自动检测技术物位测量及课后答案.pptx
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1、超声波物位测量超声波物位测量7.4浮力式液位测量浮力式液位测量7.1静压式液位测量静压式液位测量7.2电容式液位测量电容式液位测量7.3主要内容:雷达物位测量雷达物位测量7.5第1页/共56页几个概念:在容器中液体介质的高低叫液位,容器中固体或颗粒状物质的堆积高度叫料位。测量液位的仪表叫液位计,测量料位的仪表叫料位计,测量两种密度不同液体介质的分界面的仪表叫界面计。在物位检测中,有时需要对物位进行连续检测,有时只需要测量物位是否达到某一特定位置,用于定点物位测量的仪表称为物位开关。一、概述 物位:指存放在容器或工业设备中物质的高度或位置。物位测量的目的:正确地测量容器或设备中储藏物质的容量或质
2、量。物位测量的意义:计量物料消耗和产量,保证连续生产和设备安全的重要参数。第2页/共56页按其工作原理分为直读式物位仪表:玻璃管液位计、玻璃板液位计等。差压式物位仪表:利用液柱或物料堆积对某定点产生压力的原理而工作。浮力式物位仪表:利用浮子高度或浮力随液位高度而变化的原理工作。电磁式物位仪表:使物位的变化转换为一些电量的变化,如电容。核辐射物位仪表:利用射线透过物料时其强度随物质层的厚度而变化的原理。光学式物位仪表:利用物位对光波的遮断和反射原理工作。声波式物位仪表:由于物位的变化引起声阻抗的变化、声波的遮断和声波反射距离的不同,测出这些变化就可测知物位。根据工作原理分为声波遮断式、反射式和阻
3、尼式。第3页/共56页玻璃管液位计 原理:根据连通器原理,从玻璃管或玻璃原理:根据连通器原理,从玻璃管或玻璃板上的刻度读出液位的高度。板上的刻度读出液位的高度。优点:结构简单;读数直观,精确可靠;优点:结构简单;读数直观,精确可靠;维修方便,价格低廉。维修方便,价格低廉。缺点:只能就地指示,信号不能远传。缺点:只能就地指示,信号不能远传。直读式物位仪表第4页/共56页7.1 浮力式液位测量7.1.1 测量原理(1)恒浮力法液位测量液位上升时,浮子被浸没液位上升时,浮子被浸没的体积增加,浮力的体积增加,浮力F增加,浮增加,浮子向上运动,直到重新满足平子向上运动,直到重新满足平衡关系为止,浮子停留
4、在新的衡关系为止,浮子停留在新的液位高度上。液位高度上。其实质是其实质是将液位的变化转将液位的变化转换为机械位移的变化换为机械位移的变化。第5页/共56页分析:分析:1.被测介质温度或成分的变化会引起介质密度的变化,从被测介质温度或成分的变化会引起介质密度的变化,从而使而使h发生变化,引起测量误差。发生变化,引起测量误差。2.只有只有F大到能够使浮子动作时,才能反应出液位的变大到能够使浮子动作时,才能反应出液位的变化,产生仪表的不灵敏区。化,产生仪表的不灵敏区。增加浮子直径增加浮子直径D可减小仪表不可减小仪表不灵敏区,提高测量精度。灵敏区,提高测量精度。第6页/共56页不灵敏区小,抗波浪性差抗
5、波浪性好,但精度差,不灵敏区较大抗波浪性较好,不灵敏区较小,易加工,使用广泛第7页/共56页(2)变浮力法液位检测初态:初态:末态:末态:c弹簧刚度;弹簧刚度;x弹簧压缩位移弹簧压缩位移第8页/共56页变浮力法测量液位原理:将液位的变化转变为力的变化,然后再将力的变化转变为机械位移 初态:末态:上两式相减:浮筒产生的位移与液位变化成比例浮筒产生的位移与液位变化成比例第9页/共56页原理:根据液位变化时,漂浮在液体表面的浮子随之同步移动的原理而工作。7.1.2 恒浮力式液位计恒浮力式液位计(1)磁浮子式液位计(浮球式液位计)磁浮子式液位计(浮球式液位计)测量要求:1.用于温度、粘度较高而压力不太
