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仪表基础知识培训,仪表专业技术培训,仪表基础知识 编制:陈俊良,仪表基础知识培训,目 录,一、万用表的使用二、温度测量仪表三、压力测量仪表四、流量测量仪表五、物位测量仪表六、气 动 调 节 阀 七、电动执行机构八、分析系统仪表九、显 示 仪 表十、自动控制系统,仪表基础知识培训,五、物位测量仪表,五、物位测量仪表,仪表基础知识培训,五、物位测量仪表,一、基本概念容器中液体介质液面的高低(称为液位)两种液体介质的分界面的高低(称为界面)固体块、散粒状物质的堆积高度(称为料位)液位、料位以及界位总称为物位用来检测液位的仪表称液位计检测分界面的仪表称界面计检测固体料位的仪表称料位计,物位,物位计,五、物位测量仪表,仪表基础知识培训,五、物位测量仪表,二、物位检测的作用 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；为了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。,五、物位测量仪表,仪表基础知识培训,五、液位、物位测量仪表,三、分类 物位测量仪表的种类很多，按液位、料位和界位来可分：（1）液位仪表：直读式、浮力式（浮筒、浮球、浮标、沉筒）、静压式（压力式、差压式）、电容式、电感式、电阻式、超声波式、微波式等。（2）界位仪表：浮力式、差压式、电极式、超声波式等。（3）料位仪表：重锤探测式、音叉式、超声波式、激光式、放射性式等。,五、物位测量仪表,仪表基础知识培训,分类,7,仪表基础知识培训,5.4 直读式液位计,玻璃液位计的工作原理：按连通器液柱静压平衡原理工作。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。,返本章目录,直读式液位计是一种简单而常用的液位测量仪表。其中最简单的就是用玻璃液位计进行测量。,五、物位测量仪表,仪表基础知识培训,玻璃液位计测量时注意：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。,5.4 直读式液位计,五、物位测量仪表,仪表基础知识培训,5.5 浮力式液位计,原理：基于液体浮力原理而工作的。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。,五、物位测量仪表,仪表基础知识培训,5.5 浮力式液位计,分类：恒浮力式液位计：维持浮力不变的液位计，如浮球、浮标式液位计等。变浮力式液位计：在检测过程中浮力是发生变化的，如沉筒式液位计等。,五、物位测量仪表,仪表基础知识培训,浮球液位计测量原理：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。当液位变化时，前者产生相应的位移，而所受到的浮力维持不变，后者则发生浮力的变化。因此，只要检测出浮标的位移或浮筒所受到浮力的变化，就可知道液位的高低。,恒浮力法液位测量示意图,五、物位测量仪表,5.5.1 恒浮力式液位计 原理：利用浮子本身的重量和所受的浮力均为定值，使浮子始终漂浮在液面上，并随液面的变化而变化。,仪表基础知识培训,返回目录,原理：变浮力式液位计的检测元件是沉浸在液体事的浮筒。它随液位变化而产生浮力的变化，去推动气动或电动元件，发出信号给显示仪表，以指示被测液面的值。浮筒式液位变送器的输出信号不仅与液位高度有关，而且还与被测介质的密度有关。,图示为位移平衡浮筒式液位变送原理图。当液位发生变化时，浮筒1（又称沉筒）本身的重力与所受的浮力的不平衡力，经杠杆2传至扭力管3，而扭力管产生转角弹性变形，由心轴4传出，经推板5传到霍尔片6，转换成霍尔电势，经功率放大后转换成统一的标准电信号输出，以远传显示。,5.5.2 变浮力式液位计,五、物位测量仪表,仪表基础知识培训,5.6 翻板液位计,仪表基础知识培训,返回目录,翻板液位计的翻板是由导磁的薄铁皮制成。垂直排列，并各自能绕框架上的小轴翻转（如图）。翻板一面涂红漆，另一面涂银灰色漆。工作时，液位计的连通管经法兰与容器相连通，构成一连通器。连通器中间有浮标，它随液位的变化而变化。浮标中间有一磁钢，其位置正好与液面一致。