第33章 物位檢測方法及儀表

1、昆明理工大學(xué)昆明理工大學(xué)楊彪楊彪20102011學(xué)年下學(xué)年下第三章第三章檢測儀表及傳感器檢測儀表及傳感器昆明理工大學(xué)知識結(jié)構(gòu)知識結(jié)構(gòu)第第5章章 自動控制儀表自動控制儀表第第6章章 執(zhí)行器執(zhí)行器第第2章章 過程特性過程特性第第3章章 檢測儀表與傳感器檢測儀表與傳感器第第4章章 顯示儀表顯示儀表第第1章自動控制系統(tǒng)基本概念章自動控制系統(tǒng)基本概念第第7章章 簡單控制系統(tǒng)簡單控制系統(tǒng) 第第8章章 復(fù)雜控制系統(tǒng)復(fù)雜控制系統(tǒng)第第9章章 新型控制系統(tǒng)新型控制系統(tǒng)第第10章章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)昆明理工大學(xué)壓力檢測方法及儀表壓力檢測方法及儀表本章內(nèi)容物位檢測方法及儀表物位檢測方法及儀表流量檢測方法及

2、儀表流量檢測方法及儀表溫度檢測方法及儀表溫度檢測方法及儀表數(shù)字式顯示記錄儀表數(shù)字式顯示記錄儀表昆明理工大學(xué)第四節(jié)第四節(jié) 物位檢測方法及儀表物位檢測方法及儀表 第三章 檢測儀表與傳感器昆明理工大學(xué)物位檢測方法物位檢測方法v應(yīng)用浮力原理檢測物位v應(yīng)用靜壓原理檢測物位v應(yīng)用超聲波反射檢測物位物位檢測儀表物位檢測儀表v超聲波物位計(jì)本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容昆明理工大學(xué) 物位物位-指容器中的液體介質(zhì)的液位、固體的料位或顆粒指容器中的液體介質(zhì)的液位、固體的料位或顆粒 物的料位和兩種不同液體介質(zhì)分界面的總稱物的料位和兩種不同液體介質(zhì)分界面的總稱 液位液位容器中的液體介質(zhì)的高低容器中的液體介質(zhì)的高低料位料位容器

3、中固體或顆粒狀物質(zhì)的堆積高度容器中固體或顆粒狀物質(zhì)的堆積高度 物位檢測的作用物位檢測的作用確定容器中的貯料數(shù)量，以保證連續(xù)生產(chǎn)的需要或進(jìn)行經(jīng)濟(jì)核確定容器中的貯料數(shù)量，以保證連續(xù)生產(chǎn)的需要或進(jìn)行經(jīng)濟(jì)核算；算；為了監(jiān)視或控制容器的物位，使它保持在規(guī)定的范圍內(nèi)；為了監(jiān)視或控制容器的物位，使它保持在規(guī)定的范圍內(nèi)；對它的上下極限位置進(jìn)行報(bào)警，以保證生產(chǎn)安全、正常進(jìn)行。對它的上下極限位置進(jìn)行報(bào)警，以保證生產(chǎn)安全、正常進(jìn)行。 物位的基本概念物位的基本概念昆明理工大學(xué)應(yīng)用浮力原理檢測物位應(yīng)用浮力原理檢測物位應(yīng)用靜壓原理檢測物位應(yīng)用靜壓原理檢測物位 應(yīng)用超聲波反射檢測物位應(yīng)用超聲波反射檢測物位物物位位檢檢測測方

4、方法法昆明理工大學(xué)應(yīng)用浮力原理檢測物位應(yīng)用浮力原理檢測物位利用漂浮于液面上的浮標(biāo)或浸沒于液體中的浮利用漂浮于液面上的浮標(biāo)或浸沒于液體中的浮筒對液位進(jìn)行測量的。筒對液位進(jìn)行測量的。當(dāng)液位變化時(shí)，前者產(chǎn)當(dāng)液位變化時(shí)，前者產(chǎn)生相應(yīng)的位移，而所受到的浮力維持不變，后生相應(yīng)的位移，而所受到的浮力維持不變，后者則發(fā)生浮力的變化。因此，只要檢測出浮標(biāo)者則發(fā)生浮力的變化。因此，只要檢測出浮標(biāo)的位移或浮筒所受到的浮力的變化，就可以知的位移或浮筒所受到的浮力的變化，就可以知道液位的高低。道液位的高低。 恒浮力法液位測量示意圖 測量原理測量原理昆明理工大學(xué)二、浮力式物位計(jì)二、浮力式物位計(jì)- 1.浮子式液位計(jì)浮子式液

