《物位檢測(cè)儀表》PPT課件

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1、第五章 物位檢測(cè)儀表,5.1 浮力式液位計(jì),5.2 差壓式液位計(jì),5.3 電容式物位計(jì),5.4 電導(dǎo)物位傳感器,5.8 核輻射物位檢測(cè),1.定義:液位、料位、液體的分界面稱為物位。 2.物位測(cè)量的目的 (1).對(duì)物位測(cè)量的絕對(duì)值要求非常準(zhǔn)確,借以確定容器或 儲(chǔ)存庫中的原料、輔料、半成品或成品的數(shù)量。 (2).對(duì)物位測(cè)量的相對(duì)值要求非常準(zhǔn)確,要能迅速正確反 映某一特定水準(zhǔn)面上的物料相對(duì)變化,用以連續(xù)控制生產(chǎn) 工藝過程,即利用物位儀表進(jìn)行監(jiān)視和控制。 3.物位檢測(cè)儀表的分類(按工作原理) (1).直讀式物位儀表:利用連通器原理,通過與被測(cè)容器相連 的玻璃管來直接顯示液位高度。玻璃管(玻璃板)液位計(jì)

2、等。 (2).差壓式物位儀表:利用液柱或物料堆積對(duì)某定點(diǎn)產(chǎn)生 壓力的原理而工作。有壓力式和差壓式物位儀表。,第五章 物位檢測(cè)儀表,(3).浮力式物位儀表:利用浮子高度隨液位變化而變化的 原理而工作。 (4).電磁式物位儀表:使物位的變化轉(zhuǎn)換為一些電量的變化, 通過測(cè)電量的變化來測(cè)知物位。分為電阻式(電極式)、 電容式和電感式。 (5).核輻射式物位儀表:利用核輻射透過物料時(shí),其強(qiáng)度隨 物質(zhì)層的厚度而變化的原理而工作。 (6). 聲波式物位儀表:由于物位的變化引起聲阻抗的變化、 聲波的遮斷和聲波反射距離的不同的原理而工作。 (7).光學(xué)式物位儀表:利用物位對(duì)光波的遮斷和反射原理 而工作。

3、,3.物位檢測(cè)儀表的分類(按工作原理),5.1 浮力式液位計(jì),工作原理:是基于物體在液體中受浮力作用的原理。,浮子漂浮在液面上或半浸在液體中隨液面上下波動(dòng)而升降,浮子所在處就是液體的液位。,5.1.1 浮子式液位計(jì),是一種維持力不變的即恒浮力式液位計(jì)。 在液體中放一個(gè)浮子(浮標(biāo)),可隨液面變化而自由浮動(dòng)。,結(jié)構(gòu),5.1.1 浮子式液位計(jì),W-F=G,工作原理,把滑輪的轉(zhuǎn)角和繩索的位移,經(jīng)機(jī)械傳動(dòng)后轉(zhuǎn)化為電阻(電感)等變化, 可進(jìn)行液位的遠(yuǎn)傳、指示記錄液位值。,浮球式液位計(jì),適用:對(duì)溫度(壓力)不太高,但粘度較大的液體的液位測(cè)量。,,隨著液位的升降, 浮球隨著液位變化繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸旋轉(zhuǎn),達(dá)到新的平衡為

4、止, 其關(guān)系式為,l1,l2,浮子式液位計(jì),5.1.3 浮筒式液位計(jì),浮子改成浮筒,將它半浸于液體之中,當(dāng)液面變化時(shí),浮筒被液體浸沒的體積隨著變化而受到不同的浮力,通過測(cè)量浮力的變化可以測(cè)量液位。,1-浮筒，2-杠桿，3-扭力管，4-芯軸， 5-推桿，6-霍爾位移轉(zhuǎn)換器,,,浮筒式液位計(jì),5.2 差壓式液位計(jì),測(cè)量敞口容器和密封容器的液位。,工作原理:利用容器內(nèi)液體產(chǎn)生的靜壓力與液位高度成 正比的原理。,使用注意事項(xiàng):習(xí)慣上應(yīng)使變送器輸出信號(hào)與液位相對(duì)應(yīng) 如液位范圍0-H,則差壓變送器輸出的Imin(4mA)正好對(duì)應(yīng) 0液位,而Imax(20mA)對(duì)應(yīng)H ,使用時(shí)可能需對(duì)差壓變送器進(jìn)行零點(diǎn)遷移