当液位上升时，磁钢将吸引翻板，并将它们逐个翻转，使红的一面在外边；下降时，又将它们翻过来，使银灰的一面在外边。即以颜色表示液位高低，十分醒目。,返回目录,五、物位测量仪表,5.6 翻板液位计 原理：以磁性浮子为感测元件，并通过磁性浮子与显示色柱中磁性体的磁耦合作用，反映被测液位或界面的高度。,仪表基础知识培训,5.6 翻板液位计,磁翻板液位计主要常识：一、磁翻板液位计指示器安装在桶槽外侧或上面，用以指示和控制桶槽内的液位，封闭形式可根据需要加装排污阀。二、适合用于高温、高压、耐腐蚀等场合，可就地显示和远程控制。磁翻板液位计本体管采用无缝钢管,连接管处采用拉孔焊接,内部无划痕。磁翻板液位计本体下端密封。三、磁翻板液位计应用连通管原理，保证被测容器与测量管体间的液位相等，当测量管中的浮子随被测液位等量变化，浮子中的磁性体与显示板上显示色柱中的磁性体作用，使色柱翻转，白色表示无液，红色表示为有液，以达到就地显示液位的数值。,五、物位测量仪表,仪表基础知识培训,5.6 翻板液位计,四、就地显示的磁翻板液位计具有显示直观、醒目、视角宽，结构紧凑合理，安全可靠，无“跑、冒、滴、漏”现象，维护量小，维修费用低等优点，且其指示功能无须另外供电，即使电力供应发生故障，液位观测也不会受到影响，是理想的液位检测仪表。五、磁翻板液位计若配置UR型电阻液位传感器，或UB型电阻电流液位变送器和(二次)显示仪表，可以完成电动远传，并输出420mA的标准信号，以配合记录仪表，或工业控制计算机联网。六、在本体管上加装磁性开关或远传变送器，输出开关信号或模拟量信号，使液位计即可就地显示液位,又可远程监控液位.（即为远传型磁翻板液位计）。,五、物位测量仪表,仪表基础知识培训,5.7 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,五、物位测量仪表,仪表基础知识培训,5.7 静压式液位计,5.7.1 压力计式液位计,5.7.2 差压式液位计,5.7.3 法兰式压力变送器,5.7.4 静压式液位计的零点迁移,5.7.5 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。,五、物位测量仪表,仪表基础知识培训,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,五、物位测量仪表,5.7.1 压力计式液位计,仪表基础知识培训,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,五、物位测量仪表,5.7.1 压力计式液位计,仪表基础知识培训,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,五、物位测量仪表,5.7.2 差压式液位计,仪表基础知识培训,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，作为传压介质，毛细管外套以金属蛇皮管保护，法兰测头的结构形式分为平法兰和插入式法兰两种。,返本节目录,返本章目录,1-毛细管 2-变送器 3-平法兰测量头 4-插入式法兰测量头,五、物位测量仪表,5.7.3 法兰式压力变送器,仪表基础知识培训,法兰式差压变送器适宜于测量腐蚀性、结晶性、粘稠性和含有悬浮物的液体的液位和界位测量。法兰式差压变送器缺点：比普通的差压变送器贵，而且有的毛细管内的充灌液很容易渗漏掉。反应比普通的差压变送器迟缓，特别是天冷的时候，仪表的灵敏度更低。法兰式液位计的测量范围还受毛细管长度的限制。因此，使用哪一种液位计进行测量，要视具体的情况而定。,法兰式压力变送器的应用,返本节目录,返本章目录,五、物位测量仪表,5.7.3 法兰式压力变送器,仪表基础知识培训,5.7.4 静压式液位计的零点迁移,无论是压力检测法还是差压检测法都要求取压口（零液位）与压力（差压）检测仪表的入口在同一水平高度上，否则就会产生附加静压误差。,返本节目录,返本章目录,五、物位测量仪表,仪表基础知识培训,静压式液位计图片,五、物位测量仪表,仪表基础知识培训,5.7.4 静压式液位计的零点迁移,无迁移液位测量系统 1容器 2变送器 3液位零面,返本节目录,返本章目录,五、物位测量仪表,1.