《液位的测量与变送》PPT课件.ppt

LF13-1油田LF13-1LF13-1“全民开讲全民开讲”系列之液位的测量变送系列之液位的测量变送 液位的测量与变送简介液位的测量与变送简介 主讲：马晨强 LF13-1油田 液位检测仪表液位检测仪表 在工业生产过程中，常遇到大量的液体物料和固体物料。他们占有一定的体积，堆成一定的高度。把生产过程中罐、塔、槽等容器中存放的液体表面位置称为液位；把料斗、堆场仓库等储存的固体块、颗粒、粉料等的堆积高度和表面位置称为料位；两种互不相溶的物质的界面位置叫做界位。液位、料位以及相界面总称为物位。对物位进行测量的仪表被称为物位检测仪表。LF13-1油田 测量液位的仪表：1:玻璃管（板）式 2:静压式（压力式、差压式）3:称重式、浮力式（浮筒、浮球、浮标）4:电容式、电感式、电阻式 5:超声波式、放射性式、激光式及微波式等LF13-1油田 1:直接测量法 直接测量是一种最为简单、直观的测量方法，它是利用连通器的原理，将容器中的液体引入带有标尺的观察管中，通过标尺读出液位高度。下图所示的是玻璃管液位计。LF13-1油田LF13-1油田 2 压力法测液位 压力法依据液体重量所产生的压力进行测量。由于液体对容器底面产生的静压力与液位高度成正比，因此通过测容器中液体的压力即可测算出液位高度。LF13-1油田下图为用于测量开口容器液位高度的三种压力下图为用于测量开口容器液位高度的三种压力式液位计。式液位计。(a)压力表式液位计 (b)法兰式液位变送器 (c)吹气式液位计LF13-1油田 对于密闭容器中的液位测量，可用差压法进行测量，它可在测量过程中消除液面上部气压及气压波动对示值的影响，下图示出差压式液位计测量原理。LF13-1油田 对于具有腐蚀性或含有结晶颗粒以及粘度大、易凝固的介质 引压导管易被腐蚀或堵塞，影响测量精度，应用法兰式压力（差压）变送器。敏感元件为金属膜盒，它直接与被测介质接触，省去引压导管，从而克服导管的腐蚀和阻塞问题。膜盒经毛细管与变送器的测量室相通，它们所组成的密闭系统内充以硅油，作为传压介质。为了毛细管经久耐用，其外部均套有金属蛇皮保护管。LF13-1油田 法兰式压力（差压）变送器法兰式压力（差压）变送器LF13-1油田LF13-1油田 量程迁移无论是压力检测法还是差压法，均要求零液位无论是压力检测法还是差压法，均要求零液位与检测仪表在同一水平高度，否则会产生附与检测仪表在同一水平高度，否则会产生附加静压误差。加静压误差。处理方法处理方法对压力变送器进行零点调对压力变送器进行零点调整，使在只受附加静压力整，使在只受附加静压力时输出为时输出为“零零”。Hh量程迁移量程迁移量程量程迁移迁移无迁移无迁移负迁移负迁移正迁移正迁移LF13-1油田 无迁移无迁移保证正压室与零液位等高保证正压室与零液位等高当当H为零时，差压输为零时，差压输出为零。出为零。差压变送器的作用是将输入的差压信号转化为统一的标准差压变送器的作用是将输入的差压信号转化为统一的标准信号输出。信号输出。LF13-1油田 负迁移负迁移形形成成原原因因：加加隔隔离离罐罐或或采采用法兰式测压差。用法兰式测压差。正压室：正压室：负压室：负压室：差压：差压：当当H=0时，差压的输出并不为零，而是时，差压的输出并不为零，而是-B。为使。为使H=0时，时，差变的输出为差变的输出为4mA，就要消除，就要消除-B的影响。称之为量程迁移。的影响。称之为量程迁移。由于要迁移的时为负值，所以称为负迁移。由于要迁移的时为负值，所以称为负迁移。LF13-1油田 正迁移正迁移正压室：正压室：负压室：负压室：压差：压差：当当H=0时，差压输出并不为时，差压输出并不为零，其值为零，其值为其迁移量为正值，所以称为正迁移。其迁移量为正值，所以称为正迁移。综上所述：正负迁移的实质是改变变送器的零点，同时改综上所述：正负迁移的实质是改变变送器的零点，同时改变量程的上下限，而量程范围不变。变量程的上下限，而量程范围不变。LF13-1油田 3:浮力法 恒浮力式检测的基本原理是通过测量漂浮于恒浮力式检测的基本原理是通过测量漂浮于被测液面上的浮子（也称浮标）随液面变化被测液面上的浮子（也称浮标）随液面变化而产生的位移。