6、高的密闭容器;2.仅适合窄范围液位的测量使用要求:1.要避免浮球脱离,保证浮球,链杆与转动轴之间的连接切实可靠;2.浮球表面有附着物时,要重新调整零位,一经调好,平衡重物便不能在随意移动。第10页/共56页磁浮子舌簧管液位变送器舌舌簧管簧管1.下端封闭的不锈钢管下端封闭的不锈钢管2.条形绝缘板条形绝缘板3.舌簧管舌簧管4.电阻电阻5.佛珠形浮子佛珠形浮子6.环形永磁铁氧体环形永磁铁氧体基于浮力和静磁场原理:浮球中的磁体和传感器(磁簧开关)作用,使串连入电路的元件(如定值电阻)的数量发生变化,进而使仪表电路系统的电学量发生改变。第11页/共56页磁浮子舌簧管液位变送器基于浮力和静磁场原理 第12
7、页/共56页结构原理:根据浮力原理和磁性耦合作用研制而成。当被测容器中的液位升降时,液位计主导管中的浮子也随之升降,浮子内的永久磁钢通过磁耦合传递到现场指示器,驱动红、白翻柱翻转180,当液位上升时,翻柱由白色转为红色,当液位下降时,翻柱由红色转为白色,指示器的红、白界位处为容器内介质液位的实际高度,从而实现液位的指示。特点:1、测量范围大,不受贮槽高度限制。2、结构简单,安装方便,维护费用低。3、耐腐蚀、无需电源、防爆。4、适合容器内液体介质的液位、界位的测量。除现场指示,还可配远传变送器、报警开关、控制开关,检测功能齐全。(2)磁翻板液位计第13页/共56页7.1.3 变浮力式液位计变浮力
8、式液位计扭力管式浮筒液位计扭力管式浮筒液位计作为液位检测元件的浮筒垂直地悬挂在杠杆的一端,杠杆的另一端与扭力管芯轴的一端垂直地固结在一起,并由固定在外壳上的支点所支撑。扭力管的另一端通过法兰固定在仪表外壳上。芯轴的另一端为自由端,用来输出角位移。扭力管液位计当液位低于浮筒时,浮筒的全部重量作用在杠杆上,因而作用在扭力管上的扭力力矩最大,扭力管带动芯轴扭转的角度最大(朝顺时针方向),这一位置就是零液位。当液面高于浮筒下端时,作用在杠杆的力为浮筒重量与其所受浮力之差。因此,随着液位升高,浮力增大而扭力矩逐渐减小,扭力管所产生的扭角也相应减小(朝逆时针方向转回一个角度)。在液位最高时,扭角最小,即转
9、回的角度最大。这样就把液位变化转换成芯轴的角位移,再经传动及变换装置将角位移转换为电信号远传或显示、记录。第14页/共56页优点:耐高温、耐高压,测量精度高、可靠性好、调整方便、测量范围广、经久耐用。可用于易燃、易爆场合。缺点:对于粘度大的介质,反应变化比较慢。第15页/共56页7.2 静压式液位测量 容器中某点的静压力和容器内物位的高度有关:为介质的密度,对于固体颗粒,应理解为堆积密度由于物料(液体)上方的自由空间有压力p0,则根据静力学原理,有7.2.1 测量原理测量原理第16页/共56页差压液位变送器原理图 压力表式液位计 当被测容器是敞口的,气相压力为大气压时,只需将差压变送器的负压室
10、通大气即可。若不需要远传信号,也可以在容器底部安装压力表,如上图所示。注意:需注意测压仪表的基准点是否与最低液位一致。此法适用于粘度小,洁净液体的液位测量7.2.2 压力式液位计压力式液位计第17页/共56页用吹气法测量 在测量具有腐蚀性、高黏度或含有悬浮颗粒的液体的液位时,可用吹气法进行测量,如图所示。在敞口容器中插入一根导管,压缩空气经过滤器,减压阀,节流元件,转子流量计,最后从导管下端敞口处逸出,当导管下端有微量气泡逸出时,导管内的气压几乎与液封静压相等。因此,由压力表所指示的压力值即可反映出液位高度H。当液位上升或下降时,液封压力随之升高或降低,致使从导管逸出的气量也要随之减少或增加。
11、由于节流元件的稳流作用,供气量是恒定不变的,则导管内的压力势必随液封压力的升降而升降。因此压力计5可以随时指示出液位的变化。如果需要将信号远传,可以采用压力或差压变送器代替压力计进行检测发讯。在气路中,选择阻力较大的节流元件,只要节流元件前的压力P1变化不大,根据流体力学原理,当满足P20.528P1的条件时,就可以达到气源流量恒定不变的要求 第18页/共56页优点:普及范围广,容易校准。要研究的问题:要研究的问题:1.1.测量原理测量原理2.2.零点迁移问题零点迁移问题3.3.实例分析实例分析7.2.3 差压式液位计在密封容器中,容器下部液体的压力除与液位高度有关外,还与液面上部的介质压力有