无迁移 两个不同形式的液位测量系统中，将差压变送器的正、负压室分别与容器下部和上部的取压点相连通，作为测量仪表的差压变送器的输入差压p和液位H之间的关系都可以用ppBpAgH表示。当H0时，差压变送器的输入p=0，差压变送器的输出也为0（下限值），相应地显示仪表指示为0，这时不存在零点迁移问题。,仪表基础知识培训,2、正迁移：如右图差压计安装在最低液面以下，和零位的高度差为h。则差压变送器正、负压室所受压力为：,为此，在一般的差压计中，改变变送器的零点即可实现。由于要迁移c值为正，所以称：正迁移,五、物位测量仪表,仪表基础知识培训,3、负迁移：如图。当容器中液体上方气体是可凝性的（如水蒸汽），为保持负压室所受的液柱高度恒定，或者被测介质有腐蚀性，为了引压管防腐，常常在差压变送器的正负压室与限压点之间装有隔离罐，并充以隔离液。设隔离液密度为,五、物位测量仪表,仪表基础知识培训,总结：量程迁移一般通过调整仪表上的迁移弹簧或零点参数即可实现，这种调整同时改变了量程的上、下限，而不改变量程大小。,五、物位测量仪表,仪表基础知识培训,.举例：用差压变送器检测液位，已知、液位变化范围为03m，重力加速度，求差压变送器的量程和迁移量，若选用DDZ-型仪表，其测量范围是多少？,解：当液位在03m变化时，测量液体差压变化量为：根据差压变送器量程系列，选择量程为：40KPa。,五、物位测量仪表,仪表基础知识培训,.举例：用差压变送器检测液位，已知、液位变化范围为03m，重力加速度，求差压变送器的量程和迁移量，若选用DDZ-型仪表，其测量范围是多少？,解：因此需进行负迁移，其迁移量为：37.24kPa。迁移后的测量范围为：,若选用DDZ-型仪表，输出为420mA电流，则有：,实际可测液位范围为03.4m。,仪表基础知识培训,5.7.5 静压式液位计的特点及选型,1.静压式液位计的特点 差压式仪表的性能稳定、精度高，是应用最广泛的一种仪表。利用差压式液位计测量液位具有如下特点：检测元件不占容器空间，而只需在容器侧壁上开两个引压孔。检测元件无可动部件，安装方便，使用可靠。采用法兰式结构还可以解决黏度大、易结晶、有悬浮物的介质液位的测量。低温使用时，须采用保温措施,以防止隔离罐、导压管及仪表内的液体冻结，影响正常测量。,返本节目录,返本章目录,五、物位测量仪表,仪表基础知识培训,5.7.5 静压式液位计的特点及选型,2.静压式液位计的选型 腐蚀性、结晶性、粘稠性、易汽化和含悬浮物的液体，宜选用平法兰式差压式液位计。高结晶、高粘性、结胶性和沉淀性液体，宜选用插入式法兰差压式液位计。对于在环境温度下，气相可能冷凝，液相可能汽化，或气相有液体分离的对象，在使用普通差压式液位计进行测量时，应视具体情况分别设置隔离器、分离器、汽化器、平衡容器等部件，或对测量管线保温、伴热。用差压式液位计测量锅炉汽包液面时，所采用的双室平衡容器应为温度补偿型的。,返本节目录,返本章目录,五、物位测量仪表,仪表基础知识培训,5.8 投入式静压液位变送器,投入式静压液位变送器是基于所测液体静压与该液体高度成正比的原理，采用扩散硅或陶瓷敏感元件的压阻效应，将静压转成电信号。经过温度补偿和线性校正，转换成4-20mADC标准电流信号输出。投入式静压液位变送器的传感器部分可直接投入到液体中，变送器部分可用法兰或支架固定，安装使用极为方便。,五、物位测量仪表,仪表基础知识培训,5.9 电容式物位计,电容物位计：将物位的变化转换成电容量的变化来进行物位测量的仪表。组成：传感器、电容检测两大部分。电容式物位计适用于各种导电、非导电液体的液位或粉状料位的远距离连续测量和指示，也可以和电动单元组合仪表配套使用，以实现液位或料位的自动记录、控制和调节。由于它的结构简单，没有可动部分，因此应用范围较广。,返本章目录,五、物位测量仪表,仪表基础知识培训,5.9 电容式物位计,仪表基础知识培训,1、结构：如图，两个同轴圆筒电极组成的电容器。2、原理：基于圆筒形电容器的电容值随物位而变化。当液位变化，圆筒形电极一部份被物料浸没，浸没深度H，极板间存在两种介质的介电常数1(原设有中间介质介电常数)、2(被测物料的介电常数),将引起电容量的变化。,五、物位测量仪表,5.9 电容式物位计,对数函数,仪表基础知识培训,五、物位测量仪表,5.9 电容式物位计,仪表基础知识培训,3、实现形式：.测量导电液体液位时：等效电路如右图。