h第4章-物位測量

1、4.1 概述4.2 直讀式液位計4.3 浮力式液位計4.4 靜壓式液位計4.5 電容式物位計4.6 阻力式料位計4.7 超聲式物位計4.8 微波式及射線物位計一、物一、物位測量的一般概念位測量的一般概念4.1 概述 是指貯存容器或工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備里的液體、粉粒狀固體、是指貯存容器或工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備里的液體、粉粒狀固體、氣體之間的分界面位置，也可以是互不相溶的兩種液體間氣體之間的分界面位置，也可以是互不相溶的兩種液體間由于密度不同而形成的界面位置。其測量儀器根據(jù)具體用由于密度不同而形成的界面位置。其測量儀器根據(jù)具體用途分為液位、料位、界位傳感器或變送器。途分為液位、料位、界位傳感器或變送器。n液位液位-

2、設(shè)備和容器中液體介質(zhì)表面的高低設(shè)備和容器中液體介質(zhì)表面的高低。n料位料位-設(shè)備和容器中所儲存的塊狀、顆粒或粉末狀固體物料的堆設(shè)備和容器中所儲存的塊狀、顆粒或粉末狀固體物料的堆積高度積高度。n界位界位-相界面位置。兩種互不相溶的液體，因其重度不同而形成相界面位置。兩種互不相溶的液體，因其重度不同而形成分界面，為液分界面，為液- -液相界面；互不相溶的液體和固體之間的分界面，液相界面；互不相溶的液體和固體之間的分界面，為液為液- -固相界面。液固相界面。液- -液、液液、液- -固相界面的位置簡稱界位固相界面的位置簡稱界位。n物位是液位、料位、界位的總稱。對物位進行測量、指示和控制物位是液位、料位

3、、界位的總稱。對物位進行測量、指示和控制的儀表，稱物位檢測儀表的儀表，稱物位檢測儀表。 物物位不僅是物料耗量位不僅是物料耗量或產(chǎn)量計量的參數(shù)，也是或產(chǎn)量計量的參數(shù)，也是保證連續(xù)生產(chǎn)和設(shè)備安全保證連續(xù)生產(chǎn)和設(shè)備安全的重要的重要參數(shù)參數(shù)，如調(diào)節(jié)物料，如調(diào)節(jié)物料平衡、掌握物料消耗數(shù)量、平衡、掌握物料消耗數(shù)量、確定產(chǎn)品產(chǎn)量等提供可靠確定產(chǎn)品產(chǎn)量等提供可靠依據(jù)。特別是依據(jù)。特別是在現(xiàn)代大工在現(xiàn)代大工業(yè)生產(chǎn)中，由于規(guī)模大，業(yè)生產(chǎn)中，由于規(guī)模大，速度快，且常用高溫、高速度快，且常用高溫、高壓、強腐蝕性或易燃易爆壓、強腐蝕性或易燃易爆物料，對于物位的監(jiān)測和物料，對于物位的監(jiān)測和自動控制更是至關(guān)重要自動控制更是

4、至關(guān)重要。二、物位測量的意義二、物位測量的意義4.1 概述三、物三、物位測量的工藝位測量的工藝特點特點1 1、液、液位測量的工藝特點位測量的工藝特點 液面是一個規(guī)則的表面，但液面是一個規(guī)則的表面，但當物料流進、流出時，會有波浪，當物料流進、流出時，會有波浪，或者在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)沸騰或起或者在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)沸騰或起泡沫的現(xiàn)象。泡沫的現(xiàn)象。大型容器中常會出現(xiàn)液體各處大型容器中常會出現(xiàn)液體各處溫度、密度和粘度等物理量不均溫度、密度和粘度等物理量不均勻的現(xiàn)象。勻的現(xiàn)象。容器中常會有高溫、高壓，或容器中常會有高溫、高壓，或液體粘度很大，或含有大量雜質(zhì)、液體粘度很大，或含有大量雜質(zhì)、懸浮物等懸浮物等。2

5、2、料、料位測量的工藝特點位測量的工藝特點物料自然堆積時，有堆積傾斜角，因此料面是不平的物料自然堆積時，有堆積傾斜角，因此料面是不平的, ,難以難以確定料位高度。確定料位高度。物料進出時，又存在著滯留區(qū)（由于容器結(jié)構(gòu)而使不易流動物料進出時，又存在著滯留區(qū)（由于容器結(jié)構(gòu)而使不易流動的死角處，叫做滯留區(qū)），影響到物位最低位置的測準。的死角處，叫做滯留區(qū)），影響到物位最低位置的測準。儲倉或料斗中，物料內(nèi)部可能存在大的孔隙，或粉料之中存儲倉或料斗中，物料內(nèi)部可能存在大的孔隙，或粉料之中存在小的間隙，前者影響對物料儲量的計算，而后者則在振動或在小的間隙，前者影響對物料儲量的計算，而后者則在振動或壓力、濕

6、度變化時物位也隨之變化。壓力、濕度變化時物位也隨之變化。3 3、界、界位測量中最常見的位測量中最常見的問題問題界面位置不明顯，渾濁段的存在也影響測準。界面位置不明顯，渾濁段的存在也影響測準。4.1 概述三、物三、物位測量的工藝位測量的工藝特點特點四、物位測量儀表四、物位測量儀表的分類的分類直直讀式讀式物位測量儀表浮力浮力式式物位測量儀表靜壓靜壓式式物位測量儀表電磁式電磁式物位測量儀表電容式電容式物位測量儀表超聲波超聲波式式物位測量儀表核輻射核輻射式式物位測量儀表等此外還有聲學(xué)聲學(xué)式式、稱重式稱重式、重錘式重錘式、旋翼式旋翼式等4.1 概述4.1 概述4.2 直讀式液位計4.3 浮力式液位計4.

