过程控制仪表第2章5、6

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1、液位：容器中液体介质的高低料位：容器中固体物质的堆积高度界面：两种密度不同液体介质的分界面的高度2.5物位检测及仪表物位测量在工业生产中具有重要的地位。例如蒸汽锅炉运行时，如果汽包水位过低，就会危及锅炉的安全，造成严重事故。2.5.1概述物位的含义包括：物位测量仪表可分为下列几种类型。1.静压式物位测量利用液体或物料对某定点产生的压力随液位高度而变化的原理而工作。2．浮力式物位测量利用浮子所受的浮力随液位高度而变化的原理工作。3.电气式物位测量利用敏感元件将物位的变化转换为电量参数的变化，而得知物位。4.核辐射式物位测量利用核辐射线穿透物料时，核辐射线的透射强度随物质层的厚度而变化的

2、原理进行测量。5.声学式物位测量测量超声波在物质中传播时间的长短，据此可测出物位。6.光学式物位测量利用光波在传播中可被不同的物质界面遮断和反射的原理测量物位。静压式液位变送器浮球液位变送器浮球液位变送器静压式液位变送器电容式物位变送器超声波物位变送器p1=Hg+p2Δp=p1-p2=Hg式中：H—液位高度；—介质密度；g—重力加速度。p2p12.5.2差压式液位变送器利用测量容器底部和顶部的压差测液位。2.5.2.1测量原理设容器上部空间为干燥气体，其压力为p2，下部取压点压力为p2，则：若被测容器是敞口的，则气相压力为大气压，只需将差压变送器的负压室通大气，或用压力变送器、

3、或用压力表即可测量。因为压力变送器和压力表都是测量与大气压之差。2.5.2.2零点迁移理想测量条件下，液位H=0时，变送器的输入压差信号∆P=0，差压变送器的输出为零点信号4mA。零点是对齐的：H＝0时，Δp=Hg=0，I0=4mA应用时，由于差压变送器安装的实际情况限制，测量零点很难对齐，需要对差压变送器的零点进行迁移。Δp=p1-p2=(h12g+H1g+p0)－(h22g+p0)=H1g-(h2-h1)2g1、负迁移如图所示，变送器和容器之间用隔离罐隔离时：当H=0时，Δp=-(h2-h1)2g此时，变送器应输出4mA以下，但变送器的输出只能是4~20mA零点迁移

4、的方法是，另加＋(h2-h1)2g信号，抵消－(h2-h1)2g的影响。使：H=0时，Δp=0H∆p0I/mA∆p420I/mA∆p420H∆p0迁移前迁移后2、正迁移有时变送器不能和容器底部安装在同一水平面上。如图所示，有：∆P=Hρg＋hρgH=0时，∆P=＋hρgH∆p0I/mA∆p420迁移的目的：使变送器输出的起点与被测量起点相对应。迁移同时改变了测量范围的上下限，相当于测量范围向正方向或负方向的平移。此时需要迁移＋hρgH∆p0H∆p0例如，某差压变送器的测量范围为0～50MPa，对应输出从4mA变化到20mA，这是无迁移的情况，如图2.57中曲线a所示。若因安装的原

5、因：H=0时，∆P=－10MPa，则需负迁移。H=0时，∆P=10MPa，则需正迁移。无迁移负迁移正迁移-1050cab2040I0/mA∆P/MPa-102.5.2.3用法兰式差压变送器测量液位在测量含有结晶颗粒、有腐蚀性、粘度大、易凝固等液体液位时，引压管线可能被腐蚀、被堵塞。可使用加隔离膜盒的法兰式差压变送器。插入式法兰平法兰2.5.3电容式物位变送器利用电容器的极板之间介质变化时，电容量也相应变化的原理测物位。可测量液位、料位和两种不同液体的分界面。测量原理圆柱形电容器的电容量为LDdε为介电系数H=0时：H＞0时：C=dD2πHεlndD2π(L-H)ε0ln＋dD2πH(

6、ε-ε0)∆C=C－C0ln=设空气的介电系数为ε0，被测物料的介电系数为εdD2πLε0C0ln==kHLDdε0εH电容的变化量与液位成正比。εε02.5.3.1液位的检测对非导电介质液位的测量，用双电极式。对导电介质液位测量，金属容器的外壁即是电容的外电极。2.5.3.2料位的检测和导电介质液位测量一样，用单电极式。测量电容量可用交流电桥，也可用其他方法测定。例如充放电法。如图所示，用振荡器给液位电容Cx加上幅度和频率恒定的矩形波。若矩形波的周期T远大于充放电回路的时间常数，则每个周期都有电荷Q=CxΔE对Cx充放电，二极管将充电和放电电流检波，可用微安表测得平均电流。可见，充

7、电(或放电)的平均电流与液位电容成正比，微安表的读数可反映液面的高低。流过微安表的平均电流为：式中，∆E—矩形波电压幅度，f—矩形波频率2.5.4超声波液位计利用超声波在液体中传播有较好的方向性，且传播过程中能量损失较少，遇到分界面时能反射的特性，可用回声测距的原理，测定超声波发射后遇液面反射回来的时间，以确定液面的高度。若速度v为已知常数，便可测时间t算出液面高度H。v—超声波在液体中的传播速度若测料位，则超声波物位计安装在容器顶部。2.6成分检测及仪表