,五、物位测量仪表,5.9 电容式物位计,仪表基础知识培训,3、实现形式：.测量导电液体液位时：等效电路如图。,五、物位测量仪表,5.9 电容式物位计,仪表基础知识培训,4、检测电路：电容式物位计主要由电极（敏感元件）和电容检测电路组成，由于电容变化量小，因此准确检测电容量是物位检测的关键。常见的电容检测方法有交流电桥法、充放电法、谐振电路法。可以输出标准电流信号，实现远距离传送。5：特点电容式物位计一般不受真空、压力、温度等环境条件的影响；安装方便，结构牢固，易维修；价格较低。但是不适合于以下介质：如介质的介电常数随温度等影响而变化、介质在电极上有沉积或附着、介质中有气泡产生等情况。,五、物位测量仪表,5.9 电容式物位计,仪表基础知识培训,电容式物位计在使用时主要应注意以下几点：电极必须垂直安装，安装前要校直。注意不要把电极安装在管口、孔、凹坑等里面，以防止介质停留而造成误动作。仪表的同轴电缆芯线不允许进水，必须严格予以注意。同轴电缆不许切断或加长，因为在校验中已计入初始电容量，否则将影响零点和整个线性。当被测介质改变后，需重新调整仪表。当周围温度与调整时的温度偏离过大时，则必须重新调整仪表。,返本节目录,返本章目录,五、物位测量仪表,5.9 电容式物位计,仪表基础知识培训,物位检测方法小结,2、电容式、超声波式液位计：用于液位或料位的检测 电容式：超声式：,五、物位测量仪表,仪表基础知识培训,超声波液位计图片,超声波液位计,五、物位测量仪表,仪表基础知识培训,5.10 超声波液位计,1、声波的特性声波是一种机械波，是机械振动在介质中的传播过程。当振动频率在十余赫到万余赫时可以引起人的听觉，称为闻声波；更低频率的机械波称为次声波；20kHz以上频率的机械波称为超声波。作为物位检测，一般应用超声波。,五、物位测量仪表,仪表基础知识培训,超声波特性,可以在气体、液体及固体中传播在常温下空气中的声速约为334ms，在水中的声速约为1440ms，而在钢铁中约为5000ms。声速还与介质所处的状态(如温度)有关。例如理想气体的声速与绝对温度T的平方根成正比，对于空气来说影响声速的主要因素是温度，并可用下式计算声速的近似值,五、物位测量仪表,5.10 超声波液位计,仪表基础知识培训,声波在介质中传播时会被吸收而衰减，衰减的程度与介质性质有关：气体中衰减最大，液体其次，固体中衰减最小，声波在介质中传播时衰减的程度还与声波的频率有关，频率越高，声波的衰减也越大，因此超声波比其他声波在传播时的衰减更明显。,超声波特性,五、物位测量仪表,5.10 超声波液位计,仪表基础知识培训,声波传播时的方向性随声波的频率的升高而变强，发射的声束也越尖锐，超声波可近似为直线传播，具有很好的方向性。当声波从一种介质向另一种介质传播时，因为两种介质的密度不同和声波在其中传播的速度不同，在分界面上声波会产生反射和折射，声波从液体或固体传播到气体，或相反的情况下，几乎全部被反射。,超声波特性,五、物位测量仪表,5.10 超声波液位计,仪表基础知识培训,5.10 超声波液位计,1、测量原理 利用超声波在介质中的传播速度及在不同相界面之间的反射特性来检测物位。2、工作原理 由换能器（探头）发出高频超声波脉冲遇到被测介质表面被反射回来，部分反射回波被同一换能器接收，转换成电信号。超声波脉冲以声波速度传播，从发射到接收到超声波脉冲所需时间间隔与换能器到被测介质表面的距离成正比。此距离值S与声速C和传输时间T之间的关系可以用公式表示：S=CxT/2。由于发射的超声波脉冲有一定的宽度，使得距离换能器较近的小段区域内的反射波与发射波重迭，无法识别，不能测量其距离值。这个区域称为测量盲区。盲区的大小与超声波物位计的型号有关。,五、物位测量仪表,仪表基础知识培训,应用超声波反射检测物位,根据超声波从发射到接收反射回波的时间间隔大小与被测介质高度成比例关系的原理，实现液位测量的。,测量时由置于容器底部的超声波探头向液面与气体的分界面发射超声波，经过时间t后，便可接收到从界面反射回来的回波信号。,测量原理,根据传声介质的不同可以分为：液介式、气介式、固介式三种。,V-超声波在液体中的传播速度H-从探头至界面的距离（被测介质物位高度）T-超声波从探头发射至液面反射回来的时间,五、物位测量仪表,5.10 超声波液位计,仪表基础知识培训,超声波物位计,超声波物位计由超声波发射、接收器（探头）及显示仪表组成。