化工测量仪表ppt课件(液位).ppt

《化工测量仪表ppt课件(液位).ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化工测量仪表ppt课件(液位).ppt（57页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、2022-6-612022-6-62概概 述述测量的目的测量的目的1 .(1 .(计量计量) )正确地测知容器中介质的容量或质量，进行成本核正确地测知容器中介质的容量或质量，进行成本核算算; ; 2 .(2 .(监控监控) )对物位高度进行显示报警或联锁控制，保证连续生对物位高度进行显示报警或联锁控制，保证连续生产和设备安全产和设备安全。物位是指存放在容器或工业设备中物质的高度或位置。物位是指存放在容器或工业设备中物质的高度或位置。液位液位: : 液体介质与气体介质的分界面；液体介质与气体介质的分界面；界位界位: : 液体液体液体或液体液体或液体固体的分界面；固体的分界面；料位料位: : 固体

2、粉末或颗粒状物质的堆积高度。固体粉末或颗粒状物质的堆积高度。返回2022-6-63返回2022-6-64第一节第一节 测量原理测量原理应用浮力原理应用浮力原理恒浮力法：利用漂浮于液面上的浮子升降位移反映液位的变化；恒浮力法：利用漂浮于液面上的浮子升降位移反映液位的变化；变浮力法：利用浮子浮力随液位浸没高度而变化。变浮力法：利用浮子浮力随液位浸没高度而变化。返回恒浮力原理恒浮力原理下一页2022-6-65一、恒浮力法液位测量一、恒浮力法液位测量 （2-1-1） W 浮子重量；浮子重量；F 浮子所受浮力；浮子所受浮力；G 平衡重物的重量。平衡重物的重量。gAHHgAHF返回浮子的定位能力是指浸没浮

3、子高度浮子的定位能力是指浸没浮子高度的变化量的变化量H 所引起的浮力变化量所引起的浮力变化量F=gAH, 则得表达式为则得表达式为原理示意原理示意下一页 上一页2022-6-66二、变浮力法液位测量二、变浮力法液位测量C 弹簧刚度；弹簧刚度； x 弹簧压缩位移；弹簧压缩位移；A 浮筒的截面积；浮筒的截面积；H 浮筒被液体浸没的高度；浮筒被液体浸没的高度； 被测液体密度；被测液体密度； g 重力加速度。重力加速度。CxWAh g液位升高液位升高H ，则浮筒上移动，则浮筒上移动x ，此时，此时gxHHAWxxC)()(返回HKHgACgAx（2-1-5）上一页2022-6-67第二节第二节 恒浮力

4、式液位计恒浮力式液位计返回2022-6-68一、浮球式液位计一、浮球式液位计 W 浮球的重力；浮球的重力； G 平衡重物的重力；平衡重物的重力； F 浮球所受的浮力；浮球所受的浮力； l1 转轴到浮球中心垂直距离；转轴到浮球中心垂直距离； l2 转轴到重物中心垂直距离。转轴到重物中心垂直距离。()WF lGl12返回下一页1.1.结构原理结构原理2022-6-692.2.使用使用（1 1）连杆与转动轴等部件之间的连接必须牢固。）连杆与转动轴等部件之间的连接必须牢固。（2 2）零位一经调好不得随意移动平衡重物。）零位一经调好不得随意移动平衡重物。（3 3）用于温度、粘度较高而压力不高的密闭容器的

5、窄液位测量。）用于温度、粘度较高而压力不高的密闭容器的窄液位测量。P4MPa,T450,P4MPa,T450,0.55g/cm0.55g/cm3 3 , , H 1200mm H 1200mm 。返回上一页2022-6-610二、磁翻转式液位计二、磁翻转式液位计返回每个翻板或翻球的翻转直径为每个翻板或翻球的翻转直径为10mm10mm。2022-6-611三、浮子钢带式液位计三、浮子钢带式液位计返回在钉轮轴上安装转角传感器或变送在钉轮轴上安装转角传感器或变送器，可实现液位信号的远传。器，可实现液位信号的远传。钢带的线位移变为钉轮的角位移，钢带的线位移变为钉轮的角位移，适用于适用于大型储罐大型储罐