而产生的位移。变浮力式检测是利用沉浸在被测液体中的浮筒变浮力式检测是利用沉浸在被测液体中的浮筒（也称沉筒）所受的浮力与液面位置的关系检测液（也称沉筒）所受的浮力与液面位置的关系检测液位位 。浮力式液位检测分为恒浮力式检测与变浮力式浮力式液位检测分为恒浮力式检测与变浮力式检测。检测。LF13-1油田 钢带浮子式液位计 右图为直读式钢带浮子式液位计，这是一种最简单的液位计，一般只能就地显示。LF13-1油田 浮球液位计 电动浮球液位变送器的测量部分由浮球与平衡杆和平衡锤组成力矩平衡机构，因此浮球可以自由地随液位的变化而升降。当液位改变时，浮球的位置发生相应的变化，通过球杆带动主轴转动，表头内角位移传感器与主轴通过齿轮啮合，将液位的变化转换成相应的电信号LF13-1油田 磁浮子液位计磁浮子液位计 磁性浮子、浮球式液位计主要由本体部分、就地指示器、远传变送器以及上、下限液位报警器等几部分组成。磁性浮子式液位计通过与工艺容器相连的筒体内浮子随液面（或界面）的上下移动，由浮子内的磁钢利用磁耦合原理驱动磁性翻板指示器，用红蓝两色（液红气蓝）明显直观地指示出工艺容器内的液位或界位。LF13-1油田LF13-1油田LF13-1油田 浮筒式液位计 浮筒式液位计属于变浮力液位计，当被测液面位置变化时，浮筒浸没体积变化，所受浮力也变化，通过测量浮力变化确定出液位的变化量。图中：1-浮筒；2-弹簧；3-差动变压器。LF13-1油田 电动浮筒液位计电动浮筒液位计 杠杆的末端吊有内筒，浮筒随介质的浮力F1变化而升降，这个浮力作用在杠杆1上，使杠杆系统以轴封膜片为支点而产生微小偏转（轴封膜片一方面作为杠杆的支点，另一方面起密封作用）。带动杠杆2转动，传感器将偏移量经信号处理及转换电路转换成420mA标准信号输出，即完成变换过程。LF13-1油田 电学法 电学法按工作原理不同又可分为电电学法按工作原理不同又可分为电阻式、电感式和电容式。阻式、电感式和电容式。用电学法测量无摩擦件和可动部件，信号转换、传送方便，便于远传，工作可靠，且输出可转换为统一的电信号，与电动单元组合仪表配合使用，可方便地实现液位的自动检测和自动控制。LF13-1油田 电阻式液位计 电阻式液位计既可进行定点液位控制，也可进行连续测量。所谓定点所谓定点控制是指液位上升或下降到一定位置控制是指液位上升或下降到一定位置时引起电路的接通或断开，引发报警时引起电路的接通或断开，引发报警器报警。器报警。电阻式液位计的原理是基于液位变化引起电极间电阻变化，由电阻变化反映液位情况。LF13-1油田 为用于连续测量的电阻式液位计原理图。图中：1-电阻棒；2-绝缘套；3-测量电桥 LF13-1油田 该液位计的两根电极是由两根材料、截面积相同的具有大电阻率的电阻棒组成，电阻棒两端固定并与容器绝缘。整个传感器电阻为该传感器的材料、结构与尺寸确定后，K1、K2均为常数，电阻大小与液位高度成正比。电阻的测量可用图中的电桥电路完成。LF13-1油田 电感式液位计 电感式液位计利用电磁感应现象，液电感式液位计利用电磁感应现象，液位变化引起线圈电感变化，感应电流也位变化引起线圈电感变化，感应电流也发生变化。发生变化。电感式液位计既可进行连续测量，也可进行液位定点控制。LF13-1油田 电感式液位控制器的原理图。传感器由不导磁管子不导磁管子、导磁性浮子导磁性浮子及线圈线圈组成。管子与被测容器相连通，管子内的导磁性浮子浮在液面上，当液面高度变化时，浮子随着移动。线圈固定在液位上下限控制点，当浮子随液面移动到控制位置时，引起线圈感应电势变化，以此信号控制继电器动作，可实现上、下液位的报警与控制。图中：1、3-上下限线圈；2-浮子 LF13-1油田 电容式液位计 电容式液位计利用液位高低变化影响电容器电容式液位计利用液位高低变化影响电容器电容量大小的原理进行测量。电容量大小的原理进行测量。电容式液位计的结构形式很多，有平极板式平极板式、同心圆柱式同心圆柱式等等。