,超声波物位计原理框图,超声波物位计的原理 物位计以微处理机8031单片机为核心，进行超声波的发射、接收控制和数据处理，具有声速温度补偿功能及自动增益控制功能。,五、物位测量仪表,仪表基础知识培训,优点：使用范围较广，液位、粉末、块状的物位均可测量，实现非接触式测量。缺点：由于探头本身不能承受过高的温度，声速又与介质的温度等有关，并且有些介质对声波吸收能力很强，因而超声波物位计的应用受到一定限制，此外电路比较复杂，价格较高。,超声波物位计特点,五、物位测量仪表,仪表基础知识培训,1）换能器发射超声波脉冲时，都有一定的发射开角。从换能器下缘到被测介质表面之间，由发射的超声波波束所辐射的区域内，不得有障碍物，因此安装时应尽可能避开罐内设施，如：人梯、限位开关、加热设备、支架等。另外须注意超声波波束不得与加料料流相交。2）安装仪表时还要注意：a最高料位不得进入测量盲区；b仪表距罐壁必须保持一定的距离；c仪表的安装尽可能使换能器的发射方向与液面垂直。3）一般超声波换能器在-2080工作条件下较合适。温度补偿超声波探头是采用具有声电效应的材料制成，当温度高于一定时,压电元件将失去效应,而不能使用。4）超声波换能器和检测仪之间应采用屏蔽电缆连接，且屏蔽线一端接地，以避免电噪声的干扰。5）喇叭天线必须伸出接管安装底板（10300mm）。,超声波物位计安装要求：,五、物位测量仪表,仪表基础知识培训,电磁波的特点：电磁波与声波和水波相似，具有波的性质，可以发生折射等现象。它的速度，波长，频率之间满足关系式：传播速度=波长频率。电磁波在空气中的传播速度约为光速，波长=300/频率F（GHz）mm。在真空中的传播速度为 3108m/s，与光速相同。从同步卫星到地球的传播时间大约1/8秒。,5.11 雷达液位计,仪表基础知识培训,段号 频段名称 频段范围（含上限不含下限）波段名称 波长范围（含上限不含下限）1 甚低频（VLF）330千赫（KHz）甚长波 10010km 2 低频（LF）30300千赫（KHz）长波 101km 3 中频（MF）3003000千赫（KHz）中波 1000100m4 高频（HF）330兆赫（MHz）短波 10010m 5 甚高频（VHF）30300兆赫（MHz）米波 101m 6 特高频（UHF）3003000兆赫（MHz）分米波微波10010cm 7 超高频（SHF）330吉赫（GHz）厘米波 101cm8 极高频（EHF）30300吉赫（GHz）毫米波 101mm9 至高频 3003000吉赫（GHz）丝米波 10.1mm,5.11 雷达液位计,电磁波的特点,仪表基础知识培训,雷达液位计的原理,雷达液位计采用发射反射接收的工作模式。雷达液位计的天线发射出电磁波，这些波经被测对象表面反射后，再被天线接收，电磁波从发射到接收的时间与到液面的距离成正比，关系式如下：,五、物位测量仪表,仪表基础知识培训,雷达液位计的原理,D=CT/2式中：D雷达液位计到液面的距离C光速T电磁波运行时间因空罐的距离E已知，则物位L为：L=E-D,位移 D,五、物位测量仪表,接上：,仪表基础知识培训,雷达液位计的特点,(1)雷达液位计采用一体化设计，无可动部件，不存在机械磨损，使用寿命长。(2)雷达液位计测量时发出的电磁波能够穿过真空，不需要传输媒介，具有不受大气、蒸气、槽内挥发雾影响的特点，能用于挥发的介质液位测量。(3)雷达液位计几乎能用于所有液体的液位测量。电磁波在液位表面反射时，信号会衰减，当信号衰减过小时，会导致雷达液位计无法测到足够的电磁波信号。导电介质能很好地反射电磁波，对雷达液位计，甚至微导电的物质也能够反射足够的电磁波。介电常数大于1.5的非导电介质(空气的介电常数为1.0)也能够保证足够的反射波，介电常数越大，反射信号越强。在实际应用中，几乎所有的介质都能反射足够的反射波。(4)采用非接触式测量，不受槽内液体的密度、浓度等物理特性的影响。(5)测量范围大，最大的测量范围可达035m，可用于高温、高压的液位测量。,仪表基础知识培训,任何雷达物位计的测量都要求有足够的反射信号.以下因素将影响反射信号强度:,1)测量距离.距离越大,信号越弱2)表面状态.动荡不稳定的表面将降低反射雷达波的强度.3)介电常数.介电常数越大,反射越强大.4)泡沫.5)天线尺寸.