6、。宽液位测量，。宽液位测量，测量范围为测量范围为0 020M20M，F F浮子产生的浮力；浮子产生的浮力；W W浮子本身的重量浮子本身的重量； T T恒力弹簧对浮子的拉力恒力弹簧对浮子的拉力。整个系统平衡时应满足整个系统平衡时应满足 T T = = W W - - F F （2-1-72-1-7）2022-6-612返回2022-6-613gHPPPABgHPPB若容器为敞口容器，若容器为敞口容器，PA为大气压，则上式可写为：为大气压，则上式可写为：第一节第一节 测量原理测量原理根据流体静力学原理可知，根据流体静力学原理可知，A、B两点的压差为两点的压差为 任何一点液体压力等于表面压力加上液体

7、密度任何一点液体压力等于表面压力加上液体密度与重力加速度及液柱高度的乘积。与重力加速度及液柱高度的乘积。通过测量通过测量P P 或或PP来实现液位高度来实现液位高度H H 的测量。的测量。返回（2-2-22-2-2）（2-2-12-2-1）2022-6-614第二节第二节 压力式液位计压力式液位计下一页返回一、一、用测压仪表测量用测压仪表测量压力表或压力变送器与容器底部相连，由压力值可知液位的高度。压力表或压力变送器与容器底部相连，由压力值可知液位的高度。 只有测压仪表的安装位置只有测压仪表的安装位置与最低液位一致时，式（与最低液位一致时，式（2-2-2-22-2）才成立。否则需对其）才成立。

8、否则需对其进行修正。进行修正。 测量粘稠、易结晶或含有测量粘稠、易结晶或含有颗粒液体的液位时，可采用颗粒液体的液位时，可采用法兰式压力变送器法兰式压力变送器差压变送器测量差压变送器测量2022-6-615第三节第三节 差压式液位计差压式液位计返回一、一、二、二、2022-6-616一、零点迁移问题一、零点迁移问题返回1 1无迁移无迁移 被测介质粘度较小、无腐蚀、无结晶，被测介质粘度较小、无腐蚀、无结晶，且气相部分不冷凝，变送器与容器下部且气相部分不冷凝，变送器与容器下部取压位置同高度。取压位置同高度。gHPPP21H=0H=0 H Hmaxmax ，P=0P=0 PPmaxmax , ,变送器

9、输出：变送器输出：I=4I=420mA20mA。 设对应液位高度所要求的变送器量程设对应液位高度所要求的变送器量程PPmaxmax =5000Pa, =5000Pa,变送器特性曲线如图变送器特性曲线如图2-2-72-2-7曲线曲线a a 所示。所示。迁移示意图迁移示意图下一页安装示意图安装示意图2022-6-6172 2正迁移正迁移ghgHpH = H = 0 0 P=hgP=hg 0 I0 I4mA4mA；H = HH = Hmaxmax PPmaxmax=H=Hmaxmaxgg + + hghg I I20mA20mA设变送器量程设变送器量程PPmaxmax = 5000Pa = 5000

10、Pa hghg =2000Pa=2000PaH = H = 0 0 P =P =2000Pa 2000Pa 调零点迁移使调零点迁移使I= 4mAI= 4mA；H = HH = Hmaxmax PPmaxmax= = 5000+2000=7000Pa I= 20mA5000+2000=7000Pa I= 20mA。返回下一页 上一页调整的压差是大于零的附加静压，则称调整的压差是大于零的附加静压，则称正迁移正迁移。安装示意图安装示意图2022-6-6183 3负迁移负迁移下一页 上一页ghgHp 负压侧与取压点之间安装隔离罐负压侧与取压点之间安装隔离罐或冷凝罐或冷凝罐H = H = 0 0 P=

11、-hgP= -hg0 I 0 I 挂料层的横截面积，挂料层的横截面积，且被测物料具有导电性，则物料的电阻可略。且被测物料具有导电性，则物料的电阻可略。 物料当作电容的一个极板物料当作电容的一个极板，物位以下的物位以下的电容变化仍可用式（电容变化仍可用式（2-3-52-3-5）来表达。）来表达。下一页2022-6-635但挂料层的电阻很大，不能忽略。挂料层可等效为：但挂料层的电阻很大，不能忽略。挂料层可等效为：一条由无穷多个无穷小的电容和电阻组成的传输线。一条由无穷多个无穷小的电容和电阻组成的传输线。 据电化学实验可得结论：若据电化学实验可得结论：若导电挂料足够长导电挂料足够长，则挂料和电极形则

