《模块液位检测》PPT课件.ppt

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1、机、电类传感器与检测技术项目教程模块六、液位检测模块六、液位检测 课件统一书号：统一书号：ISBN978-7-111-48817-0课程配套网站www.sensor-或或2015年年2月第月第1版版（作者：梁森、黄杭美、王明霄、王侃夫）（作者：梁森、黄杭美、王明霄、王侃夫）12/4/20221本模块介绍本模块介绍“液位液位”、“物位物位”的基本概念、的基本概念、电容式液位计电容式液位计、超声波式液位计超声波式液位计，还介绍了还介绍了型型式试验式试验与与型式评价型式评价以及以及电接点式液位计电接点式液位计。内容简介内容简介今天是：今天是：12/4/202212/4/202212/4/20222模

2、块六、液位检测模块六、液位检测 目录目录进入进入进入进入进入进入进入进入知识链接、液位与物位的基本概念知识链接、液位与物位的基本概念项目一、电容式液位计变送器项目一、电容式液位计变送器项目二、超声波式液位变送器项目二、超声波式液位变送器项目三、液位计的型式试验与型式评价项目三、液位计的型式试验与型式评价拓展阅读拓展阅读电接点式水位计电接点式水位计現現在在時間時間是：是：15:4615:4612/4/20223知识链接知识链接 液位与物位的基本概念液位与物位的基本概念物位与液位物位与液位物位是液位、料位、物位是液位、料位、界面的总称。界面的总称。固体块状、固体块状、散粒状物质的堆积高度散粒状物质

3、的堆积高度称为料位称为料位；容器中，液容器中，液体介质液面的相对高度体介质液面的相对高度或表面位置称为液位或表面位置称为液位；同一容器中，两种密同一容器中，两种密度不同，但互不相容的度不同，但互不相容的液体介质，其分界面的液体介质，其分界面的位置称为界面位置称为界面。相应的。相应的测量仪表称为测量仪表称为料位计料位计或或液位计液位计、界面计界面计。超声波式物位计超声波式物位计12/4/20224表表6-1常用液位仪的特性常用液位仪的特性液位计液位计类型类型液位测量液位测量范围范围/m过程温过程温度度/过程压过程压力力MPa特特点点玻璃管玻璃管(板）式板）式1.52502.5无源无源，读数直观，

4、价廉；需要照明和，读数直观，价廉；需要照明和定期清洗，易破碎定期清洗，易破碎电接点电接点式式230025无源，结构简单，价廉；无源，结构简单，价廉；液位测量不液位测量不连续连续，电极易腐蚀电极易腐蚀，多用于无腐蚀性，多用于无腐蚀性的导电液体液位报警；可以在高温、的导电液体液位报警；可以在高温、高压下工作高压下工作浮球浮球(浮浮筒筒)式式58016读数直观，价廉；读数直观，价廉；机械部件易损坏机械部件易损坏伺服式伺服式6520016大量程，可以测量油水界面；钢丝、大量程，可以测量油水界面；钢丝、浮子、轮鼓等浮子、轮鼓等机械系统易损坏机械系统易损坏12/4/20225液位计类型液位计类型液位范液位

5、范围围/m过程温过程温度度/过程压力过程压力/MPa特特点点音叉式音叉式2802结构简单；结构简单；不适合粘性物体，易损坏不适合粘性物体，易损坏；多；多用于物位报警用于物位报警变介电常数变介电常数电容式电容式3.5201203不适合粘性液体；多用于液位或料位报警不适合粘性液体；多用于液位或料位报警差压式差压式3020015可适合粘性介质；需要迁移量调校可适合粘性介质；需要迁移量调校压阻投入式压阻投入式30801量程大；量程大；导气电缆和测量头容易受潮导气电缆和测量头容易受潮磁致伸缩式磁致伸缩式121202浮子易卡住；不适合粘性液体浮子易卡住；不适合粘性液体超声波式超声波式50850.4非接触式

6、测量非接触式测量，多数安装在液面的上方；，多数安装在液面的上方；不适合雾气以及有泡沫的液体不适合雾气以及有泡沫的液体雷达式雷达式3512010非接触式测量，不受蒸气、挥发雾的影响，非接触式测量，不受蒸气、挥发雾的影响，可在灰尘等恶劣环境工作，能测量固体料可在灰尘等恶劣环境工作，能测量固体料位位核辐射式核辐射式6060020非接触式测量，量程大，非接触式测量，量程大，可以测量固体料可以测量固体料位位，适合在高温、高压等恶劣环境中工作适合在高温、高压等恶劣环境中工作；需要进行射线防护需要进行射线防护12/4/20226各种液位计各种液位计导波雷达导波雷达式式液位控制计液位控制计微波雷达式微波雷达式

