仪表自动化第四章习题：物位检测说课讲解

第四章 物位检测
1.某贮罐内的压力变化范围为12~15MPa ，要求远传显示，试选择一台DDZ-Ⅱ型压力变送器 (包括准确度等级和量程)。

如果压力由12MPa 变化到15MPa ，问这时压力变送器的输出变化了多少?如果附加迁移机构,问是否可以提高仪表的准确度和灵敏度?试举例说明之。

解：如果已知某厂生产的 DDZ-Ⅱ型压力变送器的规格有： 0～10，16，25，60，100 （MPa ）
精度等级均为0.5级。

输出信号范围为0～10mA 。

由已知条件，最高压力为15MPa ，若贮罐内的压力是比较平稳的，取压力变送器的测量上限为
若选择测量范围为0～25MPa 、准确度等级为0.5级,这时允许的最大绝对误差为
由于变送器的测量范围为0～25MPa ，输出信号范围为0～10mA,故压力为12MPa 时,输出电流信号为
压力为15MPa 时，输出电流信号为
()MPa 5.222
315=⨯()
MPa 125.0%5.020=⨯()mA 8.41025
12=⨯()mA 61025
15=⨯
这就是说,当贮罐内的压力由12MPa 变化到15MPa 时,变送器的输出电流只变化了1.2mA 。

在用差压变送器来测量液位时，由于在液位H=0时,差压变送器的输入差压信号Δp 并不一定等于0，故要考虑零点的迁移。

实际上迁移问题不仅在液位测量中遇到，在其他参数的测量中也可能遇到。

加上迁移机构，可以改变测量的起始点，提高仪表的灵敏度 (只不过这时仪表量程也要作相应改变)。

由本例题可知，如果确定正迁移量为7MPa ，则变送器的量程规格可选为16MPa 。

那么此时变送器的实际测量范围为7～23MPa ，即输入压力为7MPa 时，输出电流为0mA ；输入压力为23MPa 时，输出电流为10mA 。

这时如果输入压力为12MPa ，则输出电流为 输入压力为15MPa 时，输出电流为
由此可知，当输入压力由12MPa 变化到15MPa 时，输出电流变化了1.875mA ，比不带迁移机构的变送器灵敏度提高了。

变送器的准确度等级仍为0.5级，此时仪表的最大允许绝对误差为(23-7)×0.5% = 0.08MPa ，所以，由于加了迁移机构，使仪表的测量误差减少了。

2.用一台双法兰式差压变送器测量某容器的液位，如图4-15所示。

已知被测液位的变化范围为0~3m ，被测介质密度ρ=900kg/m3 ，毛细管内工作介质密度ρ0=950kg/m3。

变送器的安装尺寸为 ()mA 125.3107
23712=⨯--()mA 5107
23715=⨯--
h1=1m, h2=4m 。

求变送器的测量范围，并判断零点迁移方向，计算迁移量,当法兰式差压变送器的安装位置升高或降低时，问对测量有何影响?
解：当不考虑迁移量时，变送器的测量范围应根据液位的最大变化范围来计算。

液位为3m 时，其压差为
这里值得一提的是压力单位Pa 用SI 基本单位时就相当于m-1·kg ·s-2，即
所以液柱压力用H ρg 计算时，只要H 用m ，ρ用kg/m3，g 用m/s2为单位时，相乘结果的单位就是Pa 。

上述计算结果Δpmax 为26.487kPa ，经过圆整后，测量范围可选0～30kPa 。

根据图示，当液位高度为H 时,差压变送器正压室所受的压力p 1为
图4-15 法兰式差压变送器()Pa g H p 2648781.99003max =⨯⨯==∆ρ2
121/11--⋅⋅==s kg m m N Pa
负压室所受的压力p 2为 因此，差压变送器所受的压差为
由上式可知，该差压变送器应进行负迁移，其迁移量为 h 2ρ0g 。

当差压变送器安装的高度改变时，只要两个取压法兰间的尺寸h 2不变，其迁移量是不变的。

3.用单法兰电动差压变送器来测量敞口罐中硫酸的密度,利用溢流来保持罐内液位H 恒为1m 。

如图4-16所示。

已知差压变送器的输出信号为0~10mA,硫酸的最小和最大密度分别为ρmin =
1.32(g/cm3),ρmax = 1.82(g/cm3) 图4-16 流体密度测量示意图ρmin=1.32(g/cm3),ρmax= 1.82(g/cm3)
要求:
(1)计算差压变送器的测量范围；
(2)如加迁移装置，请计算迁移量；
(3)如不加迁移装置，可在负压侧加装水恒压器 (如图中虚线所示) ，以抵消正压室附加压力的影响，请计算出水恒压器所需高度h 。

