第3章检测仪表及传感器第56节教学课件.pptx

化工仪表及自动化化工仪表及自动控制Chemical Industry Instrument and Automation control第三章 检测仪表及传感器3.5 物位测量仪表化工仪表及自动化内容提要n 物位测量仪表的分类物位测量仪表的分类n 压差式液位计压差式液位计n工作原理工作原理n零点迁移问题零点迁移问题n用法兰式差压变送器测量液位用法兰式差压变送器测量液位n 电容式物位传感器电容式物位传感器n 磁致伸缩液位计磁致伸缩液位计n 其他非接触式液位计其他非接触式液位计n 物位测量仪表的选用原则物位测量仪表的选用原则化工仪表及自动化1物位及物位测量液位液位料位料位界面的位置界面的位置物位：储物在容器中的积存高度。液位计液位计料位计料位计界面计界面计一、物位测量仪表的分类化工仪表及自动化2物位检测的作用物位检测的作用作用一作用一作用二作用二作用三作用三确定容器中贮料数量，保证连续生产或进行经济核算监视或控制容器的物位，保持其在规定的范围内对上下极限位置进行报警，保证生产安全一、物位测量仪表的分类化工仪表及自动化3物位检测方法直读式物位仪表 差压式物位仪表浮力式物位仪表 电磁式物位仪表核辐射式物位仪表 声波式物位仪表光学式物位仪表一、物位测量仪表的分类化工仪表及自动化二、差压式液位计n 1.工作原理图3-48 差压式液位计原理图将差压变送器的一端接液相，另一端接气相因此式中，H为液位高度；为介质密度；g为重力加速度；p1，p2分别为液位1、2处的压力。一般来说，被测介质的密度是已知的。因此差压计测得的差压与液位高度成正比。这样只要测得两处的差压就能够知道液位的高度。化工仪表及自动化 当用差压式液位计来测量液位时,若被测容器是敞开体系，液位1处的气相压力为大气压，则只需将差压计的负压室通大气即可；若被测容器是封闭体系，液位1处气相压力为p1，则需要将差压计的负压室与容器的气相连接，以平衡气相压力p1对液位测量的影响。结论二、差压式液位计化工仪表及自动化n2.零点迁移图3-49 差压式液位变送器的特性曲线示意图无迁移（a）、正迁移（b）、负迁移（c）二、差压式液位计当H=0时，作用在正、负压室的压力是相等的。我们称之为“无迁移”情况。这种情况下，液位高度从0变化到Hmax时，差压也相应的从0变化到pmax，对应变送器的输出为420mA。如果液位变化所对应的变送器量程p为05000Pa，则变送器的特性曲线如图3-49（a）所示。化工仪表及自动化图3-50 正迁移变送器安装示意图 假设变送器安装在低于容器下部高度h的位置，则差压与液位高度H之间的关系为（3-48）p当H=0时，p并不等于0而是等于hg，并且该项一直存在于p中。p液位高度从0变化到Hmax时，对应的变送器输出不再是420mA，p当H=0时，变送器的输入大于0，其输出必定大于4mA；p当H=Hmax时，变送器的输入大于Hmaxg，其输出必定大于20mA。n2.零点迁移正迁移化工仪表及自动化则图3-51 负迁移示意图n2.零点迁移零点迁移负负迁移迁移在检测腐蚀性介质的物位时，为防止腐蚀性介质直接接触而腐蚀变送器，通常使用在正、负压室与取压点之间安装隔离罐的方法，如图3-51所示。假设被测介质的密度为1，隔离液的密度为2，则正、负压室的压力分别为化工仪表及自动化当液位高度从0变化到Hmax时，对应的变送器输出不再是420mA，而是当H=0时，变送器的输入小于0，其输出必定小于4mA；当H=Hmax时，变送器的输入小于Hmax1g，其输出必定小于20mA。 当H=0时，p=- （h1h2）2g0；当H=Hmax时，p=Hmax1g-（h1h2）2g Hmax1g。图3-49 差压式液位变送器的特性曲线示意图无迁移（a）、正迁移（b）、负迁移（c）n2.