第八章液位測(cè)量 ppt課件

1、第八章 液位丈量主要內(nèi)容 概述 差壓式液位丈量法 電阻式液位丈量法 電容式液位丈量法 超聲波液位丈量法8.1 概述 液位丈量是一門丈量液液、氣液、液固分界面的技術(shù)。 義務(wù)：液位、液位差、相界面的延續(xù)監(jiān)測(cè)、定點(diǎn)信號(hào)報(bào)警、控制；-油耗量，油箱油位，鍋爐汽包水位監(jiān)測(cè)等。 原理：基于相界面兩側(cè)物質(zhì)的物性差別或液位改動(dòng)時(shí)引起有關(guān)物理參數(shù)變化。 物理參數(shù)：電阻、電容、電感、差壓、聲速、光能等 常見的液位丈量方法： 電阻式液位計(jì) 浮子液位計(jì)投入式靜壓液位變送器是基于所測(cè)液體靜壓與該液體高度成正比的原理，采用分散硅或陶瓷敏感元件的壓阻效應(yīng)，將靜壓轉(zhuǎn)成電信號(hào)。經(jīng)過(guò)溫度補(bǔ)償和線性校正。激光物位丈量?jī)x電容式液位計(jì)超

2、聲波液位計(jì)微波雷達(dá)液位計(jì)光纖液位報(bào)警器是運(yùn)用光折射原理，選用光導(dǎo)纖維研制勝利的一種全新液位檢測(cè)儀器，又一高新技術(shù)產(chǎn)品。適用于石油、化工、交通、儲(chǔ)運(yùn)等部門的化學(xué)液體儲(chǔ)罐和鐵路槽車、汽車槽車的液位定點(diǎn)檢測(cè)和控制，是罐區(qū)自動(dòng)化、槽車自動(dòng)裝車不可短少的平安配備差壓式液位計(jì)液位丈量的方法分類： 液位丈量總體上可分為直接丈量和間接丈量?jī)煞N方法，由于丈量情況及條件復(fù)雜多樣，因此往往采用間接丈量，即將液位信號(hào)轉(zhuǎn)化為其它相關(guān)信號(hào)進(jìn)展丈量，如壓力法、浮力法、電學(xué)法、熱學(xué)法等。 8.2 直接丈量液位 直接丈量是一種最為簡(jiǎn)單、直觀的丈量方法，它是利用連通器的原理，將容器中的液體引入帶有標(biāo)尺的察看管中，經(jīng)過(guò)標(biāo)尺讀出液位

3、高度。以下圖所示的是玻璃管液位計(jì)。 差壓法根據(jù)液體分量所產(chǎn)生的壓力進(jìn)展丈量。由于液體對(duì)容器底面產(chǎn)生的靜壓力與液位高度成正比，因此經(jīng)過(guò)測(cè)容器中液體的壓力即可測(cè)算出液位高度。 對(duì)常壓開口容器，液位高度H與液體靜壓力P之間有如下關(guān)系： 式中， 被測(cè)液體的密度( )。gPH3/mkg8.3 差壓法丈量(a) 壓力表式液位計(jì) (b)法蘭式液位變送器 (c)吹氣式液位計(jì) 密閉容器可用差壓法進(jìn)展丈量，它可在丈量過(guò)程中需消除液面上部氣壓及氣壓動(dòng)搖對(duì)示值的影響 浮力法測(cè)液位是根據(jù)力平衡原理，通常借助浮子一類的懸浮物，浮子做成空心剛體，使它在平衡時(shí)可以浮于液面。當(dāng)液位高度發(fā)生變化時(shí)，浮子就會(huì)跟隨液面上下挪動(dòng)。因此

4、測(cè)出浮子的位移就可知液位變化量。 浮子式液位計(jì)按浮子外形不同，可分為浮子式、浮筒式等等； 按機(jī)構(gòu)不同可分為鋼帶式、杠桿式等。 8.4 浮力法丈量1. 鋼帶浮子式液位計(jì)鋼帶浮子式液位計(jì) 右圖為直讀式鋼帶浮子式液位計(jì)，這是一種最簡(jiǎn)單的液位計(jì)，普通只能就地顯示。2. 浮筒式液位計(jì)浮筒式液位計(jì) 浮筒式液位計(jì)屬于變浮力液位計(jì)，當(dāng)被測(cè)液面位置變化時(shí)，浮筒浸沒(méi)體積變化，所受浮力也變化，經(jīng)過(guò)丈量浮力變化確定出液位的變化量。圖中：1-浮筒；2-彈簧；3-差動(dòng)變壓器 。GxHHgAxxk)()(GgAHkxGxHgAxk)( 液位計(jì)是用彈簧平衡浮力，用差動(dòng)變壓器丈量浮筒位移，平衡時(shí)緊縮彈簧的彈力與浮筒浮力及重力G

