第二章 检测仪表2-5,2-6

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1、第2章 检测仪表过程控制及自动化仪表过程控制及自动化仪表电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院 王红一王红一授课专业：自动化授课专业：自动化液位：液位：容器中液体介质的高低容器中液体介质的高低料位：料位：容器中固体物质的堆积高度容器中固体物质的堆积高度界面：两种密度不同液体介质的分界面的界面：两种密度不同液体介质的分界面的高度高度2.5 物位检测及仪表物位检测及仪表 物位测量在工业生产中具有重要的地位。例如物位测量在工业生产中具有重要的地位。例如蒸汽锅炉运行时，如果汽包水位过低，就会危及锅蒸汽锅炉运行时，如果汽包水位过低，就会危及锅炉的安全，造成严重事故。炉的安全，造成严重事故。2.5.1概

2、述概述 物位的含义包括：物位的含义包括： 物位测量仪表可分为下列几种类型。物位测量仪表可分为下列几种类型。1. 静压式物位测量静压式物位测量 利用液体或物料对某定点产生的压力随液位利用液体或物料对某定点产生的压力随液位高度而变化的原理而工作。高度而变化的原理而工作。2浮力式物位测量浮力式物位测量 利用浮子所受的浮力随液位高度而变化的原利用浮子所受的浮力随液位高度而变化的原理工作。理工作。3. 电气式物位测量电气式物位测量 利用敏感元件将物位的变化转换为电量参数利用敏感元件将物位的变化转换为电量参数的变化，而得知物位。的变化，而得知物位。4. 核辐射式物位测量核辐射式物位测量 利用核辐射线穿透物

3、料时，核辐射线的透射利用核辐射线穿透物料时，核辐射线的透射强度随物质层的厚度而变化的原理进行测量。强度随物质层的厚度而变化的原理进行测量。5. 声学式物位测量声学式物位测量 测量超声波在物质中传播时间的长短，据此测量超声波在物质中传播时间的长短，据此可测出物位。可测出物位。6. 光学式物位测量光学式物位测量 利用光波在传播中可被不同的物质界面遮断利用光波在传播中可被不同的物质界面遮断和反射的原理测量物位。和反射的原理测量物位。静压式液位变送器静压式液位变送器浮球液位变送器浮球液位变送器浮球液位变送器浮球液位变送器静压式液位变送器静压式液位变送器电容式物位变送器电容式物位变送器超声波物位变送器超

4、声波物位变送器 p1= H g + p2 p = p1-p2= H g 式中：式中： H液位高度；液位高度； 介质密度；介质密度； g重力加速度。重力加速度。p2p12.5.2差压式液位变送器差压式液位变送器 利用测量容器底部和顶部的压差测液位。利用测量容器底部和顶部的压差测液位。2.5.2.1 测量原理测量原理 设容器上部空间为干燥气体，其压力为设容器上部空间为干燥气体，其压力为p2，下，下部取压点压力为部取压点压力为p2 ，则：，则：若被测容器是敞口的，则气相压力为大气压，若被测容器是敞口的，则气相压力为大气压，只需将差压变送器的负压室通大气，或用压力变送只需将差压变送器的负压室通大气，或

5、用压力变送器、或用压力表即可测量。因为压力变送器和压力器、或用压力表即可测量。因为压力变送器和压力表都是测量与大气压之差。表都是测量与大气压之差。2.5.2.2零点迁移零点迁移 理想测量条件下，液位理想测量条件下，液位H=0时，变送器的输入压时，变送器的输入压差信号差信号P=0，差压变送器的输出为零点信号，差压变送器的输出为零点信号4mA。零点是对齐的：零点是对齐的： H0时，时， p = H g =0， I0=4mA 应用时，由于差压变送应用时，由于差压变送器安装的实际情况限制，测器安装的实际情况限制，测量零点很难对齐，需要对差量零点很难对齐，需要对差压变送器的零点进行迁移。压变送器的零点进

6、行迁移。p = p1-p2 = ( h1 2g + H 1g + p0 ) ( h2 2g + p0 ) = H 1g - ( h2- h1) 2g1、负迁移、负迁移 如图所示，变送器和容器之间用隔离罐隔离时：如图所示，变送器和容器之间用隔离罐隔离时： 当当 H =0时，时， p = - ( h2 - h1) 2g 此时，变送器应输此时，变送器应输出出4mA以下，但变送器以下，但变送器的输出只能是的输出只能是420mA v 零点迁移的方法是，另加零点迁移的方法是，另加 ( h2- h1) 2g 信号，信号，抵抵消消( h2- h1) 2g的影响。使：的影响。使：H =0 时，时， p =0Hp