它的适用范围非常广泛，对介质本身性质的要求不象其它方法那样严格，对导电介质导电介质和非导电介非导电介质质都能测量，此外还能测量有倾斜晃动及高速运动的容器的液位。不仅可作液位控制器。还能用于连续测量。LF13-1油田LF13-1油田 (1)(1)检测原理检测原理 在液位的连续测量中，多用同心圆柱式电容器，如右图所示。同心圆柱式电容器的电容量：式中：D、d外电极内径和内电极外径 (m)；极板间介质介电常数(F/m)；L 极板相互重叠的长度(m)。液位变化引起等效介电常数变化，从而使电液位变化引起等效介电常数变化，从而使电容器的电容量变化，这就是电容式液位计的检测容器的电容量变化，这就是电容式液位计的检测原理。原理。图中：1-内电极；2-外电极。LF13-1油田 热学法 在冶金行业中常遇到高温熔融金属液位的测量。由于测量条件的特殊性，目前除使用核幅射法外，还常用热学方法进行检测。它利用了高温熔它利用了高温熔融液体本身的特性，即在空气和高温融液体本身的特性，即在空气和高温液体的分界面处温度场出现突变的特液体的分界面处温度场出现突变的特点，用测量温度的方法间接获得高温点，用测量温度的方法间接获得高温金属熔液液位。金属熔液液位。热学法按温度测量转换原理的不同，通常又分为热电法热电法和热磁感应法热磁感应法。LF13-1油田 热电法 热电法采用热电偶测量温度场，右图为热电偶测量高温金属熔液液位原理图。图中:a-容器壁；b-凝固金属；c-钢水；d-热电偶。热电偶测量高温金属熔液液位原理图LF13-1油田 在容器壁上选定一系列测量点，装上热电偶，并将各测点上热电偶的输出记录下来，得到如图所示的温度-电势分布曲线，曲线上反映出第7个和第8个测点之间产生了温度突变，因此液面就在第7与第8测点之间。温度-电势分布图 LF13-1油田 热电偶测液位只是一个较为粗略的测量方法，精度一般不高；而且精度与热电偶分布、而且精度与热电偶分布、安装情况有关。安装情况有关。适当减小各热电偶的间距、增加测量点，则可提高金属液位测量分辨力和测量精度。另外，热电偶工作端与容器的接触点要细而牢固，为此可将热电偶丝焊在容器壁上，由容器壁充当热电偶的另一极。这种测量方法虽然精度不高，但很可靠；在连铸机结晶过程等应用场合中，仍是一种很适用的液位检测控制方法。LF13-1油田 热磁感应法 热磁感应法也称热磁敏法热磁感应法也称热磁敏法.前面热电法测温元件为一组耐高温热电偶热电法测温元件为一组耐高温热电偶，它们把金属熔液液面处温度场出现变化转换为电势大小的变化；热磁感应法测温元件为一组热磁感应法测温元件为一组热敏磁性元件热敏磁性元件，把金属熔液液面处温度场出现变化转换为电抗（电感）大小的变化。LF13-1油田 超声波法超声波液位计利用波在介质中的传播特性。超声波液位计利用波在介质中的传播特性。因此，在容器底部或顶部安装超声波发射器和接收器，发射出的超声波在相界面被反射。并由接收器接收，测出超声波从发射到接收的时间差，便可测出液位高低。LF13-1油田 超声波液位计按传声介质不同，可分为气介式气介式、液介式液介式和固介式固介式三种；按探头的工作方式可分为自发自收的单自发自收的单探头方式探头方式和收发分开的双探头方式收发分开的双探头方式。相互组合可以得到六种液位计的方案。LF13-1油田(a)气介式 (b)液介式 (c)固介式单探头超声波液位计 LF13-1油田 由上图看出，超声波传播距离为L，波的传播速度为C，传播时间为t ，则：L是与液位有关的量，故测出L便可知液位，L的测量一般是用接收到的信号触发门电路对振荡器的脉冲进行计数来实现。LF13-1油田单探头液位计使用一个换能器，由控制电路控制它分时交替作发射器与接收器。双探头式则使用两个换能器分别作发射器和接收器，对于固介式，需要有两根金属棒或金属管分别作发射波与接收波的传输管道。LF13-1油田 导波雷达液位计导波雷达液位计 导波雷达液（界）位变送器运用了 TDR（时域反射原理）技术，发射的电磁波脉冲沿着杆或缆传送当遇到比先前传导介质（空气或蒸发汽）介电常数大的介质表面时，脉冲波被反射回来。