化工仪表及自动化第5章液位

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图3-48 核辐射物位计示意图 1—辐射源；2—接受器
第五章 物位检测及仪表
五、称重式液罐计量仪
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该计量仪既能将液位测得很准 又能反映出罐中真实的质量 液位测得很准， 该计量仪既能将液位测得很准，又能反映出罐中真实的质量 储量。 储量。 称重仪根据天平原理设计。 称重仪根据天平原理设计。 天平原理设计 杠杆平衡时 由于
( p1 − p2 )A1L1 = MgL2
p2 − p1 = Hρg
L2 = A1 L1 ρH = KρH M
（3-64）
代入（3-64）
（3-65） （3-66） （3-67）
如果液罐是均匀截面
ρH =
M 0 = ρHA
M0 A
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第五章 物位检测及仪表
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第五章 物位检测及仪表
结论： 结论：
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差压式液位变送器，事实上就是一个差压变送器， 差压式液位变送器，事实上就是一个差压变送器，无非液位变送器的输出 与液位高度H成线性关系。 与液位高度H成线性关系。 因此， 因此，差压式液位变送器的安装与前面所述的差压变送器的安装是完全相 同的。 同的。 为了解决测量具有腐蚀性或含有结晶颗粒以及粘度大、 为了解决测量具有腐蚀性或含有结晶颗粒以及粘度大、易凝固等液体液位 时，引压管线容易出现被腐蚀、被堵塞的问题，应使用在导压管入口处加 引压管线容易出现被腐蚀、被堵塞的问题， 容易出现被腐蚀 隔离膜盒的法兰式差压变送器（压力信号的远传装置 远传装置） 隔离膜盒的法兰式差压变送器（压力信号的远传装置），分单法兰式及双 法兰式两种。 法兰式两种。
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例 已 知 ρ1=1200kg/m3 ， ρ2=950kg/m3 ， h1=1m，h2=5m，液位变化范围 ， ，液位变化范围0-2.5米， 米 变送器的量程 迁移量。 量程和 求：变送器的量程和迁移量。 解 Hmaxρ1g=2.5*1200*9.8=29400Pa g=2 1200* 29400Pa 变送器量程可选为：40kPa 变送器量程可选为：40kPa 当H=0时，-ρ2g（h2-h1）=-4*950*9.8=-37.24 kPa H=0 950* 37. 变送器需要进行负迁移，迁移量为－37. 变送器需要进行负迁移，迁移量为－37.24 kPa
第五章 物位检测及仪表
迁移弹簧的作用 改变变送器的零点。
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迁移和调零 都是使变送器输出的起始值与被测量起始 点相对应，只不过零点调整量通常较小，而零点迁移 量则比较大。 迁移 同时改变了测量范围的上、下限，相当于测量 范围的平移，它不改变量程的大小。
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四、核辐射物位计
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射线的透射强度随着通过介质层厚度的增加而减弱 通过介质层厚度的增加而减弱，具 体关系见式（3-63）。
特点
I = I 0 e − µH
63） （3-63）
适用于高温、高压容器、强腐蚀、剧 毒、有爆炸性、黏滞性、易结晶或沸腾 状态的介质的物位测量，还可以测量高 温融熔金属的液位。 可在高温、烟雾等环境下工作。 但由于放射线对人体有害，使用范 围受到一些限制。
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自动控制仪表
第五章 物位检测及仪表
内容提要 物位检测及仪表
概述 差压式液位变速器 电容式物位传感器 核辐射物位计 称重式液罐计量仪
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第五章 物位检测及仪表
一、概论 物位的基本概念
物位-----指容器中的液体介质的液位、 物位-----指容器中的液体介质的液位、固体的料位或颗粒 -----指容器中的液体介质的液位 物的料位和两种不同液体介质分界面的总称 液位――容器中的液体介质的高低 液位――容器中的液体介质的高低 ―― 料位――容器中固体或颗粒状物质的堆积高度 料位――容器中固体或颗粒状物质的堆积高度 ―― 物位检测的作用
ΔP=Hρg 当被测液位H=0时，∆P=-(h2-h1)ρ2g<0，使变送器在 时 时输出电流小于4 当被测液位 ，使变送器在H=0时输出电流小于 mA； 时输出电流小于 ； H=Hmax时，输出电流小于 mA 时 输出电流小于20
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2.零点迁移问题
正迁移
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二、差压式液位变送器
1.工作原理
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图3-39 差压液位变送器 原理图
图3-40 压力表式液位计
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将差压变送器的一端接液相，另一端接气相
