历玉鸣第四版化工仪表及自动化化工仪表及自动化第03章.ppt
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1、化工仪表及自动化化工仪表及自动化第三章第三章 检测仪表与传感器检测仪表与传感器 第四节第四节 物位检测及仪表物位检测及仪表n一、概论一、概论3几个概念几个概念几个概念几个概念液位液位 料位料位液位计液位计 界位计界位计测量物位的两个目的测量物位的两个目的测量物位的两个目的测量物位的两个目的按其工作原理分为按其工作原理分为按其工作原理分为按其工作原理分为直读式物位仪表直读式物位仪表 差压式物位仪表差压式物位仪表浮力式物位仪表浮力式物位仪表 电磁式物位仪表电磁式物位仪表核辐射式物位仪表核辐射式物位仪表 声波式物位仪表声波式物位仪表光学式物位仪表光学式物位仪表第四节第四节 物位检测及仪表物位检测及仪
2、表n二、差压式液位变送器二、差压式液位变送器41.1.1.1.工作原理工作原理工作原理工作原理图图3-39 3-39 差压液位变送器差压液位变送器原理图原理图图图3-40 3-40 压力表式液位计压力表式液位计第四节第四节 物位检测及仪表物位检测及仪表将差压变送器的一端接液相,另一端接气相将差压变送器的一端接液相,另一端接气相因此因此 当被测容器是敞口的,气相压力为大气压时,只需当被测容器是敞口的,气相压力为大气压时,只需将差压变送器的负压室通大气即可。若不需要远传信号,将差压变送器的负压室通大气即可。若不需要远传信号,也可以在容器底部安装压力表,如图也可以在容器底部安装压力表,如图3-403
3、-40所示。所示。5第四节第四节 物位检测及仪表物位检测及仪表62.2.2.2.零点迁移问题零点迁移问题零点迁移问题零点迁移问题图图3-41 3-41 负迁移示意图负迁移示意图在使用差压变送器测量液位时,一般来说在使用差压变送器测量液位时,一般来说实际应用中,正、负室压力实际应用中,正、负室压力p p1 1、p p2 2分别为分别为则则第四节第四节 物位检测及仪表物位检测及仪表迁移弹簧的作用迁移弹簧的作用迁移弹簧的作用迁移弹簧的作用 改变变送器的零点。改变变送器的零点。迁移和调零迁移和调零迁移和调零迁移和调零 都是使变送器输出的起始值与被测量起始都是使变送器输出的起始值与被测量起始点相对应,只
4、不过零点调整量通常较小,而零点迁移点相对应,只不过零点调整量通常较小,而零点迁移量则比较大。量则比较大。迁移迁移迁移迁移 同时改变了测量范围的上、下限,相当于测量同时改变了测量范围的上、下限,相当于测量范围的平移,它不改变量程的大小。范围的平移,它不改变量程的大小。7第四节第四节 物位检测及仪表物位检测及仪表图图3-42 3-42 正负迁移示意图正负迁移示意图图图3-43 3-43 正迁移示意图正迁移示意图举例举例举例举例 某差压变送器的测量范某差压变送器的测量范围为围为0 050005000Pa,当压差由,当压差由0 0变化到变化到50005000Pa时,变送器的时,变送器的输出将由输出将由
5、4 4mA变化到变化到2020mA,这是无迁移的情况,如左图这是无迁移的情况,如左图中曲线中曲线a所示。负迁移如曲所示。负迁移如曲线线b所示,正迁移如曲线所示,正迁移如曲线c所所示。示。8第四节第四节 物位检测及仪表物位检测及仪表3.3.3.3.用法兰式差压变送器测量液位用法兰式差压变送器测量液位用法兰式差压变送器测量液位用法兰式差压变送器测量液位图图3-44 3-44 法兰式差压变送器测量液位示意图法兰式差压变送器测量液位示意图1 1法兰式测量头;法兰式测量头;2 2毛细管;毛细管;3 3变送器变送器 单法兰式单法兰式 双法兰式双法兰式 法兰式差压变送器法兰式差压变送器法兰式差压变送器法兰式
