常见物位检测仪表PPT

刘玉长
1-内电极；2-绝缘套 管；3-容器
由图可知当液位由零变化到H时，电容传感
器的电容变化量CX为
CX
CH
C0
2π H
ln(D / d )
2π0 (L H ) 2π0L
ln(D0 / d ) ln(D0 / d )
2π( 0 ) H
ln(D / d )
2π H SH
ln(D / d )
电容式料位计原理 (a)金属料仓； (b)水泥料仓 1-内电极;2-金属容器壁电极; 3-钢丝绳内电极;4-钢筋;5-绝缘体
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三、射频导纳电容物位计
射频导纳电容物位计是上世纪90年代发展 起来的，是电容物位计的换代产品，它是由检测 与变送两部分组成，检测部分由探头作为电容器 的一极，容器壁(或辅助电极)构成电容传感器。
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Байду номын сангаас
四 超声波液位计
超声波液位计是利用回声测距原理工作的， 与前述雷达物位计有许多相似之处。
根据超声波传播介质的不同，超声波液位 计分为液介式、气介式和固介式三种。
(a)液介式 (b) 气介式 (c) 固介式
刘玉长 1-换能器；2-容器；3- 金属波导棒
超声波物位计特点
超声波物位计是不接触测量法，避免了被 测介质的种种干扰和影响，适用于有毒、腐蚀性 强、粘度高等介质的液位测量或报警。
法兰测头是一不锈钢膜 盒，膜盒内充以硅油，用毛 细管引到差压变送器的测量 刘室玉。长
法兰式差变测量液位
1-平法兰接头，2-毛细管， 3-差变，4-插入法兰接头
二 电容式物位计
一、检测原理
圆筒形电容器的电容量 C为：
C=2πεL/ln(D/d)=kL
可见当将电容传感器插 入被测介质中，电极浸入介 质中的深度随物位高低而变 化，电极间介质的升降，必 然改变两极板间的电容量， 从而可以测出物位。 刘玉长
放射性物位计的特点
优点： (1)检测元件(放射源)不与被测介质直接接触； (2)放射源的辐射不受介质温度、压力等的影响； (3)适用性广【高压、高温、低温等容器中的高
粘度、强腐蚀性、易燃、易爆等介质的物位、 介质分界面、散料、块料的料位以及特殊环境 下的物位厚度测量】。 不足： 是射线对人体有危害，使用时必须采取严格的 防护措施。
差压式液位计
电容式物位计
辐射物位检测
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超声波液位计
一差压式液位计
测量原理：利用容器内液位变化时，由液柱高
度产生的静压也相应变化的原理工作的，用差压 计测得的差压与液位高度成正比，常用来测量敞 口容器和密封容器的液位。
使用注意事项：习惯上应使变送器输出信号与
液位相对应(如液位范围0-H，则差变输出的Imin 正好对应0液位，而Imax对应H)，使用时可能需对 差压变送器进行零点迁移。
CH
2π0 p H
ln(D / d )
2π0 (L H )
ln(D0 / d )
CX CH C0
2π0 ( p 1) H
ln(D / d )
刘玉长 SH
1-内电极；2-外电极； 3-绝缘环
(三)粉粒状物料电容传感器
在测量粉粒状 非导电介质如矿石、 合金、石灰、干燥水 泥、粮食等的料位， 是长期困扰的难题， 至今还没有一个准确 可靠的测量方法。
式中ε为绝缘套管或陶瓷涂层的介电
系数； ε0’为绝缘套管和空气共同组 成电容的等效介电系数；S为传感器
灵敏度系数。
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(二)非导体液体电容传感器
非导电液体，不要求电极表面绝缘，可以 用裸电极作内电极，外套以开有液体流通孔的金 属外电极，通过绝缘环装配成电容传感器。
C0
2π 0 L
ln(D0 / d )
超声物位计的缺点是声速受介质的温度和 压力的影响，介质的翻腾、气泡和浪涌也会使声 波乱反射而产生测量误差，使其应用受到限制。
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显然进行零点迁移方法为最佳方案。
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特性曲线平移而曲线斜率不变称为零点迁 移。分为零点正迁移（Z0>0）、零点负迁移 （Z0<0）两种类型。其实质是改变上下限，而 不改变量程的大小。
不同的变送器，实现零点迁移方法不一样。 如机械式差压变送器，通过调零弹簧实现；而 现在智能型差压变送器，可通过外部手持终端 直接输入数字即可实现。
