仪表自动化第四章习题：物位检测.doc

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第四章 物位检测
1.某贮罐内的压力变化范围为12~15MPa，要求远传显示，试选择一台DDZ-Ⅱ型压力变送器 (包括准确度等级和量程)。如果压力由12MPa变化到15MPa，问这时压力变送器的输出变化了多少?如果附加迁移机构,问是否可以提高仪表的准确度和灵敏度?试举例说明之。
解：如果已知某厂生产的 DDZ-Ⅱ型压力变送器的规格有：
0～10，16，25，60，100 （MPa）
精度等级均为0.5级。
输出信号范围为0～10mA。
由已知条件，最高压力为15MPa，若贮罐内的压力是比较平稳的，取压力变送器的测量上限为

若选择测量范围为0～25MPa、准确度等级为0.5级,这时允许的最大绝对误差为

由于变送器的测量范围为0～25MPa，输出信号范围为0～10mA,故压力为12MPa时,输出电流信号为

压力为15MPa时，输出电流信号为

这就是说,当贮罐内的压力由12MPa变化到15MPa时,变送器的输出电流只变化了1.2mA。
在用差压变送器来测量液位时，由于在液位H=0时,差压变送器的输入差压信号Δp并不一定等于0，故要考虑零点的迁移。实际上迁移问题不仅在液位测量中遇到，在其他参数的测量中也可能遇到。加上迁移机构，可以改变测量的起始点，提高仪表的灵敏度 (只不过这时仪表量程也要作相应改变)。
由本例题可知，如果确定正迁移量为7MPa，则变送器的量程规格可选为16MPa。那么此时变送器的实际测量范围为7～23MPa，即输入压力为7MPa时，输出电流为0mA；输入压力为23MPa时，输出电流为10mA。这时如果输入压力为12MPa，则输出电流为

输入压力为15MPa时，输出电流为

由此可知，当输入压力由12MPa变化到15MPa时，输出电流变化了1.875mA，比不带迁移机构的变送器灵敏度提高了。
变送器的准确度等级仍为0.5级，此时仪表的最大允许绝对误差为(23-7)×0.5% = 0.08MPa，所以，由于加了迁移机构，使仪表的测量误差减少了。
2.用一台双法兰式差压变送器测量某容器的液位，如图4-15所示。已知被测液位的变化范围为0~3m，被测介质密度ρ=900kg/m3 ，毛细管内工作介质密度ρ0=950kg/m3。变送器的安装尺寸为 h1=1m, h2=4m。求变送器的测量范围，并判断零点迁移方向，计算迁移量,当法兰式差压变送器的安装位置升高或降低时，问对测量有何影响?
图4-15 法兰式差压变送器测液位

解：当不考虑迁移量时，变送器的测量范围应根据液位的最大变化范围来计算。
液位为3m时，其压差为

这里值得一提的是压力单位Pa用SI基本单位时就相当于m-1·kg·s-2，即

所以液柱压力用Hρg计算时，只要H用m，ρ用kg/m3，g用m/s2为单位时，相乘结果的单位就是Pa。上述计算结果Δpmax为26.487kPa，经过圆整后，测量范围可选0～30kPa。
根据图示，当液位高度为H时,差压变送器正压室所受的压力p1为

负压室所受的压力p2为
因此，差压变送器所受的压差为

由上式可知，该差压变送器应进行负迁移，其迁移量为 h2ρ0g。
当差压变送器安装的高度改变时，只要两个取压法兰间的尺寸h2不变，其迁移量是不变的。
3.用单法兰电动差压变送器来测量敞口罐中硫酸的密度,利用溢流来保持罐内液位H恒为1m。如图4-16所示。已知差压变送器的输出信号为0~10mA,硫酸的最小和最大密度分别为ρmin = 1.32(g/cm3),ρmax = 1.82(g/cm3) 图4-16 流体密度测量示意图ρmin=1.32(g/cm3),ρmax= 1.82(g/cm3)
要求:
(1)计算差压变送器的测量范围；
(2)如加迁移装置，请计算迁移量；
(3)如不加迁移装置，可在负压侧加装水恒压器 (如图中虚线所示) ，以抵消正压室附加压力的影响，请计算出水恒压器所需高度h。
解：（1）若不考虑零点迁移,那么就要以ρmax来计算差压变送器的测量范围。当ρ=ρmax = 1.82g/cm3时,差压变送器所承受的差压为

