化工仪表自动化 【第三章】物位检测及仪表(液位计、料位计、界面计)讲解

（3）对容器内介质物位的上下限位置报警；
（4）监视/调节容器中出入物料的平衡。
物位测量的绝对值
物位测量的相对值
3.4 物位检测及仪表 2.按工作原理划分的物位仪表类型
（1）直读式——利用连通器原理工作 ；
3.4 物位检测及仪表
（2）差压式——利用液柱或物料堆积对某定点产生 压力的原理工作；
3.4 物位检测及仪表
3.4 物位检测及仪表
某仪表的测量范围为0—5000Pa，无迁移时，当压差 由0变化到5000Pa时，变送器的输出将由4mA变化到20mA。 如图3-40中曲线a所示。
I0/mA
当有迁移时，假定固定压差为 2000Pa，那么当H＝0时，根据前 式有： ΔP＝－(h2－h1)ρ0g
即ΔP＝－2000Pa，这时变送器 输出应为0.02MPa，H为最大时， ΔP＝5000－2000＝3000Pa，这 时变送器输出应为0.1MPa，如图 3-40中的曲线b所示。
3.4 物位检测及仪表
帕斯卡用一个密闭的装满水的桶 ，在桶盖上插入一根细长的管子 ，从楼房的阳台上向细管子里灌 水。结果只用了一杯水，就把桶 压裂了，桶里的水就从裂缝中流 了出来。
帕斯卡“桶裂”实验很好地证 明了液体压强与液体的深度有关 ,而与液体的重力无关。
3.4 物位检测及仪表
当测量敞口容器的液位如下图所示，差压变 送器的负压通大气即可，这时作用在正压室的压 力就是液位高度所产生的静压力Hρg。
3.4 物位检测及仪表
当测量受压容器的液位如下图所示，将差压 变送器的负压室与容器的气相空间相连，以平衡 气相压力的静压作用。
ΔP＝P气＋Hρg－P气＝Hρg 差压的大小同样代表了液位高度的大小。
3.4 物位检测及仪表
2.零点迁移
在使用差压变送器或差压计来测量液位高度时， 一般说其压差ΔP与液位高度H之间有如下关系：
适用于高精度要求的清洁液体的液位测量。
1.工作原理
磁致伸缩原理： 某些磁性材料，在周围 磁场作用下内部磁畴取 向改变，因而引起尺寸 伸缩。
3.4 物位检测及仪表
舌簧管：是一种有触点的开关元件，利用磁场控制舌簧管 内触点通断的原理。
磁浮子舌簧管液位计
环形永磁体的两面分 别为N和S极，磁力线 将使管内的舌簧闭合。 因此处于浮子中央的 舌簧管吸合导通，其 它呈断开状态。
3.4 物位检测及仪表
（7）光学式——利用物位对光波的遮断和反射原理 工作。
3.4 物位检测及仪表
二.差压式液位变送器
1.工作原理
容器内液位改变时，由液柱产生的静压力也发生 相应变化。
根据流体力学的原理： ΔP＝PB－PA＝Hρg
式 中 ： ΔP——A 、 B 两 点 的 差 压 ； H——液位高度； ρ——介质密度； g——重力加速度。
仪表，应危险程度选择合适的防爆结构和措施。
END
L2

A1L1 M
H

KH
（3-58）
逆电机；8—编码盘；9—发讯器
3.4 物位检测及仪表
如果液罐是均匀截面 即
M 0 HA
H M 0
A
将式（3-60）代入式（3-58），得
L2

K A
M0
如果液罐的横截面积A为常数，得
式中
L2 Ki M 0
Ki

K A

A1L1 AM
（3-59） （3-60）
（3-61）
3.4 物位检测及仪表
八.物位仪表的选型
（1）液面和界面测量应选用差压式、浮筒式和浮子式仪表。 （2）仪表的结构形式及材质，应根据被测介质的特性决定。 （3）仪表的显示方式和功能，应根据工艺操作及系统组成要求确定。 （4）仪表量程应根据工艺对象实际需要显示的范围或实际变化范围确
定。 （5）仪表精确度应根据工艺要求选择。 （6）用于可燃气体、蒸汽机可燃性粉尘等爆炸危险场所的电子式物位
3.料位的检测
电容量变化与料位升降关系为：
C