7、4 靜壓式液位計4.5 電容式物位計4.6 阻力式料位計4.7 超聲式物位計4.8 微波式及射線物位計n優(yōu)點優(yōu)點結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜，一般用在溫度及壓力不太高的場合就簡單、價格便宜，一般用在溫度及壓力不太高的場合就地指示液位的高低。地指示液位的高低。 4.2 直讀式液位計n玻璃液位計的工作原理玻璃液位計的工作原理按照連通器液柱靜壓平衡的原理工作。按照連通器液柱靜壓平衡的原理工作。n缺點缺點不能不能測量深色或粘稠的介質(zhì)的液位，另外玻璃易碎，且信號測量深色或粘稠的介質(zhì)的液位，另外玻璃易碎，且信號不能遠傳和自動記錄。不能遠傳和自動記錄。直讀式液位計是一種簡單而常用的直讀式液位計是一種簡單而常用的液

8、位測量儀表。其中最簡單的就是液位測量儀表。其中最簡單的就是直接直接用直尺插入介質(zhì)中來測量液位用直尺插入介質(zhì)中來測量液位，另外就，另外就是是用玻璃液位計用玻璃液位計進行測量。進行測量。n當用玻璃液位計進行精確測量時應(yīng)注意：當用玻璃液位計進行精確測量時應(yīng)注意： 應(yīng)使容器和儀器中的介質(zhì)具有相同的溫度，以免因應(yīng)使容器和儀器中的介質(zhì)具有相同的溫度，以免因密度不同而引起示值誤差。密度不同而引起示值誤差。 玻璃液位計管徑不宜太小，以免因毛細現(xiàn)象而引起玻璃液位計管徑不宜太小，以免因毛細現(xiàn)象而引起示值誤差。示值誤差。 應(yīng)盡量減小連通管上的流動阻力，以減小液位快速應(yīng)盡量減小連通管上的流動阻力，以減小液位快速變化時

9、產(chǎn)生的動態(tài)誤差。變化時產(chǎn)生的動態(tài)誤差。 為了改善儀表的動態(tài)性能，也不能把連通管上的閥為了改善儀表的動態(tài)性能，也不能把連通管上的閥門省掉。當玻璃管或玻璃板一旦發(fā)生損壞時，可利門省掉。當玻璃管或玻璃板一旦發(fā)生損壞時，可利用連通管上的閥門進行切斷，以免事故擴大。用連通管上的閥門進行切斷，以免事故擴大。4.2 直讀式液位計4.1 概述4.2 直讀式液位計4.3 浮力式液位計4.4 靜壓式液位計4.5 電容式物位計4.6 阻力式料位計4.7 超聲式物位計4.8 微波式及射線物位計n工作工作原理原理 基于基于液體浮力原理而工作的。液體浮力原理而工作的。 浮力浮力式液位計分為式液位計分為浮子式浮子式和和浮筒

10、式浮筒式液位計兩種。液位計兩種。n優(yōu)點優(yōu)點 不不容易受到外界環(huán)境的影響；浮子或浮筒直接受浮力推動容易受到外界環(huán)境的影響；浮子或浮筒直接受浮力推動，比較直觀、可靠，結(jié)構(gòu)簡單、維修方便等。，比較直觀、可靠，結(jié)構(gòu)簡單、維修方便等。n缺點缺點 由于由于具有可動部件，故容易受摩擦而影響它的靈敏度和增具有可動部件，故容易受摩擦而影響它的靈敏度和增大誤差，而且可動部件易被污垢、銹蝕卡死而影響可靠性。另大誤差，而且可動部件易被污垢、銹蝕卡死而影響可靠性。另外，由于浮筒或浮子要垂直或橫伸于容器中，故所占空間較大外，由于浮筒或浮子要垂直或橫伸于容器中，故所占空間較大。4.3 浮力式液位計1 1、鋼絲繩、鋼絲繩（或

11、鋼帶）式浮子液位計（或鋼帶）式浮子液位計通過測量漂浮于被測液面上的浮子（浮通過測量漂浮于被測液面上的浮子（浮標）隨著液面的變化而上下移動而產(chǎn)生的位標）隨著液面的變化而上下移動而產(chǎn)生的位移來檢測液位高低，其所受浮力的大小一定。移來檢測液位高低，其所受浮力的大小一定。即檢測浮子所在位置可知液面高低即檢測浮子所在位置可知液面高低。 浮子形狀常見有圓盤形、浮子形狀常見有圓盤形、圓柱形圓柱形和球形和球形等。等。4.3 浮力式液位計一、浮子式液位計一、浮子式液位計浮子式液位計是一種浮子式液位計是一種恒浮力恒浮力式液位計。式液位計。24DhDFh g設(shè)圓柱形浮子外徑為浮子浸入液體高度為液體密度為浮子所受浮力

12、為：一、浮子式液位計一、浮子式液位計4.3 浮力式液位計1 1、鋼絲繩（或鋼帶）式、鋼絲繩（或鋼帶）式浮子液位計浮子液位計一、浮子式液位計一、浮子式液位計4.3 浮力式液位計1 1、鋼絲繩（或鋼帶）式、鋼絲繩（或鋼帶）式浮子液位計浮子液位計ghDF42 浮子所受浮力為：gDHF42gDFH42 由 此 可 見 ，由 此 可 見 ，選擇選擇合適的浮子合適的浮子直徑及減少摩擦直徑及減少摩擦阻力，可以改善阻力，可以改善液位計的靈敏度。液位計的靈敏度。 杠桿杠桿浮球式液位計分為浮球式液位計分為內(nèi)浮式內(nèi)浮式和和外浮式外浮式。使用時若有沉淀物或。使用時若有沉淀物或凝結(jié)物附在浮球上，要重新調(diào)整凝結(jié)物附在浮球

13、上，要重新調(diào)整平衡錘平衡錘的位置，校正零位。這類儀的位置，校正零位。這類儀表變化靈活，容易適應(yīng)介質(zhì)的溫度、壓力、粘度等條件。但受機械表變化靈活，容易適應(yīng)介質(zhì)的溫度、壓力、粘度等條件。但受機械杠桿長度的限制，測量范圍較小。杠桿長度的限制，測量范圍較小。2 2、杠桿、杠桿浮球式液位計浮球式液位計1-1-浮球浮球 2-2-連桿連桿 3-3-轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)動軸 4-4-平衡錘平衡錘 5-5-杠桿杠桿 6-6-指針指針 7-7-標尺標尺一、浮子式液位計一、浮子式液位計4.3 浮力式液位計3 3、翻板、翻板式液位計式液位計一、浮子式液位計一、浮子式液位計4.3 浮力式液位計翻板式液位計工作原理動畫演示翻板式液位