6、差压变送器按其结构形式按其结构形式按其结构形式按其结构形式9 为了解决测量具有腐蚀性或含有结晶颗粒以及黏度大、为了解决测量具有腐蚀性或含有结晶颗粒以及黏度大、易凝固等液体液位时引压管线被腐蚀、被堵塞的问题,应使易凝固等液体液位时引压管线被腐蚀、被堵塞的问题,应使用在导压管入口处加隔离膜盒的法兰式差压变送器,如下图用在导压管入口处加隔离膜盒的法兰式差压变送器,如下图所示。所示。第四节第四节 物位检测及仪表物位检测及仪表n三、电容式物位传感器三、电容式物位传感器1.1.1.1.测量原理测量原理测量原理测量原理图图3-45 3-45 电容器的组成电容器的组成1 1内电极;内电极;2 2外电极外电极两
7、圆筒间的电容量两圆筒间的电容量两圆筒间的电容量两圆筒间的电容量C C当当当当 D D 和和和和 d d 一定时,电容量一定时,电容量一定时,电容量一定时,电容量 C C C C 的大小与的大小与的大小与的大小与极板的长度极板的长度极板的长度极板的长度 L L 和介质的介电常数和介质的介电常数和介质的介电常数和介质的介电常数 的乘积的乘积的乘积的乘积成比例。成比例。成比例。成比例。10通过测量电容量的变化可以用来检测液位、料位和两种不同通过测量电容量的变化可以用来检测液位、料位和两种不同液体的分界面。液体的分界面。第四节第四节 物位检测及仪表物位检测及仪表2.2.2.2.液位的检测液位的检测液位
8、的检测液位的检测3-46 非导电介质的液位测量1内电极;2外电极;3绝缘套;4流通小孔当液位为零时,仪表调整零点,其零点的当液位为零时,仪表调整零点,其零点的电容为电容为 对非导电介质液位测量的电容式液位传感器原理如下图所示。对非导电介质液位测量的电容式液位传感器原理如下图所示。当液位上升为当液位上升为H时,电容量变为时,电容量变为电容量的变化为电容量的变化为11第四节第四节 物位检测及仪表物位检测及仪表 电容量的变化与液位高度电容量的变化与液位高度H H成正比。该法是利用被成正比。该法是利用被测介质的介电系数测介质的介电系数与空气介电系数与空气介电系数0 0不等的原理进不等的原理进行工作,(
9、行工作,(-0 0)值越大,仪表越灵敏。电容器两)值越大,仪表越灵敏。电容器两极间的距离越小,仪表越灵敏。极间的距离越小,仪表越灵敏。结论结论结论结论12第四节第四节 物位检测及仪表物位检测及仪表3.3.3.3.料位的检测料位的检测料位的检测料位的检测 用电容法可以测量固体块状颗粒体及粉料的料位。由用电容法可以测量固体块状颗粒体及粉料的料位。由于固体间磨损较大,容易于固体间磨损较大,容易“滞留滞留”,可用电极棒及容器壁,可用电极棒及容器壁组成电容器的两极来测量非导电固体料位。组成电容器的两极来测量非导电固体料位。1金属电极棒;2容器壁左图所示为用金属电极棒插入容器来测量左图所示为用金属电极棒插
10、入容器来测量料位的示意图。料位的示意图。电容量变化与料位升降的关系为电容量变化与料位升降的关系为13图3-47 料位检测第四节第四节 物位检测及仪表物位检测及仪表优点优点优点优点 电容物位计的传感部分结构简单、使用方便。电容物位计的传感部分结构简单、使用方便。缺点缺点缺点缺点 需借助较复杂的电子线路。需借助较复杂的电子线路。应注意介质浓度、温度变化时,其介电系数也要应注意介质浓度、温度变化时,其介电系数也要发生变化这种情况。发生变化这种情况。14第四节第四节 物位检测及仪表物位检测及仪表n四、核辐射物位计四、核辐射物位计射线的透射强度随着射线的透射强度随着通过介质层厚度的增加而减弱通过介质层厚
