压器返回返回第二节第二节 浮力式液位计浮力式液位计返回返回第二节第二节 浮力式液位计浮力式液位计（三）轴封膜片式结构（三）轴封膜片式结构返回返回1.位移检测放大器位移检测放大器 作用：作用：将衔铁微小位移将衔铁微小位移 S

11、转换成直流电流转换成直流电流 I0。2电磁反馈机构电磁反馈机构作用：作用：I0Ff第二节第二节 浮力式液位计浮力式液位计返回返回3.工作原理工作原理力矩平衡力矩平衡(力平衡力平衡)改变改变W或矢量角或矢量角可改变量程。可改变量程。HWtanKI0K变送器结构常数。变送器结构常数。Fx Fx=W-F第二节第二节 浮力式液位计浮力式液位计1.量程由浮筒长度决定。量程由浮筒长度决定。国产：国产：300、500、800、1200、1600、2000mm（四）特点（四）特点2.只能用于测量轻、净介质。只能用于测量轻、净介质。3.当被测介质当被测介质密度变化时，必须进行密度修正。密度变化时，必须进行密度修

12、正。4.精度精度0.51.0级，级，可测液位、界位。可测液位、界位。返回返回第三节第三节 差压式液位计差压式液位计 液柱静压液柱静压P=gH，与介质密度和液柱高度成正比。，与介质密度和液柱高度成正比。gHPPPgHPPABAB 其中：其中：P差压值；差压值；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。敞口容器：敞口容器：差压变送器负压室通大气或压力变送器。差压变送器负压室通大气或压力变送器。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。一、工作原理一、工作原理 返回返回操作条件不变时，测静压得液位。操作条件不变时，测静压得液

13、位。第三节第三节 差压式液位计差压式液位计二、零点迁移二、零点迁移 gHPPPAB差压变送器测液位，一般情况下：差压变送器测液位，一般情况下：实用中，大多数情况下，存在实用中，大多数情况下，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：即：H=0，P=0 1.正迁移正迁移ghgHpH=0 P=hg 0 I 4mA；H=Hmax Pmax=Hmaxg+hg I 20mA正迁移正迁移(图图3-14)ghgHp102p返回返回第三节第三节 差压式液位计差压式液位计设设:变送器量程变送器量程Pmax=5000Pa hg=2000Pa调整压差为大于零的附加静压调整

14、压差为大于零的附加静压，称，称正迁移正迁移。H=0 P=2000Pa 调零点迁移使调零点迁移使 I=4mA；H=Hmax Pmax=5000+2000=7000Pa I=20mA。2.负迁移负迁移ghgHp 负压侧与取压点之间安装隔离罐或冷凝罐。负压侧与取压点之间安装隔离罐或冷凝罐。H=0 P=-hg0 I 挂料层横截面积挂料层横截面积且具有导电性，则且具有导电性，则物料电阻可略。物料电阻可略。物料作为电容一个物料作为电容一个极板，物位以下电容极板，物位以下电容变化量仍可示为：变化量仍可示为：HrRCln2 测电容测电容测复数阻抗测复数阻抗排除挂料排除挂料返回返回挂料层电阻不能忽略。等效为：挂

15、料层电阻不能忽略。等效为：由无穷多个无穷小的电容和电阻组成的传输线。由无穷多个无穷小的电容和电阻组成的传输线。据电化学实验：据电化学实验：导电挂料足够长导电挂料足够长，挂料和电极形成的挂料和电极形成的以以绝缘层为介质的电容绝缘层为介质的电容容抗容抗XC挂挂与挂料电阻与挂料电阻R数值相等。数值相等。即即RCXC 挂挂挂挂 1测得电容为：测得电容为：C真实物位的电容；真实物位的电容；C挂挂导电挂料所表现的电容。导电挂料所表现的电容。由射频导纳原理，导电挂料电阻由射频导纳原理，导电挂料电阻R含挂料电容，测得含挂料电容，测得C挂挂 则则 C=Cx-C挂挂，得，得 C可知可知H。Cx=C+C挂挂第四节第

16、四节 其它液位计其它液位计 返回返回适用于适用于污水处理、纸浆、化学制剂、煤粉灰浆、原油等污水处理、纸浆、化学制剂、煤粉灰浆、原油等测量测量。不受挂料、温度、压力、材料密不受挂料、温度、压力、材料密度、湿度、甚至物料化学特性变化度、湿度、甚至物料化学特性变化的影响。的影响。精度：精度：0.5级级介质温度范围：介质温度范围：-185800 可耐压力：可耐压力：6.4MPa第四节第四节 其它液位计其它液位计 返回返回尤其适用于导电尤其适用于导电(电导率电导率100s/cm)的粘稠介质。的粘稠介质。第四节第四节 其它液位计其它液位计1.工作原理工作原理返回返回四、超声波液位计四、超声波液位计 所谓超