14、計工作原理動畫演示3 3、翻板、翻板式液位計式液位計一、浮子式液位計一、浮子式液位計4.3 浮力式液位計二、浮筒二、浮筒式液位計式液位計 浮筒式液位計的浮筒式液位計的檢測元件是浸沒于液體中的浮筒檢測元件是浸沒于液體中的浮筒。浮筒所受浮力隨位移發(fā)生變化浮筒所受浮力隨位移發(fā)生變化。此浮力變化再以力或。此浮力變化再以力或位移變化的形式，帶動電動或氣動元件發(fā)出信號給顯位移變化的形式，帶動電動或氣動元件發(fā)出信號給顯示儀表以顯示液位，也可以實現(xiàn)液位的報警或調(diào)節(jié)示儀表以顯示液位，也可以實現(xiàn)液位的報警或調(diào)節(jié)。浮筒式液位計：是一種浮筒式液位計：是一種變浮力式變浮力式液位計。液位計。這種液位計主要由這種液位計主要

15、由變送器和顯示儀表變送器和顯示儀表兩部分組成。兩部分組成。浮筒的長度就是儀表的量程，一般為浮筒的長度就是儀表的量程，一般為3003002000mm2000mm。4.3 浮力式液位計原理結(jié)構(gòu)圖原理結(jié)構(gòu)圖圓柱圓柱形的檢測元件的浮筒部分沉浸形的檢測元件的浮筒部分沉浸于液體于液體中，由彈簧懸掛，彈簧下端固定，中，由彈簧懸掛，彈簧下端固定，上端受上端受浮筒浮筒重力而拉伸重力而拉伸?；驹砘驹砝酶⊥玻舾性┯捎诒灰后w利用浮筒（敏感元件）由于被液體浸沒浸沒高度不同高度不同，以至所受浮力不同來檢，以至所受浮力不同來檢測液位。測液位。二、浮筒二、浮筒式液位式液位計（帶有差動變壓器）計（帶有差動變壓器

16、）4.3 浮力式液位計二、浮筒二、浮筒式液位式液位計（帶有差動變壓器）計（帶有差動變壓器）4.3 浮力式液位計彈性力彈性力重力重力浮力浮力基本原理基本原理二、浮筒二、浮筒式液位式液位計（帶有差動變壓器）計（帶有差動變壓器）4.3 浮力式液位計 當當液位變化時，浮筒所受浮力改變，液位變化時，浮筒所受浮力改變，彈簧彈簧的變形的變形亦有變化。亦有變化。（即浮筒位移變化）彈簧變形變化液位高度變化假設(shè)xH達到新的力平衡時則有以下關(guān)系：達到新的力平衡時則有以下關(guān)系：基本原理基本原理二、浮筒二、浮筒式液位式液位計（帶有差動變壓器）計（帶有差動變壓器）4.3 浮力式液位計HHxHxHHH位移位移檢測檢測方法方

17、法 彈簧彈簧變形量的檢測可通過差動變壓器實現(xiàn)變形量的檢測可通過差動變壓器實現(xiàn)。如如圖，在浮筒頂部的連桿上裝一鐵心，鐵心圖，在浮筒頂部的連桿上裝一鐵心，鐵心隨隨浮筒浮筒而上下移動，其位移經(jīng)差動變壓器轉(zhuǎn)換而上下移動，其位移經(jīng)差動變壓器轉(zhuǎn)換為為與與位移成比例的電壓輸出，從而給出相應(yīng)的液位移成比例的電壓輸出，從而給出相應(yīng)的液位指示位指示。采用采用彈簧結(jié)構(gòu)的彈簧結(jié)構(gòu)的好處好處液位高度的變化范圍可能很寬，但浮筒只液位高度的變化范圍可能很寬，但浮筒只有很小的位移，對應(yīng)差動式變壓器鐵芯位移很有很小的位移，對應(yīng)差動式變壓器鐵芯位移很小，實現(xiàn)起來方便小，實現(xiàn)起來方便。二、浮筒二、浮筒式液位式液位計（帶有差動變壓器

18、）計（帶有差動變壓器）4.3 浮力式液位計二、浮筒二、浮筒式液位式液位計（帶有差動變壓器）計（帶有差動變壓器）4.3 浮力式液位計4.1 概述4.2 直讀式液位計4.3 浮力式液位計4.4 靜壓式液位計4.5 電容式物位計4.6 阻力式料位計4.7 超聲式物位計4.8 微波式及射線物位計n靜壓靜壓式液位計：通過測式液位計：通過測靜壓力靜壓力或或靜壓差靜壓差來測量來測量液位的儀表。液位的儀表。n工作工作原理原理：容器中盛有液體或固體物料時，物：容器中盛有液體或固體物料時，物體對容器的底部或側(cè)壁會產(chǎn)生一定的體對容器的底部或側(cè)壁會產(chǎn)生一定的靜壓力靜壓力。當液體的密度均勻，或固體顆粒及物料的密度當液體

19、的密度均勻，或固體顆粒及物料的密度與疏密程度均勻時，此與疏密程度均勻時，此靜壓力靜壓力與物料的與物料的物位高物位高度度成正比。測出這個靜壓力的變化就可知道物成正比。測出這個靜壓力的變化就可知道物位的變化。在測量液面上部空間氣相壓力有波位的變化。在測量液面上部空間氣相壓力有波動的密閉容器的液位時，則采用測量動的密閉容器的液位時，則采用測量差壓差壓的方的方法。法。4.4 靜壓式液位計介質(zhì)密度度零液位至液面的液體高設(shè)定的零液位處的壓力力容器上部空間的氣體壓HppBAppgH1液位高度4.4 靜壓式液位計一、壓力計一、壓力計式液位計式液位計壓力式儀表壓力式儀表敞口容器：敞口容器：容器底部或側(cè)面液位零點

