2023年电子精品讲义与讲义.pdf
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1、学习必备 欢迎下载 2.3 物位检测方法及仪表 一一、概概述述 11、物物位位检检测测的的作作用用及及意意义义 物位检测在现代工业生产中具有重要的地位,通过物位测量,确定容器中的贮料数量,以保证连续生产的需要或进行经济核算;监视或控制容器的物位,使它保持在规定的范围内;对它的上下极限位置进行报警,以保证生产安全、正常进行。22、物物位位的的基基本本概概念念 物位指容器中的液体介质的液位、固体的料位或颗粒物的料位和两种不同液体介质分界面的总称。液位容器中的液体介质的高低。料位容器中固体或颗粒状物质的堆积高度。33、物物位位检检测测方方法法 直读法、浮力法、静压法、电学法、声学法、核辐射法以及激光
2、法、微波法等。二二、物物位位检检测测方方法法 11、应应用用浮浮力力原原理理检检测测物物位位 定义:利用漂浮于液面上的浮标或浸没于液体中的浮筒对液位进行测量的方法。只要测出浮标位移或浮筒所受力的变化就能知道液位的高低。分类:恒浮力法和变浮力法。(a)恒浮力 ()变浮力 图 2.15 浮力原理检测液位 恒浮力法测量原理:当液位变化时,浮标产生相应的位移,而浮标所受到的浮力维持学习必备 欢迎下载 不变,只要检测出浮标的位移就可以知道液位的高低。如图 2.15(a)为钢绳式浮子液位计原理示意图,浮子的顶端与钢绳相连,钢绳的另一端与平衡重物和指针相连,浮子随液位而升降时,指针就随着在标尺上指示出液位的
3、高度。变浮力法测量原理:通过检测元件把液位变化转换为力的变化,再把力的变化转换成机械位移(线位移或角位移),通过转换器把机械位移转换为电或气的信号,以便配合仪表使用,如图 2.15()浮筒式液位计,当液位变化时,浮筒所受的浮力随之变化,由于重力不变,要达到新的平衡状态,浮简的浸没高度必然变化,使弹簧的张力也随之而变。液位的变化量与弹簧的长度变化量成正比。弹簧起到了把大位移转变成小位移的作用,弹簧的长度变化量即是差动变压器铁芯的位移量。因此,差动变压器的输出反映了液位的高度,即将液位的变化转换成电量的变化。浮力式测量方法的特点:浮力式液位仪表受外界温度、湿度、强光、气流等影响较小,但由于浮力式液
4、位计具有可动部件,因而会因摩擦而引起灵敏度降低和变差增大,另外,浮子占有较大空间,体积较大,测量范围受到限制,只适用于压力较低和范围较小的液位测量。22、应应用用静静压压原原理理检检测测物物位位 (1)工作原理 通过液柱静压的方法对液位进行测量。图 2.16(a)压力表测量液位原理 敞口容器:如图 2.16(a)。多用直接测量容器底部压力的方法。测压仪表通过导压管与容器底部相连,由测压仪表的压力指示值,便可推知液位的高度。其关系为 gHp 式中 p测压仪表的指示值;H液位的高度;液体的密度;g重力加速度。密闭容器:图 2.16(b)图 2.16(b)密闭容器差压式测量液位原理 测量容器底部压力
5、,除与液面高度有关外,还与液面上部介质压力有关,其关系为 制容器的物位使它保持在规定的范围内对它的上下极限位置进行报警以中的液体介质的高低料位容器中固体或颗粒状物质的堆积高度物物位位定义利用漂浮于液面上的浮标或浸没于液体中的浮筒对液位进行测量的学习必备 欢迎下载 ABpgHp gHpppAB 式中 Ap容器中液面上部的气体压力 Bp液面以 H 深度的液体压力;由此可知,测出差压p,就可以知道密闭容器中液位的高度。因此凡是能够测量差压的仪表都可用于密闭容器液位的测量。由上两式可知:差压式液位计所测压差只与液位高度成正比,而与液体上方的气相介质的压力无关。当用差压式液位计测量敞口容器液位时,只要把
6、差压式液位计的负压室通大气即可。(2)差压变送器测量液位的零点迁移问题(重点)使用差压式液位计测量液位时,若安装位置条件不同,将造成液位 H 与压差p 之关系不象式gHp那么简单,利用差压变送器测量液位时,差压变送器(常用的 DDZ型仪表)将由液位形成的差压p 转换成相应的统一标准电信号输出。往往存在仪表零点迁移问题。所谓迁移就是将原来仪表输入信号的始点向正或负向移动。迁移是通过压力变送器或差压变送器内的一个迁移弹簧实现,通过它给变送器预加一个输出信号。在变送器上一般都注明是否附加正、负迁移装置,型号后面加“A”的为附加正迁移装置,带“B”的为附加负迁移装置的变送器。必须根据现场要求正确选用仪
