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第5章 物位的测量,本章介绍了物位的基本概念,以及物位测量的特点,详细分析了一些典型物位计的工作原理,介绍了它们的优缺点、应用场合及使用的注意事项。,返总目录,教学目录:,概述,直读式液位计,浮力式液位计,静压式液位计,电容式物位计,导电式液位计,超声波式物位计,核辐射式物位计,5.1,5.2,5.3,5.4,5.5,5.6,5.7,5.8,返总目录,5.1 概述,5.1.1 物位测量的一般概念,5.1.2物位测量的工艺特点和主要问题,重点:物位测量的基本概念。,重点:液位测量的工艺特点。 难点:料位测量的工艺特点。,5.1.3 物位测量仪表的分类,返本章目录,5.1.2物位测量的工艺特点和主要问题,1.液位测量的工艺特点 液面是一个规则的表面,但当物料流进、流出时,会有波浪,或者在生产过程中出现沸腾或起泡沫的现象。 大型容器中常会出现液体各处温度、密度和粘度等物理量不均匀的现象。 容器中常会有高温、高压,或液体粘度很大,或含有大量杂质、悬浮物等。,返本节目录,返本章目录,2.料位测量的工艺特点 物料自然堆积时,有堆积倾斜角,因此料面是不平的,难以确定料位高度。 物料进出时,又存在着滞留区(由于容器结构而使不易流动的死角处,叫做滞留区),影响到物位最低位置的测准。 储仓或料斗中,物料内部可能存在大的孔隙,或粉料之中存在小的间隙,前者影响对物料储量的计算,而后者则在振动或压力、湿度变化时物位也随之变化。 3.界位测量中最常见的问题是界面位置不明显,浑浊段的存在也影响测准。,5.1.2物位测量的工艺特点和主要问题,返本节目录,返本章目录,5.1.3 物位测量仪表的分类,物位测量仪表的种类很多,而且还在不断发展。按其工作原理可归纳为以下几种: 直读式物位测量仪表、浮力式物位测量仪表、 静压式物位测量仪表、电磁式物位测量仪表、 电容式物位测量仪表、超声波式物位测量仪表 核辐射式物位测量仪表等。 此外,还有声学式、称重式、重锤式、旋翼式等。,返本节目录,返本章目录,5.2 直读式液位计,直读式液位计是一种简单而常用的液位测量仪表。其中最简单的就是直接用直尺插入介质中来测量液位,另外就是用玻璃液位计进行测量。,重点:玻璃液位计的原理、结构、特点。 难点:玻璃液位计的分类,以及使用注意事项。,返本章目录,5.2 直读式液位计,玻璃液位计的工作原理:按照连通器液柱静压平衡的原理工作的。 优点:结构简单、价格便宜,一般用在温度及压力不太高的场合就地指示液位的高低。,缺点:不能测量深色或粘稠的介质的液位,另外玻璃易碎,且信号不能远传和自动记录。 玻璃液位计按照结构可以分为玻璃管式和玻璃板式液位计两种。,返本章目录,当用玻璃液位计进行精确测量时应注意: 应使容器和仪器中的介质具有相同的温度,以免因密度不同而引起示值误差。 玻璃液位计管径不宜太小,以免因毛细现象而引起示值误差。 应尽量减小连通管上的流动阻力,以减小液位快速变化时产生的动态误差。 为了改善仪表的动态性能,也不能把连通管上的阀门省掉。当玻璃管或玻璃板一旦发生损坏时,可利用连通管上的阀门进行切断,以免事故扩大。,5.2 直读式液位计,返本章目录,5.3 浮力式液位计,工作原理:基于液体浮力原理而工作的。 浮力式液位计分为浮子式和浮筒式液位计两种。 优点:不容易受到外界环境的影响;浮子或浮筒直接受浮力推动,比较直观、可靠,结构简单、维修方便等。 缺点:由于具有可动部件,故容易受摩擦而影响它的灵敏度和增大误差,而且可动部件易被污垢、锈蚀卡死而影响可靠性。另外,由于浮筒或浮子要垂直或横伸于容器中,故所占空间较大。,返本章目录,5.3.1 浮子式液位计,重点:各种浮子式液位计的特点、原理、结构和使用。 难点:各种浮子式液位计的使用。,5.3 浮力式液位计,5.3.2 浮筒式液位计,重点:各种浮筒式液位计的特点、原理和结构。 难点:浮筒式液位计的校验。