17、声波一般是指频率高于可听频率极限(20kHz以上频段)的弹性振动，这种振动以波动的形式在介质中的传播过程就形成超声波。超声波在穿过不同介质的分界面时会产生反射，根据超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。第四节第四节 其它液位计其它液位计1.工作原理工作原理返回返回四、超声波液位计四、超声波液位计(1)声波阻断型。当液体或固体物料在储罐、料仓中积存高度达到预定高度位置时，超声波即被阻断，即可发出报警信号或进行限位控制。(2)声波反射型。它是利用超声波回波测距的原理，可以对液位进行连续测量。根据传声介质的不同，有气介式、液介式和固介式。第四节第四节 其它

18、液位计其它液位计2.测量方法测量方法返回返回四、超声波液位计四、超声波液位计（1）液介式测量方法 如图(a)所示，探头固定安装在液体中最低液位处，探头发出的超声脉冲在液体中由探头传至液面，反射后再从液面返回到同一探头而被接收。液位高度与从发到收所用时间之间的关系可表示为式中 H 探头到液面的垂直距离 v 超声波在介质中的传播速度 t 超声波由发射到接收经历的时间vtH21第四节第四节 其它液位计其它液位计2.测量方法测量方法返回返回四、超声波液位计四、超声波液位计（2）气介式测量方式 如图(b)所示，探头安装在最高液位之上的气体中。（3）固介式测量方式 图(c)所示是固介式测量方法，将一根传声

19、的固体棒或管插入液体中，探头安装在传声固体的上端。第四节第四节 其它液位计其它液位计3.实际测量过程实际测量过程返回返回四、超声波液位计四、超声波液位计 1 1液面液面 2 2直管直管 3 3空气超声探头空气超声探头 4 4反反射小板射小板 5 5电子开关电子开关 第四节第四节 其它液位计其它液位计返回返回四、超声波液位计四、超声波液位计 第四节第四节 其它液位计其它液位计1.工作原理工作原理t=2h/c 雷达系统不断发射线性调雷达系统不断发射线性调频信号，频信号，可测得可测得发射与反射发射与反射信号的信号的差频差频f，它正比于延，它正比于延迟时间迟时间t，即正比于，即正比于h。测得延迟时间测

20、得延迟时间t则得则得h。c电磁波传播速度电磁波传播速度,300000km/s；h被测介质液面与探头间距；被测介质液面与探头间距；返回返回 测量以光速测量以光速c传播的超高频电磁波发射与反射间的时差传播的超高频电磁波发射与反射间的时差t，确定天线与反射面之间的高度（空高确定天线与反射面之间的高度（空高h）。）。天线以波束的形式发射最小天线以波束的形式发射最小5.8GHz的雷达信号。的雷达信号。五、雷达液位计五、雷达液位计 第四节第四节 其它液位计其它液位计2.特点及适用范围特点及适用范围 非接触测量方式非接触测量方式，无活动部件，可靠性高，平均无故障，无活动部件，可靠性高，平均无故障时间达时间达

21、10年，几乎免维护，费用低。无污染，安装方便。年，几乎免维护，费用低。无污染，安装方便。适用于适用于高粘度、易结晶、强腐蚀及高粘度、易结晶、强腐蚀及易爆易燃介质。易爆易燃介质。尤其大型立罐和球罐尤其大型立罐和球罐等导电粘稠介质液位测量。等导电粘稠介质液位测量。精度可达精度可达0.25级级;工作温度：工作温度：-200230；工作压力：工作压力：40MPa；测量范围：测量范围：040m。气体波动变化不影响电磁波传播速度（气体波动变化不影响电磁波传播速度（采用导波管型采用导波管型）。）。返回返回第四节第四节 其它液位计其它液位计 放射性同位素能放射出放射性同位素能放射出、和和射线射线，透射某些物质

22、。，透射某些物质。透射强度随通过介质厚度的增加而减弱。透射强度随通过介质厚度的增加而减弱。I=I0 e-H 介质对射线的吸收系数；介质对射线的吸收系数；H 介质层的厚度；介质层的厚度；I 穿过介质后的射线强度。穿过介质后的射线强度。放射源选定，被测介质不变时，放射源选定，被测介质不变时，I0 与与均为常数。均为常数。IIHln1ln10 固体对射线吸收能力最强，液体次之，气体最弱。固体对射线吸收能力最强，液体次之，气体最弱。六、六、射线液位计射线液位计 1.工作原理工作原理 气液固射线可穿透几十厘米钢板。射线可穿透几十厘米钢板。返回返回返回返回第四节第四节 其它液位计其它液位计 2.特点特点（

23、1）非接触式测量非接触式测量。射线不受温度、压力、湿度、电磁场的影响，而且可以穿透各种介质，包括固体，因此能实现完全非接触测量。特别适用于常规仪表不能解决的测量问题特别适用于常规仪表不能解决的测量问题（高温、高压、强腐蚀、剧毒或易燃易爆等（高温、高压、强腐蚀、剧毒或易燃易爆等）。）。（2）放射性物质，）放射性物质，使用时必须采取严格的防范措施使用时必须采取严格的防范措施。（3）非线性。）非线性。（4）放射性物质有半衰期，需定期更换放射源。）放射性物质有半衰期，需定期更换放射源。年年便便宜宜，钴钴24.5C600年年贵贵，铯铯33C137s返回返回第四节第四节 其它液位计其它液位计七、磁致伸缩物