零点迁移零点迁移负负迁移迁移化工仪表及自动化 都是使变送器输出的起始值与被测量起始点相对应，只不过零点调整量通常较小，而零点迁移量则比较大。 同时改变了测量范围的上、下限，相当于测量范围的平移，它不改变量程的大小。二、差压式液位计通过迁移弹簧调整变送器的零点使液位为零与最大值时能与变送器输出的上、下限相对应。化工仪表及自动化 单法兰式 双法兰式 当测量具有腐蚀性或含有结晶颗粒以及黏度大、易凝固介质的液体液位时，为解决引压管线被腐蚀、被堵塞的问题，可以使用带有隔离膜盒的法兰式差压变送器，如图3-52所示。n3.法兰式差压变送器图3-52 双法兰式差压变送器测量示意图1法兰式测量头；2毛细管；3变送器化工仪表及自动化1.测量原理 通过测量电容量的变化可以用来检测液位、料位和两种不同液体的分界面。 三、电容式物位传感器图3-53 圆筒容器结构示意图1内极板；2外极板化工仪表及自动化2.物位的检测图3-54非导电液体的液位测量示意图1内电极；2毛细管外电极；3绝缘材料p 测量有机溶剂等非导电液体的液位时一般采用如图3-54所示的结构形式。p 该电容器由内电极1和一个与它相绝缘的同轴金属套筒做的外电极2组成，外电极2上开有很多小孔，便于液体介质进出，内外电极之间采用绝缘材料隔离固定。（1）非导电液体化工仪表及自动化（1）非导电液体当液位高度H=0时，内外电极之间没有液体，充满空气，则电容大小为（3-53a）当非导电液体的液位变为H时，电容量变为（3-53b）化工仪表及自动化（1）非导电液体被测非导电介质的液位从0变化到H电容量的变化为（3-54）化工仪表及自动化（2）导电液体当测量的介质为导电液体时，内电极要用绝缘套管给包裹起来，从而实现内电极与导电液体的隔离。导电液体与导电金属壁一起做外电极，如图3-55所示。图3-55导电液体的液位测量示意图化工仪表及自动化（3）固体物料当测量固体物料的物位时，由于固体物料的流动性比液体物料差很多，所以无法使用前面介绍的双圆筒电极，而是使用一根细金属棒与金属制成的容器壁构成电容器的两个电极，如图3-56所示。测量时，将细金属棒电极插入被测固体物料中，料位高度从0变化到H时，电容量的变化大小为：图3-56 固体物料料位测量示意图1-金属棒；2-容器壁化工仪表及自动化四、磁致伸缩液位计 磁致伸缩液位计属于浮力式液位计，具有安装方便、结构简单、可靠性好、精度高、寿命长、测量范围大等优点，是近几年发展起来的一种比较先进的液位测量仪表。 磁致伸缩液位计主要由电子探头、波导丝、不锈钢管、浮子等几部分构成，如图3-57所示。 图3-57 磁致伸缩液位计结构示意图1电子探头（原来编号8）；2不锈钢管；3波导线；4浮子；5永久磁铁； 6脉冲环形磁场化工仪表及自动化五、其他非接触式物位计1.超声波液位计 超声波液位计是利用探头（一般为压电晶体换能器）向被测介质发出高频超声波脉冲，声波到达被测介质表面时被介质表面反射，部分反射回波被换能器接收并转换成电信号。 图图3-58 超声波液位计原理示意图超声波液位计原理示意图a盲区；h换能器到液面距离；H液位高度；L换能器到容器底部距离化工仪表及自动化 雷达液位计采用发射-反射-接收的工作模式。测量时，雷达发射装置发射超高频电磁波，电磁波在向前传播过程中，遇到被测介质表面后，将沿着各个方向反射。 电磁波从发射到接收的时间与到液面的距离成正比，关系式如下：五、其他非接触式物位计2.雷达液位计化工仪表及自动化雷达式液位计采用非接触式测量，不受容器内温度、压力、及被测介质的密度、浓度、噪音、粉尘等因素的影响，适用于各种液体、浆料及固体颗粒的物位测量，应用非常广泛。2.雷达液位计注意：测量介质中有些易挥发的有机物会在雷达液位计的天线上结晶，需要对它们进行定期检查和清理。化工仪表及自动化 核辐射物位计通常由放射源、接收器及放大显示机构三部分构成，如图3-59所示。 图图3-59 核辐射物位计结构示意图核辐射物位计结构示意图1放射源；2接收器；3放大显示机构五、其他非接触式物位计3.