12、挂料和电极形成的以电极绝缘层为介质的电容容抗成的以电极绝缘层为介质的电容容抗X XC C挂挂，与挂料部分所表现出，与挂料部分所表现出来的电阻来的电阻R R数值上是相等的。即数值上是相等的。即RCXC挂挂1测得的电容为：测得的电容为： Cx= C+C挂挂C C真实物位的电容；真实物位的电容；C C挂挂导电挂料所表现出的电容。导电挂料所表现出的电容。 由射频导纳原理，导电挂料的电阻由射频导纳原理，导电挂料的电阻R R包含了挂料电容，可得包含了挂料电容，可得C C挂挂，则则 C= CC= Cx xC C挂挂，得到，得到C C可知可知H H。返回上一页2022-6-636二、射频导纳物位计的组成二、射

13、频导纳物位计的组成返回2022-6-637返回2022-6-638第一节第一节 核辐射物位计核辐射物位计返回2022-6-639一、测量原理一、测量原理测量原理图测量原理图返回 放射性同位素能放射出放射性同位素能放射出、和和射线，透射某些物质。射线，透射某些物质。射线射线受物质吸收较少，穿透能力强。受物质吸收较少，穿透能力强。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。射线强度按指数规律衰减，其关系为射线强度按指数规律衰减，其关系为 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

14、后的射线强度。当放射源选定，被测介质不变时，当放射源选定，被测介质不变时，则则I0 与与都是常数。都是常数。IIHln1ln10下一页2022-6-640测量原理图测量原理图返回上一页2022-6-641二、物位测量方法二、物位测量方法返回图图a a定点测量定点测量: : 可实现定点控制。准确性高。可实现定点控制。准确性高。图图b b自动跟踪测量自动跟踪测量: : 准确性高，测量范围宽。准确性高，测量范围宽。图图c c倾斜定点测量：倾斜定点测量：测量范围窄，一般测量范围窄，一般300300500mm500mm。下一页2022-6-642图图d d放射源多点组合放射源多点组合图图e e接收器多点

15、组合，接收器多点组合，图图f f两者并用两者并用用于较大范围物位测量，用于较大范围物位测量，可改善线性关系。可改善线性关系。返回上一页物位计测量范围：物位计测量范围：0 03000mm 3000mm ，用于高温、，用于高温、低温、高压容器的高粘度、剧毒、强腐蚀或低温、高压容器的高粘度、剧毒、强腐蚀或易燃易爆介质的物位测量。易燃易爆介质的物位测量。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。2022-6-643第二节第二节 超声波物位计超声波物位计返回2022-6-644一、测量原理一、测量原理返回 超声波：超声波：频率高于可听频率极限频率高于可听频率极限(20(20KHzKHz

16、以上频段以上频段) )的弹性振动，的弹性振动，以波动的形式在介质中的传播过程就形成超声波。以波动的形式在介质中的传播过程就形成超声波。 声波在穿过介质时会被吸收而衰减，声波在穿过介质时会被吸收而衰减，气体吸收最强气体吸收最强衰减最大，衰减最大，液体次之，固体吸收最少衰减最小。液体次之，固体吸收最少衰减最小。 声波在穿过不同介质的分界面时会产生反射，反射波的强弱决定于声波在穿过不同介质的分界面时会产生反射，反射波的强弱决定于两介质的声阻抗，声阻抗差别越大，反射波越强。两介质的声阻抗，声阻抗差别越大，反射波越强。声阻抗即介质的密度与声速的乘积声阻抗即介质的密度与声速的乘积。 根据发射声波至接收反射

17、回波的时间间隔与物位高度间的关系，根据发射声波至接收反射回波的时间间隔与物位高度间的关系，可进行物位的测量。可进行物位的测量。下一页2022-6-645返回压电式换能器产生超声波是基于某些晶体的压电效应及其可逆性能。压电式换能器产生超声波是基于某些晶体的压电效应及其可逆性能。 在压电晶体上作用外力，在其相对两面会产在压电晶体上作用外力，在其相对两面会产生异性电荷。用导线将两电极连接，会有电流生异性电荷。用导线将两电极连接，会有电流流过。外力消失，被中和的电荷又会立即分开，流过。外力消失，被中和的电荷又会立即分开，形成与原方向相反的电流。若的外力是交变的，形成与原方向相反的电流。若的外力是交变的