11、度的增加而减弱通过介质层厚度的增加而减弱通过介质层厚度的增加而减弱,具,具体关系见式(体关系见式(3-633-63)。)。(3-633-63)图3-48 核辐射物位计示意图1辐射源;2接受器特点特点特点特点 适用于高温、高压容器、强腐蚀、剧适用于高温、高压容器、强腐蚀、剧毒、有爆炸性、黏滞性、易结晶或沸腾毒、有爆炸性、黏滞性、易结晶或沸腾状态的介质的物位测量,还可以测量高状态的介质的物位测量,还可以测量高温融熔金属的液位。温融熔金属的液位。可在高温、烟雾等环境下工作。可在高温、烟雾等环境下工作。但由于放射线对人体有害,使用范但由于放射线对人体有害,使用范围受到一些限制。围受到一些限制。15第四
12、节第四节 物位检测及仪表物位检测及仪表n五、称重式液罐计量仪五、称重式液罐计量仪该计量仪既能将该计量仪既能将液位测得很准液位测得很准液位测得很准液位测得很准,又能反映出罐中,又能反映出罐中真实的质量真实的质量真实的质量真实的质量储量储量储量储量。称重仪根据称重仪根据称重仪根据称重仪根据天平原理天平原理天平原理天平原理设计。设计。设计。设计。杠杆平衡时由于(3-64)代入(3-64)(3-65)如果液罐是均匀截面(3-66)(3-67)16第四节第四节 物位检测及仪表物位检测及仪表图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可逆电机;8编码盘
13、;9发讯器式中如果液罐的横截面积A为常数,得将式(3-67)代入式(3-65),得(3-68)17第五节第五节 温度检测及仪表温度检测及仪表n一、温度检测方法一、温度检测方法 温度不能直接测量,只能借助于冷热不同物体之温度不能直接测量,只能借助于冷热不同物体之间的热交换,以及物体的某些物理性质随冷热程度不间的热交换,以及物体的某些物理性质随冷热程度不同而变化的特性来加以间接测量。同而变化的特性来加以间接测量。分分类类按测量范围按测量范围按测量范围按测量范围 按按按按 用用用用 途途途途 高温计、温度计高温计、温度计标准仪表、实用仪表标准仪表、实用仪表 按工作原理按工作原理按工作原理按工作原理
14、膨膨胀胀式式温温度度计计、压压力力式式温温度度计计、热热电电偶偶温度计、热电阻温度计和辐射高温计温度计、热电阻温度计和辐射高温计 按测量方式按测量方式按测量方式按测量方式 接触式与非接触式接触式与非接触式 18第五节第五节 温度检测及仪表温度检测及仪表测温方式测温方式测温方式测温方式温度计种类温度计种类温度计种类温度计种类 测温范围测温范围测温范围测温范围 优点优点优点优点 缺点缺点缺点缺点 接接触触式式测测温温仪仪表表膨膨胀胀式式玻璃液体玻璃液体 -50-50600600结构简单,使用方便,测量准确,结构简单,使用方便,测量准确,价格低廉价格低廉 测量上限和精度受玻璃质量的测量上限和精度受玻
15、璃质量的限制,易碎,不能记录远传限制,易碎,不能记录远传 双金属双金属-80-80 600600结构紧凑,牢固可靠结构紧凑,牢固可靠 精度低,量程和使用范围有限精度低,量程和使用范围有限 压压力力式式液体液体气体气体蒸汽蒸汽-30-30 600600-20-20 350350 0 0 250250结构简单,耐震,防爆能记录、报结构简单,耐震,防爆能记录、报警,价格低廉警,价格低廉 精度低,测温距离短,滞后大精度低,测温距离短,滞后大 热热电电偶偶铂铑铂铑-铂铂镍铬镍铬-镍镍硅硅镍铬镍铬-考考铜铜0 0 16001600-50-50 10001000-50-50 600600测温范围广,精度高,