将H=1m，ρmax=1820kg/m3，g=9.81m/s2代入上式,得

如果选择差压变送器的测量范围为0～2×104Pa,则当ρ=ρmax= 1.82g/cm3时，对应的变送器输出为

当ρ=ρmin=1.32g/cm3时，其差压为

这时差压变送器的输出为

由上可知，当硫酸密度由最小值变化到最大值时，输出电流由6.475mA变化到8.925mA，仅变化了2.45mA，灵敏度是很低的。
（2）为了提高灵敏度，可以考虑进行零点迁移，提高测量的起始点。考虑到ρ=ρmax时，这时所对应的压差仍为1.785×104Pa，所以在提高测量起始点的同时，测量上限却可以不改变，这样一来，实际量程压缩了。
当ρ=ρmin=1.32g/cm3时,Δpmin=1.295×104Pa。因此可以选择迁移量为1×104Pa ,测量范围为1×104～2×104Pa的差压变送器。这时,若ρ=ρmin时,变送器的输出为

当ρ=ρmax时,变送器的输出为

这时ρ由ρmin变到ρmax时,输出电流由2.95mA变为7.85mA,变化了4.9mA,大大提高了仪表的灵敏度。
（3）如果不加迁移装置，而在负压侧加装水恒压器，而迁移量仍为1×104Pa，根据
以水的密度ρ=1000kg/m3代入,得

4.物位检测有哪些方式？物位检测时应注意哪些问题？常用的液位检测仪表有哪些？
（1）直读式物位检测仪表 采用侧壁开窗口或旁通管方式，直接显示容器中物位的高度。方法可靠、准确，但是只能就地指示。主要用于液位检测和压力较低的场合。
（2）静压式物化检测仪表 基于流体静力学原理，适用于液位检测。容器内的液面高度与液柱重量所形成的静压力成比例关系，当被测介质密度不变时，通过测量参考点的压力可测知液位。这类仪表有压力式、吹气式等型式。
（3）浮力式物位检测仪表 其工作原理基于阿基米德定律，适用于液位检测。漂浮于液面上的浮子或浸没在液体中的浮筒，在液面变动时其浮力会产生相应的变化，从而可以检测液位。这类仪表有各种浮子式液位计、浮筒式液位计等。
（4）机械接触式物位检测仪表 通过测量物位探头与物料面接触时的机械力实现物位的测量。这类仪表有重锤式、旋翼式等。
（5）电气式物位检测仪表 将电气式物位敏感元件置于被测介质中，当物位变化时其电气参数如电阻、电容等也将改变，通过检测这些电量的变化可知物位。
（6）其他物位检测方法如声学式、射线式、光纤式仪表等。
在实际生产过程中，被测对象很少有静止不动的情况，因此会影响物位测量的准确性。各种影响物位测量的因素对于不同介质各有不同，这些影响因素表现在如下方面。
(1）液位测量的特点
稳定的液面是一个规则的表面，但是当物料有流进流出时，会有波浪使液面波动。在生产过程中还可能出现沸腾或起泡沫的现象，使液面变得模糊。大型容器中常会有各处液体的温度、密度和粘度等物理量不均匀的现象。容器中的液体呈高温、高压或高黏度，或含有大量杂质、悬浮物等。
（2）料位测量的特点
料面不规则，存在自然堆积的角度。物料排出后存在滞留区。物料间的空隙不稳定，会影响对容器中实际储量的计量。界位测量的特点
界位测量的特点则是在界面处可能存在浑浊段。
常用的液位检测仪表:电磁法测量液位、利用液位引起的压力进行检测、利用液体的浮力进行检测.

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