24、位计七、磁致伸缩物位计 返回返回第四节第四节 其它液位计其它液位计七、磁致伸缩物位计七、磁致伸缩物位计 返回返回 磁致伸缩液位计适合于高精度要求的清洁液位的液位测量，精度达到1mm，最新产品精度已经可以达到0.1mm。磁致伸缩液位计还可应用于两种不同液体之间的界位测量量。第四节第四节 其它液位计其它液位计八、光纤液位探测器八、光纤液位探测器返回返回组成：组成：LEDLED光源、光电二极管和光纤光源、光电二极管和光纤工作原理：工作原理：光电式液位计利用光的全反射原理实现液位测量。发光二极管作为发射光源，当液位传感器的直角三棱镜与空气接触时，由于入射角大于临射角，光在棱镜内产生全反射，大部分光被光

25、敏二极管接收，此时液位传感器的输出便保持在高水平状态；而当液体的液位到达传感器的敏感面时，光线则发生折射，光敏二极管接收的光强明显减弱，传感器从高电平状态变为低电平，由此实现液位的检测。第四节第四节 其它液位计其它液位计九、重锤物位计九、重锤物位计返回返回 重锤探测法原理示意图如图7-20所示。重锤连在与电机相连的鼓轮上，电机发讯使重锤在执行机构控制下动作，从预先定好的原点处靠自重开始下降，通过计数或逻辑控制记录重锤下降的位置；当重锤碰到物料时，产生失重信号，控制执行机构停转反转，使电机带动重锤迅速返回原点位置。重锤探测式料位计1-重锤；2-伺服电机；3-鼓轮 第四节第四节 其它液位计其它液位

26、计九、重锤物位计九、重锤物位计返回返回 重锤式料位计可测量饲料、化学品、塑料颗粒、水泥、石块、PVC粉末、骨料、煤、石灰石、研磨塑料、砂子、粉末、谷物等。第四节第四节 其它液位计其它液位计十、音叉式物位开关十、音叉式物位开关返回返回 音叉式物位开关在压电激励下产生机械式振动，一旦探头部分被被测物质覆盖，由此产生的阻尼就会立刻被电路监测到并且输出相应的开关量信号。另外，这种机械振动的特性也赋予了自清洁的功能。第四节第四节 其它液位计其它液位计十、音叉式物位开关十、音叉式物位开关返回返回 音叉式物位开关具有性能稳定、安全可靠，以及适应性强（被测介质不同的电参数、密度对测量均不产生影响）等优点。能够

27、用于固体物料如：粉煤灰、水泥、沙子，石粉、塑料颗粒、盐、糖等；及液体介质：如水、酸、碱、泥浆、纸浆、染料、油类、牛奶、酒类、饮料等液位测量小小 结结轴封膜片式结构轴封膜片式结构 力力(矩矩)平衡平衡 H 浮力浮力FxMi=Mf一、浮力式液位计一、浮力式液位计二、差压式液位计二、差压式液位计恒浮力式：恒浮力式：浮球式、磁翻转式浮球式、磁翻转式变浮力式：变浮力式：浮筒式物位计浮筒式物位计（液位、界位）（液位、界位）扭力管式结构扭力管式结构H浮力浮力Fx扭角扭角特点特点静压原理：静压原理：应用液柱高度产生的静压。应用液柱高度产生的静压。压力式、差压式：压力式、差压式：零点迁移的判断、计算方法。零点迁

28、移的判断、计算方法。差压式可用于液位、界位。差压式可用于液位、界位。零点迁移仅改变了测量范围上、下限，量程大小不变。零点迁移仅改变了测量范围上、下限，量程大小不变。返回返回小小 结结三、其它物位计三、其它物位计1.电容式物位计电容式物位计圆筒电容器圆筒电容器：固定固定R和和r，改变，改变或或L。测量非导电介质液位测量非导电介质液位测量导电介质液位测量导电介质液位 用高频无线电波测量系统导纳用高频无线电波测量系统导纳，将单纯测量电极电容变将单纯测量电极电容变化变为测量复数阻抗变化，排除挂料影响。化变为测量复数阻抗变化，排除挂料影响。导电挂料足够长导电挂料足够长RC1XC挂挂挂挂 2.射频导纳物位计射频导纳物位计 不同介质吸收射线的能力不同。不同介质吸收射线的能力不同。计算超高频电磁波往返液面的时间，计算超高频电磁波往返液面的时间，确定空高确定空高h。3.雷达液位计雷达液位计4.核辐射物位计核辐射物位计掌握各种物位计的特点及适用的介质。掌握各种物位计的特点及适用的介质。返回返回HC