7、液位控制计液位控制计重锤伺服式重锤伺服式物位计物位计12/4/20227各种液位计（续）各种液位计（续）12/4/20228图图6-1 6-1 玻璃管液位计玻璃管液位计a）原理示意图）原理示意图b）实物）实物c）刻度表放大图）刻度表放大图1汽包汽包2液面液面3法兰接管法兰接管4螺母螺母5垫片垫片6法兰盘法兰盘7螺栓螺栓8截止阀截止阀9不锈钢管不锈钢管10玻璃管（板）接头玻璃管（板）接头11玻璃管（板）玻璃管（板）12标尺标尺12/4/20229项目一项目一 电容式液位计电容式液位计【项目教学目标项目教学目标】知识目标知识目标1）掌握变介电常数电容式传感器构成液位计）掌握变介电常数电容式传感器构

8、成液位计的工作原理。的工作原理。2）掌握双法兰差压式液位变送器的工作原理。）掌握双法兰差压式液位变送器的工作原理。技能目标技能目标1）掌握差压式液位变送器的安装。）掌握差压式液位变送器的安装。2）掌握差压式液位变送器的零点迁移方法。）掌握差压式液位变送器的零点迁移方法。現在時間現在時間是：是：15:4615:46回目录回目录12/4/202210任务一任务一 变介电常数电容式液位计的安装与应用变介电常数电容式液位计的安装与应用平板电容的电容量为平板电容的电容量为C=0rA/d。式中，。式中，0为真空的介为真空的介电常数，电常数，r为两极板间介质的相对介电常数为两极板间介质的相对介电常数，A为两

9、极为两极板相互遮盖的有效面积板相互遮盖的有效面积，d为两极板间的极距为两极板间的极距。如果固定如果固定A、d为为常数，常数，电电容容C将随两个极将随两个极板板间间的介的介质质相相对对介介电电常数常数r的的变变化而化而变变化。化。12/4/202211表表6-26-2 几种介质的相对介电常数几种介质的相对介电常数介质名介质名称称相对介相对介电常电常数数r介质名称介质名称相对介相对介电常电常数数r真空真空1玻璃釉玻璃釉35空气空气略大于略大于1SiO238其他气其他气体体11.2云母云母58硅油硅油23.5干的谷物干的谷物35聚丙烯聚丙烯22.2环氧树脂环氧树脂310聚四氟聚四氟乙烯乙烯2.0低频

10、陶瓷、低频陶瓷、压电压电陶瓷陶瓷100010000聚偏二聚偏二氟乙氟乙烯烯35纯净的水纯净的水8012/4/202212一、开环式变介电一、开环式变介电常数电容式液位计常数电容式液位计1内圆筒内圆筒2外圆筒外圆筒3被测绝缘液体被测绝缘液体4被测导电液体被测导电液体5聚四氟乙烯套管聚四氟乙烯套管6顶盖顶盖7绝缘底座绝缘底座8信号传输屏蔽电缆信号传输屏蔽电缆图图6-2变变介介电电常数常数电电容式液位容式液位计计a）同）同轴轴内外金属管式内外金属管式b）金属管外套聚四氟）金属管外套聚四氟乙乙烯烯套管式套管式c）带带底座的底座的电电容液位容液位传传感器的感器的结结构构（放大（放大图见图见后后页页）12

11、/4/202213变介电变介电常数电容常数电容式液位计式液位计12/4/202214变介电常数电容式液位计原理变介电常数电容式液位计原理右图中当被测液体（绝缘体）的液面在两个同心圆金属管状电右图中当被测液体（绝缘体）的液面在两个同心圆金属管状电极间上下变化时，引起两电极间不同介电常数介质（上半部分为极间上下变化时，引起两电极间不同介电常数介质（上半部分为空气，下半部分为液体）的变化，因而导致总电容的变化。空气，下半部分为液体）的变化，因而导致总电容的变化。左图中当液罐外壁是导电金属时，可以将液罐外壁接地，并作左图中当液罐外壁是导电金属时，可以将液罐外壁接地，并作为液位计的外电极为液位计的外电极

12、。当被测介质是导电的液体（例如水溶液）时，当被测介质是导电的液体（例如水溶液）时，内电极应采用金属管外套聚四氟乙烯套管式电极。这时的外电极内电极应采用金属管外套聚四氟乙烯套管式电极。这时的外电极也不再是液罐外壁，而是该导电介质本身也不再是液罐外壁，而是该导电介质本身。这时内、外电极的极。这时内、外电极的极距只是聚四氟乙烯套管的壁厚。距只是聚四氟乙烯套管的壁厚。12/4/202215表表6-36-3 TQ-DRUL TQ-DRUL电容式液位变送器的型号及说明电容式液位变送器的型号及说明TQ-DRUL厂家代号厂家代号第二位字母第二位字母A仅有物位高度显示仅有物位高度显示B高度显示加上高度显示加上/