5、位計(jì)浮子式液位計(jì)是恒浮力式液位計(jì)。浮子隨液面浮子式液位計(jì)是恒浮力式液位計(jì)。浮子隨液面變化上下移動，但所受浮力保持恒定。檢測浮變化上下移動，但所受浮力保持恒定。檢測浮子所在位置可知液面高低。子所在位置可知液面高低。浮子根據(jù)使用可設(shè)計(jì)為：圓盤、圓柱、球形。浮子根據(jù)使用可設(shè)計(jì)為：圓盤、圓柱、球形。圓柱形浮子所受的浮力：圓柱形浮子所受的浮力：此浮力與浮子的重量減去繩帶向上的拉力相平此浮力與浮子的重量減去繩帶向上的拉力相平衡。衡。浮力變化浮力變化F與液位變化與液位變化H的關(guān)系可表示為：的關(guān)系可表示為：浮子位置的檢測方法：磁性轉(zhuǎn)換方式構(gòu)成的舌浮子位置的檢測方法：磁性轉(zhuǎn)換方式構(gòu)成的舌形管液位計(jì)形管液位計(jì)gH

6、DF42gDHF42昆明理工大學(xué)二、浮力式物位計(jì)二、浮力式物位計(jì)-2.浮筒式液位計(jì)浮筒式液位計(jì) 浮筒式液位計(jì)是變浮力式液位計(jì)變浮力式液位計(jì)。浮筒由彈簧懸掛，彈簧的下端固定在容器底部。圓筒在液位零點(diǎn)液位零點(diǎn)滿足如下關(guān)系：C-彈簧的彈性系數(shù)，X0-彈簧被壓縮的位移H-浮筒沒入液體的高度當(dāng)液位變化當(dāng)液位變化H時(shí)：時(shí)：由上兩式可得：由上兩式可得： 容器中液位的高度為：gAHmgcx0gxHHAmgxxc)()(0 xgAcH)1 (HHH通過檢測彈簧的變形可知浮筒的通過檢測彈簧的變形可知浮筒的位移，進(jìn)而可知液位位移，進(jìn)而可知液位昆明理工大學(xué)應(yīng)用靜壓原理檢測物位應(yīng)用靜壓原理檢測物位壓力表測量液位原理 通

7、過液柱靜壓的方法對液位進(jìn)行測量的。通過液柱靜壓的方法對液位進(jìn)行測量的。敞口容器敞口容器：多用直接測量容器底部壓力的方法。如：多用直接測量容器底部壓力的方法。如圖所示，測壓儀表通過導(dǎo)壓管與容器底部相連，由圖所示，測壓儀表通過導(dǎo)壓管與容器底部相連，由測壓儀表的壓力指示值，便可推知液位的高度。測壓儀表的壓力指示值，便可推知液位的高度。 其關(guān)系為其關(guān)系為式中式中 PP測壓儀表指示值測壓儀表指示值 HH液位的高度液位的高度液體的密度液體的密度gg重力加速度重力加速度gHPgHPPABgHPPPAB 式中式中 P PA A、P PB B分別是液面上部介質(zhì)壓力和液面以下分別是液面上部介質(zhì)壓力和液面以下H H

8、深度的液體壓深度的液體壓力。力。密閉容器密閉容器：測量容器底部壓力，除與液面高度有關(guān)外，還測量容器底部壓力，除與液面高度有關(guān)外，還與液面上部介質(zhì)壓力有關(guān)，其關(guān)系為與液面上部介質(zhì)壓力有關(guān)，其關(guān)系為昆明理工大學(xué)差壓變送器測量液位時(shí)的零點(diǎn)遷移問題（差壓變送器測量液位時(shí)的零點(diǎn)遷移問題（重點(diǎn)重點(diǎn)）安裝位置條件不同存在著儀表零點(diǎn)遷移問題 特征：差壓變送器的正壓室取壓口正好特征：差壓變送器的正壓室取壓口正好與容器的最低液位（與容器的最低液位（Hmin=0Hmin=0）處于同一）處于同一水平位置。作用于變送器正、負(fù)壓室的水平位置。作用于變送器正、負(fù)壓室的差壓差壓PP與液位高度與液位高度H H的關(guān)系為的關(guān)系為P

9、=HgP=Hg。當(dāng)當(dāng)H =0H =0時(shí)，正負(fù)壓室的差壓時(shí)，正負(fù)壓室的差壓P=0P=0，變送，變送 器輸出信號為器輸出信號為4mA4mA當(dāng)當(dāng)H= HmaxH= Hmax時(shí)，差壓時(shí)，差壓Pmax=gHmaxPmax=gHmax， 變送器的輸出信號為變送器的輸出信號為20 mA20 mA，無遷移無遷移昆明理工大學(xué)ghhgHPPP2121)(負(fù)遷移負(fù)遷移 差壓變送器的正、負(fù)壓室的壓力分別為差壓變送器的正、負(fù)壓室的壓力分別為 ghgHPP211氣 ghPP22氣正、負(fù)壓室的壓差為正、負(fù)壓室的壓差為當(dāng)被測液位當(dāng)被測液位H=0H=0時(shí)，時(shí)，P=-P=-（h h2 2-h-h1 1）2 2g0g0，從而使變送

