物位检测仪表.ppt

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1、5.1浮力式液位计 5.2差压式液位计 5.3电容式物位计 5.4雷达物位计 5.5厚度检测,第五章 物位与厚度检测仪表,5.1 浮子式液位计,原理：在液体中放置一个浮子，浮子随液面变化而自由浮动，借此测量液位。F浮不变。,1-浮子，2-磁铁，3-铁心, 4-导轮，5-非导磁管，6-浮球，7-连杆，8-转动轴, 9-重锤，10-杠杆,(a)浮子式(敞口容器),(b)浮子式(密闭容器),(c)浮球式,浮球式液位控制器,配合电磁阀门执行机构，可实现阀门的自动启停，进行液位的自动控制。,磁翻转浮标液位计,为克服玻璃管浮标液位计易碎问题，在浮标上设置永久磁铁1，安装在非导磁不锈钢导筒内，它随导筒内的液

2、位升降，借助于磁耦合作用，使导管外翻转箱内的红白相间的翻板或翻球2依次翻转有液体的位置红色朝外，无液体的位置白色朝外，因此红色就是液位所在，液位高度由标尺显示。,5.2 差压式液位计,原理：容器内液位变化时，液柱产生的静压也相应变化。差压计测得的差压与液位高度成正比。常用来测量敞口容器和密封容器的液位。 5.2.1敞口容器的液位检测 5.2.2密闭容器的液位检测 5.2.3法兰式差压变送器,5.2.1 敞口容器的液位检测,压力传感器测量液位（静压）原理图,(1) 利用压力传感器（或压力表）直接测量,压力与液位的关系为：,式中： H液位高度（m）； 液体的密度（kg/m3）； g重力加速度（m/

3、s2）； p容器底部的压力（Pa）。 ,如果压力传感器与容器底部不在相同高度处， 导压管内的液柱压力必须用零点迁移方法解决。,工业生产中普遍采用差压传感器来测量液位，,敞口容器液位测量 (a) 差压变送器的安装；(b) 零点正迁移坐标图,(2) 差压变送器测量,差压计(DDZ-)两侧压力： P1=hg+(h1+h2) g P2=0 (表压) 压差P为： P=P1-P2=hg+(h1+h2)g=h g+Z0 Z0零点迁移量，Z0= (h1+h2)g 由于Z0的存在，变送器输出信号不能正确反应液位的高低（h=0 时P= Z0 ）。变送器正常使用要求是：当液位0H，输出电流420mADC，所以必须设

4、法抵消Z0的影响。,零点迁移的原因 当变送器安装位置固定， Z0固定，将变送器零点沿P的坐标方向迁移Z0，从而使变送器可满足正常使用的要求。 零点迁移分类 零点正迁移、零点负迁移 零点迁移实质 正负迁移实质是通过改变变送器的零点；同时改变量程上下限，而不改变量程的大小。,密闭容器液位测量 (a) 差压变送器的安装；(b) 零点负迁移坐标图,5.2.2 密闭容器的液位检测,气相连通管内充以高度为h3的隔离液，一般取隔离液密度2被测液密度1，差压变送器两侧压力： P1=(h+ h1+h2) 1g P2= h3 2g P=P1-P2 =h1g-h32 -(h1+h2)1g =h 1g+Z0 Z0零点

5、迁移量，Z0= - h32 -(h1+h2)1g Z0为负迁移，即沿P坐标的负方向移动Z0的位置。,用差压变送器测量密闭容器的液位。设被测液体的密度1=0.8g/m3，连通管内充满隔离液，其密度2=0.9g/m3；设液位变化范围为1250mm，h1=50mm，h2=2000mm。,问（1）差压变送器的零点要进行正迁移还是负迁移？ （2）变送器的量程应选择多大？ （3）零点迁移后测量上、下限各是多少？,解： P1 = (h+h1)1g P2 = h22g P = P1-P2 = h 1g-(h2 2g-h1 1g) = h 1g+Z0 （1）零点负迁移（最低液位处，h=0) Z0=-(2900

6、-0.05 800)10/103 =-17.6kPa （2）变送器的量程 H 1g =1.25800 10 /1000 =10kPa （3）零点迁移后测量上、下限为 -17.6-7.6 kPa,思考：请判断下面三种安装方式是否需要进行零点迁移?应向何方向进行?,(a),(b),(c),法兰式差压变送器测量液位示意图 1-平法兰测头；2-毛细管； 3- 差压变送器；4-插入式法兰测头,原理：法兰测头是一不锈钢膜盒，膜盒内充以硅油，用毛细管引到差压变送器的测量室。,5.2.3 法兰式差压变送器,使用于有腐蚀性、含固体颗粒、易结晶、易沉淀或粘度大的液体，因为容易造成堵塞的场合。,用一台双法兰式差压变

7、送器测量某容器的液位，如图所示。已知被测液位的变化范围为03m，被测介质密度=900kg/m3，毛细管内工作介质密度=950kg/m3。变送器的安装尺寸为h1=1m，h2=4m。求变送器的测量范围，并判断零件迁移方向，计算迁移量。当法兰式差压变送器的安装位置升高或降低时，问对测量有何影响？,P0,0,解变送器的测量范围应根据液位的最大变化范围来计算。 测量范围可选030kPa。 如图所示，当液位高度为h时，差压变送器正、负压室所受压力p1，p2分别为： 差压变送器输入信号为： 由上式可知，当h=0时，p=-h20g0，所以，应进行负迁移，其迁移量应为h20g。 当差压变送器安装的高度改变时，只