13、下限下限报警输出报警输出C高度显示加变送器高度显示加变送器输出（输出（420mA）D变送输出加上变送输出加上/下限下限报警报警E高度显示、变送输高度显示、变送输出加上出加上/下限报警下限报警P 普通型（普通型（-2060）E 中温型（中温型（-40200）F 防腐型防腐型（不锈钢接头，氟塑料包裹探极）（不锈钢接头，氟塑料包裹探极）D 隔爆型隔爆型I 粉尘防爆型粉尘防爆型12/4/202216汽车电阻式油量表汽车电阻式油量表油量表相当于电油量表相当于电流表流表。浮球带动变浮球带动变阻器滑片阻器滑片,变阻器变阻器R的最大阻值是的最大阻值是50,与油量表串与油量表串联的电阻联的电阻R与油量与油量有确

14、定关系有确定关系。12/4/202217二、伺服电容式油量表（飞机用，可倾斜）二、伺服电容式油量表（飞机用，可倾斜）图图6-3伺服电容式油量表示意图（伺服电容式油量表示意图（无浮球机构无浮球机构）1油箱油箱2同心圆柱形同心圆柱形电容器电容器3伺服电动机伺服电动机4减速箱减速箱5油量表盘油量表盘12/4/202218伺服电容式油量表工作原理伺服电容式油量表工作原理当油箱中无油时，圆柱形电容器的电容当油箱中无油时，圆柱形电容器的电容Cx 0为最小值，为最小值，ubd=0。调零过程：调零过程：暂时暂时断开减断开减速箱与电位速箱与电位器器RP的机的机械连接，械连接，电位器电位器RP的滑动的滑动臂调到臂

15、调到0点，此时点，此时相邻两臂电阻相等相邻两臂电阻相等（R3、R4的阻值相的阻值相同）。同）。再再调节半可变电容调节半可变电容C0，使，使C0=Cx 0；此时电桥的输出；此时电桥的输出ubd为零为零，油量表指针偏转角油量表指针偏转角=0。12/4/202219伺服电容式油量表工作原理（续）伺服电容式油量表工作原理（续）当油箱中注入油，液位上升至当油箱中注入油，液位上升至H处，处，Cx=Cx0+Cx，Cx与与H成正比。成正比。电桥的输出电压电桥的输出电压ubd经放大后驱动伺服经放大后驱动伺服电动机，再由减速箱减速后，带动指针顺时针偏转电动机，再由减速箱减速后，带动指针顺时针偏转，同，同时时带动带

16、动RP的滑动臂向的滑动臂向c点移动，从而使点移动，从而使RP的阻值增大，的阻值增大，Rcd=R3+RRP也随之增大也随之增大。当当RP阻值增大到一定值时，阻值增大到一定值时，R4/(R3+RRP)=C0/(Cx0+Cx)，Uo再次等于零再次等于零，于是伺服，于是伺服电动机停转，指针停留在转角为电动机停转，指针停留在转角为max处处(Hfull，油箱满，油箱满)以上的闭环原理可以用以上的闭环原理可以用微处理器来实现。微处理器来实现。开环式开环式电阻油量表电阻油量表的测量原理的测量原理12/4/202220电容式油量表可工作在电容式油量表可工作在3030倾斜状态倾斜状态12/4/202221任务二

17、任务二 差压式液位变送器的安装与零点迁移差压式液位变送器的安装与零点迁移一、单导压管（取压管）压力式液位变送器一、单导压管（取压管）压力式液位变送器1单导压管压力式变送器测量液位原理单导压管压力式变送器测量液位原理单导压管压力式液位变送器只有一个压力输入接口单导压管压力式液位变送器只有一个压力输入接口（p+接口），接口），负取压口（负取压口（p-接口）向大气敞开，接口）向大气敞开，可用可用于不产生有毒气体的敞口式常压容器于不产生有毒气体的敞口式常压容器。图图6-4单导压管单导压管压力式压力式液位变送器液位变送器12/4/202222表表6-4 TQ-YBUL6-4 TQ-YBUL差压式液位变送

18、器的型号说明差压式液位变送器的型号说明TQ-YBUL厂家代号厂家代号DP差压变送器差压变送器DR微差压变送器微差压变送器LT液位变送器液位变送器HP高静压变送器高静压变送器测量范测量范围围/kPa10.125-1.521.3-7.536.2-37.4431.1-1865116-693P普通型普通型I本安型（本安型（ExiaCT4、5、6）D隔爆型（隔爆型（ExdBT4、5、6）1420mA两线制两线制2420mA两线制，两线制，HART协议协议例如，型号例如，型号“TQ-YBUL-LT-4-I-2-3”表示：液位变送器；最高表示：液位变送器；最高差压差压186kPa，相当于温度为，相当于温度为