10、器在H=0時(shí)輸出電流大于4 mA；H=Hmax時(shí)，輸出電流大于20 mA。昆明理工大學(xué)正遷移測量安裝圖正遷移測量安裝圖正遷移示意圖正遷移示意圖昆明理工大學(xué)無遷移、正遷移和負(fù)遷移示意圖無遷移、正遷移和負(fù)遷移示意圖（a）無遷移 （b b）負(fù)遷移）負(fù)遷移 （c）正遷移0500042020007000P (Pa)-20003000I0(mA)某壓力變送器的測量范圍：05000Pa，固定差壓 =2000Paghh212)(昆明理工大學(xué)【例】如圖335所示，用差壓變送器檢測液位。已知 =1200kg/ ， =950kg/ , =1.0m, =5.0m, 液位變化的范圍是03.0m，已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹?.

11、8m/ ，求差壓變送器的量程和遷移量。解： 當(dāng)液位在03m變化時(shí)，差壓的變化量為： Pa根據(jù)差壓變送器的量程系列，可選擇差變的量程為40KPa.當(dāng)H=0時(shí)，有 121h2h3m3m2s352808 . 912000 . 31maxgH【例例】昆明理工大學(xué) 所以差變要進(jìn)行負(fù)遷移，遷移量為37.24KPa，遷移后該差變的測量范圍為 37.242.76KPa。37240899500105212.).(g)hh(p【例例】昆明理工大學(xué)若采用DDZ-型儀表，則當(dāng)變送器輸出為4mA4mA時(shí)，表示H=0H=0, 當(dāng)I=20mA20mA時(shí)，H=403/35.28=3.4m, 即實(shí)際可測量液位為：03.4m。若

12、要求H=3.0m時(shí)差變輸出為20mA, 應(yīng)如何處理？答：零點(diǎn)負(fù)遷移后，進(jìn)行量程調(diào)整，使得當(dāng)差壓為-37.2435.28-1.96 KPa時(shí)，輸出為20mA。【例例】昆明理工大學(xué)應(yīng)用超聲波反射檢測物位應(yīng)用超聲波反射檢測物位根據(jù)超聲波從發(fā)射到接收反射回波的時(shí)間間隔根據(jù)超聲波從發(fā)射到接收反射回波的時(shí)間間隔大小與被測介質(zhì)高度成比例關(guān)系的原理，實(shí)現(xiàn)大小與被測介質(zhì)高度成比例關(guān)系的原理，實(shí)現(xiàn)液位測量的。液位測量的。測量時(shí)由置于容器底部的超聲波探頭向液面與氣體的分界測量時(shí)由置于容器底部的超聲波探頭向液面與氣體的分界面發(fā)射超聲波，經(jīng)過時(shí)間面發(fā)射超聲波，經(jīng)過時(shí)間t t后，便可接收到從界面反射回后，便可接收到從界面

13、反射回來的回波信號。來的回波信號。 測量原理根據(jù)傳聲介質(zhì)的不同可以分為：液介式、氣介式、固介式三種。根據(jù)傳聲介質(zhì)的不同可以分為：液介式、氣介式、固介式三種。vtH21 V-V-超聲波在液體中的傳播速度超聲波在液體中的傳播速度H -H -從探頭至界面的距離（被測介質(zhì)物位高度）從探頭至界面的距離（被測介質(zhì)物位高度）T -T -超聲波從探頭發(fā)射至液面反射回來的時(shí)間超聲波從探頭發(fā)射至液面反射回來的時(shí)間昆明理工大學(xué)六、超聲波物位計(jì)六、超聲波物位計(jì)-1 利用聲波在空氣中傳播速度不變的原理，通過檢測聲波發(fā)射和反射全過程的時(shí)間間隔可以計(jì)算出物料界面到探頭的距離，從而得到物位的高低。 注意事項(xiàng)： 確保反射波能回到探頭； 防止物料對聲波的吸收（如表面泡沫漂浮）。昆明理工大學(xué)六、超聲波物位計(jì)六、超聲波物位計(jì)-1ctH21c-超聲波在被測介質(zhì)中的傳播速度；t-傳播時(shí)間昆明理工大學(xué)六、超聲波