第03章E 物位及其他参数的测量 化工自动化及仪表(工艺类专业适用) 教学课件

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，测出这些变化就可测知物位。根据工作原理分 为声波遮断式、反射式和阻尼式。
光学式物位仪表：利用物位对光波的遮断和反射原理工作
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3.5.2 差压式液位计
由于温度对氧的渗透性影响很大，因此电极中还封装有温度探头，并以此来对这种影响进行补偿。
在测量管道中流动介质溶解氧的时候，电极的安装也会对测量精度产生较大的影响，正确的安装方法是 要求探头以不易积累气泡的某个角度对着流体安装。
极谱电极的结构简单，使用方便，测量极限可达1ppb（十亿分之一），测量精度约为1％
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3.6 成分和物性参数的检测
热导式气体成分检测 红外式气体成分检测 溶解氧的检测 pH值的检测 浊度的检测
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3.6.3 溶解氧的检测
基本工作原理
所谓溶解氧就是表征溶液中氧浓度的参数，基于溶氧电极发生电化反应是目前工业 上最常用的溶解氧检测方法
接收器 辐射源
特点和要求
核辐射式物位计属于非接触式物位测量仪表 适用于高温、高压、强腐蚀、剧毒等条件苛刻的场合 核射线还能够直接穿透钢板等介质பைடு நூலகம்可用于高温熔融金属的液位测量 使用时几乎不受温度、压力、电磁场的影响。 但由于射线对人体有害，因此射线的剂量应严加控制，且须切实加强安全防护措施
(工业现场一般不优先考虑使用核辐射式物位计)
保护外套
阳极 (银环)
溶氧膜的结构 Pt阴极
化还原反应：
阴极 O 22H 2O 4 e 4 O H
阳极 4 A g 4 C l 4 A g C l 4 e
电解液 绝缘体
温度探头 Pt阴极 玻璃体
溶氧膜
被测介质
玻璃体 电解液层 溶氧膜
和原电池型电极相类似，极谱型电极的氧化还原反应形成了还原电流，还原电流的大小与氧含量成正比 关系。但是，极谱型电极的还原电流绝对量很小，通常为nA级电流，因此极谱型电极需要专门的信号放 大装置对还原电流进行放大输出。
基本工作原理 ΔP=ρgH 零点迁移
零点迁移的目的：使H＝0时，变送器输出为Iomin（如4mA）
ΔP=ρ1gH 无迁移
ΔP=ρ1gH -ρ2g（h2-h1） 负迁移
迁移量：-ρ2g（h2-h1）
ΔP=ρ1gH +ρ1gh
正迁移
迁移量： ρ1gh1
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当极板之间一部分介质被介电常数为ε2的另一 种介质填充时，可推导出电容变化量
D d
1
D d
2
L
2
C2(21)HKH
ln(Dd)
当电容器的几何尺寸和介电常数保持不变时，电容变化量就与物位高度H成正比。
L H
特点和要求
电容式物位计可以用于液位的测量，也可以用于料位的测量，但要求介质的介电常数保持稳 定。在实际使用过程中，当现场温度、被测液体的浓度、固体介质的湿度或成分等发生变化 时，介质的介电常数也会发生变化，应及时对仪表进行调整才能达到预想的测量精度。
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3.5 物位检测
概述 ☆ 差压式物位仪表 ★ 浮力式物位仪表 ☆ 电容式物位仪表 ☆ 辐射式物位仪表 ☆
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3.5.1 概述
几个概念
在容器中液体介质的高低叫液位， 容器中固体或颗粒状物质的堆积高度叫料位 测量液位的仪表叫液位计，测量料位的仪表叫料位计 测量两种密度不同液体介质的分界面的仪表叫界面计 在物位检测中，有时需要对物位进行连续检测，有时只需要测量物位是否达到某 一特定位置，用于定点物位测量的仪表称为物位开关
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3.5.4 电容式物位计
基本工作原理
由两个同轴圆柱极板组成的电容器，当两极板
之间填充介电常数为ε1的介质时，两极板间的
电容量为：
C
2 1 L
ln(D d )
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极谱型溶氧电极
极谱型电极是由一透气溶氧膜覆盖的电流型电极，通常阳极材料为Ag， 阴极材料为Au或Pt，氯化钾溶液作为电解液和两个电极一起组成电解
池 极谱电极插入到被测介质时，溶解氧通 过溶氧膜到达阴极。介质中的氧分压越 高，渗入的溶解氧越多。当两电极间加 入一定的极化电压时，两电极上发生氧
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3.5.5 核辐射式物位计
基本工作原理 核辐射线（通常为γ射线）穿过一定厚度的被测介质时， 射线的投射强度将随介质厚度的增加而呈指数规律衰减的 原理来测量物位的
I I0eH
I0表示进入物料之间的射线强度；μ表示物料的吸收系数；H为物料的厚 度；I为穿过介质后的射线强度。
物位检测的作用 控制、计量、报警等。
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。
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。
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：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
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目前已在水质分析、污水处理、酿造、制药、生物工程等领域有广泛应用。
溶氧电极可分为原电池型和极谱型两类
原电池型 溶氧电极
一般由Ag、Au、Pt等贵金属构成阴极，Pb构成阳极，二者组成一对氧敏感的碱性原电池。 当有微量氧含量通过原电池时，两个电极上将发生如下电化学反应：
阴极（Ag） O 22H 2O 4 e 4 O H
阳极（Ag） 2P b 2P b24e
当接通外部电路以后即可形成电流，电流的大小与氧的浓度之间具有良好的线性关系。 因此，只要测得原电池电路中的电流就可以测得其中的溶解氧。 原电池型传感器不需要外加极化电压 测量极限约为1ppm 但会使溶液中含有铅离子。