19、20、当地重力加速度为、当地重力加速度为9.80665m/s2时的时的18.9m水柱的压力水柱的压力；本安型；输出为；本安型；输出为420mA模模拟信号以及拟信号以及HART通信信号；最大过程压力为通信信号；最大过程压力为10MPa。12/4/202223图图6-56-5 单导压管压力式液位变送器的安装示意图单导压管压力式液位变送器的安装示意图a）压力变送器的取压口与液位基准线持平）压力变送器的取压口与液位基准线持平b）压力变送器的取压口低于液位基准线）压力变送器的取压口低于液位基准线0液位下限液位下限1容器容器2液面液面3截止阀截止阀4导压管导压管5正取压口正取压口6压力（差压）变送器压力（

20、差压）变送器7负取压口负取压口12/4/202224单导压管压力式液位变送器的计算单导压管压力式液位变送器的计算单导压管压力式液位变送器正取压口的压力单导压管压力式液位变送器正取压口的压力p+=gH+p0，负取压口向大气敞开，负取压口向大气敞开，p-=p0，输入压力输入压力p与被测液体的液位与被测液体的液位H成正比，即成正比，即p=p+-p-=(gH+p0)-p-=gH式式中中p压压力力式式液液位位变变送送器器的的正正、负负取取压压口口的的压力差（压力差（Pa）；被测量介质的密度（被测量介质的密度（kg/m3）；g当地的重力加速度（当地的重力加速度（m/s2）；）；H被测量液体的高度（被测量液

21、体的高度（m）；p0大气压（大气压（Pa）。）。对于同一地点、同一被测量介质，对于同一地点、同一被测量介质，和和g均为常数，均为常数，被测液位被测液位H=p+/(g)12/4/202225例例6-16-1型号为型号为TQ-YBUL-LT-4-I-2-3液位变送器的安液位变送器的安装见装见图图6-5a，压力变送器安装在敞口容器的零液位（压力变送器安装在敞口容器的零液位（图图6-5a中的液位基准线）位置中的液位基准线）位置。压力变送器的量程为压力变送器的量程为0100kPa，输出为标准信号，输出为标准信号420mA，测量对象是密度测量对象是密度=1000kg/m3的纯净水的纯净水，当当地的重力加速

22、度地的重力加速度g=9.8m/s2。求：求：1）压力变送器的输入）压力变送器的输入/输出方程。输出方程。2）当输出为）当输出为20mA、12mA、10mA时时,被测液位被测液位H20、H12、H10。12/4/202226解解 1 1）二线制）二线制压力变送器的输入压力变送器的输入/输出方程通用表达输出方程通用表达式为：式为：I=a0+a1p。当当液位液位H=0=0时，则时，则p=0=0，a0=4mA。当当被被测测压压力力为为满满量量程程时时，p+max=100kPa，此此时时的的输输出出电流电流I=20mA，则，则a1=(20-4)mA/100kPa=0.16mA/kPa压力变送器的输入压力

23、变送器的输入/输出方程：输出方程：I=a0+a1p=4mA+(0.16mA/kPa)p。与与输输出出电电流流420mA对对应应的的输输入入静静压压力力可可以以用用下下式式计计算：算：p=(I-a0)/a1。2）H20=Hmax=p+max/(g)=(100103)Pa/(1000kg/m39.8m/s2)=10.2m压压 力力 变变 送送 器器 的的 输输 出出 为为 12mA时时，p12=(12mA-4mA)/(0.16mA/kPa)=50kPa，是压力变送器量程的一半。，是压力变送器量程的一半。由于液位由于液位H与压力与压力p成正成正比，所以有：比，所以有：或或12/4/202227例例6

24、-1（续）（续）该压力（液位）变送器的该压力（液位）变送器的输出为输出为12mA时，由下式计算可知，时，由下式计算可知，H12是是H20的一半的一半：该压力变送器的输出为该压力变送器的输出为10mA时，液位：时，液位：12/4/2022282 2单导压管液位变送器单导压管液位变送器测量液位时的测量液位时的零点正迁移零点正迁移在工程测量中，有时容器的位置比较高，压力式液位在工程测量中，有时容器的位置比较高，压力式液位变送器的安装高度比较低，所以正取压口处于液位基准变送器的安装高度比较低，所以正取压口处于液位基准线下方，见图线下方，见图6-5b。当液位等于零（恰好到达液位基准当液位等于零（恰好到达

25、液位基准线，以下同）时，压力变送器的取压口中仍然灌满密度线，以下同）时，压力变送器的取压口中仍然灌满密度为为的液体，则的液体，则p+0不等于零，可用下式计算不等于零，可用下式计算p+0=gh1差压式液位变送器的正取压口低于液位基准线的情况差压式液位变送器的正取压口低于液位基准线的情况下，当液位等于零时，液位变送器的输出下，当液位等于零时，液位变送器的输出I将大于将大于4mA，造成误差。，造成误差。当液位为当液位为H时，压力变送器的取压口静压时，压力变送器的取压口静压力力p+=gH+gh1=gH+B（6-6）式式（6-6）中中的的B=gh1，为为常常数数，称称为为零零点点迁迁移移，简简称称迁迁移