C

C0

2
( 0 )H
ln D
d
3.4 物位检测及仪表
三.核辐射物位计
I I0eH
射线的投射强度随着通过介质层 厚度的增加而减弱。
特点：
穿透力强，无接触， 适用于各种恶劣环境
3.4 物位检测及仪表
四.磁致伸缩式液位计（浮子式液位计）
爆管
空气
汽轮机
凝汽器 空预器
去烟囱 给水泵
图1 火电厂生产流程
发电机
～
3.4 物位检测及仪表
3.4 物位检测及仪表
3.4 物位检测及仪表
一、概述 1.物位仪表分类
液位计
物位仪表
料位计 界面计
3.4 物位检测及仪表 2.物位测量的目的
（1）获得容器内物质的体积或质量；
（2）监视/控制容器内介质物位，满足工艺要求；
∆p/Pa
p1
p2
3.4 物位检测及仪表
3.用法兰式差压变送器测量液位
单法兰式差压变送器
双法兰式差压变送器
3.4 物位检测及仪表
三.电容式物位传感器 1.工作原理
电容器极板间所充介质的差异，会导致电容量的 不同。可利用此原理测量液位、料位和分界面。
两圆筒间的电容量表达式：
C

2 L
ln D
d
六.称重式液罐计量仪
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。
称重仪根据天平原理设计。 杠杆平衡时
p1 p2 A1L1 MgL2 （3-57）
由于 p2 p1 Hg
代入（3-57）
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
化工仪表自动化
（Instruments & Automatics of Chemical Engineering）
第三章 检测仪表及传感器
主讲人：孙行衍
第三章 检测仪表及传感器 3.4 物位检测及仪表
锅炉
水位过低
水 水冷壁超 冷 温被烧坏 壁
过热器
燃料 空气
灰斗
空气
再热器 汽包
锅炉水循环 效果变差 省煤器
3.4 物位检测及仪表
2.液位的检测
（1）液位为0时，零点电容为：
C0

2 0 L
ln D
d
（2）液位为H时，电容为：
C 2 H 20 (L H )
ln D
ln D
d
d
（3）电容变化量为：
C
C C0

2 ( 0 )H
ln D

Ki H
d
3.4 物位检测及仪表
ΔP＝Hρg 这是最简单的情况，称为“无迁移”。当H＝0 时，作用在正、负压室的压力是相等的。 在实际应用中，往往H与ΔP之间的对应关系不那 么简单。
3.4 物位检测及仪表
当液面上的介质是可凝气体（如蒸汽）时，或为了防止容 器内液体和气体进入变送器而造成管线堵塞或腐蚀，并保证负 压室的液柱高度恒定，在变送器正、负压室与取压点之间分别 装有隔离罐，并充以隔离液。
对比无迁移的情况，相当于在负压室多了一项压力，其固定数值 为:（h2－h1）ρ0g。
3.4 物位ห้องสมุดไป่ตู้测及仪表
如何抵消固定压差（h2－h1）ρ0g的作用？ 使液位的零值和满量程 与 变送器输出的上下限对应。
仪表中的迁移弹簧
实质： 改变变送器的零点。
迁移同时改变了测量范围的上下限，但不改变量程的大小 ，相当于测量范围的平移。
若被测介质的密度为ρ1，隔离液的密度为ρ0 ，这时， 正、负压室的压力分别为：
P1＝h1ρ0g ＋Hρ1g ＋P0
P2＝h2ρ0g＋P0
正、负压室间的压力差为
ΔP＝Hρ1g －（h2－h1）ρ0g
3.4 物位检测及仪表
ΔP＝P气＋Hρg－P气＝Hρg ΔP＝Hρ1g －（h2－h1）ρ0g
对比两式可以发现，此时压差减少了(h2－h1)ρ0g一项， 即H＝0时， ΔP＝－(h2－h1)ρ0g。
3.4 物位检测及仪表
五.光纤式液位计 1.全反射型光纤液位计
组成：
液位敏感元件（棱镜）； 传输光信号的光纤； 光源； 光检测元件。
只要检测出裸露在空气中 和淹没在液体中的 输出光功率差值，即可判断。
3.4 物位检测及仪表
2.浮沉式光纤液位计
1.机械转换部分 2.光纤光路部分 3.电子电路部分
3.4 物位检测及仪表
（3）浮力式——利用浮子高度随液位变化而改变的 原理工作；
3.4 物位检测及仪表
（4）电磁式——使物位的变化转换为一些电量的变 化，通过测量这些电量的变化间接的测知物位；
3.4 物位检测及仪表
（5）辐射式——利用辐射透过物料强度发生变化的 原理；
3.4 物位检测及仪表
（6）声波式——是利用声波的声阻抗、声遮断、声 反射距离差异进行测量；