20、處引容器底部或側(cè)面液位零點處引出壓力信號，儀表指示的表壓出壓力信號，儀表指示的表壓力即反映相應(yīng)的液柱靜壓。力即反映相應(yīng)的液柱靜壓。4.4 靜壓式液位計壓力計壓力計式液位計的式液位計的特點特點：n優(yōu)點優(yōu)點：比較簡單，而且測量范圍不受限制，信號可以遠：比較簡單，而且測量范圍不受限制，信號可以遠傳傳。n缺點缺點：精度受到壓力表精度的限制，而且只適用于：精度受到壓力表精度的限制，而且只適用于敞口敞口容器容器的測量，當液體密度發(fā)生變化時，會引入一定的誤的測量，當液體密度發(fā)生變化時，會引入一定的誤差。差。 如果如果被測介質(zhì)具有腐蝕性，應(yīng)在儀表與被測液體之間被測介質(zhì)具有腐蝕性，應(yīng)在儀表與被測液體之間加裝加裝

21、隔離罐隔離罐。但是。但是應(yīng)注意隔離液與被測液體之間不能發(fā)生應(yīng)注意隔離液與被測液體之間不能發(fā)生互溶現(xiàn)象?；ト墁F(xiàn)象。 注意注意：當當壓力儀表壓力儀表與與取壓點（零液位）取壓點（零液位）不在同一水不在同一水平位置時，應(yīng)對其位置高度差引起的固定壓力進行修正。平位置時，應(yīng)對其位置高度差引起的固定壓力進行修正。一、壓力計一、壓力計式液位計式液位計4.4 靜壓式液位計二、差二、差壓式液位計壓式液位計 用用壓力式液位計測量壓力式液位計測量密閉容器密閉容器的液位時，壓力表的示值的液位時，壓力表的示值包含了液面上部的氣相壓力，而此壓力不一定是定值，所以包含了液面上部的氣相壓力，而此壓力不一定是定值，所以用這種液位

22、計測量液位時會引起較大的誤差。用這種液位計測量液位時會引起較大的誤差。為消除氣相壓為消除氣相壓力的影響，需采用差壓式液位計。力的影響，需采用差壓式液位計。密閉容器：密閉容器：差差壓計的正壓側(cè)與容器底部相壓計的正壓側(cè)與容器底部相通，負壓側(cè)連接容器上部的大通，負壓側(cè)連接容器上部的大氣空間。由氣空間。由式可式可求液位高度求液位高度差壓式儀表差壓式儀表4.4 靜壓式液位計1-1-毛細管毛細管 2-2-變送器變送器 3-3-平法蘭測量平法蘭測量頭頭 4-4-插入式法蘭測量頭插入式法蘭測量頭三、法蘭三、法蘭式壓力變送器的應(yīng)用式壓力變送器的應(yīng)用 法蘭法蘭式差壓變送器的法蘭直接式差壓變送器的法蘭直接與容器上的

23、法蘭相連接，作為敏感與容器上的法蘭相連接，作為敏感元件的測量頭（金屬膜盒）經(jīng)毛細元件的測量頭（金屬膜盒）經(jīng)毛細管與變送器的測量室相通。在膜盒管與變送器的測量室相通。在膜盒、毛細管和測量室所組成的密閉系、毛細管和測量室所組成的密閉系統(tǒng)內(nèi)充有硅油，作為傳壓介質(zhì)，毛統(tǒng)內(nèi)充有硅油，作為傳壓介質(zhì)，毛細管外套以金屬蛇皮管細管外套以金屬蛇皮管保護。保護。 法蘭法蘭測頭的結(jié)構(gòu)形式分為測頭的結(jié)構(gòu)形式分為平法平法蘭蘭和和插入式法蘭插入式法蘭兩種。兩種。4.4 靜壓式液位計 法蘭法蘭式差壓變送器適宜于測量式差壓變送器適宜于測量腐蝕性腐蝕性、結(jié)晶性結(jié)晶性、粘粘稠性稠性和和含有懸浮物含有懸浮物的液體的液位和界位測量。的

24、液體的液位和界位測量。 法蘭法蘭式差壓變送器式差壓變送器缺點缺點：比普通的差壓變送器：比普通的差壓變送器貴貴，而且有的毛細管內(nèi)的而且有的毛細管內(nèi)的充灌液充灌液很容易滲漏掉。反應(yīng)比普通很容易滲漏掉。反應(yīng)比普通的差壓變送器的差壓變送器遲緩遲緩，特別是天冷的時候，儀表的靈敏度，特別是天冷的時候，儀表的靈敏度更低。法蘭式液位計的測量范圍還受毛細管長度的限制更低。法蘭式液位計的測量范圍還受毛細管長度的限制。因此，使用哪一種液位計進行測量，要視具體的情況。因此，使用哪一種液位計進行測量，要視具體的情況而定。而定。三、法蘭三、法蘭式壓力變送器的應(yīng)用式壓力變送器的應(yīng)用4.4 靜壓式液位計四、靜壓四、靜壓式液位

25、計的零點遷移式液位計的零點遷移4.4 靜壓式液位計無遷移液位測量系統(tǒng)無遷移液位測量系統(tǒng)1 1容器容器 2 2變送器變送器 3 3液位零面液位零面四、靜壓四、靜壓式液位計的零點遷移式液位計的零點遷移4.4 靜壓式液位計00()0000pHgh gppppppHgh gHgcHpcHpc 容器內(nèi)液面上方的氣體壓力差壓計兩側(cè)壓力為可見，當液面高度為時， ，為使時，需要設(shè)法消去 的作用。四、靜壓四、靜壓式液位計的零點遷移式液位計的零點遷移4.4 靜壓式液位計121022011221()()B 容器內(nèi)液面上方的氣體壓力差壓計兩側(cè)壓力為phgHgpphgppppHghhgHg0000BHpHp 當時，差壓