26、移。迁迁移移量量的的相相对对值值（百百分分比比）等等于于迁迁移移量量与与量量程的百分比程的百分比。12/4/202229图图6-66-6 差压式液位变送器的迁移特性差压式液位变送器的迁移特性图图6-5单导压单导压管压力式液位管压力式液位变送器的安装变送器的安装示意图示意图12/4/202230迁移的本质迁移的本质差压式液位变送器的差压式液位变送器的零点迁移并没有改变液位计的总零点迁移并没有改变液位计的总量程，也不改变液位计的灵敏度（曲线的斜率），量程，也不改变液位计的灵敏度（曲线的斜率），只是只是使液位计的测量下限和上限同时向正方向或负方向平移使液位计的测量下限和上限同时向正方向或负方向平移。

27、在在差差压压式式液液位位变变送送器器中中，通通常常都都设设置置了了能能够够改改变变测测量量下下限限的的机机械械式式迁迁移移机机构构或或数数字字式式迁迁移移电电路路，使使得得液液位位为为零零时时，输输出出电电流流被被调调校校到到下下限限值值，例例如如4mA。根根据据上上述述原原理理和和下下例例计计算算方方法法，目目前前多多用用“HART手手持持终终端端”进进行行反反向向迁迁移移。有有的的差差压压式式液液位位变变送送器器可可以以允允许许+500%和和-600%的迁移。的迁移。12/4/202231例例6-26-2单单导压管导压管压力式压力式液位变送器液位变送器的正取压口低于液位的正取压口低于液位基

28、准线以下，见基准线以下，见图图6-5b所示。已知介质为汽油，密度所示。已知介质为汽油，密度=900kg/m3，当地的，当地的重力加速度重力加速度g=9.8m/s2，所选的压力，所选的压力式液位变送器的额定压力式液位变送器的额定压力pp=100kPa，用米尺现场测得，用米尺现场测得液液位位h1=2m，设被测最高液位，设被测最高液位Hmax=10m，求：，求：1）迁移量）迁移量B。2）判断正）判断正取取压压口在口在最高最高水位水位时时的的压压力力是否是否超超过压过压力力式液位式液位变变送器送器的的额额定定压压力力？图图6-5b压力变送器的压力变送器的取压口低于液位基准线取压口低于液位基准线12/4

29、/202232解解 1）B=p+0=gh1=900kg/m39.8m/s22m=17640Pa=17.64kPa0，如，如图图6-6中的中的曲线曲线所示，所示，在在4mA时的拐点时的拐点为为17.64kPa。2）压力式液位变送器的正取压口）压力式液位变送器的正取压口在最高液位时的静压力在最高液位时的静压力pmax=pHmax+p+0=gHmax+gh1=900kg/m39.8m/s210m+900kg/m39.8m/s22m=88.2103Pa+17.64103Pa=105.84kPa。由计算结果可知，由计算结果可知，pmaxpp。由于。由于存在正迁移存在正迁移，使得，使得正取压口在最高液位时

30、的实际压力超过了所选用的压力正取压口在最高液位时的实际压力超过了所选用的压力式液位变送器的额定压力（式液位变送器的额定压力（100kPa），），所以所以容易引起过容易引起过压损坏压损坏，应该，应该选用允许迁移量大于选用允许迁移量大于+100kPa的压力式液的压力式液位变送器位变送器。12/4/202233二、二、单隔离法兰单隔离法兰压力式液位变送器的正迁移压力式液位变送器的正迁移0液位下限基准线液位下限基准线1容器（内有密度为容器（内有密度为1的被测的被测液体）液体）2液面液面3截止阀截止阀4隔离法兰隔离法兰5毛细引压管毛细引压管（充有密度为（充有密度为2的硅油）的硅油）6正取压口正取压口7压

31、力（差压）式液位变送器压力（差压）式液位变送器8负取压口负取压口H液位液位h1液位零点（液位基准点）液位零点（液位基准点）h2取压口高度（低于液位基准线）取压口高度（低于液位基准线）图图6-8单隔离法兰压力单隔离法兰压力式液位变送器的安装式液位变送器的安装12/4/202234毛细引压管与导压管的区别毛细引压管与导压管的区别毛细引压管毛细引压管：充有充有硅油硅油，用在使用隔膜用在使用隔膜式的压力变送器中式的压力变送器中，价格较贵价格较贵。导压管直接与被测导压管直接与被测介质相通介质相通，用在普通，用在普通压力变送器中。价格压力变送器中。价格较便宜，但容易引起较便宜，但容易引起导压管内部被测液体