,返本章目录,1、浮子式液位计:是一种恒浮力式液位计。 (1)钢丝绳(或钢带)式浮子液位计 基本原理: 通过测量漂浮于被测液面上的浮子(浮 标)随着液面的变化而上下移动而产生的位 移来检测液位高低,其所受浮力的大小一定。 即检测浮子所在位置可知液面高低。 浮子形状常见有圆盘形、圆柱形和球形等。下面以圆柱形为例来作分析。如图: 浮子通过滑轮和绳带与平衡重锤连接,绳带的拉力与浮子的重量及浮力相平衡,以维持浮子处于平衡状态而漂在液面上,平衡重锤位置即反映浮子的位置,从而测知液位。,5.3.1 浮子式液位计,基本原理: 理想情况下,浮子浸入液体的高度h是不变的,将来液位变化时,浮子随液位上、下移动,通过滑轮使悬锤上、下移动,指示液位高低。,5.3.1 浮子式液位计,1、浮子式液位计:是一种恒浮力式液位计。 基本原理: 但由于液体的黏性、传动系统的摩擦等 因素,液位变化H只有达到一定的值时(即 浮子浸入液体深度h变化到一定值时h ), 造成浮力发生F的变化时,浮子才会动作, 才可能带动悬锤指示变化。这表明了液位计存在不灵敏区。,1、浮子式液位计:是一种恒浮力式液位计。 基本原理: 浮力变化F和液位变化H的关系: 当F等于系统的摩擦力时,浮力才开始 移动,该式表明了液位计的不灵敏区为: 从此式可知,选择合适的浮子直径及减少摩擦阻力,可以改善液位计的灵敏度。,杠杆浮球式液位计分为内浮式和外浮式。使用时若有沉淀物或凝结物附在浮球上,要重新调整平衡锤的位置,校正零位。这类仪表变化灵活,容易适应介质的温度、压力、粘度等条件。但受机械杠杆长度的限制,测量范围较小。,(2)杠杆浮球式液位计,返本节目录,返本章目录,1、浮子式液位计:是一种恒浮力式液位计。,1-浮球 2-连杆 3-转动轴 4-平衡锤 5-杠杆 6-指针 7-标尺,5.3.1 浮子式液位计,翻板由极薄的导磁金属制成,每片宽10mm,垂直排列,并各自能绕框架上的小轴旋转。翻板的一面涂有红漆,另一面涂银灰漆。,(3)翻板式液位计,返本节目录,返本章目录,翻板式液位计工作原理动画演示,返本节目录,返本章目录,5.3.2 浮筒式液位计,浮筒式液位计的检测元件是浸没于液体中的浮筒。浮筒所受浮力随位移发生变化。此浮力变化再以力或位移变化的形式,带动电动或气动元件发出信号给显示仪表以显示液位,也可以实现液位的报警或调节。 这种液位计主要由变送器和显示仪表两部分组成。 浮筒的长度就是仪表的量程,一般为3002000mm。,返本节目录,返本章目录,二、浮力式液位计,2、浮筒式液位计:是一种变浮力式液位计。 (1)带有差动变压器的浮筒式液位计 .原理图: 结构:圆柱形的检测元件的浮筒部分沉浸于 液体中,由弹簧悬挂,弹簧下端固定,上端受浮 筒重力而拉伸。 .基本原理: 利用浮筒(敏感元件)由于被液体浸没高度 不同,以至所受浮力不同来检测液位。,二、浮力式液位计,2、浮筒式液位计:是一种变浮力式液位计。 .基本原理: 设浮筒质量为m ,截面积为A ,弹簧的刚度 为c,压缩位移为 x0,被测液体密度为 ,浮筒没 入液体高度为H 起始位置弹性力与重力、浮力相平衡,有:,弹性力,重力,浮力,二、浮力式液位计,2、浮筒式液位计:是一种变浮力式液位计。 .基本原理: 当液位变化时,浮筒所受浮力改变,弹簧的 变形亦有变化。 达到新的力平衡时则有以下关系:,二、浮力式液位计,2、浮筒式液位计:是一种变浮力式液位计。 .基本原理: 结论:只要检测弹簧的变形x(即浮筒的 位移量),即可确定液位的变化H ,进而确定液体的液位高度。,二、浮力式液位计,2、浮筒式液位计:是一种变浮力式液位计。 .位移检测方法: 弹簧变形量的检测可通过差动变压器实现。 如图,在浮筒顶部的连杆上装一铁心,铁心随 浮筒而上下移动,其位移经差动变压器转换为 与位移成比例的电压输出,从而给出相应的液位 指示。 .采用弹簧结构的好处: 液位高度的变化范围可能很宽,但浮筒只有很小的位移,对应差动式变压器铁芯位移很小,实现起来方便。,5.3.2 浮筒式液位计,3.