8、要两个取压法兰间的尺寸h2不变，其迁移量是不变的。,5.3.1 检测原理,利用电容器间介质不同时，电容量不同，可测定液位、料位或不同液体的分界面。 电容物料传感器大多是同轴的圆筒形电容器。,圆筒形电容器 1-内电极；2-外电极,5.3 电容式物位计,D、d一定，CL。将电容传感器插入被测介质中，电极浸入介质中的深度随物位高低而变化，电极间介质的升降，必然会改变两极板间的电容量，从而可测出液位。,极板间介质的介电系数， = 0p 其中：0=8.8410-12F/m，为真空（或干空气）近似的介电系数； p 为介质的相对介电系数：水的p =80，石油的p =23。等等,圆筒形电容器的电容量C为：,导

9、电液体液位测量 1-内电极；2-绝缘套管；3-容器,内电极为直径为d的不锈钢或紫铜棒； 外套聚四氟乙烯塑料绝缘管或涂以搪瓷绝缘层,导电液体用电容传感器,水、酸、碱、盐及各种水溶液，要用绝缘电容传感器。,H=0时，传感器的起始电容为C0：,0等效介电系数。 0绝缘导管或陶瓷涂层的介电系数,当液高为H 时，电容传感器的电容量C为：,上两式相减，便得液位高为H 的电容变化量Cx：,由于D0 d，通常0 ，上式右边第二项可忽略。则电容变化量为：,S传感器的灵敏度系数， S=2/ln(D/d),D、d 和基本不变，故测得Cx可知液位高低。 D、d愈接近，越大，灵敏度S越高。 当液体粘滞性大时会粘在电极上

10、，不适于较高或粘附力强的液体。,非导电液体液位测量 1-内电极；2-外电极；3-绝缘环,裸电极作内电极，外套以开有液体流通孔的金属外电极，通过绝缘环装配成电容传感器。,非导电液体用电容传感器,0空气的介电系数,H=H时:,p液体相对介电系数,H=0时：,上两式相减得传感器的电容变化量Cx为：,S传感器的灵敏度系数，,D、d、0、p是一定的，因此测定Cx可测定液位H。,(a) 测量金属料仓的料位； (b) 测量水泥料仓的料位； 1-金属内电极；2-金属容器壁电极；3-钢丝绳内电极； 4-钢筋；5-绝缘体,粉粒状物料用电容传感器,测量粉状非导电介质（干燥水泥、粮食等）,钢丝绳悬在料仓中央，与仓壁中

11、钢筋构成电容器，粉料绝缘电极对地亦应绝缘。,粉料作绝缘介质，若容器为圆筒形，Cx可用Cx =S H计算；,5.4 雷达物位计,微波物位计(俗称雷达物位计)利用回波测距原理,其喇叭状或杆式天线向被测物料面发射微披,微被传播到不同相对介电率的物料表面时会产生反射,并被天线所接收。发射波与接收波的时间差与物料面与天线的距离成正比，测出传播时间即可得知距离。,微波是电磁波，传播速度且不受介质特性影响，所以在一些有温度、压力、蒸汽等场合,超声物位计不能正常工作,而微波物位计可以使用。在石油及石化领域有较广阔的应用前景。,VG HORN采用调频连续波FMCW，X波段.整机采用一体化设计包括信号处理器，过程

12、连接和天线.适用于距离，物位和体积的测量。应用场所包括储罐,槽，斗，工艺过程罐，稳波井，旁通管.,5.5厚度检测,厚度检测在冶金生产过程中是不可缺少 检测厚度的方法涡流式测厚与放射线测厚两种方法 涡流厚度检测法 核辐射厚度测量,5.5.1涡流厚度检测法,电涡流:当通过金属体的磁通发生变化时，就会在导体中产生感生电流，这种电流在导体中是自行闭合的，这就是所谓电涡流。 涡流效应:电涡流的产生必然要消耗一部分能量，从而使产生磁场的线圈阻抗发生变化，这一物理现象称为涡流效应。 分类：高频反射式涡流厚度计(几兆赫到几百兆赫)、低频透射式涡流厚度计(几百到一两千赫),利用涡流效应检测厚度,5.5厚度检测,

13、当线圈中通以高频电流iC，产生交变磁场HC，在高频磁场作用下，金属板内产生涡流is， 涡流产生二次磁场，反过来削弱传感器的磁场HC，使原线圈的阻抗Zc发生变化，显然Zc的变化决定于线圈到金属板表面的距离； 金属板与线圈的距离是固定的，实际是金属板的厚度在变化，这就测定了金属板的厚度。,高频反射式涡流厚度计,原线圈的等效阻抗Z变化：,案例：板的厚度测量,被测金属板的形状对涡流测厚有影响，被测平板的有效宽度应大于检测线圈三倍以上；如被测件为圆柱体，其直径应大于检测线圈三倍半以上，而且传感器必须重新标定后才能使用。,低频透射式涡流厚度计,透射式涡流厚度测量原理 励磁线圈，供电U1，在线圈L1周围产生音频交变磁场，则线圈L2直接受到线圈L1交变磁场的作用，产生感应电势，一定条件下感应电势E是稳定的。 如在两线圈之间有有金属板通过，L1产生的磁通，一部分在金属板内产生涡流而耗损，一部分通过金属板作用于检测检测线圈L2；显然金属板厚度越大，损耗越大，通过金属板的磁通越少，检测线圈L2产生的感应电势E也将相应减少，可见L2的感应电势代表所测的厚度。,透射式涡流厚度测量原理,涡流式厚度传感器是不接触测量仪表，特点是响应快，动态精度高，测量范围宽，因此广泛用于有色金属带材厚度的连续检测与控制中。,