5、平衡。即 式中 k彈簧剛度(Nm)； x彈簧緊縮量(m)； 液體密度(kgm3)； H浮筒浸入深度(m)； A浮筒截面積(m2)。 液位高度變化與彈簧變形量成正比。彈簧變形量可用多種方法丈量，既可就地指示，也可用變換器(如差動(dòng)變壓器)變換成電信號(hào)進(jìn)展遠(yuǎn)傳控制。 GgAHkx8.5 電學(xué)法電學(xué)法 電學(xué)法按任務(wù)原理不同又可分為電阻式、電感式和電容式。 用電學(xué)法丈量無(wú)摩擦件和可動(dòng)部件，信號(hào)轉(zhuǎn)換、傳送方便，便于遠(yuǎn)傳，任務(wù)可靠，且輸出可轉(zhuǎn)換為一致的電信號(hào)，與電動(dòng)單元組合儀表配合使甩，可方便地實(shí)現(xiàn)液位的自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制。 1. 電阻式液位計(jì) 電阻式液位計(jì)既可進(jìn)展定點(diǎn)液位控制，也可進(jìn)展延續(xù)丈量。 所謂定點(diǎn)

6、控制是指液位上升或下降到一定位置時(shí)引起電路的接通或斷開，引發(fā)報(bào)警器報(bào)警。 電阻式液位計(jì)的原理是基于液位變化引起電極間電阻變化，由電阻變化反映液位情況 右圖為用于延續(xù)丈量的電阻式液位計(jì)原理圖。圖中： 1-電阻棒； 2-絕緣套； 3-丈量電橋 該液位計(jì)的兩根電極是由兩根資料、截面積一樣的具有大電阻率的電阻棒組成，電阻棒兩端固定并與容器絕緣。整個(gè)傳感器電阻為式中 H、h電阻棒全長(zhǎng)及液位高度(m)； 電阻棒的電阻率( )； A電阻棒截面積(m2)。 該傳感器的資料、構(gòu)造與尺寸確定后，K1、K2均為常數(shù)，電阻大小與液位高度成正比。電阻的丈量可用圖中的電橋電路完成。 mhKKhAHAhHAR212222.

7、電感式液位計(jì) 電感式液位計(jì)利用電磁感應(yīng)景象，液位變化引起線圈電感變化，感應(yīng)電流也發(fā)生變化。 電感式液位計(jì)既可進(jìn)展延續(xù)丈量，也可進(jìn)展液位定點(diǎn)控制。 圖為電感式液位控制器的原理圖。傳感器由不導(dǎo)磁管子、導(dǎo)磁性浮子及線圈組成。管子與被測(cè)容器相連通，管子內(nèi)的導(dǎo)磁性浮子浮在液 面上，當(dāng)液面高度變化時(shí)，浮子隨著挪動(dòng)。線圈固定在液位上下限控制點(diǎn)，當(dāng)浮子隨液面挪動(dòng)到控制位置時(shí)，引起線圈感應(yīng)電勢(shì)變化，以此信號(hào)控制繼電器動(dòng)作，可實(shí)現(xiàn)上、下液位的報(bào)警與控制。圖中： 1、3-上下限線圈； 2-浮子 3. 電容式液位計(jì) 電容式液位計(jì)利用液位高低變化影響電容器電容量大小的原理進(jìn)展丈量。 電容式液位計(jì)的構(gòu)造方式很多，有平極板

8、式、同心圓柱式等等。 它的適用范圍非常廣泛，對(duì)介質(zhì)本身性質(zhì)的要求不象其它方法那樣嚴(yán)厲，對(duì)導(dǎo)電介質(zhì)和非導(dǎo)電介質(zhì)都能丈量，此外還能丈量有傾斜晃動(dòng)及高速運(yùn)動(dòng)的容器的液位。不僅可作液位控制器;還能用于延續(xù)丈量。(1)丈量原理 在液位的延續(xù)丈量中，多用同心圓柱式電容器，如右圖所示。同心圓柱式電容器的電容量：dDLCln2式中： D、d-外電極內(nèi)徑和內(nèi)電極外徑(m)； 極板間介質(zhì)介電常數(shù)(F/m)；L極板相互重疊的長(zhǎng)度(m)。 液位變化引起等效介電常數(shù)變化，從而使電容器的電容量變化，這就是電容式液位計(jì)的檢測(cè)原理。1-內(nèi)電極；2-外電極 (2) 導(dǎo)電液體液位丈量(電導(dǎo)率=10-2S/m) 右圖為用來(lái)丈量導(dǎo)電