p1 = p + Hρg p2 = p
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结论 电容量的变化与液位高度H成正比。该法是利用被 测介质的介电系数ε与空气介电系数ε0不等的原理进 行工作，（ε-ε0）值越大，仪表越灵敏。电容器两 极间的距离越小，仪表越灵敏。
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3.料位的检测
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变送器的安装位置与容器的最低液位（H=0） 变送器的安装位置与容器的最低液位（H=0）不在同一水平 位置
正、负压室的压力分别为
P+ = P气 + H ρ g + h1 ρ g
P − = P气
正、负压室的压差为
∆P = P+ − P− = Hρg + h1 ρg
当被测液位H=0时 >0，从而使变送器在H=0 H=0时输出电流 当被测液位H=0时，ΔP=h1ρg >0，从而使变送器在H=0时输出电流 H=0 大于4 mA；H=Hmax时 输出电流大于20 mA。 大于4 mA；H=Hmax时，输出电流大于20 mA。
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2.零点迁移问题
负迁移 差压变送器的正、 差压变送器的正、负压室的压力分别为
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P+ = P气 + Hρ1 g + h1 ρ 2 g P− = P气 + h 2 ρ 2 g
正、负压室的压差为
∆P = P+ − P− = Hρ1 g − (h2 − h1 ) ρ 2 g
举例
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图3-42 正负迁移示意图
某差压变送器的测量范 围为0～5000Pa，当压差由0 变化到5000Pa时，变送器的 输出将由4mA变化到20mA， 这是无迁移的情况，如左图 中曲线a所示。负迁移如曲 线b所示，正迁移如曲线c所 示。
图3-43 正迁移示意图
将式（3-67）代入式（3-65），得
L2 = K M0 A
（3-68）
如果液罐的横截面积A为常数，得
图3-49 称重式液罐计量仪 1—下波纹管；2—上波纹管；3— 液相引压管；4—气相引压管； 5—砝码；6—丝杠；7—可逆电 机；8—编码盘；9—发讯器
L2 = K i M 0
式中
K A1 L1 Ki = = A AM
C0 = 2πε 0 L D ln d
当液位上升为H时，电容量变为 2πεH 2πε 0 (L − H ) + C=
3-46 非导电介质 的液位测量 1—内电极；2—外电极； 3—绝缘套；4—流通小 孔
ln D d ln D d
电容量的变化为
C X = C − C0 = 2π (ε − ε 0 )H = Ki H D ln d
特征： 特征：差压变送器的正压室取压口正好与容器的最低 液位（ 液位（Hmin=0）处于同一水平位置。作用于变送器正、 ）处于同一水平位置。作用于变送器正、 负压室的差压∆P与液位高度 的关系为∆P=Hρg。 与液位高度H的关系为 负压室的差压 与液位高度 的关系为 。 当H =0时，正负压室的差压 时 正负压室的差压∆P=0， ， 变送器输出信号为4mA 变送器输出信号为 当H= Hmax时，差压 时 差压∆Pmax=ρgHmax， ， 变送器的输出信号为20 mA 变送器的输出信号为ຫໍສະໝຸດ 五章 物位检测及仪表一、概论
检测方法分类
直读式物位仪表：玻璃管液位计、玻璃板液位计等。 直读式物位仪表：玻璃管液位计、玻璃板液位计等。
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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。 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。 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， 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： 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 声波式物位仪表：由于物位的变化引起声阻抗的变化、 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， 波反射距离的不同，测出这些变化就可测知物位
因此
∆p = p1 − p2 = Hρg
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，如图3-40所示。
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第五章 物位检测及仪表
2.零点迁移问题
安装位置条件不同存在着仪表零点迁移问题 无迁移
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第五章 物位检测及仪表
3.用法兰式差压变送器测量液位
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为了解决测量具有腐蚀性或含有结晶颗粒以及黏度大、 易凝固等液体液位时引压管线被腐蚀、被堵塞的问题，应使 用在导压管入口处加隔离膜盒的法兰式差压变送器，如下图 所示。 法兰式差压变送器 按其结构形式 单法兰式 双法兰式