26、變送器受到一個附加的差壓作用，為使時，需要消去 的作用，由于要遷移的量為負值負遷移4.4 靜壓式液位計總結(jié)：總結(jié)：量程遷移一般通過調(diào)整儀表量程遷移一般通過調(diào)整儀表上的上的遷移彈簧即可實現(xiàn)，這遷移彈簧即可實現(xiàn)，這種調(diào)整同時種調(diào)整同時改變了量程的上、下限，而不改變量程大小。改變了量程的上、下限，而不改變量程大小。4.4 靜壓式液位計四、靜壓四、靜壓式液位計的零點遷移式液位計的零點遷移31321200/950/kg mkg mmh0 . 11mh0 . 522/8 . 9smg agHP352808 . 9120031max37240 8 . 99505)-(1)(0H221，有當ghhp4.4 靜

27、壓式液位計37240 2.76KPa；時，對應(yīng)測量液位高度輸出；時，對應(yīng)測量液位高度輸出mmm4 . 3335.2840HA20I0HA4Imh0 . 11mh0 . 522/8 . 9smg 4.4 靜壓式液位計五、靜壓五、靜壓式液位計的特點及選型式液位計的特點及選型1 1、靜壓、靜壓式液位計的特點式液位計的特點 差差壓式儀表的性能穩(wěn)定、精度高，是應(yīng)用最廣泛的一壓式儀表的性能穩(wěn)定、精度高，是應(yīng)用最廣泛的一種儀表。利用差壓式液位計測量液位具有如下種儀表。利用差壓式液位計測量液位具有如下特點特點： 檢測元件不占容器空間，而只需在容器側(cè)壁上開兩個檢測元件不占容器空間，而只需在容器側(cè)壁上開兩個引壓孔

28、。引壓孔。 檢測元件無可動部件，安裝方便，使用可靠。檢測元件無可動部件，安裝方便，使用可靠。 采用法蘭式結(jié)構(gòu)還可以解決黏度大、易結(jié)晶、有懸浮采用法蘭式結(jié)構(gòu)還可以解決黏度大、易結(jié)晶、有懸浮物的介質(zhì)液位的測量。物的介質(zhì)液位的測量。 在冬季使用時，須采用保溫措施，以防止隔離罐、導(dǎo)在冬季使用時，須采用保溫措施，以防止隔離罐、導(dǎo)壓管及儀表內(nèi)的液體凍結(jié)，影響正常的測量。壓管及儀表內(nèi)的液體凍結(jié)，影響正常的測量。4.4 靜壓式液位計2 2、靜壓、靜壓式液位計的選型式液位計的選型 腐蝕性、結(jié)晶性、粘稠性、易汽化和含懸浮物的液體，腐蝕性、結(jié)晶性、粘稠性、易汽化和含懸浮物的液體，宜選用宜選用平法蘭式平法蘭式差壓式液

29、位計。差壓式液位計。 高結(jié)晶、高粘性、結(jié)膠性和沉淀性液體，宜選用高結(jié)晶、高粘性、結(jié)膠性和沉淀性液體，宜選用插入式插入式法蘭差壓式液位計。法蘭差壓式液位計。 對于在環(huán)境溫度下，氣相可能冷凝，液相可能汽化，或?qū)τ谠诃h(huán)境溫度下，氣相可能冷凝，液相可能汽化，或氣相有液體分離的對象，在使用普通差壓式液位計進行氣相有液體分離的對象，在使用普通差壓式液位計進行測量時，應(yīng)視具體情況分別設(shè)置測量時，應(yīng)視具體情況分別設(shè)置隔離器隔離器、分離器分離器、汽化汽化器器、平衡容器平衡容器等部件，或?qū)y量管線保溫、伴熱。等部件，或?qū)y量管線保溫、伴熱。 用差壓式液位計測量鍋爐汽包液面時，所采用的用差壓式液位計測量鍋爐汽包液面

30、時，所采用的雙室平雙室平衡容器衡容器應(yīng)為溫度補償型的。應(yīng)為溫度補償型的。五、靜壓五、靜壓式液位計的特點及選型式液位計的特點及選型4.4 靜壓式液位計4.1 概述4.2 直讀式液位計4.3 浮力式液位計4.4 靜壓式液位計4.5 電容式物位計4.6 阻力式料位計4.7 超聲式物位計4.8 微波式及射線物位計n電容物位計電容物位計：將：將物位物位的變化轉(zhuǎn)的變化轉(zhuǎn)換成換成電容量電容量的變化來進行物位的變化來進行物位測量的儀表。測量的儀表。n組成組成：傳感器、電容檢測兩大：傳感器、電容檢測兩大部分。部分。n電容式電容式物位計物位計適用于適用于各種各種導(dǎo)電、導(dǎo)電、非導(dǎo)電液體的液位非導(dǎo)電液體的液位或或粉狀

31、料位粉狀料位的遠距離連續(xù)測量和指示，也的遠距離連續(xù)測量和指示，也可以和電動單元組合儀表配套可以和電動單元組合儀表配套使用，以實現(xiàn)液位或料位的自使用，以實現(xiàn)液位或料位的自動記錄、控制和調(diào)節(jié)。由于它動記錄、控制和調(diào)節(jié)。由于它的結(jié)構(gòu)簡單，沒有可動部分，的結(jié)構(gòu)簡單，沒有可動部分，因此應(yīng)用范圍較廣。因此應(yīng)用范圍較廣。4.5 電容式物位計4.5 電容式物位計u利用物料介電常數(shù)恒定時利用物料介電常數(shù)恒定時極間電容極間電容正比于正比于物位物位的原理的原理，可構(gòu)成電容式物位傳感器，可構(gòu)成電容式物位傳感器。u特點特點是無可動部件，與物料密度無關(guān)，但是無可動部件，與物料密度無關(guān)，但要求物料的介電常數(shù)與空氣介電常數(shù)差