18、，则一压一松就可产生交变电场。则一压一松就可产生交变电场。正压电效应：正压电效应：下一页 上一页 在晶体两端面电极上加交变电场，沿着晶体厚度方向会产生与交变在晶体两端面电极上加交变电场，沿着晶体厚度方向会产生与交变电压同频率的机械振动，向附近发射声波。电压同频率的机械振动，向附近发射声波。逆压电效应：逆压电效应：2022-6-646返回上一页设超声探头至物位的垂直距离为设超声探头至物位的垂直距离为H，由发射到接收所经历的时间为，由发射到接收所经历的时间为t，超声波在介质中传播的速度为超声波在介质中传播的速度为V，则存在如下关系，则存在如下关系vtH21 若介质若介质V V已知，测得时间已知，测

19、得时间t t即可确定距离即可确定距离H H，即得知被测物位高度。即得知被测物位高度。测量原理图测量原理图2022-6-647二、物位测量方法二、物位测量方法返回根据传声介质不同根据传声介质不同: : 分气介式、液介式和固介式；分气介式、液介式和固介式；根据探头工作方式根据探头工作方式: : 分单探头和双探头方式。分单探头和双探头方式。相互组合可得不同的测量方法。相互组合可得不同的测量方法。 （一）基本测量方法（一）基本测量方法利用声速特性采用利用声速特性采用回声测距回声测距的方法的方法. .图图a a 液介式测量液介式测量图图b b 气介式测量气介式测量：图图c c 固介式测量：固介式测量：图

20、图d d 双探头液介式双探头液介式图图e e 双探头气介式双探头气介式vtS2122aSH下一页2022-6-648图图f f 双探头固介式双探头固介式超声波超声波第一根固体第一根固体液体液体 接收探头接收探头第二根固体第二根固体)(21HvdtvHv 固体中的声速；固体中的声速；vH 液体中的声速；液体中的声速； d d 两根传声固体的间距。两根传声固体的间距。当当v、vH已知，已知，d d 固定，则可根据测得的固定，则可根据测得的t求得求得H H 。返回上一页 下一页2022-6-649（二）设置校正具方法（二）设置校正具方法 声波传播速度与介质的密度有关，密度是温度压力的函数声波传播速度

21、与介质的密度有关，密度是温度压力的函数, , 故故必须必须对声速进行校正对声速进行校正。1.1.固定校正具方法固定校正具方法(1)(1)液介式校正具液介式校正具若声脉冲在介质中的传播速度为若声脉冲在介质中的传播速度为v0 ，从校正探头到反射板的往返时间为从校正探头到反射板的往返时间为t t0 0 ，则则测量原理图测量原理图00021tvL vtH21因为因为 v0 =v适当选择时间单位，使适当选择时间单位，使t t0 0 在数值上等于在数值上等于L L0 0 ，则，则 t =H ttLH00返回上一页（2 2）气介式双探头固定校正具气介式双探头固定校正具( (图图2-4-82-4-8所示，略）

22、所示，略）下一页2022-6-6502.2.活动校正具方法活动校正具方法采用浮臂式倾斜校正具采用浮臂式倾斜校正具测量可达测量可达1mm1mm精度精度3.3.固定距离标志方法固定距离标志方法 每隔一定距离装一个小反射体。声脉冲每遇每隔一定距离装一个小反射体。声脉冲每遇到小反射体就有一个米标志波反射回来，传到到小反射体就有一个米标志波反射回来，传到液面时，还有较强的液面波反射。液面时，还有较强的液面波反射。接收信号中鉴别出各个米标志波和液面波脉冲接收信号中鉴别出各个米标志波和液面波脉冲H = h1+h2h1 以米为单位的液位数值；以米为单位的液位数值； h2 小于小于1米的零数段。米的零数段。返回

23、上一页2022-6-651第四节第四节 雷达液位计雷达液位计返回一、一、二、二、2022-6-652返回一、工作原理及组成一、工作原理及组成1工作原理工作原理t=2h/c光速光速c=30000km/sc=30000km/s，它不受介质环境的影响，它不受介质环境的影响，传播速度稳定。当测得延传播速度稳定。当测得延迟时间迟时间t t则可获得高度则可获得高度h h。雷达系统不断地发射线性调频雷达系统不断地发射线性调频信号，可得到发射信号频率与信号，可得到发射信号频率与反射信号频率之间的差频反射信号频率之间的差频f f，差频正比于延迟时间，差频正比于延迟时间t t，即正比于，即正比于h h。 类似超声