天线尺寸越大,将得到越窄的雷达波束角和更集中的雷达波能量6)天线上的积垢灰尘.,雷达液位计的灵敏度,五、物位测量仪表,仪表基础知识培训,雷达物位计从测量原理角度分为：脉冲型雷达物位计、调频连续波雷达物位计,五、物位测量仪表,5.11 雷达液位计,脉冲型导波雷达物位计,雷达物位计,仪表基础知识培训,一、调频连续波型雷达物位计,相对于脉冲回波时间差方式的测量原理，调频连续波型液位雷达采用FMCW(频率调制/连续波)体制，可以达到计量级的测量精度。图2 调频连续波型液位雷达工作原理：如图2.安装在罐顶液位计通过天线向液面发射经频率调制的电磁波信号，被测表面返回的信号被发射天线接收，并与天线发射的瞬时频率信号比较。由于信号的频率按照一定规律不断变化，因此比较信号频率与天线到液面的直线距离成比例。综合测量信号与油罐形状参数，进行几何处理，就可以得到精确的液位高度和剩余量信息。,五、物位测量仪表,仪表基础知识培训,二、脉冲雷达,脉冲雷达因容易实现精确测距，且接收回波是在发射脉冲休止期内，所以接收天线和发射天线可用同一副天线，因而在雷达发展中居主要地位。测量距离实际是测量发射脉冲与回波脉冲之间的时间差，因电磁波以光速传播，据此就能换算成目标的精确距离。该原理称为时域反射原理（TDR）。Time Domain Reflectometry,五、物位测量仪表,仪表基础知识培训,二、脉冲雷达物位计原理,雷达物位计天线发射极窄的微波脉冲(例如：6G频率雷达，即：发送一个t时间(一般为1ns)的脉冲，叠加6GHZ的正弦波信号)，这个脉冲以光速在空间传播，碰到被测介质表面，其部分能量被反射回来，被同一天线接收。发射脉冲与接收脉冲的时间间隔与天线到被测介质表面的距离成正比。由于其发射脉冲与接收脉冲的时间间隔非常小，一般都采用时间拓展技术，并采用多次测量求平均的方法获得最终结果；这种测量技术决定了其精度为510mm。脉冲雷达由于采用微波脉冲信号，是间断性发射脉冲方式，所以，脉冲雷达可以做到功率比较低，一般为0.5W内。可以很方便的实现本安设计。在设计中大都采用大电容充电方式，等电容充电到一定容量后，进行一次微波脉冲信号发射测量。这种设计方式决定了其在料位变化率比较快的情况下，会出现锁波现象。,五、物位测量仪表,仪表基础知识培训,导波雷达液位计,导波雷达液位计的测量原理 导波雷达是基于时间行程原理的测量仪表，雷达波以光速运行，运行时间可以通过电子部件被转换成物位信号。探头发出高频脉冲并沿缆绳传播，当脉冲遇到物料表面时反射回来被仪表内的接收器接收，并将距离信号转化为物位信号。,五、物位测量仪表,仪表基础知识培训,导波杆的类型,同轴杆,双杆,单杆,单缆杆,双缆杆,五、物位测量仪表,仪表基础知识培训,导波雷达液位计的特点,1、波导体为信号至液面往返传输提供一条快捷高效的通道，信号的衰减保持在最小程度，因而可用以测量介电常数非常低的介质液位；另外由于导波雷达耗能小，采用回路供电而不是单独的交流供电，从而大大节省了安装费用。2、由于信号在波导体中传输不受液面波动和储罐中的障碍物等的影响，因而仪表所接收到的返回信号能量相应较强，约为所发射能量的20%既0.02mW，而且返回信号中的干扰性杂散信号极小，基本对测量信号无影响。3、介质介电常数的变化对测量性能无明显影响。导波雷达和常规雷达一样，采用传输时间来测量介质液位，信号自烃类介电常数23液体表面或自水介电常数80面反射回传的时间一样的，不同的只是信号幅度强度的差别。4、介质密度的变化对测量无影响，介质密度的变化影响浸没于介质中物体所受到的浮力，但不影响电磁波在波导体中的传播。,五、物位测量仪表,仪表基础知识培训,雷达液位计的安装,五、物位测量仪表,仪表基础知识培训,尽量远离出料口和进料口。对金属罐和塑料罐，在整个量程范围内不碰壁。缆式或杆式探头离罐壁最小距离不小于30厘米。探头底部距罐底大约30mm。探头距罐内障碍物最小距离不小于200mm。如容器底部是锥型的，传感器可以安装罐顶中央，这样可一直测量到罐底。,导波雷达液位计的安装,五、物位测量仪表,仪表基础知识培训,雷达液位计的定位,由罐的内壁到安装短管的外壁应大于罐直径的1/6。不可安装于罐顶的中心位置，（否则传感器收到的虚假回波会增强）干扰会导致信号丢失。要避开进、出料口，不可安装于料口的上方。要避免安装在有很强涡流的地方。