32、別要求物料的介電常數(shù)與空氣介電常數(shù)差別大，且需用高頻電路大，且需用高頻電路。HdDHCCC一定條件下）（電容變化量)/ln(2:120一、一、電容式液位計電容式液位計測量測量導(dǎo)電液體液位時導(dǎo)電液體液位時：c11c12c2電容導(dǎo)電液和內(nèi)電極構(gòu)成的電容容器和絕緣套管構(gòu)成的極構(gòu)成的電容絕緣套管外表面和內(nèi)電)/ln(2)/ln()(2)/ln()(222121211rRHCRRHLCrRHLCi絕緣套管的介電常數(shù)常數(shù)被測液位上方空氣介電為容器內(nèi)徑設(shè)21iR111212,CCRRi且4.5 電容式物位計一、一、電容式液位計電容式液位計c11c12c24.5 電容式物位計122112222ln(/)ln(

33、/)ln(/ )iiCCCLHHRRRRR r總電容rRRRi，12加隨液位的升高而線性增電容增量總電容kHCCkHCrRHRRLCi0021C)/ln(2)/ln(2一、一、電容式液位計電容式液位計4.5 電容式物位計n電容式物位計一般不受真空、壓力、電容式物位計一般不受真空、壓力、溫度等環(huán)境條件的影響；安裝方便，溫度等環(huán)境條件的影響；安裝方便，結(jié)構(gòu)牢固，易維修；價格較低。結(jié)構(gòu)牢固，易維修；價格較低。n但是不適合于以下介質(zhì)：如介質(zhì)的但是不適合于以下介質(zhì)：如介質(zhì)的介電常數(shù)隨溫度等影響而變化、介介電常數(shù)隨溫度等影響而變化、介質(zhì)在電極上有沉積或附著、介質(zhì)中質(zhì)在電極上有沉積或附著、介質(zhì)中有氣泡產(chǎn)生等

34、情況。有氣泡產(chǎn)生等情況。二、非二、非導(dǎo)電介質(zhì)用電容式物位計導(dǎo)電介質(zhì)用電容式物位計 若若被測介質(zhì)是粘被測介質(zhì)是粘性非導(dǎo)電液體，其測性非導(dǎo)電液體，其測量量結(jié)果會結(jié)果會受到受到虛假液虛假液位位的影響，但一般很的影響，但一般很小，可以小，可以忽略忽略。HKdDHCCCi00)/ln()(24.5 電容式物位計三、固體三、固體物料用電容式物位計物料用電容式物位計 因為因為固體摩擦較大，容易固體摩擦較大，容易“滯留滯留”，所以一般不用雙，所以一般不用雙層式電極。對于非導(dǎo)電固體料位，可采用以層式電極。對于非導(dǎo)電固體料位，可采用以電極棒電極棒和和容器容器壁壁為兩電極、以被測物料作為電介質(zhì)的電容器來測量。如為兩

35、電極、以被測物料作為電介質(zhì)的電容器來測量。如果容器為圓筒形，電容變化量為果容器為圓筒形，電容變化量為 對于對于像鋼筋水泥料倉的料位測量，用像鋼筋水泥料倉的料位測量，用鋼絲繩鋼絲繩及及倉庫鋼倉庫鋼筋筋作為容器的兩極，以測量非導(dǎo)電物料的料位。鋼絲繩對作為容器的兩極，以測量非導(dǎo)電物料的料位。鋼絲繩對地及鋼筋用絕緣材料加以絕緣。地及鋼筋用絕緣材料加以絕緣。HKdDHCCCi00)/ln()(24.5 電容式物位計電容式物位計在使用時主要應(yīng)注意以下幾點電容式物位計在使用時主要應(yīng)注意以下幾點： 電極必須垂直安裝，安裝前要校直。電極必須垂直安裝，安裝前要校直。 注意不要把電極安裝在管口、孔、凹坑等里面，以防

36、止介注意不要把電極安裝在管口、孔、凹坑等里面，以防止介質(zhì)停留而造成誤動作。質(zhì)停留而造成誤動作。 儀表的同軸電纜芯線不允許進水，必須嚴格予以注意。儀表的同軸電纜芯線不允許進水，必須嚴格予以注意。 同軸電纜不許切斷或加長，因為在校驗中已計入初始電容同軸電纜不許切斷或加長，因為在校驗中已計入初始電容量，否則將影響零點和整個線性。量，否則將影響零點和整個線性。 當被測介質(zhì)改變后，需重新調(diào)整儀表。當被測介質(zhì)改變后，需重新調(diào)整儀表。 當周圍溫度與調(diào)整時的溫度偏離過大時，則必須重新調(diào)整當周圍溫度與調(diào)整時的溫度偏離過大時，則必須重新調(diào)整儀表。儀表。三、固體三、固體物料用電容式物位計物料用電容式物位計4.5 電

37、容式物位計四、油箱四、油箱油量檢測系統(tǒng)油量檢測系統(tǒng) 主要主要組成部分是電容式液位組成部分是電容式液位傳感器傳感器、電橋電橋、放大器放大器、兩兩相電機相電機、減速機構(gòu)減速機構(gòu)和和顯示裝置顯示裝置等。等。 4.5 電容式物位計4.5 導(dǎo)電式液位計 導(dǎo)電式液位計是利導(dǎo)電式液位計是利用某些液體的用某些液體的導(dǎo)電導(dǎo)電特性特性制成的。制成的。 導(dǎo)電式液位計的被導(dǎo)電式液位計的被測介質(zhì)必須是導(dǎo)電的，測介質(zhì)必須是導(dǎo)電的，在抽水及儲水設(shè)備、工在抽水及儲水設(shè)備、工業(yè)水箱、汽車水箱等方業(yè)水箱、汽車水箱等方面均被采用。面均被采用。一、電一、電接點液位傳感器接點液位傳感器電導(dǎo)電導(dǎo)式液位傳感器式液位傳感器 4.5 導(dǎo)電式液

