1、化工儀表及自動化,第四章 物位檢測,復(fù)習(xí),1. 差壓式流量計是由節(jié)流裝置、 、 三部分組成的。其中節(jié)流裝置有 、 、文丘里管。 2. 常見的彈簧管式壓力表有 和 。 3.彈簧管式壓力表由、幾部分組成。 4.彈性式壓力測量儀表常用的彈性元件有 、 、。 5.測量液體壓力時，取壓點(diǎn)應(yīng)在，測量氣體壓力時取壓點(diǎn)應(yīng)在。 6.應(yīng)變式壓力傳感器受壓產(chǎn)生的是信號。 7. 彈性式壓力計是根據(jù)彈性零件的（）與所受壓力成比例的原理來工作的。當(dāng)作用于彈性元件上的被測壓力越大時，則彈性元件的（）越大。,8. 壓力表的型號表示中，第一個字母Y表示（），Z表示（），YZ表示（），其后數(shù)字表示外殼直徑，故型號YZ100指的是

2、（）。 9. 流量有（）和（）兩種表示方法，其間關(guān)系為（ ）。 10. 當(dāng)充滿管道的液體通過節(jié)流裝置時流速將在（）處發(fā)生（），從而使（）增加，而（）。 11.在孔板和文丘利管兩種節(jié)流裝置中，若差壓相同，則兩者的壓力損失（）。 A、孔板大B、文丘利管大C、一樣。 12.測量穩(wěn)定壓力時，被測介質(zhì)的最大工作壓力，不得超過儀表量程的（） 1/2 B. 1/3C. 2/3 D. 3/5 13 以下哪種不是彈性式壓力計（ ）。 A.膜片式壓力計 B紋管式壓力計 C.彈簧管式壓力計 D.應(yīng)變式壓力計,14.利用改變流體流通面積的方法測量的儀表為 。 A 靶式流量計 B 轉(zhuǎn)子流量計 C 漩渦流量計 D渦輪流量

3、計 15.用彈簧管壓力表測量脈動壓力時，正常操作壓力值應(yīng)為量程的：（ ） A、1/21/3 B、2/31/3 C、3/41/3 D、3/51/3 16.用節(jié)流裝置測量流量時，壓力差P與被測流量值的:（ ） A 平方根成正比 B 平方根成反比 C 平方成正比 D平方成反比 17.漩渦流量計又稱為渦輪流量計。（ ） 18.節(jié)流裝置露出部分所標(biāo)注的“+”號一側(cè)，應(yīng)當(dāng)是流體的入口方向。（ ） 19.應(yīng)變片式壓力傳感器是利用電阻應(yīng)變原理構(gòu)成的。（ ）,20. 測量流體流量總量的儀表一般稱為計量表。（ ） 21.轉(zhuǎn)子流量計采用的是恒壓降、變節(jié)流面積的流量測量法。（ ） 22.壓力表的選擇，只需要選擇合適的

4、量程就可以了。( ) 23.壓力檢測儀表的選用內(nèi)容主要包括：儀表測壓零點(diǎn)的選擇、 儀表量程范圍的選擇和儀表精度等級的選擇。 ( ),內(nèi)容提要,一.物位檢測的意義及主要類型 二. 壓差式液位計 工作原理 零點(diǎn)遷移問題 用法蘭式差壓變送器測量液位 三. 其他物位計 電容式物位計 核輻射物位計 雷達(dá)式液位計 稱重式液罐計量儀,1,第一節(jié) 物位檢測的意義及主要類型,2,幾個概念,液位 液位計 料位 料位計 界面計：測量兩種密度不同液體介質(zhì)的分界面的儀表。,測量物位的兩個目的: 計量 監(jiān)測和控制,按工作原理主要有以下幾種類型： 直讀式：根據(jù)流體的連通性原理來測量液位。 玻璃管液位計 玻璃板液位計 磁翻板