解：（1）若不考虑零点迁移,那么就要以ρmax 来计算差压变送器的测量范围。

当ρ=ρmax = 1.82g/cm 3时,差压变送器所承受的差压为
将H=1m ，ρmax=1820kg/m 3，g=9.81m/s 2代入上式,得 g
h g H p p 0101ρρ-+=()g
h h p p 01202ρ-+=g
h g H p p p 0221ρρ-=-=∆g
H p max ρ=∆
如果选择差压变送器的测量范围为0～2×104Pa,则当ρ=ρmax=
1.82g/cm 3时，对应的变送器输出为
当ρ=ρmin=1.32g/cm 3时，其差压为
这时差压变送器的输出为
由上可知，当硫酸密度由最小值变化到最大值时，输出电流由
6.475mA 变化到8.925mA ，仅变化了2.45mA ，灵敏度是很低的。

（2）为了提高灵敏度，可以考虑进行零点迁移，提高测量的起始点。

考虑到ρ=ρmax 时，这时所对应的压差仍为1.785×104Pa ，所以在提高测量起始点的同时，测量上限却可以不改变，这样一来，实际量程压缩了。

当ρ=ρmin=1.32g/cm 3时,Δp min =1.295×104Pa 。

因此可以选择迁移量为1×104Pa ,测量范围为1×104～2×104Pa 的差压变送器。

这时,若ρ=ρmin 时,变送器的输出为
当ρ=ρmax 时,变送器的输出为
这时ρ由ρmin 变到ρmax 时,输出电流由2.95mA 变为7.85mA,变化了4.9mA,大大提高了仪表的灵敏度。

()
Pa p 410785.181.918201⨯=⨯⨯=∆()mA I 925.81010210785.14
4
max =⨯⨯⨯=()
Pa p 410295.181.913201⨯=⨯⨯=∆()mA I 475.61010210295.144min =⨯⨯⨯=()()()mA I 95.2101012101295.144min =⨯⨯-⨯-=()()()mA I 85.7101012101785.14
4
max =⨯⨯-⨯-=
（3）如果不加迁移装置，而在负压侧加装水恒压器，而迁移量仍为1×104Pa ，根据 以水的密度ρ=1000kg/m 3代入,得
4.物位检测有哪些方式？物位检测时应注意哪些问题？常用的液位
检测仪表有哪些？
（1）直读式物位检测仪表 采用侧壁开窗口或旁通管方式，直接显示容器中物位的高度。

方法可靠、准确，但是只能就地指示。

主要用于液位检测和压力较低的场合。

（2）静压式物化检测仪表 基于流体静力学原理，适用于液位检测。

容器内的液面高度与液柱重量所形成的静压力成比例关系，当被测介质密度不变时，通过测量参考点的压力可测知液位。

这类仪表有压力式、吹气式等型式。

（3）浮力式物位检测仪表 其工作原理基于阿基米德定律，适用于液位检测。

漂浮于液面上的浮子或浸没在液体中的浮筒，在液面变动时其浮力会产生相应的变化，从而可以检测液位。

这类仪表有各种浮子式液位计、浮筒式液位计等。

（4）机械接触式物位检测仪表 通过测量物位探头与物料面接触时的机械力实现物位的测量。

这类仪表有重锤式、旋翼式等。

（5）电气式物位检测仪表 将电气式物位敏感元件置于被测介质中，当物位变化时其电气参数如电阻、电容等也将改变，通过检测这些电量的变化可知物位。

（6）其他物位检测方法如声学式、射线式、光纤式仪表等。

()
Pa g h 4101⨯=ρ()m h 02.181.910110134
≈⨯⨯⨯=
在实际生产过程中，被测对象很少有静止不动的情况，因此会影响物位测量的准确性。

各种影响物位测量的因素对于不同介质各有不同，这些影响因素表现在如下方面。

(1）液位测量的特点
稳定的液面是一个规则的表面，但是当物料有流进流出时，会有波浪使液面波动。

在生产过程中还可能出现沸腾或起泡沫的现象，使液面变得模糊。

大型容器中常会有各处液体的温度、密度和粘度等物理量不均匀的现象。

容器中的液体呈高温、高压或高黏度，或含有大量杂质、悬浮物等。

（2）料位测量的特点
料面不规则，存在自然堆积的角度。

物料排出后存在滞留区。

物料间的空隙不稳定，会影响对容器中实际储量的计量。

界位测量的特点界位测量的特点则是在界面处可能存在浑浊段。

常用的液位检测仪表:电磁法测量液位、利用液位引起的压力进行检测、利用液体的浮力进行检测.。