38、位計二、簡易二、簡易連續(xù)指示液位計連續(xù)指示液位計4.5 導(dǎo)電式液位計三、跟蹤三、跟蹤式液位變送器式液位變送器n精確度較高的電導(dǎo)式液位計或液精確度較高的電導(dǎo)式液位計或液位變送器應(yīng)該用伺服系統(tǒng)構(gòu)成，位變送器應(yīng)該用伺服系統(tǒng)構(gòu)成，右圖是由電導(dǎo)原理構(gòu)成的跟蹤式右圖是由電導(dǎo)原理構(gòu)成的跟蹤式液位變送器。液位變送器。n為了不致頻繁正反轉(zhuǎn)動，可采用為了不致頻繁正反轉(zhuǎn)動，可采用高度不等的兩個探針，都浸沒時高度不等的兩個探針，都浸沒時提升，都暴露時下降，只有高探提升，都暴露時下降，只有高探針在液上而低探針在液下時電機針在液上而低探針在液下時電機停止。若兩探針的高度差很小，停止。若兩探針的高度差很小，也有足夠精度。也

39、有足夠精度。 4.5 導(dǎo)電式液位計4.1 概述4.2 直讀式液位計4.3 浮力式液位計4.4 靜壓式液位計4.5 電容式物位計4.6 阻力式料位計4.7 超聲式物位計4.8 微波式及射線物位儀表一、重錘一、重錘探索法探索法4.6 阻力式料位計二、旋二、旋漿或推桿法漿或推桿法 利用利用微型電機做驅(qū)動微型電機做驅(qū)動裝置，傳動軸與離合器相裝置，傳動軸與離合器相連接，當未接觸物料時，連接，當未接觸物料時，電機正常運轉(zhuǎn)，當葉片接電機正常運轉(zhuǎn)，當葉片接觸物料時，電機停止轉(zhuǎn)動，觸物料時，電機停止轉(zhuǎn)動，檢測裝置輸出一接點信號，檢測裝置輸出一接點信號，同時切斷電源停止轉(zhuǎn)動同時切斷電源停止轉(zhuǎn)動。 當當物料下降時葉

40、片所物料下降時葉片所受阻力消失，檢測裝置依受阻力消失，檢測裝置依靠扭力彈簧恢復(fù)到原始狀靠扭力彈簧恢復(fù)到原始狀態(tài)。態(tài)。針對不同比重物料扭針對不同比重物料扭力大小可以調(diào)節(jié)力大小可以調(diào)節(jié)。4.6 阻力式料位計三、音叉三、音叉法法 音叉音叉式物位開關(guān)的式物位開關(guān)的工作工作原理：原理：通過通過安裝在音叉基座上安裝在音叉基座上的一對壓電晶體使音叉在一定共振頻率下振動。當音叉與的一對壓電晶體使音叉在一定共振頻率下振動。當音叉與被測介質(zhì)相接觸被測介質(zhì)相接觸時，音叉時，音叉的振幅和頻率將發(fā)生突變，智能的振幅和頻率將發(fā)生突變，智能電路對此進行檢測并將這種變化轉(zhuǎn)換為一個開關(guān)信號電路對此進行檢測并將這種變化轉(zhuǎn)換為一個

41、開關(guān)信號。 這種原理不需要大幅度的機械運動，驅(qū)動功率小，機這種原理不需要大幅度的機械運動，驅(qū)動功率小，機械結(jié)構(gòu)簡單，靈敏而可靠。械結(jié)構(gòu)簡單，靈敏而可靠。4.6 阻力式料位計4.1 概述4.2 直讀式液位計4.3 浮力式液位計4.4 靜壓式液位計4.5 電容式物位計4.6 阻力式料位計4.7 超聲式物位計4.8 微波式及射線物位計n利用這一規(guī)律可構(gòu)成兩類液位傳感器，即利用這一規(guī)律可構(gòu)成兩類液位傳感器，即透射式透射式和和反射式反射式。n無論透射式或反射式，產(chǎn)生超聲波的換能器和接收超聲波的換無論透射式或反射式，產(chǎn)生超聲波的換能器和接收超聲波的換能器都是利用壓電元件構(gòu)成的。發(fā)射超聲波時利用逆壓電效應(yīng)，

42、能器都是利用壓電元件構(gòu)成的。發(fā)射超聲波時利用逆壓電效應(yīng)，接收超聲波時利用正壓電效應(yīng)。發(fā)射和接收這兩個換能器的構(gòu)接收超聲波時利用正壓電效應(yīng)。發(fā)射和接收這兩個換能器的構(gòu)造是一樣的，只是工作任務(wù)不同。造是一樣的，只是工作任務(wù)不同。1212mmmm412mm4.7 超聲式物位計n不受介質(zhì)粘度的影響，并與介質(zhì)的介電常數(shù)、電導(dǎo)率、不受介質(zhì)粘度的影響，并與介質(zhì)的介電常數(shù)、電導(dǎo)率、熱導(dǎo)率等無關(guān)；熱導(dǎo)率等無關(guān)；n適合強腐蝕、高壓、有毒、高粘度液體的測量；適合強腐蝕、高壓、有毒、高粘度液體的測量；n不適宜被測液體中有氣泡和懸浮物，而且液面不能有很不適宜被測液體中有氣泡和懸浮物，而且液面不能有很大的波動；大的波動；

43、n測量精度受聲速的影響（聲速受溫度影響）。測量精度受聲速的影響（聲速受溫度影響）。超聲波物位計的特點：超聲波物位計的特點：n無可動部件，換能器的振幅小，壽命長，可實現(xiàn)非接觸無可動部件，換能器的振幅小，壽命長，可實現(xiàn)非接觸式測量；式測量；4.7 超聲式物位計一、窄一、窄縫式超聲液位開關(guān)縫式超聲液位開關(guān)( (透射式透射式) )n美國羅斯蒙特集團美國羅斯蒙特集團Kay-Ray/Sensall公司首創(chuàng)的這種液位開關(guān)，公司首創(chuàng)的這種液位開關(guān)，其探頭部分具有其探頭部分具有縫隙?？p隙。 n窄縫式液位開關(guān)可自容器側(cè)壁橫向插窄縫式液位開關(guān)可自容器側(cè)壁橫向插入，或自頂部豎向插入，只要窄縫處入，或自頂部豎向插入，只