5、。,對(duì)于DDZ-型差壓變送器, 輸出信號(hào)為420mA。,(1) 無遷移,5.2.1 敞口容器的液位檢測(cè),p+=p0+gh, p-=p0 p= p+- p-=gh,在無遷移時(shí): h=0p=0I0=4mA(差壓變送器的輸出)起始點(diǎn)為零。 h= Hp=pmax I0=20mA。,p1=p0+g(h1+h2+h), p2=p0 p=p1- p2=g(h1+h2)+gh=Z0+gh 當(dāng)h=0時(shí),p=Z00, 變送器輸出I04mA； 當(dāng)h=H時(shí),p=Z0+gH, 變送器輸出I020mA。,(2).正遷移,因取壓點(diǎn)與差壓變送器安裝不在同一高度, 引起的附加壓差Z0,使液位起始值不為零。,超出正常輸出范圍(4

6、-20mA)。為了抵消Z0的 影響,在變送器上增加零點(diǎn)遷移彈簧。,5.2.1 敞口容器的液位檢測(cè),測(cè)液位時(shí),當(dāng)h=0時(shí),p=Z00,稱為零點(diǎn)遷移。當(dāng)Z00 時(shí),為正遷移,當(dāng)Z0<0 時(shí),為負(fù)遷移。Z0稱為零點(diǎn)遷移量。,(3) 零點(diǎn)遷移的實(shí)質(zhì),如圖曲線a為無遷移。 曲線b為負(fù)遷移。 曲線c為正遷移。,通過零點(diǎn)遷移彈簧來實(shí)現(xiàn)的。,零點(diǎn)遷移的實(shí)質(zhì):改變差壓變送器的測(cè)量差壓(即液位)范圍 而其輸出信號(hào)的范圍不變,量程不變。,5.2.1 敞口容器的液位檢測(cè),隔離液密度2 1(被測(cè)介質(zhì)),(1) 負(fù)遷移,p1=1 g(h2+h1 +H)+ pa p2=2 gh3 + pa,p=p1-p2= 1gH-2gh

7、3-(h2+h1)1g=1gH-Z0,5.2.2 密閉容器的液位檢測(cè),H=0時(shí),p=Z0<0,變送器輸出I0<4mA。 H=Hmax時(shí),p=1gh-Z0, I0<20mA。 超出正常信號(hào)輸出范圍(4-20mA)。 調(diào)節(jié)儀表上的遷移彈簧,可抵消Z0的影響。,組成:由法蘭式測(cè)量頭(金屬膜盒).毛細(xì)管和變送器組成。 分類:單法蘭式和雙法蘭式。,(2) 用法蘭式差壓變送器測(cè)量液位,方法:在膜盒、毛細(xì)管和測(cè)量室 所組成的封閉系統(tǒng)內(nèi)充有硅油, 作為傳壓介質(zhì),使被測(cè)介質(zhì)不進(jìn) 入毛細(xì)管和變送器內(nèi),以免堵塞。,作用:測(cè)量具有腐蝕性.含固體顆粒.粘度大及易凝固等液體的液位。,5.2.1 敞口容器的液位檢測(cè),法蘭式

8、差變測(cè)量液位 1-平法蘭接頭，2-毛細(xì)管， 3-差變，4-插入法蘭接頭,法蘭式差壓變送器,組成:兩個(gè)同軸的圓筒形電極,中間充 以電介質(zhì)組成圓筒形電容器。,當(dāng)D.d一定時(shí),則 。,測(cè)量原理:在電容器的極板之間,充以不同介質(zhì)時(shí),電容量 的大小就不同?？赏ㄟ^測(cè)電容量的變化來測(cè)物位。,5.3 電容式物位計(jì),5.3.1 電容物位計(jì)工作原理,圓筒形電容器 1-內(nèi)電極；2-外電極,組成:電容傳感器和電容轉(zhuǎn)換器。,導(dǎo)電液體液位測(cè)量 1-內(nèi)電極; 3-容器 2-絕緣套管;,5.3.2 電容物位傳感器,結(jié)構(gòu):用直徑為d的不銹鋼或紫銅棒做電極,外套絕緣管(聚四氟乙烯塑料或涂搪瓷)。,5.3.2.1 導(dǎo)電液體電