32、导压管内部被测液体结晶结晶、凝固凝固等，等，不适不适用于粘稠的液体用于粘稠的液体。图图6-8单隔离法兰压力单隔离法兰压力式液位变送器的安装式液位变送器的安装导压管的疏通导压管的疏通12/4/202235单隔离法兰单隔离法兰压力式液位变送器的正迁移（续）压力式液位变送器的正迁移（续）隔离法兰隔离法兰4的右面的毛细的右面的毛细引压管中充满隔离液（例引压管中充满隔离液（例如硅油）会产生与高度成如硅油）会产生与高度成正比的静压。还要加上正比的静压。还要加上h2引起的静压。引起的静压。图图6-8单隔离法兰压力式液位变送器的安装单隔离法兰压力式液位变送器的安装12/4/202236例例6-36-3在工程中

33、，有时为了便于安装和观察，在工程中，有时为了便于安装和观察，单隔离法单隔离法兰兰低于设定的零液位低于设定的零液位,h2=0.5m,如上页如上页图图6-8所示。已知所示。已知被测介质的密度被测介质的密度1=1200kg/m3，毛细引压管毛细引压管中的隔离液中的隔离液（硅油）的密度（硅油）的密度2=950kg/m3，当地的重力加速度，当地的重力加速度g=9.8m/s2。压力变送器的正取压口比截止阀低，测量得压力变送器的正取压口比截止阀低，测量得到到h1=1m；截止阀比零液位低截止阀比零液位低0.5m，求：迁移量求：迁移量B。12/4/202237单隔离法兰单隔离法兰低于设定的零液位低于设定的零液位

34、,h2=0.5m,。已知。已知被测介被测介质的密度质的密度1=1200kg/m3，毛细引压管毛细引压管中的隔离液（硅油）中的隔离液（硅油）的密度的密度2=950kg/m3，当地的重力加速度，当地的重力加速度g=9.8m/s2。压压力变送器的正取压口比截止阀低，测量得到力变送器的正取压口比截止阀低，测量得到h1=1m；截截止阀比零液位低止阀比零液位低0.5m，求：迁移量求：迁移量B。解解 迁移量迁移量B由两部分组成由两部分组成:一是一是密度密度为为1的被测介质高度的被测介质高度h2引起的引起的；二是二是密度密度为为2的的导压管隔离液导压管隔离液高度高度h1引起的引起的。两者相加得到迁移量。两者相

35、加得到迁移量B=p+0=1gh2+2gh1=1200kg/m39.8m/s20.5m+950kg/m39.8m/s21m=5.88103Pa+9.31103Pa=15.19kPa0，为正迁移，为正迁移12/4/202238容器上部空间就存在气体压力容器上部空间就存在气体压力p0的处理方法的处理方法如果是如果是“闭口闭口”容器（密闭容器），容器（密闭容器），容器上部空间就容器上部空间就存在气体压力存在气体压力p0，p0是随机变化和不可预知的是随机变化和不可预知的。设被测。设被测液体的密度为液体的密度为1，液面与设定的零液位之间的高度差为，液面与设定的零液位之间的高度差为H，则液面高度，则液面高度

36、H至零液位的静压力至零液位的静压力p=1gH+p0（6-7）如如果果将将零零液液位位至至液液面面高高度度H 的的静静压压力力p 导导入入到到差差压压变变送送器器的的正正取取压压口口，将将容容器器上上部部空空间间的的气气体体压压力力p0导导入入到到差差压压变变送送器器的的负负取取压压口口，则则差差压压变变送送器器取取压压室室两两侧侧的的静压力差：静压力差：p=p-p0=1gH（6-8）p与与p0无关无关。12/4/202239三、双隔离法兰压力式液位变送器的安装及负迁移三、双隔离法兰压力式液位变送器的安装及负迁移例例6-4为使问题简单化，设正截止阀与零液位基准线为使问题简单化，设正截止阀与零液位

37、基准线持平，如持平，如图图6-9a所示。已知所示。已知被测介质的密度被测介质的密度1=1200kg/m3，毛细引压管毛细引压管的隔离液（硅油）的密度的隔离液（硅油）的密度2=950kg/m3，当地的重力加速度，当地的重力加速度g=9.8m/s2，正截止阀正截止阀与压力变送器正取压口的高度差与压力变送器正取压口的高度差h1=2.5m，负截止阀与负截止阀与压力变送器负取压口的高度差压力变送器负取压口的高度差h2=12m，最大液位，最大液位Hmax=10m，求：，求：1）迁移量）迁移量B。2）迁移量的相对值）迁移量的相对值。12/4/202240图图6-96-9 双隔离法兰差压式液位变送器的安装双隔