圆筒形电容器 1-内电极；2-外电极
二、电容物位传感器
(一)导电液体电容传感器
水、酸、碱、盐及各种水
溶液等导电液体电容液位传感器 一般用直径为d的不锈钢或紫铜 棒做电极，外套聚四氟乙烯塑料
绝缘管或涂以搪瓷绝缘，如图。 电容传感器插在直径为D0容器内 的液体中， 通过检测传感器电
容变化量即可知液位的高低。 导电液体液位测量
μ —介质对射线的吸收系数。
当放射源强度、被测介质一定时，则介质 厚度H与射线强度I的关系为:
H=(lnI0-lnI)/ μ 上式表明，测出透过介质后的射线强度， 便可求出被测介质的厚度H。 刘玉长
放射性物位计主要由放射源、接收器和显 示仪表组成：
放射性物位计原理框图 刘玉长
二、物位检测方法
放射性物位计检测物位的方法，一般为有 定点检测和自动跟踪等方式。根据被测对象的实 际需要，放射源可有多种安装方式，以适应不同 的物位检测和控制的要求。
它的电路和传感器独特，克服了一般电容 传感器单纯测量电容所引起的误差。几乎可测量 生产过程中所有介质的物位或液位，不受温度、 湿度、流体粘度与密度变化的影响。
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三 辐射物位检测
一、检测原理
核辐射强度随穿透物质厚度H而变的规律为
I=I0e- μ H (朗伯-比尔定律)
式中I、I0 —射线透过介质后与射入介质前的强度；
物位检测仪表
物位，料位、液位和分界面的统称。 通过对物位的测量，不但可确定容器 内贮料的数量，以保证连续生产的需要或进 行经济核算，亦可保证生产过程在安全和合 理状态下顺利进行。 由于被测物料的性质千差万别，物位 测量方法很多，本章主要介绍工厂中常用的 物位检测仪表的原理与应用。
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物位检测仪表
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一、敞口容器的液位检测
如图所示，差压变送器两端差压ΔP为： ΔP=(h+h1+h2)ρg=hρg+Z0 (Z0>0 )
显然可由差压信号得到液位。但为使变送 器输出信号(这里是4-20mA)正好对应液位(0-H)， 要进行零点正迁移()。
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为什么要进行零点迁移的实例说明
设前页图中H=0.5m，h1+h2=0.2m，则根据 H选DDZ-III差变量程为0～4.905kPa(0.5×9.81)， 而 ΔPZ=06=.18.6976k2PkPa，a。I0＞若不20迁mA移，，已则超当出h=差H变时正，常使 用范围。需采取措施解决此问题： ➢方法一：另选大量程差压变送器【缺点：会降 低测量精度】。 ➢方法二：进行零点迁移。将变送器的零点正向 迁移到Z0=1.962kPa的位置，迁移后，上、下限 变为1.962kPa和6.867kPa，但量程不变，仍为 4.905kPa，输出仍是4~20mADC。
(一)定点放射源检测法 点状放射源与接收器固定在设备的一定位
置上。
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1-放射源 2-接收器
(二)跟踪检测法
跟踪式放射性物位 计既保持了定点检测方 式的优点，又可实现连 续测量，并且量程可以 很宽，但仪表的结构较 复杂。
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跟踪式放射性物位计原理图
1-放射源，2-接收器，3-导轨， 4-放大器，5-执行器，6，7-自整 角机发送接收器，8-显示仪表， 9-远传指示仪表
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a无迁移
b负迁移
c正迁移
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二、密闭容器的液位检测
测量密闭容器中的液泣，差压变压器的正 压室仍与容器的下部取压点相连，低压室则与容 器的密闭空间相连通。
(a) 差压变送器的安装； (b) 零点负迁移示意图
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三、特殊介质液体液位测量
某些特殊液体，如腐蚀 性、含固体颗粒、易结晶、 易沉淀或粘度大等液体的液 位测量，不能采用普通差压 变送器而只能采用法兰式差 压变送器【因为容易造成堵 塞或差变损坏】。