9、容傳感器,液位為零時(shí),即儀表調(diào)整零點(diǎn),其電容為：,工作原理,-電極絕緣套管和容器內(nèi)氣體的等效介電常數(shù),液位為H時(shí),電容由下面兩個(gè) 電容并聯(lián)組成：,導(dǎo)電液體液位測(cè)量 1-內(nèi)電極; 3-容器 2-絕緣套管;,5.3.2.1 導(dǎo)電液體電容傳感器,S為靈敏度系數(shù)。,(1) 有液體部分的電容,導(dǎo)電液為外電極：,-絕緣套管的介電常數(shù),(2) 無液體部分的電容：,5.3.2.2 非導(dǎo)體液體電容傳感器,用裸電極作內(nèi)電極,外套以開有液體流通孔的金屬外電極,通過絕緣環(huán)裝配成電容傳感器。,1-內(nèi)電極；2-外電極；3-絕緣環(huán),p-被測(cè)介質(zhì)的相對(duì)介電系數(shù)。,電容量與料位的關(guān)系為:,D,d--容器的內(nèi)經(jīng)和電極的 外徑

10、； ,0 -物料和空氣的 介電系數(shù)。,由于固體間磨損大,易滯留,用電極棒及容器壁組成電容器 的兩極測(cè)量非導(dǎo)電固體料位。,電容式料位計(jì)原理 a)金屬料倉； (b)水泥料倉 1-內(nèi)電極;2-金屬容器壁電極; 3-鋼絲繩內(nèi)電極;4-鋼筋;5-絕緣體,5.3.2.3 粉粒狀物料電容傳感器,電容物位傳感器特點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便。 1)因電容變化量不大,要精確測(cè)量,常通過電子線路將 電信號(hào)放大后再進(jìn)行測(cè)量。 2) 還應(yīng)注意介質(zhì)濃度、溫度變化時(shí),其介電系數(shù)也要 發(fā)生變化,以便及時(shí)調(diào)整儀表,達(dá)到測(cè)量目的。 3) 不能測(cè)量黏度較高和黏附力強(qiáng)的液體液位。,電容傳感器,5.4 電導(dǎo)物位傳感器,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,但對(duì)電

11、極的材料要求特殊,用可伐合金作電極和氧化鋁陶瓷作絕緣材料密封而成。,(a) 位式 (b) 套筒連續(xù)式 (c) 電阻(左)或氖泡(右)分段式,5.4.1 電接點(diǎn)液位傳感器,適用導(dǎo)電液體的液位測(cè)量,如液態(tài)金屬.酸.堿.鹽.鍋爐水。,導(dǎo)電式.電感式所用電源都是交流。,電阻率已知恒定,導(dǎo)電性強(qiáng),要求:液體的電阻應(yīng)遠(yuǎn)小于器壁漏電阻。,電接點(diǎn)液位傳感器,5.4.2 超導(dǎo)液位計(jì),利用低溫下某些金屬的超導(dǎo)現(xiàn)象來測(cè)量。,1-鉭絲; 2-錳銅絲,液態(tài)氦和氣態(tài)氦的介電常數(shù)差別不大, 可用電導(dǎo)法測(cè)液位。,但在液面以上的部分仍有電阻。,鉭絲的臨界溫度4.3K,氦的沸點(diǎn)為4.2K, 鉭絲在液氦中為超導(dǎo)狀態(tài), 其電阻

12、為零。,2號(hào)起加熱作用,R=U/I,5.6 微波物位計(jì),微波是波長(zhǎng)為0.0011m的電磁波,既有電磁波的性質(zhì),又與普通的無線電波及光波不同。,微波特點(diǎn): 遇到障礙物都產(chǎn)生良好的反射,介質(zhì)導(dǎo)電性越好(介電常數(shù)越大)反射效果越好。 繞射能力差,有良好的定向輻射性能和傳播特性。 傳播過程中受粉塵、煙霧、火焰及強(qiáng)光的影響小,有很強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力。 空間輻射裝置容易制造。,微波物位計(jì)使用的微波頻率段:C波段(5.86.3GHz)、 X波段(910.5GHz)、K波段(2426GHz)。,5.6 微波物位計(jì)(雷達(dá)物位計(jì)),測(cè)量原理:利用回波測(cè)距原理,由喇叭狀或桿式天線向被測(cè) 物料面發(fā)射微波,微波傳播到不同