核辐射核辐射液位计液位计化工仪表及自动化3.核辐射核辐射液位计液位计核辐射物位计属于非接触式测量仪表，同时放射线的辐射强度不受温度、压力等因素的影响，所以该类物位计适用于高温、低温、高压、剧毒、强腐蚀、易燃易爆等各种液体及固体介质的物位测量。此外，它还可以测量不同密度的两液体分界面、液体与固体分界面等。优点优点：由于放射线特性不受温度、湿度、压力、电磁场等因素影响，所以可在高温、烟雾、尘埃、强光及强电磁场等恶劣环境下工作。缺点缺点：放射线对人体有较大危害，使用时放射线强度要加以严格控制，并采取严格的防范措施。 化工仪表及自动化物位测量仪表选用一般遵循以下原则六、物位仪表的选用原则（1）一般情况下液面和界面测量应选用差压式仪表和浮力式仪表。（2）仪表的结构形式及材质，应根据被测介质的特性来选择。（3）仪表信号的输出方式和功能，应根据工艺操作及系统组成的要求确定。（4）仪表量程应根据被测介质实际需要显示的范围或工艺要求变化的范围确定。（5）仪表精确度应根据工艺要求选择。化工仪表及自动化六、物位仪表的选用原则（6）对于测量含有可燃性气体、蒸汽及可燃性粉尘等物质的危险性物料时，选用的电子式物位仪表，应根据所确定的危险场所类别以及被测介质的危险程度，选择合适的防爆结构形式或采取其他的防爆措施。（7）物位仪表的选择还应考虑仪表的安装环境条件，根据安装位置的空间、温度、湿度、腐蚀性选择合适的仪表。化工仪表及自动化化工仪表及自动控制Chemical Industry Instrument and Automation control第三章 检测仪表及传感器3.6显示仪表化工仪表及自动化内容提要n 数字式显示仪表数字式显示仪表n数字式显示仪表的原理及其特点数字式显示仪表的原理及其特点n模模- -数变换器数变换器n电子计数器电子计数器n显示器显示器n数字式显示仪表的基本组成数字式显示仪表的基本组成n数字模拟混合记录仪数字模拟混合记录仪n 智能显示仪表智能显示仪表n无纸记录仪无纸记录仪n虚拟显示仪表虚拟显示仪表化工仪表及自动化概述 凡能将生产过程中各种参数进行指示、记录或凡能将生产过程中各种参数进行指示、记录或累积的仪表。累积的仪表。分类模拟式显示仪表模拟式显示仪表数字显示仪表数字显示仪表智能显示仪表智能显示仪表化工仪表及自动化一、数字式显示仪表n 数字式显示仪表数字式显示仪表就是把与被测参数（如压力、流量、温度、物位等）成一定函数关系的连续变化的模拟量变换为数字量进行显示的仪表，简称为数显仪表。化工仪表及自动化图3-60 数字式显示仪表组成结构图1.数字式显示仪表的组成结构数字式显示仪表一般包括前置放大器、模/数转换装置（A/D转换器）、非线性补偿、标度变换、数字显示器等几部分，其组成结构如图3-60所示。化工仪表及自动化 读数方便、清晰直观、无视差。 测量速度快，准确度高;能够方便实现多点测量;功能强大； 便于和数字计算机联用。 2.数字式显示仪表的特点化工仪表及自动化二、智能显示仪表n 1、无纸记录仪、无纸记录仪p 无纸记录仪是一种采用微处理器CPU为核心的智能图像显示仪表，完全摒弃传统记录仪的机械传动、纸张和笔。p无纸记录仪使用高性能微处理器搭配内置大容量随机存储RAM，一方面可以将这些数据以数字、曲线、图形等多种形式在液晶显示屏上显示出来；另一方面可以把这些数据存储起来，以便在记录仪上直接进行数据和图形查询、比对。p智能显示仪表可以很方便地与计算机相连，实现计算机控制和显示，从而使其适用范围更广，使用更方便。化工仪表及自动化n 2、虚拟显示仪表、虚拟显示仪表虚拟仪显示表是以计算机为核心，充分利用计算机强大的显示、处理、存储能力来完成显示仪表所有的工作。虚拟显示仪表硬件结构简单，仅由原有意义上的采样、模数转换电路通过输入通道插卡插入计算机即可。二、智能显示仪表化工仪表及自动化