38、离法兰差压式液位变送器的安装0液位下限（零液位）液位下限（零液位）1容器（内有密度为容器（内有密度为1的被测液体）的被测液体）2液面液面3正截止阀正截止阀4正隔离法兰正隔离法兰5正引压毛细引压管正引压毛细引压管（充有密度为（充有密度为2的硅油）的硅油）6正取压口正取压口7差压式变送器差压式变送器8负取压口负取压口9负截止阀负截止阀10负隔离法兰负隔离法兰11负毛细引压管负毛细引压管（充有密度为（充有密度为2的硅油）的硅油）H液位液位h1零液位点与正取压口的高度差零液位点与正取压口的高度差h2负取压口与负截止阀的高度差负取压口与负截止阀的高度差12/4/202241图图6-9a 6-9a 差压式

39、变送器置于零液位上方差压式变送器置于零液位上方12/4/202242图图6-9b 6-9b 差压式变送器置于零液位上方差压式变送器置于零液位上方12/4/202243解解1）本实例中，迁移量）本实例中，迁移量B由两部分组成：由两部分组成：一是一是正毛正毛细引压管中，密度为细引压管中，密度为2的隔离液高度的隔离液高度h1引起的正取压口引起的正取压口的压力的压力p+0；二是负二是负毛细引压管中，密度为毛细引压管中，密度为2的隔离液高的隔离液高度度h2引起的负取压口的压力引起的负取压口的压力p-。h2确定后确定后,p-为常数为常数。p+0、p-两者相减，得到迁移量两者相减，得到迁移量B=p+0-p-

40、=2gh1-2gh2=2g(h1-h2)=950kg/m39.8m/s2(2.5m-12m)=-88.445kPa0计算结果为负迁移计算结果为负迁移，见图见图6-6中的曲线中的曲线。12/4/202244例例6-4为使问题简单化，设正截止阀与零液位基准线为使问题简单化，设正截止阀与零液位基准线持平，如持平，如图图6-9a所示。已知所示。已知被测介质的密度被测介质的密度1=1200kg/m3，毛细引压管毛细引压管的隔离液（硅油）的密度的隔离液（硅油）的密度2=950kg/m3，当地的重力加速度，当地的重力加速度g=9.8m/s2，正截止阀正截止阀与压力变送器正取压口的高度差与压力变送器正取压口的

41、高度差h1=2.5m，负截止阀与负截止阀与压力变送器负取压口的高度差压力变送器负取压口的高度差h2=12m，最大液位，最大液位Hmax=10m，求：，求：1）迁移量）迁移量B。2）迁移量的相对值）迁移量的相对值。解解2）当液位达到最高点当液位达到最高点Hmax时，差压变送器的最大时，差压变送器的最大差压差压pmax=1gH+B=1200kg/m39.8m/s210m+B=117.6kPa+(-88.445kPa)=29.155kPa,为正值为正值。=100%B/(1gH)=100%B/(pmax-B)=100%(-88.445kPa/117.6kPa)=-75.2%。12/4/202245图图

42、6-9a 6-9a 差压式变送器置于零液位上方差压式变送器置于零液位上方12/4/202246双法兰差压式液位变送器迁移量的调校方法双法兰差压式液位变送器迁移量的调校方法HART手持终端调校：手持终端调校：可可根据根据B值的大小利用值的大小利用HART手持终端进行反向迁移。手持终端进行反向迁移。反反向向迁迁移移后后，液液位位为为零零时时，输输出出电电流流为为4mA；液液位位为为Hmax时时，输出电流为，输出电流为20mA。12/4/202247四、采用两套差压式液位变送器测量燃油的质量四、采用两套差压式液位变送器测量燃油的质量图图6-1112/4/202248五、投入式液位变送器五、投入式液位

43、变送器a）投入式压阻液位传感器外形）投入式压阻液位传感器外形b）安装示意图）安装示意图1支架支架2压阻压力式传感器壳体压阻压力式传感器壳体3导气电缆导气电缆4通大气口通大气口p1正取压室的压力正取压室的压力 p2负取压室的压力（大气压）负取压室的压力（大气压）图图6-12投入式投入式液位计液位计12/4/202249投入式液位变送器投入式液位变送器丁腈橡胶丁腈橡胶与聚氯乙烯与聚氯乙烯复合物的电复合物的电缆和一根缆和一根“导气电缆导气电缆”也称背压管也称背压管。导气电缆的功能是将被测信号传导到转换电路，同时导气电缆的功能是将被测信号传导到转换电路，同时又又保证外界的大气压力与扩散硅元件取压室的低

44、压侧保证外界的大气压力与扩散硅元件取压室的低压侧（负取压室）相通，以抵消大气压的影响（负取压室）相通，以抵消大气压的影响。12/4/202250项目二项目二 超声波式液位变送器超声波式液位变送器【项目教学目标】知识目标知识目标熟悉超声波熟悉超声波传传感器感器测测量液位的原理。量液位的原理。技能目标技能目标1）掌握超声波式）掌握超声波式液位液位变变送器的安装。送器的安装。2）熟悉超声波式）熟悉超声波式液位液位变变送器的送器的误误差排除。差排除。現在時間現在時間是：是：15:4615:46回目录回目录12/4/202251任务一任务一 超声波式液位变送器的应用超声波式液位变送器的应用图图6-13空