如：由于搅拌或很强的化学反应等，建议采用导波管或旁通管测量。建议安装保护盖以防直接的日照或雨淋。,五、物位测量仪表,仪表基础知识培训,物位计的安装,在信号波束内，应避免安装任何装置，如限位开关，温度传感器等。尽量避免在发射角内有造成假反射的装置。特别要避免在距离天线最近的1/3锥形发射区内有障碍装置（因为障碍装置越近，虚假反射信号越强）。若实在避免不了，建议用一个折射板将过强的虚假反射信号折射走。这样可以减小假回波的能量密度，使传感器较容易地将虚假信号滤出。法兰上的标记应指向罐壁。喇叭天线必须伸出接管（大于10mm,五、物位测量仪表,仪表基础知识培训,物位计的安装,（）当测量液态物料时，传感器的轴线和介质表面保持垂直；当测量固态物料时，由于固体介质会有一个堆角，传感器要倾斜一定的角度。（2）若传感器安装在接管上，天线必须从接管伸出来。喇叭口天线伸出接管至少mm。棒式天线接管长度最大100或250mm。接管直径最小250mm。可以采取加大接管直径的方法，以减少由于接管产生的干扰回波。（3）关于导波管天线：导波管内壁一定要光滑，下面开口的导波管必须达到需要的最低液位，这样才能在管道中进行测量。传感器的类型牌要对准导波管开孔的轴线。导波管材质为金属。管内壁光滑，管径恒定，否者误差增大甚至无法测量。管内径一般介于50-200mm之间，管内径与雷达天线尺寸要密切配合，间隙越小越好，间隙小误差小，可以说雷达天线决定了导波管内径。管壁开孔，开孔排成一纵列，开孔大小一般小于管径的1/10，避免开孔毛刺，孔径大了会带来干扰，开孔仅起平衡管内外界面作用。长度要达到最低测量的液面，与罐底距离没有具体要求，底部开放。若被测介电常数小于，需在导波管末端安装反射板，或将导波管末端弯成一个弯度，将容器底的反射回波折射走。尽量用无缝钢管，避免焊接，延长时可套焊，焊缝要小，打磨平。,五、物位测量仪表,仪表基础知识培训,返回目录,（4）差压式液位计 差压式液位是利用容器内的液位改变时，液柱产生的静压也相应变化的原理而工作的。,图为差压式液位计测量原理图。当差压计一端接液相，另一端接气相时，根据液体静力学原理，有：Pb=Pa+gH式中 H-液位高度-被测介质密度 g-被测当地的重力加速度所以有：P=Pb-Pa=gH 在一般情况下，被测介质的密度和重力加速度都是已知的，因此，差压计测得的差压与液位的高度H成正比，这样就把测量液位高度的问题变成了测量差压的问题。,5、液位、物位测量仪表,五、物位测量仪表,仪表基础知识培训,5、液位、物位测量仪表,差压变送器负压室压力P2=P气，则正负压室的差压为：P=P1-P2 通常，被测介质的密度是已知的。因此，测得差压值就能知道液位高度。若被测容器是敞口的，气相压力为大气压力，则差压变送器的负压室通大气就可以了，这时也可用压力变送器或压力计来直接测量液位的高低。图示容器是受压的，则将负压室与容器气相相连接，以平衡气相压力的静压作用。,74,仪表基础知识培训,返回目录,六、气动调节阀,6.1、概含 执行器常称为调节阀，它由执行机构和调节机构两部分组成。其中执行机构是调节阀的推动部分，它按控制信号的大小产生相应的推力，通过阀杆使调节阀阀蕊产生相应的位移。调节机构是调节阀的调节部分，它与调节介质直接接触，在执行机构的推动下，改变阀蕊与阀座间的流通面积，从而达到调节流量的目的。,6.2、分类 执行器按其能源形式分气动、电动、液动三大类。气动执行器按其执行机构形式分薄膜式、活塞式和长行程式。电动和液动执行器按执行机构的运行方式分为直行程和角行程两类。目前在石化工业中普遍采用气动执行器。,仪表基础知识培训,6.3 调节阀的结构原理 调节阀=执行机构+调节机构（阀体部件）,76,六、气动调节阀,仪表基础知识培训,调节阀执行机构结构执行机构：调节阀的推动装置，它按信号压力的大小产生相应推力，使阀杆相应的位移、从而使阀芯动作。,77,仪表基础知识培训,返回目录,6.4、执行机构 气动薄膜执行机构是应用最广泛的执行机构，它接受0.020.1MPa气动信号。它正作用和反作用两种形式，当信号压力增加时推杆向下移动的叫正作用执行机构。信号压力增加时推杆向上移动的叫反作用执行机构。,气动薄膜（有弹簧）的薄膜的有效面积越大，执行机构的推力和位移也越大。气动活塞式（无弹簧）执行机构随气缸两侧压差而移动。