浮筒式液位计的校验 (1)挂重法(又称干法) 挂重法校验浮筒式液位计,是将浮筒取下后,加上与各校验点对应的某一砝码重力来校验的。该重力为浮筒重力(包括挂链重力)与液面在该校验点时浮筒所受浮力之差。,返本节目录,返本章目录,5.3.2 浮筒式液位计,例5-1 设一浮筒式液位计中浮筒的重力G114.41N,挂链重力G20.46N,浮筒的外径D13mm,浮筒的长度L4600mm,液相介质的密度1= 0.85g/cm3,气相介质的密度2= 0.00165g/cm3,用挂重法校验时所用托盘重力G32.59N,现求:当校验点为全量程的0%、50%、100%时,应分别加多重的砝码?,返本节目录,返本章目录,5.3.2 浮筒式液位计,(2)水校法(又称湿法),这是现场常用的方法。当被测介质是水时,可直接用水校验,若不是水,也可通过换算用水代校。 浮筒的指示重力(即浮筒重力与所受浮力的差值) 相同,指示值相同。 用水代校时浮筒应被水浸没的相应长度为,在校验满量程时,浮筒应被水浸没的长度为,返本节目录,返本章目录,5.3.2 浮筒式液位计,例5-2 已知浮筒的长度为300mm,水的密度为1.0 g/cm3,被测液体的密度为0.82 g/cm3,如何用水校法进行校验?,返本节目录,返本章目录,5.3.2 浮筒式液位计,适用范围: 适用于测量范围在200mm以内,密度在0.51.5g/cm3的液体液面连续测量 测量范围在1200mm以内,密度差为0.10.5g/cm3的液体界面的连续测量。 真空对象、易汽化的液体宜选用浮筒式仪表。,返本节目录,返本章目录,5.4 静压式液位计,静压式液位计:通过测静压力或静压差来测量液位的仪表。 静压式液位计的工作原理:容器中盛有液体或固体物料时,物体对容器的底部或侧壁会产生一定的静压力。当液体的密度均匀,或固体颗粒及物料的密度与疏密程度均匀时,此静压力与物料的物位高度成正比。测出这个静压力的变化就可知道物位的变化。在测量液面上部空间气相压力有波动的密闭容器的液位时,则采用测量差压的方法。,返本章目录,5.4 静压式液位计,静压式液位计是根据液柱静压与液柱高度成正比的原理来实现的。如图所示,根据流体静力学原理可得A、B两点之间的压力差为 ppBpAgH,返本章目录,5.4 静压式液位计,5.4.1 压力计式液位计,5.4.2 差压式液位计,5.4.3 法兰式压力变送器的应用,5.4.4 静压式液位计的零点迁移,5.4.5 静压式液位计的特点及选型,重点:各种静压式压力计的原理、特点、应用。 难点:零点迁移。,返本章目录,5.4.1 压力计式液位计,压力计式液位计是根据测压仪表测量液位的原理制成的,用来测量敞口容器中的液位高度。 测压仪表通过取压导管与容器底部相连,当液体密度为常数,由测压仪表的指示值便可知道液位的高度。,返本节目录,返本章目录,5.4.1 压力计式液位计,压力计式液位计的特点: 优点:比较简单,而且测量范围不受限制,信号可以远传。 缺点:精度受到压力表精度的限制,而且只适用于敞口容器的测量,当液体密度发生变化时,会引入一定的误差。 如果被测介质具有腐蚀性,应在仪表与被测液体之间加装隔离罐。但是应注意隔离液与被测液体之间不能发生互溶现象。 注意:当压力仪表与取压点(零液位)不在同一水平位置时,应对其位置高度差引起的固定压力进行修正。,返本节目录,返本章目录,5.4.2 差压式液位计,用压力式液位计测量密闭容器的液位时,压力表的示值包含了液面上部的气相压力,而此压力不一定是定值,所以用这种液位计测量液位时会引起较大的误差。为消除气相压力的影响,需采用差压式液位计。,返本节目录,返本章目录,5.4.3 法兰式压力变送器的应用,法兰式差压变送器的法兰直接与容器上的法兰相连接,作为敏感元件的测量头(金属膜盒)经毛细管与变送器的测量室相通。在膜盒、毛细管和测量室所组成的密闭系统内充有硅油,作为
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