12、关。可用差压变送器来测液位。第19页/共56页1.1.测量原理测量原理液位高度H差压第20页/共56页2.2.零点迁移问题零点迁移问题(难点(难点+重点)重点)无迁移无迁移 第21页/共56页第22页/共56页零点迁移的实现:零点迁移的实现:调节零点迁移弹簧调节零点迁移弹簧 产生初始力矩零点迁移弹簧第23页/共56页调整零点迁移弹簧,将变送器的测量输入从零起点迁移到由于 故称之为差压变送器的正迁移。第24页/共56页由于 ,故称之为差压变送器的负迁移第25页/共56页25P/KPaI0/mA42007-23负迁移负迁移正迁移正迁移 负迁移正迁移无迁移第26页/共56页改变差压变送器的零点,其量
13、程不发生变化改变差压变送器的零点,其量程不发生变化使H0 时,变送器输出为4mA2P/KPaI0/mA542007-23负迁移负迁移 正迁移正迁移 零点迁移的目的:零点迁移的实质:第27页/共56页变送器量程可选为:040kPa3.3.3.3.实例分析实例分析 已知:,液位变化范围 02.5米,试选择变送器的量程和 迁移量。解:解:重要结论:差压式液位变送器,事实上就是一个差压变送器因此,变送器需要进行负迁移,迁移量为37.24 kPa(1 1)选择变送器的量程)选择变送器的量程(2 2)确定变送器的迁移量)确定变送器的迁移量第28页/共56页小结:小结:(2)实质:1.测量原理:测量原理:(
14、1)实现:2.零点迁移的目的:?差压式液位变送器第29页/共56页图3-44 法兰式差压变送器测量液位示意图1隔离法兰;2毛细管;3变送器 当被测介质粘度很大或具有腐蚀性以及含有结晶颗粒当被测介质粘度很大或具有腐蚀性以及含有结晶颗粒时,应在差压变送器导压管入口处加装隔离法兰,在法时,应在差压变送器导压管入口处加装隔离法兰,在法兰膜盒,毛细管和测量室组成的封闭系统内充有硅油,兰膜盒,毛细管和测量室组成的封闭系统内充有硅油,作为传压介质。作为传压介质。思考题:思考题:迁移量是多少?迁移量是多少?变送器在上下法兰间的位置是否影响测量结果?第30页/共56页7.3 电容式液位测量电容式液位测量1.1.
15、测量原理测量原理电容器的组成1内电极;2外电极两圆筒间的电容量两圆筒间的电容量C C当当 D D 和和 d d 一定时,电容量一定时,电容量 C C 的大小与极板的长度的大小与极板的长度 L L 和介质的介电常数和介质的介电常数的乘积成比例。的乘积成比例。通过测量电容量的变化可以用来检测液位、料位和两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。种不同液体的分界面。将电容传感器(探头)插入被测物料中,将电容传感器(探头)插入被测物料中,电极浸入物料中的深度随物位高低变化,电极浸入物料中的深度随物位高低变化,必然引起电容量的变化,从而可以检测必然引起电容量的变化,从而可以检测
16、出物位。出物位。第31页/共56页7.3.1 导电液体的液位测量 在液体中插入一根带绝缘套管的电极。由于液体是导电的,导电容器和液体可看作为电容器的一个电极,插入的金属电极作为另一电极,绝缘套管为中间介质,三者组成圆筒形电容器。当液位变化时,就改变了电容器两极覆盖面积的大小,液位越高覆盖面积就越大,电容器的电容量就越大。测量原理:利用传感器两电极的覆盖面积随被测液体液位测量原理:利用传感器两电极的覆盖面积随被测液体液位的变化而变化,从而引起电容量变化的关系进的变化而变化,从而引起电容量变化的关系进行液位测量的。行液位测量的。第32页/共56页 设聚四氟乙烯套管和容器内气体的等效介电常数为0,液
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