16、便于远距离、测温范围广,精度高,便于远距离、多点、集中测量和自动控制多点、集中测量和自动控制 需冷端温度补偿,在低温段测需冷端温度补偿,在低温段测量精度较低量精度较低 热热电电阻阻铂铂铜铜-200-200 600600 -50 -50 150150测量精度高,便于远距离、多点、测量精度高,便于远距离、多点、集中测量和自动控制集中测量和自动控制 不能测高温,需注意环境温度不能测高温,需注意环境温度的影响的影响 非接非接触式触式测温测温仪表仪表辐辐射射式式辐射式辐射式光学式光学式比色式比色式400 400 20002000700 700 32003200900 900 17001700测温时,不破
17、坏被测温度场测温时,不破坏被测温度场 低温段测量不准,环境条件会低温段测量不准,环境条件会影响测温准确度影响测温准确度 红红外外线线光电探测光电探测热电探测热电探测0 0 35003500200 200 20002000测温范围大,适于测温度分布,不测温范围大,适于测温度分布,不破坏被测温度场,响应快破坏被测温度场,响应快 易受外界干扰,标定困难易受外界干扰,标定困难 表表表表3-3 3-3 3-3 3-3 常用温度计的种类及优缺点常用温度计的种类及优缺点常用温度计的种类及优缺点常用温度计的种类及优缺点19第五节第五节 温度检测及仪表温度检测及仪表1.1.1.1.膨胀式温度计膨胀式温度计膨胀式
18、温度计膨胀式温度计图3-50 双金属片图3-51 双金属温度信号器201双金属片;2调节螺钉;3绝缘子;4信号灯膨胀式温度计是膨胀式温度计是基于物体受热时体积膨胀基于物体受热时体积膨胀的性质而制成的。的性质而制成的。第五节第五节 温度检测及仪表温度检测及仪表212.2.2.2.压力式温度计压力式温度计压力式温度计压力式温度计 它它是是根根据据在在封封闭闭系系统统中中的的液液体体、气气体体或或低低沸沸点点液液体体的的饱饱和和蒸蒸汽汽受受热热后后体体积积膨膨胀胀或或压压力力变变化化这这一一原原理理而而制制成成的的,并并用用压压力力表表来来测测量量这这种种变化,从而测得温度。变化,从而测得温度。图图
19、3-52 3-52 压力式温度计结构原理图压力式温度计结构原理图 1 1传动机构;传动机构;2 2刻度盘;刻度盘;3 3指针;指针;4 4弹簧管;弹簧管;5 5连杆;连杆;6 6接头;接头;7 7毛细管;毛细管;8 8温包;温包;9 9工作物质工作物质 应用压力随温度的变化来测温的仪表叫应用压力随温度的变化来测温的仪表叫压力式温度计压力式温度计压力式温度计压力式温度计。第五节第五节 温度检测及仪表温度检测及仪表3.3.3.3.辐射式温度计辐射式温度计辐射式温度计辐射式温度计辐射式高温计辐射式高温计辐射式高温计辐射式高温计是基于物体热辐射作用来测量温度的仪表。是基于物体热辐射作用来测量温度的仪表
20、。压力式温度计的压力式温度计的压力式温度计的压力式温度计的构造构造构造构造由以下三部分组成由以下三部分组成由以下三部分组成由以下三部分组成 温包温包 毛细管毛细管 弹簧管(或盘簧管)弹簧管(或盘簧管)22第五节第五节 温度检测及仪表温度检测及仪表n二、热电偶温度计二、热电偶温度计23热电偶温度计热电偶温度计是以热电效应为基础的测温仪表。是以热电效应为基础的测温仪表。图3-53 热电偶温度计测温系统示意图1热电偶;2导线;3测量仪表热电偶温度计热电偶温度计由三部分组成:热电偶;测量仪表;连接热由三部分组成:热电偶;测量仪表;连接热电偶和测量仪表的导线。电偶和测量仪表的导线。1.1.1.1.热电偶