13、介電率的物料表面時(shí)會(huì) 產(chǎn)生反射,并被天線所接收。發(fā)射波與接收波的時(shí)間差與 物料面與天線的距離成正比,測(cè)出傳播時(shí)間可得距離 。,微波物位計(jì)特點(diǎn):非接觸測(cè)量.測(cè)量速度快.測(cè)量范圍大. 靈敏度高.適應(yīng)能力強(qiáng).不受被測(cè)介質(zhì)物理特性變化影響。 抗干擾能力強(qiáng)。 特別是在溫度較高.蒸汽較大的場(chǎng)合,在高黏度或含顆粒的 物位測(cè)量發(fā)揮作用。,微波物位計(jì)組成:微波振蕩器和微波天線。 微波振蕩器是產(chǎn)生微波的裝置。,分類:微波脈沖法及連續(xù)波調(diào)頻法。,5.6.1 脈沖微波物位計(jì),桿形法蘭連接,5.6.1.1 微波發(fā)射天線,分類:桿形天線和喇叭形天線。,桿形法蘭連接:適用存儲(chǔ)罐或腐蝕性液體.水溶液儲(chǔ)罐.固體顆粒倉等, -4

14、0150度, -1x105 20 x105Pa條件下使用。,桿形螺旋連接:適用過程條件簡(jiǎn)單腐蝕性流體,如污水.酸堿 溶液.儲(chǔ)油罐與固體顆粒等,-40120度,-1x105 3x105Pa使用。,桿形螺旋連接,喇叭形天線:適應(yīng)性更廣,用于存儲(chǔ)計(jì)量或過程檢 測(cè)中,如各種溶液物位檢 測(cè),溫度和壓力更廣, -10250度, -1x105 40 x105Pa條件下使用。,5.6.1 脈沖微波物位計(jì),5.6.1.1 微波發(fā)射天線,發(fā)射波的錐形波束內(nèi)的任何物都會(huì)產(chǎn)生回波,距離發(fā)射天線6m內(nèi)的回波比距離8m內(nèi)的回波要強(qiáng)9倍。,為了避免產(chǎn)生虛假回波,應(yīng)選擇導(dǎo)波管(內(nèi)壁應(yīng)光滑),天線安裝在導(dǎo)波管正上方。,導(dǎo)波管,

15、通氣孔與標(biāo)牌在一側(cè),旁通管與傳感器高于容器半米以上,被測(cè)介質(zhì)的介電常數(shù)小于4,為了避免產(chǎn)生虛假回波, 應(yīng)加長(zhǎng)導(dǎo)通管或在容器底部安裝折射板。,,檢測(cè)原理,5.6.1 脈沖微波物位計(jì),天線面對(duì)被測(cè)液面發(fā)射微波后, 液面反射微波被雷達(dá)天線接收。距離液面的距離D與脈沖的時(shí)間行程T關(guān)系： D=cT/2 (c-光速) 因空罐的距離E已知,則物位L為： L = E-D= E-cT/2,5.6.1.2 脈沖微波物位計(jì)工作原理,工作原理:發(fā)射波與接收波的時(shí)間差 與物料面與天線的距離成正比,測(cè)出 傳播時(shí)間可得距離 。,設(shè)定零點(diǎn)L=0(D=E),滿量程L=F, 使輸出信號(hào)為 4-20mA。,微波脈沖法原理示意圖