因为没有反力弹簧抵消推力，所以有很大的输出推力，适用于高静压、高差压的工艺场合。,六、气动调节阀,仪表基础知识培训,返回目录,6.6、调节机构 调节机构又称阀。种类很多，根据结构、用途来分，其基本形式是直通单座阀、直通双座阀、蝶阀、三通阀、偏心旋转阀、套筒阀、角形阀等。,1、直通单座；2、直通双座；3、角形；4、隔膜阀；5、蝶阀；6、阀体分离阀；7、合流型三通调节阀；8、分流型三通调节阀,六、气动调节阀,仪表基础知识培训,返回目录,（1）直通单座阀：阀体内只有一个阀蕊和阀座，阀杆带动阀蕊上下移动来改变阀蕊与阀座之间的相对位置，从而改变流体流量。其主要优点是泄漏量小。,（2）直通双座阀：阀体内只有两个阀蕊和阀座，阀杆带动阀蕊上下移动来改变阀蕊与阀座之间的相对位置，从而改变流体流量。其主要优点是适用压差比同口径单座阀大。,六、气动调节阀,仪表基础知识培训,返回目录,（3）蝶阀：又称翻板阀，由于阀板在阀体内旋转的角度不同，使阀的流通面积不同，从而调节流体流量。其主要流通能力大，约为同口径双座阀的1.5 3倍；阻力损失小；沉积物不易积存；结构紧凑，安装空间很小。但操作转矩大，泄漏量较大，可调范围小。特别适用于低压差、大口径、大流量和浓稠浆液及悬浮粒的场合。,O型球阀：可起调节和切断作用，常用于两位式控制。它流路简单，全开时完全形成直管通道，压力损失最小，特别适用 于高粘度、悬浮液、纸浆等流体场合。密封可靠，泄漏量很小，软密封球阀可达到气泡级密封。V型球阀：流通能力大，比普通阀高2倍以上；控制特性好，为等百分比；可调范围大，可达300：1；具有剪切作用，能严密关闭，适用于浆料、纤维状流体场合。主要缺点是操作压力受到限制，高压降时不适用。,六、气动调节阀,仪表基础知识培训,返回目录,（4）偏心旋转阀：又称凸轮挠曲阀，简称偏心阀。球面阀蕊6连在柔臂7上与轮毂8相接，轮毂与转轴4用键滑配，转轴带动球面阀蕊旋转改变流体流量。工作时转轴的运动是由气动执行机构驱动的，推杆的运动通过曲柄传给转轴。其主要优点是流路阻力小，可调比大，适用大压差、严密封的场合和粘度大及有颗粒介质的场合。很多场合可以取代直单、双座阀。,六、气动调节阀,仪表基础知识培训,返回目录,（5）套筒阀：也叫笼式阀，其阀体与一般直通单座阀相似，阀内有一个圆柱形套筒，也叫笼子。阀蕊可在套筒中上下移动，利用套筒导向。阀蕊在套筒中移动，改变了套筒的节流孔面积，形成了各种特性并实现流量的调节。由于套筒阀采用了平衡阀蕊结构，阀蕊上、下受压相同，不平衡力小，并且阀蕊利用套筒侧面导向，故稳定性好，不易振荡，阀蕊也不易人损坏。其优点是在前后压差大和液体出现闪蒸或空化的场合，稳定性好，噪声低，可取代大部分直通单、双座阀，但它不适用于含颗粒介质的场合。,六、气动调节阀,仪表基础知识培训,6.5 调节阀的动作方式：1、调节阀的流开、流闭2、调节阀的气开、气关3、气动执行器分的气开式与气关式两种形式。气开式：压力信号增大阀门开度增大、无压力信号时阀关；气关式反之。气开、气关选择依据：工艺生产安全、节约能源以及从介质特性等。,84,六、气动调节阀,仪表基础知识培训,调节阀的流量特性：快开、线性、等百分比、抛物线调节阀为什么选等百分比阀较多？q=f P 阀位变时阀前后总差压P 也变，q也变，即流量特性同同往上移，所以选等百分比阀较多。当调节阀两端差压比较小时，对象是线性对象，则选线性阀 调节阀正常可调范围一般控制在2080%,85,六、气动调节阀,仪表基础知识培训,返回目录,5、阀门定位器 阀门定位器是调节阀的主要附件，可分为气动阀门定位器和电-气阀门定位器。动阀门定位器接受气动信号0.020.1MPa，输出0.020.1MPa。电-气阀门定位器将420mA DC的电信号，转换成0.020.1MPa的气压，并按气动阀门定位器的功能进行工作。阀门定位器接受调节器输出的控制信号，去驱动调节阀动作，并利用阀杆的位移进行反馈，将位移信号直接与阀位比较，改善阀杆行程的线性度，克服阀杆的各种附加摩擦力，消除被调介质在阀上产生的不平衡力的影响，从而使阀位对应于调节器的控制信号，实现正确定位。,六、气动调节阀,仪表基础知识培训,七、电动执行机构,7.1、电动执行机构概述 执行机构，又称执行器，是一种自动控制领 域的常用机电一体化设备（器件），是自动 化仪表的三大组成部分（检测设备、调节设 备和执行设备）中的执