24、波气介式的测量方法。测量类似超声波气介式的测量方法。测量以光速以光速c c传播的传播的超高频电磁波超高频电磁波，发射及反射之间的延时发射及反射之间的延时t来确定天线与反射面之间的高度（空高来确定天线与反射面之间的高度（空高h）。）。下一页2022-6-653返回上一页 2 2雷达液位计的组成雷达液位计的组成2022-6-654二、特点及适用范围二、特点及适用范围返回计算电磁波到达液面并反射回接受天线的时间进行液位测量。计算电磁波到达液面并反射回接受天线的时间进行液位测量。气体波动变化不影响电磁波的传播速度。气体波动变化不影响电磁波的传播速度。 采用非接触测量方式，没有活动部件，可靠性高，平均无

25、故障时采用非接触测量方式，没有活动部件，可靠性高，平均无故障时间长达间长达1010年，不污染环境，安装方便。年，不污染环境，安装方便。 适用高粘度、易结晶、强腐蚀及易爆易燃介质，特别适用于大型适用高粘度、易结晶、强腐蚀及易爆易燃介质，特别适用于大型立罐和球罐等液位的测量。立罐和球罐等液位的测量。 精度可达精度可达0.250.25级，工作温度级，工作温度-200-200230230，工作压力，工作压力40.MPa40.MPa，测量范围为测量范围为0 040m40m，下一页2022-6-655一、一、 浮力式液位计浮力式液位计恒浮力式：浮球式、磁翻转式、钢带式恒浮力式：浮球式、磁翻转式、钢带式变浮

26、力式：浮筒式物位计（液位、界位）变浮力式：浮筒式物位计（液位、界位）校验方法：以水代校、挂重法校验方法：以水代校、挂重法二、二、静压式液位计静压式液位计静压原理：应用液柱高度产生的静压实现液位测量。静压原理：应用液柱高度产生的静压实现液位测量。压力式、差压式：零点迁移判断计算方法。压力式、差压式：零点迁移判断计算方法。差压式可用于测界位，但差压式可用于测界位，但负压侧取压位置应始终浸没在轻介质之中负压侧取压位置应始终浸没在轻介质之中。零点迁移仅改变了变送器测量范围的上、下限，量程大小不变。零点迁移仅改变了变送器测量范围的上、下限，量程大小不变。返回下一页2022-6-656返回三、电容式物位计

27、三、电容式物位计圆筒形电容器原理。固定圆筒形电容器原理。固定R R和和r r，采用改变，采用改变或或L L 。测量非导电介质的液位测量非导电介质的液位测量导电介质的液位测量导电介质的液位相当于两介质介电常数变化相当于两介质介电常数变化相当于电极面积变化相当于电极面积变化电容检测方法：电桥法、谐振法、脉冲宽度调制法、环形二极管法。电容检测方法：电桥法、谐振法、脉冲宽度调制法、环形二极管法。射频导纳物位计：射频导纳物位计：变单纯的测量传感电极的电容变化为测量传感变单纯的测量传感电极的电容变化为测量传感电极的复数阻抗变化，从而排除挂料的影响。电极的复数阻抗变化，从而排除挂料的影响。导电挂料足够长导电

28、挂料足够长RCXC挂挂1上一页 下一页2022-6-657四、四、非接触式测量物位计非接触式测量物位计核辐射物位计：核辐射物位计：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超声波物位计：超声波物位计：应用应用两种物理特性两种物理特性：反射、透射和折射；：反射、透射和折射； 传播时的声学特性（声速、声衰减、声阻抗等）。传播时的声学特性（声速、声衰减、声阻抗等）。声速声速是温度压力的函数必须进行是温度压力的函数必须进行校正校正。雷达液位计：雷达液位计：类似超声波气介式的测量，向被测液面发射超高频类似超声波气介式的测量，向被测液面发射超高频 电磁波。电磁波。计算电磁波到达液面并反射回的时间确定空高计算电磁波到达液面并反射回的时间确定空高h h进行液位测量。进行液位测量。返回上一页