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03 第三章 物位测量及变送.ppt

页数:27页文件大小:6.52 MB来源: 测量仪表及自动化ppt课件

本课件围绕物位检测的作用与仪表类型展开,详解恒浮力式浮球、浮子钢带液位计与变浮力式扭力管浮筒液位计的原理,差压式液位计三种迁移的判断与实现,并介绍法兰式、电容式、核辐射式、超声波及雷达液位计的适用场合。

第三章物位测量及变送导览页,列出物位概念、浮力式与差压式物位计、电容式与雷达液位计等重点
物位概念页,区分液位、界面与料位的定义,并列出确定贮料量、监视控制与上下限报警三项检测作用
物位计类型页,列出直读式、浮力式、差压式及电容式、核辐射式、超声波式、雷达式等类型
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第1页:第三章 物位测量及变送

本章内容
物位概念,恒浮力式、变浮力式物位计的结构、原理及适用场合,差压式物位计迁移,电容式物位计原理,雷达式液位计原理、特点。
  • 第一节 概述
  • 第二节 浮力式液位计
  • 第三节 差压式液位计
  • 第四节 其他物位计

第2页:物位的概念与检测作用

物位
容器中液体介质的液位、固体或颗粒物的料位,以及两种不同液体介质分界面的总称
液位
气液交界面
界面
两种不同液体间的接触面
料位
固体的容积高度
  • 确定容器中的贮料数量,保证连续生产或进行经济核算
  • 监视或控制容器物位,使其保持在规定范围内
  • 对上下极限位置报警,保证生产安全

第3页:物位计类型

  • 直读式液位计:连通器原理,玻璃管、玻璃板、磁翻板等
  • 浮力式:恒浮力式(浮球、浮标)、变浮力式
  • 差压式物位计
  • 其他:电容式、核辐射式、超声波式、雷达式、射频导纳式等

第4页:

第5页:恒浮力式液位计原理

恒浮力式是指维持浮力不变,浮标一直漂浮在液面上,随液面高低变化,其位置变化通过传递机构传出容器外,可进行指示或其它转换。

  • 自动跟踪式液位计
  • 浮球式液位计
  • 磁翻转式液位计
  • 浮子钢带式液位计

第6页:浮球式液位计

侧装式浮球液位计
空心金属球由连杆连至容器外,转动点在容器壁上,连杆另一端有平衡重锤维持平衡,液位变化带动连杆转动,转角转化为刻度指示,并可转换成电(气)信号远传;适用于温度、粘度较高而压力不太高的密闭容器。
顶装式浮球液位计
本体内传感器受本体外浮子作用促使干簧模组吸合或断开,把液位信号转变为 4~20mA 连续电流信号或电阻信号

第7页:浮子钢带液位计

根据力平衡原理设计:浮子受重力 W、浮力 F 和平衡弹簧产生的恒定拉力 P 作用,三力矢量和为零时浮子静止,液体浸没浮子的高度 h 为恒定值;液位变化时浮子随之位移,高精度冲孔传动钢带带动链轮转动,把液位变化转为角位移信号。

  • 液位检测装置:浮子
  • 位移传动系统:传动钢带及链轮
  • 恒力装置:平衡弹簧组件
  • 显示器:计数器

第8页:浮子钢带液位计适用范围

  • 圆柱形锥顶或拱顶罐、浮顶罐、地下罐或罐顶安装
  • 介质带挥发性、腐蚀性气体,或密度、黏度随温度变化较大,需容器与仪表密封隔离的场合

广泛应用于石油、化工、电力、冶金、环保、食品等工业部门,把液位变化转换成模拟信号、电脉冲信号或开关信号远传至控制室显示。

第9页:变浮力式:扭力管式液位计

浸没于液体中的物体随浸没程度变化而所受浮力发生变化,检测浮力变化即可知液位高度,浮筒式液位计即属此类。

  • 液位低于浮筒下端时,作用力 F₀ = W,扭力管产生最大扭角 Δθmax(约 7°)
  • 满量程时扭力管产生最小扭角 Δθmin(约 2°)
  • 浮筒上移距离与液位高度成正比,X = KH

第10页:扭力管输出的电动转换

电动转换是把扭力管输出的角位移转换成 4~20mA 电流输出,主要由振荡器、涡流差动变压器、解调器、直流放大器组成。

动臂转角变化用 Δθ 表示,K 为比例系数(0~100%)。振荡器为多谐振荡电路,产生 6kHz 正弦电压作为涡流差动变压器初级线圈的激励电压。

第11页:差动变压器与解调输出

  • 动臂短路环转至中舌最左端时 K = 0;转至最右端时 K = 100%
  • Φ01 = KΦ0,Φ02 = (1 − K)Φ0
  • 次级线圈感应电压与穿过线圈的交流磁通成正比:u1 = KZφ0,u2 = (1 − K)Zφ0