5、液位計 靜壓式：壓力式和差壓式。根據(jù)液柱或物料堆積高度變化對某點(diǎn)上產(chǎn)生的靜（差）壓力的變化的原理測量物位。 浮力式：它根據(jù)浮子高度隨液位高低而改變或液體對浸沉在液體中的浮筒（或稱沉筒）的浮力隨液位高度變化而變化的原理來測量液位。前者稱為恒浮力式，后者稱為變浮力式。 還有：電磁式的物位儀表 核輻射式物位儀表 聲波式物位儀表 雷達(dá)式液位儀表,第二節(jié) 差壓式液位計,將差壓變送器的一端接液相，另一端接氣相,因此,3,一、工作原理,圖4-1 差壓式液位計原理圖,第二節(jié) 差壓式液位計,4,二. 零點(diǎn)遷移問題,無遷移 取壓點(diǎn)與液位零位在同一水平面上,差壓計正、負(fù)壓室的壓力差 P=P1-P2 =gH 當(dāng)容器零

6、液位時 H=0時 P=0,P2=PB P1=PB+gH,差壓計量程：0- gHmax,正遷移 取壓口低于容器底部,P2=PB P1=PB+gH+gh,差壓計正、負(fù)壓室的壓力差 P=P1-P2 =gH+gh 當(dāng)容器零液位時 H=0時 P=gh0,對比無遷移情況，P多了一項壓力hg，它作用在正壓室上，稱之為正遷移量。當(dāng)H=0時，P=hg ，因此為了遷移掉hg的影響，可以調(diào)整遷移彈簧的張力來進(jìn)行正遷移以抵消了hg在正壓室內(nèi)產(chǎn)生的力，達(dá)到正遷移的目的。,遷移調(diào)整后，差壓式液位計的測量范圍調(diào)整為hg Hmaxg+hg,負(fù)遷移 介質(zhì)具有腐蝕性，且差壓計低于容器,圖4-2 負(fù)遷移示意圖,正、負(fù)室壓力p1、p

7、2分別為,則,當(dāng)容器零液位時 H=0時 P=-2g(h2-h1)0,對比無遷移情況，P多了一項壓力-（h2- h1）2g，它作用在負(fù)壓室上，稱之為負(fù)遷移量。當(dāng)H=0時，P= -(h2- h1)2g 。為了遷移掉-(h2- h1)2g的影響，可以調(diào)整負(fù)遷移彈簧的張力來進(jìn)行負(fù)遷移以抵消掉-(h2- h1)2g在負(fù)壓室內(nèi)產(chǎn)生的力，以達(dá)到負(fù)遷移的目的。 遷移調(diào)整后，差壓式液位計的測量范圍調(diào)整為 -(h2- h1)2g Hmaxg- (h2- h1)2g ,思考：怎樣判斷無遷移 、 正遷移、 負(fù)遷移？,第二節(jié) 差壓式液位計,遷移彈簧的作用 改變變送器的零點(diǎn)。,遷移和調(diào)零 都是使變送器輸出的起始值與被測量

8、起始點(diǎn)相對應(yīng)，只不過零點(diǎn)調(diào)整量通常較小，而零點(diǎn)遷移量則比較大。,遷移 同時改變了測量范圍的上、下限，相當(dāng)于測量范圍的平移，它不改變量程的大小。,6,第二節(jié) 差壓式液位計,圖4-3 正負(fù)遷移示意圖,舉例,某差壓變送器的測量范圍為05000Pa，當(dāng)壓差由0變化到5000Pa時，變送器的輸出將由4mA變化到20mA，這是無遷移的情況，如左圖中曲線a所示。負(fù)遷移如曲線b所示，正遷移如曲線c所示。,7,一般型號后面加“A”的為正遷移；加“B”的為負(fù)遷移。,三、用法蘭式差壓變送器測量液位,8,為了解決測量具有腐蝕性或含有結(jié)晶顆粒以及黏度大、易凝固等液體液位時引壓管線被腐蝕、被堵塞的問題，應(yīng)使用法蘭式差壓變