21、热电偶热电偶热电偶图3-54 热电偶示意图第五节第五节 温度检测及仪表温度检测及仪表24(1 1 1 1)热电现象及测温原理)热电现象及测温原理)热电现象及测温原理)热电现象及测温原理图3-55 热电现象图3-56 接触电势形成的过程图3-57 热电偶原理及电路图左图闭合回路中总的热电势左图闭合回路中总的热电势或或第五节第五节 温度检测及仪表温度检测及仪表注意注意 如如果果组组成成热热电电偶偶回回路路的的两两种种导导体体材材料料相相同同,则则无无论论两两接接点点温温度度如如何何,闭闭合合回回路路的的总总热热电电势势为为零零;如如果果热热电电偶偶两两接接点点温温度度相相同同,尽尽管管两两导导体体
22、材材料料不不同同,闭闭合合回回路路的的总总热热电电势势也也为为零零;热热电电偶偶产产生生的的热热电电势势除除了了与与两两接接点点处处的的温温度度有有关关外外,还还与与热热电电极极的的材材料料有有关关。也也就就是是说说不不同同热热电电极极材材料料制制成成的的热热电电偶偶在在相相同同温温度度下下产产生的热电势是不同的。生的热电势是不同的。25第五节第五节 温度检测及仪表温度检测及仪表26(2 2 2 2)插入第三种导线的问题)插入第三种导线的问题)插入第三种导线的问题)插入第三种导线的问题利用热电偶测量温度时,必须要用某些仪表来测量热电势利用热电偶测量温度时,必须要用某些仪表来测量热电势的数值,见
23、下图。的数值,见下图。图3-58 热电偶测温系统连接图图(图(a a)总的热电势)总的热电势(3-72)由于由于(3-75)(3-74)将式(将式(3-733-73)、式()、式(3-743-74)代入式()代入式(3-723-72)(3-73)第五节第五节 温度检测及仪表温度检测及仪表说明:说明:在热电偶回路中接入第三种金属导线对原热电偶在热电偶回路中接入第三种金属导线对原热电偶所产生的热电势数值并无影响。不过必须保证引入线两所产生的热电势数值并无影响。不过必须保证引入线两端的温度相同。端的温度相同。故得(3-76)图(b)总的热电势27第五节第五节 温度检测及仪表温度检测及仪表28(3 3
24、)常用热电偶的种类)常用热电偶的种类工业上对热电极材料的要求工业上对热电极材料的要求工业上对热电极材料的要求工业上对热电极材料的要求温温度度每每增增加加时时所所能能产产生生的的热热电电势势要要大大,而而且热电势与温度应尽可能成线性关系;且热电势与温度应尽可能成线性关系;物理稳定性要高;物理稳定性要高;化学稳定性要高;化学稳定性要高;材材料料组组织织要要均均匀匀,要要有有韧韧性性,便便于于加加工工成成丝丝;复复现现性性好好,便便于于成成批批生生产产,而而且且在在应应用用上上也也可可保保证良好的互换性。证良好的互换性。第五节第五节 温度检测及仪表温度检测及仪表29热电偶名称热电偶名称代号代号分度号
25、分度号热电极材料热电极材料测温范围测温范围/新新 旧旧正热电极正热电极负热电极负热电极长期使用长期使用短期使用短期使用铂铑铂铑3030-铂铑铂铑6 6铂铑铂铑1010-铂铂镍铬镍铬-镍硅镍硅镍铬镍铬-铜镍铜镍铁铁-铜镍铜镍铜铜-铜镍铜镍WRRWRRWRPWRPWRNWRNWREWREWRFWRFWRCWRCB BS SK KE EJ JT TLL-2LL-2LB-3LB-3EU-2EU-2-CKCK铂铑铂铑3030合金合金铂铑铂铑1010合金合金镍铬合金镍铬合金镍铬合金镍铬合金铁铁铜铜铂铑铂铑6 6合金合金纯铂纯铂镍硅合金镍硅合金铜镍合金铜镍合金铜镍合金铜镍合金铜镍合金铜镍合金30030016
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- 历玉鸣 第四 化工 仪表 自动化 03
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