用超高速计来计算脉冲波的传导时间，从而达到精确的液位测量。LF13-1油田LF13-1油田雷达式液位计示意图 雷达波由天线发出到接收到由液面来的反射波的时间t由下式确定 由于故 雷达探测器对时间的测量有微波脉冲法及连续波雷达探测器对时间的测量有微波脉冲法及连续波调频法两种方式。调频法两种方式。LF13-1油田微波脉冲法原理示意图LF13-1油田射线式物位检测射线式物位检测q放射性同位素在蜕变过程中会放射出放射性同位素在蜕变过程中会放射出、三种射线。三种射线。射线的电离本领最强，但穿透能力最弱。射线的电离本领最强，但穿透能力最弱。射射线线是是电电子子流流，电电离离本本领领比比射射线线弱弱，而而穿穿透透能能力力较较射射线强。线强。射射线线是是一一种种从从原原子子核核中中发发出出的的电电磁磁波波，它它的的波波长长较较短短，不不带带电电荷荷，它它在在物物质质中中的的穿穿透透能能力力比比和和射射线线都都强强，但但电电离本领最弱。离本领最弱。由于射线的可穿透性，它们常被用于情况特殊或环境条件由于射线的可穿透性，它们常被用于情况特殊或环境条件恶劣的场合实现各种参数的非接触式检测，如位移、材料恶劣的场合实现各种参数的非接触式检测，如位移、材料的厚度及成分、流体密度、流量、物位等。的厚度及成分、流体密度、流量、物位等。LF13-1油田 中子料位计基本工作原理 反向散射式中子料位计，或称中子氢密度反向散射式中子料位计，或称中子氢密度界面界面/料位计。它通过对焦炭塔特定区域内料位计。它通过对焦炭塔特定区域内物料含、密度的连续测量，给出塔内物料含、密度的连续测量，给出塔内全部物料状态（油气、泡沫、焦炭或水）全部物料状态（油气、泡沫、焦炭或水）的动态分布规律的动态分布规律,并在塔底注油起始信号配并在塔底注油起始信号配合下给出泡沫层、焦炭层上沿实时高度指合下给出泡沫层、焦炭层上沿实时高度指示值。从而为实现焦化生产的实时在线控示值。从而为实现焦化生产的实时在线控制提供信息。制提供信息。LF13-1油田其基本工作原理为：其基本工作原理为：1 1、所用中子源为、所用中子源为5050毫居钚毫居钚/铍（铍（Pu-238/BePu-238/Be）中子源。）中子源。2 2、快中子与轻质元素特别是氢原子极易发生弹性反散射碰撞并经多次、快中子与轻质元素特别是氢原子极易发生弹性反散射碰撞并经多次碰撞后被碰撞后被“慢化慢化”为低能量的为低能量的“慢慢”中子。中子。3 3、采用专用的高效慢中子探测器将这种慢中子接收。该探测器只对慢、采用专用的高效慢中子探测器将这种慢中子接收。该探测器只对慢中子灵敏，而对快中子则基本无作用。中子灵敏，而对快中子则基本无作用。把中子源、高效慢中子探测器及变送器组装在一起，构成中子料位计，并把中子源、高效慢中子探测器及变送器组装在一起，构成中子料位计，并安装在被测装置壁外特定高度上。中子源发出的快中子能够穿透被测装置安装在被测装置壁外特定高度上。中子源发出的快中子能够穿透被测装置外壁，同装置内部的各种原子发生多次相互碰撞，其中与氢原子发生慢化外壁，同装置内部的各种原子发生多次相互碰撞，其中与氢原子发生慢化的几率最大，慢中子再有一定几率反散射到装置壁外被慢中子探测器接收。的几率最大，慢中子再有一定几率反散射到装置壁外被慢中子探测器接收。反射到探测器处的慢中子通量反射到探测器处的慢中子通量，在特定条件下显然与装置内氢原子的密，在特定条件下显然与装置内氢原子的密度成正比关系。亦即，装置内氢原子的密度越大，产生的慢中子通量也就度成正比关系。亦即，装置内氢原子的密度越大，产生的慢中子通量也就越多。因而通过探测慢中子通量就能够判定装置内部含氢物料密度的大小。越多。因而通过探测慢中子通量就能够判定装置内部含氢物料密度的大小。探测器输出的信号经变送器转换为频率信号由特种五芯双屏蔽电缆传送至探测器输出的信号经变送器转换为频率信号由特种五芯双屏蔽电缆传送至中子主机系统，中子主机系统经特殊的数学处理给出百分密度及各界面的中子主机系统，中子主机系统经特殊的数学处理给出百分密度及各界面的位置指示。位置指示。LF13-1油田 谢谢!不足之处敬请指正！