16、,要使用導(dǎo)波管？,5.6.1.2 脈沖微波物位計(jì)工作原理,測(cè)量不確定度0.2s,輸出信號(hào)均為420mA/HART,兩線制。 測(cè)量范圍:035m;回波采樣55次/s,精確度為(0.20.3)%。,5.6.1 脈沖微波物位計(jì),5.6.1.2 脈沖微波物位計(jì)工作原理,5.6.2 調(diào)頻微波物位計(jì),天線發(fā)射的微波是頻率隨一定時(shí)間間隔 線性增加的調(diào)頻連續(xù)波(FMCW), 頻率范圍:59.5GHz,波長(zhǎng)3cm。,工作原理:發(fā)射一個(gè)頻率被線性調(diào)制的微波連續(xù)信號(hào),發(fā)射 微波頻率與返回微波頻率的差正比于物料面與天線的距離。,,,,,固態(tài)源頻率變化規(guī)律:,T-固態(tài)源調(diào)制周期；F=1/T； f0-固態(tài)源初始頻率； f

17、0-調(diào)制信號(hào)1/2周期內(nèi)的頻偏范圍；,f1,5.6.2 調(diào)頻微波物位計(jì),,回波頻率：,,差頻頻率：,,被測(cè)距離L:,微波物位計(jì)要求被測(cè)物料的介電 常數(shù)4,精密型可低至2。,發(fā)射波頻率:,f1,5.8 核輻射物位檢測(cè),I=I0e- H (朗伯-比爾定律),5.8.1 檢測(cè)原理,核輻射(放射性):同位素在衰變過程中放出一種特殊的.帶 有一定能量的粒子(.) 或射線(),這種現(xiàn)象叫核輻射。,當(dāng)具有一定強(qiáng)度的射線穿過物體時(shí),會(huì)被物質(zhì)的原子散射 或吸收,其輻射強(qiáng)度隨之減弱。介質(zhì)厚度不同,衰減也不 同。核輻射強(qiáng)度隨穿透物質(zhì)厚度H而變化規(guī)律為：,I.I0 射線透過介質(zhì)后與射入介質(zhì)前的強(qiáng)度； 介質(zhì)對(duì)射線的吸

18、收系數(shù)。,當(dāng)I0 .一定時(shí),則介質(zhì)厚度H與射線強(qiáng)度I的關(guān)系為: H=(lnI0-lnI)/ (檢測(cè)原理),放射性物位計(jì)原理框圖,放射性物位計(jì)組成:放射源、接收器和顯示儀表。,5.8 核輻射物位檢測(cè),5.8.1 檢測(cè)原理,不同物質(zhì)對(duì)同位素射線的吸收能力不同,一般固體最強(qiáng), 液體次之,氣體最差。,5.8.2 物位檢測(cè)方法,物位檢測(cè)方法分類:定點(diǎn)檢測(cè)和自動(dòng)跟蹤。 根據(jù)被測(cè)對(duì)象的實(shí)際需要,放射源可有多種安裝方式,以適應(yīng)不同的物位檢測(cè)和控制的要求。 5.8.2.1 定點(diǎn)放射源檢測(cè)法 點(diǎn)狀放射源與接收器固定在設(shè)備的一定位置上。,1-放射源 2-接收器,連續(xù)測(cè)量液位,定點(diǎn)控制,超限報(bào)警,檢測(cè)較

19、窄的液位,超限報(bào)警,5.8.2.2 跟蹤檢測(cè)法,特點(diǎn):保持了定點(diǎn)檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn),又可實(shí)現(xiàn)連續(xù)測(cè)量,并且量程很寬,但儀表的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。,跟蹤式放射性物位計(jì)原理圖 1-放射源,2-接收器,3-導(dǎo)軌,4-放大器，5-執(zhí)行器，6,7-自整角機(jī)發(fā)送接收器，8-顯示儀表，9-遠(yuǎn)傳指示儀表,源.器.面處于同一平面,放射性物位計(jì)的特點(diǎn),優(yōu)點(diǎn)： (1)檢測(cè)元件(放射源)不與被測(cè)介質(zhì)直接接觸； (2)放射源的輻射不受介質(zhì)溫度、壓力等的影響； (3)適用性廣(高壓.高溫.低溫等容器中的高粘度.強(qiáng)腐蝕性.易燃.易爆等介質(zhì)的物位.介質(zhì)分界面.散料.塊料的料位以及特殊環(huán)境下的物位厚度測(cè)量)。 不足： 射線對(duì)人體有危害,使用時(shí)必須采取嚴(yán)格的防護(hù)措施。,