7、器。无迁移 当测量装置如图 2.17(a)所示时,差压变送器的正压室取压口正好与容器的最低液位(minH=0)处于同一水平位置。差压 p与液位高度 H 的关系为gHp。当 H=0 时,正负压室的差压p0,变送器输出信号为起点值 I0=4mA 当 H=maxH时,差压maxmaxgHpp,变送器的输出信号为满量程 20 mA。当 H=0maxH,p在 0maxp之间线性变化。此时,无需对差压变送器的零点进行迁移。变送器特性曲线:如图 2.18 中曲线 a所示。负迁移 在实际测量中,有时为了不让被测容器内的液体或气体进入变送器而造成导压管线结晶、堵塞、腐蚀仪表,或为了保持负压室凝液高度(容器内外的
8、温差较大,气相容易凝结成液体。凝结液体的高度就叫凝液高度。)恒定,常在变送器的正、负压室与取压点间分别加装隔离罐,并充以密度为 2的中性隔离液(隔离液应与被测液体密度不同且不相溶、不易挥发、无腐蚀、低粘度且易于流动的液体),如图 2.17(b)所示。此时差压变送器的正、负压室的压力分别为 ghpgHpA211 Apghp22 ZgHghhgHppp12121)(制容器的物位使它保持在规定的范围内对它的上下极限位置进行报警以中的液体介质的高低料位容器中固体或颗粒状物质的堆积高度物物位位定义利用漂浮于液面上的浮标或浸没于液体中的浮筒对液位进行测量的学习必备 欢迎下载 ghhZ212)(0 讨论:当
9、 H=0 时,Zp0,使变送器在 H=0 时输出电流小于 4mA;当 H=Hmax时,输出电流小于 20 mA。这样液位在 0Hmax变化时,差压变送器的输出不再是标准信号。为了使仪表输出反映被测量液位,必须抵消掉负压室的固定压差的作用。变送器的正常使用要求是:当液位从零变化到最高位置时,变送器输出电流对应为 4mA20 mADC。因此上述情况必须进行零点负迁移,通过调整负迁移弹簧,将变送器的测量从起点迁移到某一负数值,同时改变测量范围的上下限值,实现测量范围的平移,但不改变其量程的大小。使变送器的输出仍为 4mA20 mA。从而使变送器可满足正常的使用要求。负迁移特性曲线就是向负轴平移一个固
10、定压差 Z,就称为负迁移,迁移量为 Zghh212)(,其变送器特性曲线如图 2.18 中线所示。正迁移 当变送器的安装位置与容器的最低液位(H=0)不在同一水平位置时。如图 2.17()所示,此时正、负压室的压力分别为 气pghgHp111 气pp ZgHghgHppp1111 ghZ110 式中 h1差压计正压室到液位起点处的垂直高度。讨论:当 H=0 时,Zghpp11min0,使变送器在 H=0 时输出电流大于起点值 4 mA;当 H=Hmax时,输出电流大于满量程 20mA。这样在液位在 0Hmax变化时,差压变送器的输出不再是标准信号。为了使仪表输出反映被测量液位,必须抵消掉正压室
11、的固定压差的作用。为了使仪表输出能正确反映出液位的高度,必须调整迁移弹簧,使得 H=0 时,变送器的输出仍然回到 4 mA;H=Hmax时,输出电流为 20 mA,通过调整正迁移弹簧,将变送器的测量从起点迁移到某一正数值,同时改变测量范围的上下限值,实现测量范围的平移,但不改变其量程的大小。特性曲线向正方向平移了一个固定压差 Z,称为正迁移,迁移量为ghZ11。其变送器特性曲线如图 2.18 中线所示。(a)无迁移 (b)负迁移 (c)正迁移 图 2.17 差压变送器测量液位原理 制容器的物位使它保持在规定的范围内对它的上下极限位置进行报警以中的液体介质的高低料位容器中固体或颗粒状物质的堆积高
12、度物物位位定义利用漂浮于液面上的浮标或浸没于液体中的浮筒对液位进行测量的学习必备 欢迎下载 无迁移;负迁移;正迁移 图 2.18 零点迁移下的特性曲线 小结:零点迁移的实质是同时改变差压变送器的上限与下限(即测量范围),即相当于把测量上、下限的坐标同时平移一个位置,相当于量程范围的平移,而不改变量程的大小,以适应现场安装变送器的条件。在实际应用中,在差压变送器的产品手册中,通常注明是否带有迁移装置以及相应的迁移量范围,应根据现场的具体情况予以正确选用。(实例见后)(3)静压原理检测物位特点 检测元件在容器中几乎不占空间,只需在容器壁上开一个或两个孔即可;检测元件只有一、两根导压管,结构简单,安
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