7、0I/mAp420I/mAp420Hp0迁移前迁移前迁移后迁移后2、正迁移、正迁移 有时变送器不能和容器底部安装在同一水平面有时变送器不能和容器底部安装在同一水平面上。如图所示，有：上。如图所示，有：P = Hg hg H=0 时，时，P =hgHp0I/mAp420迁移的目的：迁移的目的： 使变送器输出的起点与被测量起点相对应。使变送器输出的起点与被测量起点相对应。迁移同时改变了测量范围的上下限，相当于测迁移同时改变了测量范围的上下限，相当于测量范围向正方向或负方向的平移。量范围向正方向或负方向的平移。此时需要迁移此时需要迁移hgHp0Hp0 例如，某差压变送器的测量范围为例如，某差压变送器

8、的测量范围为050MPa，对应输出从对应输出从4mA变化到变化到20mA，这是无迁移的情况，这是无迁移的情况，如图如图2.57中曲线中曲线a所示。若因安装的原因：所示。若因安装的原因：H=0时，时， P=10 MPa，则需负迁移。则需负迁移。H=0时，时， P=10 MPa，则需正迁移。则需正迁移。无迁移无迁移负迁移负迁移正迁移正迁移-1050cab2040I0/mAP/MPa-102.5.2.3用法兰式差压变送器测量液位用法兰式差压变送器测量液位 在测量含有结晶颗粒、有腐蚀性、粘度大、易凝在测量含有结晶颗粒、有腐蚀性、粘度大、易凝固等液体液位时，引压管线可能被腐蚀、被堵塞。可固等液体液位时，

9、引压管线可能被腐蚀、被堵塞。可使用加隔离膜盒的法兰式差压变送器。使用加隔离膜盒的法兰式差压变送器。 插入式法兰插入式法兰平法兰平法兰2.5.3电容式物位变送器电容式物位变送器 利用电容器的极板之间介质变化时，电容量也利用电容器的极板之间介质变化时，电容量也相应变化的原理测物位。可测量液位、料位和两种相应变化的原理测物位。可测量液位、料位和两种不同液体的分界面。不同液体的分界面。测量原理测量原理圆柱形电容器的电容量为圆柱形电容器的电容量为dDLCln=2 2LDd为介电系数为介电系数H = 0时：时：H0时：时：C =dD2HlndD2(L-H)0lndD2H(-0 )C = C C0ln=设空

10、气的介电系数为设空气的介电系数为0，被测物料的介电系数为被测物料的介电系数为dD2L0C0ln= kHLDd0H 电容的变化量电容的变化量与液位成正比。与液位成正比。02.5.3.1液位的检测液位的检测 对非导电介质液位的测量，用双电极式。对导电对非导电介质液位的测量，用双电极式。对导电介质液位测量，金属容器的外壁即是电容的外电极。介质液位测量，金属容器的外壁即是电容的外电极。2.5.3.2料位的检测料位的检测 和导电介质液位测量一样，用单电极式。和导电介质液位测量一样，用单电极式。 测量电容量可用交流电桥，也可用其他方法测测量电容量可用交流电桥，也可用其他方法测定。例如充放电法。定。例如充放

11、电法。 如图所示，用振荡器给液位电容如图所示，用振荡器给液位电容Cx加上幅度和加上幅度和频率恒定的矩形波。若矩形波的周期频率恒定的矩形波。若矩形波的周期T远大于充放远大于充放电回路的时间常数，则每个周期都有电荷电回路的时间常数，则每个周期都有电荷 Q=CxE对对Cx 充放电，二极管将充电和放电电流检波，可用充放电，二极管将充电和放电电流检波，可用微安表测得平均电流。微安表测得平均电流。 可见，充电可见，充电(或放电或放电)的平均电流的平均电流与液位电容成正比，微安表的读数可与液位电容成正比，微安表的读数可反映液面的高低。反映液面的高低。 EfCTECIxx 流过微安表的平均电流为：流过微安表的