9、送器，如下圖所示。,第二節(jié) 差壓式液位計,9,第三節(jié) 其他物位計,一、電容式物位計,1.測量原理,兩圓筒間的電容量C,當(dāng) D 和 d 一定時，電容量 C 的大小與極板的長度 L 和介質(zhì)的介電常數(shù)的乘積成比例。,10,通過測量電容量的變化可以用來檢測液位、料位和兩種不同液體的分界面。,2.液位的檢測,當(dāng)液位為零時，儀表調(diào)整零點(diǎn)，其零點(diǎn)的電容為,對非導(dǎo)電介質(zhì)液位測量的電容式液位傳感器原理如下圖所示。,當(dāng)液位上升為H時，電容量變?yōu)?電容量的變化為,11,第三節(jié) 其他物位計,12,3.料位的檢測,用電容法可以測量固體塊狀顆粒體及粉料的料位。由于固體間磨損較大，容易“滯留”，可用電極棒及容器壁組成電容器

10、的兩極來測量非導(dǎo)電固體料位。,左圖所示為用金屬電極棒插入容器來測量料位的示意圖。,電容量變化與料位升降的關(guān)系為,13,第三節(jié) 其他物位計,優(yōu)點(diǎn),電容物位計的傳感部分結(jié)構(gòu)簡單、使用方便。,缺點(diǎn),需借助較復(fù)雜的電子線路。 應(yīng)注意介質(zhì)濃度、溫度變化時，其介電系數(shù)也要發(fā)生變化這種情況。,14,二、核輻射物位計,特點(diǎn),適用于高溫、高壓容器、強(qiáng)腐蝕、劇毒、有爆炸性、黏滯性、易結(jié)晶或沸騰狀態(tài)的介質(zhì)的物位測量，還可以測量高溫融熔金屬的液位。 可在高溫、煙霧等環(huán)境下工作。 但由于放射線對人體有害，使用范圍受到一些限制。,15,圖4-12 雷達(dá)式液位計示意圖,雷達(dá)波由天線發(fā)出到接收到由液面來的反射波的時間t由下式

11、確定,由于,故,雷達(dá)探測器對時間的測量有微波脈沖法及連續(xù)波調(diào)頻法兩種方式。,17,三、雷達(dá)式液位計,雷達(dá)式液位計是一種采用微波技術(shù)的液位檢測儀表。,圖4-13 微波脈沖法原理示意圖,要使用導(dǎo)波管？,18,可以用來連續(xù)測量腐蝕性液體、高黏度液體和有毒液體的液位。 它沒有可動部件、不接觸介質(zhì)、沒有測量盲區(qū),而且測量精度幾乎不受被測介質(zhì)的溫度、壓力、相對介電常數(shù)的影響,在易燃易爆等惡劣工況下仍能應(yīng)用。,優(yōu)點(diǎn),四、稱重式液罐計量儀,既能將液位測得很準(zhǔn)，又能反映出罐中真實的質(zhì)量儲量。,稱重儀根據(jù)天平原理設(shè)計。,由于,19,20,例題分析,解：如果已知某廠生產(chǎn)的 DDZ-型壓力變送器的規(guī)格有： 010，1

12、6，25，60，100 （MPa） 精度等級均為0.5級。 輸出信號范圍為010mA。,21,例題分析,由已知條件，最高壓力為15MPa，若貯罐內(nèi)的壓力是比較平穩(wěn)的，取壓力變送器的測量上限為,若選擇測量范圍為025MPa、準(zhǔn)確度等級為0.5級,這時允許的最大絕對誤差為,由于變送器的測量范圍為025MPa，輸出信號范圍為010mA,故壓力為12MPa時,輸出電流信號為,22,例題分析,壓力為15MPa時，輸出電流信號為,這就是說,當(dāng)貯罐內(nèi)的壓力由12MPa變化到15MPa時,變送器的輸出電流只變化了1.2mA。 在用差壓變送器來測量液位時，由于在液位H=0時,差壓變送器的輸入差壓信號p并不一定等

13、于0，故要考慮零點(diǎn)的遷移。實際上遷移問題不僅在液位測量中遇到，在其他參數(shù)的測量中也可能遇到。加上遷移機(jī)構(gòu)，可以改變測量的起始點(diǎn)，提高儀表的靈敏度 (只不過這時儀表量程也要作相應(yīng)改變)。,23,例題分析,由本例題可知，如果確定正遷移量為7MPa，則變送器的量程規(guī)格可選為16MPa。那么此時變送器的實際測量范圍為723MPa，即輸入壓力為7MPa時，輸出電流為0mA；輸入壓力為23MPa時，輸出電流為10mA。這時如果輸入壓力為12MPa，則輸出電流為,輸入壓力為15MPa時,輸出電流為,24,例題分析,由此可知，當(dāng)輸入壓力由12MPa變化到15MPa時，輸出電流變化了1.875mA，比不帶遷移機(jī)