45、气传导超声波式空气传导超声波式液位变送器液位变送器a）法兰式）法兰式b）外螺纹式）外螺纹式超声波式液位报警器超声波式液位报警器12/4/202252超声波式液位变送器外形超声波式液位变送器外形12/4/202253一、空气传导超声波液位传感器的工作原理一、空气传导超声波液位传感器的工作原理超声脉冲经短暂的超声脉冲经短暂的时间到达液面，被液时间到达液面，被液面反射回来面反射回来。反射波。反射波经液面上方的空气，经液面上方的空气，回到探头。回到探头。基于压电效应基于压电效应，探探头将机械能转换成脉头将机械能转换成脉动的电荷动的电荷，再由电荷，再由电荷放大器转换为电压脉放大器转换为电压脉冲，传送到超

46、声液位冲，传送到超声液位传感器中的微处理器。传感器中的微处理器。12/4/202254微处理器计算出微处理器计算出从发射超声波脉冲群到接收到液面从发射超声波脉冲群到接收到液面所反射的超声波脉冲群所需的时间所反射的超声波脉冲群所需的时间t，再乘以被测体的再乘以被测体的声速常数声速常数c，就，就得到超声脉冲从发射到接收所经历的来得到超声脉冲从发射到接收所经历的来回距离回距离，它是传感器发射面与液面距离，它是传感器发射面与液面距离h1的的2倍：倍：ct=2h1液位液位H等于换能器安装高度减去传感器与液面的距等于换能器安装高度减去传感器与液面的距离离。12/4/202255空气传导超声波液位传感器的使

47、用注意事项空气传导超声波液位传感器的使用注意事项1）由于发射的超声波脉冲群有一定的时间宽度，）由于发射的超声波脉冲群有一定的时间宽度，使得使得距离探头较近的区域内反射波与发射波重迭，无距离探头较近的区域内反射波与发射波重迭，无法识别，这个区域称为测量盲区法识别，这个区域称为测量盲区。盲区的大小与超声。盲区的大小与超声波式液位变送器的量程有关。波式液位变送器的量程有关。2）探头的轴向尽可能与液面垂直，不要装在进料探头的轴向尽可能与液面垂直，不要装在进料口以及人梯附近，离罐壁要有口以及人梯附近，离罐壁要有0.30.5m的距离，防止的距离，防止回波干扰回波干扰。12/4/202256空气传导超声波液

48、位传感器的使用注意事项空气传导超声波液位传感器的使用注意事项(续续)3）如果液面晃动，会因反射波散射，而使接收困难。如果液面晃动，会因反射波散射，而使接收困难。此时可在法兰口位置向容器内插入一个塑料管，一直到此时可在法兰口位置向容器内插入一个塑料管，一直到容器底部，称为立管。立管可以将超声传播路径限定在容器底部，称为立管。立管可以将超声传播路径限定在某一空间内，可以减小泡沫、空气涡流的干扰某一空间内，可以减小泡沫、空气涡流的干扰。4）应限制探头工作在额定的温度范围内。）应限制探头工作在额定的温度范围内。当容器内当容器内的温度接近居里温度时，接收灵敏度大幅度降低的温度接近居里温度时，接收灵敏度大

49、幅度降低。工作压力一般不超工作压力一般不超过过0.4MPa,否则会显否则会显著影响超声波的声速著影响超声波的声速,更更不能在负压中使用，不能在负压中使用，以免超声波衰减以免超声波衰减。12/4/202257空气传导超空气传导超声波液位传声波液位传感器的感器的7 7种安种安装注意事项装注意事项12/4/202258例例6-66-6超声波式液位测量原理如超声波式液位测量原理如图图6-15所示，从显示屏所示，从显示屏上测得上测得探头从发射至接收到反射小板的反射波时间探头从发射至接收到反射小板的反射波时间t0=2ms，接收到液面反射波的时间接收到液面反射波的时间th1=5.6ms。已知。已知容器容器底

50、部与探头的安装间距底部与探头的安装间距h2为为10m，反射小板与探头的间反射小板与探头的间距距h0为为0.5m，求液位，求液位H。图图6-15超声波式液位计测量原理超声波式液位计测量原理1液面液面2立管立管3通孔通孔4空气超声探头空气超声探头5反射小板反射小板6电子开关电子开关12/4/202259所以液位所以液位H=h2-h1=10m-1.4m=8.6m。解解由于由于，所以有，所以有则：则：12/4/202260图图6-16空气传导超声波式液位变送器的液位与空气传导超声波式液位变送器的液位与输出电流关系示意图输出电流关系示意图可以可以将最低液位（将最低液位（B点）设置为点）设置为4mA，将将