9、介質(zhì)的單電極電容液位計(jì)，它只用一根電極作為電容器的內(nèi)電極，普通用紫銅或不銹鋼，外套聚四氟乙烯塑料管或涂搪瓷作為絕緣層，而導(dǎo)電液體和容器壁構(gòu)成電容器的外電極。 1-內(nèi)電極；2-絕緣套 H等于0 : C0=20L/ln(D0/d) 0為聚四氟乙烯套管和容器內(nèi)氣體的等效介電常數(shù)；L為液位丈量的范圍 H不等于0： CH= 2H/ln(D/d)+ 20(L-H)/ln(D0/d) 聚四氟乙烯介電常數(shù) D為聚四氟乙烯套管外徑 C= 2H/ln(D/d)- 20H/ln(D0/d) C= 2H/ln(D/d) 思索 0,D0D丈量原理是利用傳感器兩電極的覆蓋面積隨被測(cè)液體液位的變化而變化，從而引起電容量的變

10、化這種關(guān)系進(jìn)展液位丈量的。(2)非導(dǎo)電液體液位丈量(電導(dǎo)率10-9S/m) 右圖為用于丈量非導(dǎo)電介質(zhì)的同軸雙層電極電容式液位計(jì)。內(nèi)電極和與之絕緣的同軸金屬套組成電容的兩極，外電極上開有很多流通孔使液體流入極板間。 圖中： 1、2-內(nèi)、外電極； 3-絕緣套；4-流通孔。 H等于0 : C0=20L/ln(D/d) 0為容器內(nèi)氣體的等效介電常數(shù)；L為液位丈量的范圍 H不等于0： CH= 2H/ln(D/d)+ 20(L-H)/ln(D/d) 聚四氟乙烯介電常數(shù) D為聚四氟乙烯套管外徑 C= 2(- 0)H/ln(D/d)丈量原理是利用被測(cè)液體液位變化時(shí)，可變電容傳感器兩電極之間充填介質(zhì)的介電常數(shù)發(fā)

11、生變化而引起電容的變化進(jìn)展液位丈量的。8.6 超聲波法超聲波法超聲波液位計(jì)是利用波在介質(zhì)中的傳播特性，詳細(xì)地說(shuō)，超聲波在傳播中遇到相界面時(shí)，有一部分反射回來(lái)，另一部分那么折射入相鄰介質(zhì)中。但當(dāng)它由氣體傳播到液體或固體中，或者由固體、液體傳播到空氣中時(shí)，由于介質(zhì)密度相差太大而幾乎全部發(fā)生反射。因此，在容器底部或頂部安裝超聲波發(fā)射器和接納器，發(fā)射出的超聲波在相界面被反射。并由接納器接納，測(cè)出超聲波從發(fā)射到接納的時(shí)間差，便可測(cè)出液位高低。tCL21 超聲波液位計(jì)按傳聲介質(zhì)不同，可分為氣介式、液介式和固介式三種；按探頭的任務(wù)方式可分為自發(fā)自收的單探頭方式和收發(fā)分開的雙探頭方式。相互組合可以得到六種液位計(jì)的方案。(a)氣介式 (b) 液介式 (c)固介式單探頭超聲波液位計(jì) 超聲波液位丈量有許多優(yōu)點(diǎn)：(1)與介質(zhì)不接觸，無(wú)可動(dòng)部件，電子元件只以聲頻振動(dòng)，振幅小，儀器壽命長(zhǎng)；(2)超聲波傳播速度比較穩(wěn)定，光線、介質(zhì)粘度、濕度、介電常數(shù)、電導(dǎo)率、熱導(dǎo)率等對(duì)檢測(cè)幾乎無(wú)影響，因此適用于有毒、腐蝕性或高粘度等特殊場(chǎng)所的液位丈量；(3)不僅可進(jìn)展延續(xù)丈量和定點(diǎn)丈量