14、構(gòu)的變送器靈敏度提高了。 變送器的準(zhǔn)確度等級仍為0.5級，此時儀表的最大允許絕對誤差為(23-7)0.5% = 0.08MPa，所以，由于加了遷移機(jī)構(gòu)，使儀表的測量誤差減少了。,25,例題分析,圖4-15 法蘭式差壓變送器測液位,26,2.用一臺雙法蘭式差壓變送器測量某容器的液位,如圖4-15所示。已知被測液位的變化范圍為03m,被測介質(zhì)密度=900kg/m3 ,毛細(xì)管內(nèi)工作介質(zhì)密度0=950kg/m3。變送器的安裝尺寸為 h1=1m, h2=4m。求變送器的測量范圍,并判斷零點(diǎn)遷移方向,計算遷移量,當(dāng)法蘭式差壓變送器的安裝位置升高或降低時,問對測量有何影響?,例題分析,解：當(dāng)不考慮遷移量時,

15、變送器的測量范圍應(yīng)根據(jù)液位的最大變化范圍來計算。 液位為3m時,其壓差為,這里值得一提的是壓力單位Pa用SI基本單位時就相當(dāng)于m-1kgs-2，即,27,例題分析,所以液柱壓力用Hg計算時,只要H用m,用kg/m3，g用m/s2為單位時,相乘結(jié)果的單位就是Pa。上述計算結(jié)果pmax為26.487kPa,經(jīng)過圓整后,測量范圍可選030kPa。,根據(jù)圖示,當(dāng)液位高度為H時,差壓變送器正壓室所受的壓力p1為,負(fù)壓室所受的壓力p2為,28,例題分析,因此，差壓變送器所受的壓差為,由上式可知,該差壓變送器應(yīng)進(jìn)行負(fù)遷移,其遷移量為 h20g。 當(dāng)差壓變送器安裝的高度改變時,只要兩個取壓法蘭間的尺寸h2不變

16、,其遷移量是不變的。,29,例題分析,3.用單法蘭電動差壓變送器來測量敞口罐中硫酸的密度,利用溢流來保持罐內(nèi)液位H恒為1m。如圖4-16所示。已知差壓變送器的輸出信號為010mA,硫酸的最小和最大密度分別為min = 1.32(g/cm3),max = 1.82(g/cm3) 圖4-16 流體密度測量示意圖min=1.32(g/cm3),max= 1.82(g/cm3) 要求: (1)計算差壓變送器的測量范圍； (2)如加遷移裝置,請計算遷移量； (3)如不加遷移裝置,可在負(fù)壓側(cè)加裝水恒壓器 (如圖中虛線所示) ，以抵消正壓室附加壓力的影響,請計算出水恒壓器所需高度h。,30,例題分析,解：（

17、1）若不考慮零點(diǎn)遷移,那么就要以max來計算差壓變送器的測量范圍。當(dāng)=max = 1.82g/cm3時,差壓變送器所承受的差壓為,將H=1m,max=1820kg/m3，g=9.81m/s2代入上式,得,如果選擇差壓變送器的測量范圍為02104Pa,則當(dāng)=max= 1.82g/cm3時,對應(yīng)的變送器輸出為,31,例題分析,當(dāng)=min=1.32g/cm3時,其差壓為,這時差壓變送器的輸出為,由上可知，當(dāng)硫酸密度由最小值變化到最大值時，輸出電流由6.475mA變化到8.925mA，僅變化了2.45mA，靈敏度是很低的。,32,例題分析,（2）為了提高靈敏度，可以考慮進(jìn)行零點(diǎn)遷移，提高測量的起始點(diǎn)。考慮到=max時，這時所對應(yīng)的壓差仍為1.785104Pa，所以在提高測量起始點(diǎn)的同時