差动电压送入解调器变为直流电压后进一步处理输出。

第12页:浮筒式液位计的量程与修正

  • 量程决定于沉筒长度,常见量程 300、500、800、1200、1600、2000mm
  • 只能用于测量轻、净介质
  • 输出信号不仅与液位高度有关,还与被测介质密度有关,密度变化时必须进行密度修正

适用密度范围:0.5~1.5

第13页:差压式液位计工作原理

基本关系:P = ρgh,测量压力(差压)可以实现液位与密度测量。

  • 敞口容器:P 为测压仪表指示值,H 为液位高度,ρ 为液体密度
  • 密闭容器:需同时引入液面上部气相压力与液面以下 H 深度的压力

第14页:差压式液位计的迁移(上)

  • 无迁移:正压室接取压口、负压室通大气,变送器与最低液位处于同一水平位置时输出反映真实情况
  • 正迁移:敞口容器中变送器低于最低液面时必须进行正迁移

第15页:负迁移与迁移方向判断

密闭容器液位测量须把气相压力引入变送器负压室;气相为可凝气时凝液会导致负引压管压力变化,即使液位最高时输出仍小于最小值,必须进行负向调整,使 H = 0 时输出最小。

判断方法(液位最低时):ΔP = P+ − P− = 0 为无迁移;< 0 为负迁移;> 0 为正迁移。

第16页:迁移的实现

迁移通过专门的迁移机构实现,实质上就是零点调整:改变了变送器测量范围的上、下限,但并不改变变送器的量程。

课件图示给出无迁移、负迁移、正迁移三种情况下 ΔP(Pa) 与 I₀(mA) 的对应关系。

第17页:特殊介质的物位测量

腐蚀性或含悬浮颗粒、粘度大、易凝等介质的测量采用法兰式液位计。

  • 法兰式液位计的迁移量与变送器安装高度无关
  • 其迁移总是负迁移

第18页:电容式物位计

采用圆筒形电容器原理工作,利用电容与介电常数、电极长度的关系,采取合适的传感器形式进行物位测量。

需注意导电介质与不导电介质所用电容式物位传感器的区别。

第19页:核辐射物位计

射线强度按指数规律衰减:I = I₀e^(−μH)

  • μ:介质对射线的吸收系数
  • H:介质层厚度
  • I:穿过介质后的射线强度

第20页:超声波物位计

设超声探头至物位的垂直距离为 H,发射接收经历时间为 t,超声波在介质中传播速度为 V,则可求得物位高度。

  • 按传声介质分为气介式、液介式和固介式三种
  • 介质成分变化会引起声速变化,如液体蒸发汽化改变声速,从而引起测量误差

第21页:雷达液位计的特点

以光速 c 传播的超高频电磁波经天线射向液面,遇液面反射回来,通过测量发射波与反射波之间的延时 t 确定天线与液面之间的空高 h:t = 2h/c。

  • 电磁波传送不受介质变化影响,可在真空或汽化介质条件下传播
  • 非接触测量,无活动部件,平均无故障时间长达 10 年
  • 适用于高粘度、易结晶、强腐蚀及易燃易爆介质
  • 精度 0.25 级,工作温度 −200~230℃,工作压力 ≤40MPa,测量范围 0~40m

第22页:导波雷达与调频连续波雷达

接触型(导波雷达)
6GHz 与 26GHz,含时域反射计 TDR、缆式雷达、微脉冲雷达 MIR;沿缆绳发射信号并测量回波时间,精度依赖时间测量准确性,经济、信噪比高,适用于小容器与密闭罐,可代替浮筒
非接触型
调频连续波雷达测量与距离成正比的回波频率改变,不测时间,精度很高

第23页:雷达频率与天线对波束宽度的影响

波束夹角 ≈ k(c / fD),f 为频率、c 为光速、D 为天线直径;波束宽度与频率、天线直径成反比。

课件图示对比 24GHz、10GHz、6GHz 三种频率在不同天线直径下的波束宽度。

说明:原表数值排版粘连,未能安全还原为数据表,具体数值建议对照原课件图示核对后补充。

第24页:3300系列导波雷达

本页展示 3300 系列导波雷达物位计产品,具体型号规格与外形以课件图示为准。

第25页:5600系列雷达

本页展示 5600 系列雷达液位计产品,具体型号规格与外形以课件图示为准。

第26页:PRO系列雷达天线

PRO 系列雷达配用的天线形式:

  • 抛物面天线
  • 喇叭形天线
  • 导波管天线(专用于浮顶罐液位)

第27页:REX系列雷达

本页展示 REX 系列雷达物位计产品,具体型号规格与外形以课件图示为准。

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