44、要窄縫處于所控制的液位高度上即可于所控制的液位高度上即可。n當窄縫被液體浸沒時，超聲波能量足當窄縫被液體浸沒時，超聲波能量足以透過窄縫被接收器監(jiān)測到，經(jīng)放大以透過窄縫被接收器監(jiān)測到，經(jīng)放大后反饋給發(fā)射器并維持振蕩。后反饋給發(fā)射器并維持振蕩。n當液位下降后窄縫暴露在空氣中，阻當液位下降后窄縫暴露在空氣中，阻抗顯著變小，大部分聲波被反射，接抗顯著變小，大部分聲波被反射，接收到聲能太小不足以維持振蕩，輸出收到聲能太小不足以維持振蕩，輸出信號改變。信號改變。1 1壓電換能器（接收）壓電換能器（接收）2 2壓電換能器（發(fā)射）壓電換能器（發(fā)射）3 3振蕩放大電路振蕩放大電路4 4功率放大電路功率放大電路4

45、.7 超聲式物位計二、氣二、氣介式超聲液位傳感器介式超聲液位傳感器( (反射式反射式) )n連續(xù)測量液位時，利用反射原理，發(fā)射換能器發(fā)出超聲連續(xù)測量液位時，利用反射原理，發(fā)射換能器發(fā)出超聲脈沖，到達液面后反射回來由接收換能器接收，根據(jù)聲脈沖，到達液面后反射回來由接收換能器接收，根據(jù)聲波往返時間，在已知聲速的條件下判斷液位波往返時間，在已知聲速的條件下判斷液位(這實際上是這實際上是超聲測距原理超聲測距原理)。發(fā)射和接收可由同一換能器擔(dān)任，先由。發(fā)射和接收可由同一換能器擔(dān)任，先由它發(fā)射，隨即轉(zhuǎn)為接收。它發(fā)射，隨即轉(zhuǎn)為接收。n如換能器裝在液面以上的氣體介質(zhì)中垂直向下發(fā)射和接如換能器裝在液面以上的氣體

46、介質(zhì)中垂直向下發(fā)射和接收，則稱為收，則稱為“氣介式氣介式”。最大好處是換能器不必和液體。最大好處是換能器不必和液體接觸，便于防腐蝕和滲漏，而且對于有粘性的液體及含接觸，便于防腐蝕和滲漏，而且對于有粘性的液體及含有顆粒雜質(zhì)或氣泡的液體，也不妨礙工作有顆粒雜質(zhì)或氣泡的液體，也不妨礙工作。4.7 超聲式物位計二、氣二、氣介式超聲液位傳感器介式超聲液位傳感器( (反射式反射式) )n使發(fā)射的超聲波束靠近容器壁，使發(fā)射的超聲波束靠近容器壁，在壁上安裝多個反射板，這些反在壁上安裝多個反射板，這些反射板對聲波都有反射作用，使回射板對聲波都有反射作用，使回波曲線呈現(xiàn)若干小脈沖，最后出波曲線呈現(xiàn)若干小脈沖，最后

47、出現(xiàn)的大脈沖是波面反射造成的?，F(xiàn)的大脈沖是波面反射造成的。只要將小脈沖的數(shù)目技術(shù)，便知只要將小脈沖的數(shù)目技術(shù)，便知液面位置。液面位置。1 1換能器換能器2 2反射板反射板4.7 超聲式物位計三、液三、液介式超聲液位傳感器介式超聲液位傳感器( (反射式反射式) )n液介式用的換能器浸在液中，依靠液體傳聲，其液介式用的換能器浸在液中，依靠液體傳聲，其聲速主要受到聲速主要受到溫度溫度影響，常用如圖所影響，常用如圖所示校正裝置。示校正裝置。1 1浮子；浮子；2 2反射靶；反射靶；3 3擺桿；擺桿；4 4校正用換能器；校正用換能器；5 5發(fā)射接收換能器發(fā)射接收換能器2ctH 012Lct0tHLt4.7

48、 超聲式物位計四、磁致伸縮四、磁致伸縮式液位儀表式液位儀表n某些磁性材料，在周圍磁場作用下內(nèi)部磁疇的取向改變，因某些磁性材料，在周圍磁場作用下內(nèi)部磁疇的取向改變，因而引起尺寸的伸縮，這就叫做而引起尺寸的伸縮，這就叫做 “磁致伸縮現(xiàn)象磁致伸縮現(xiàn)象”。n在在脈沖磁場作用下，金屬內(nèi)短暫的局部壓力微小變化就形成脈沖磁場作用下，金屬內(nèi)短暫的局部壓力微小變化就形成了了聲波聲波，能夠沿桿或棒傳播。內(nèi)部沒有空隙的密實固體是傳，能夠沿桿或棒傳播。內(nèi)部沒有空隙的密實固體是傳聲的好材料，聲波在這種材料里的傳播速度比在空氣里要快聲的好材料，聲波在這種材料里的傳播速度比在空氣里要快得多，聲波能量的損耗也比較小。借助于電

49、脈沖與磁致伸縮得多，聲波能量的損耗也比較小。借助于電脈沖與磁致伸縮原理結(jié)合，就能夠在固體里產(chǎn)生聲波，并傳到別處?？梢岳斫Y(jié)合，就能夠在固體里產(chǎn)生聲波，并傳到別處?？梢岳孟喾吹脑恚邮芄腆w里面的聲波，變成電信號輸出用相反的原理，接受固體里面的聲波，變成電信號輸出。n若已知聲音在金屬棒里的傳播速度，向金屬棒的一端發(fā)射聲若已知聲音在金屬棒里的傳播速度，向金屬棒的一端發(fā)射聲脈沖，在另一端接收，根據(jù)從發(fā)射到接收的時間當然能夠測脈沖，在另一端接收，根據(jù)從發(fā)射到接收的時間當然能夠測出棒的長度來。假如有辦法出棒的長度來。假如有辦法讓金屬棒的長度隨液位而變讓金屬棒的長度隨液位而變，就，就能用這種原理測定液

50、位。能用這種原理測定液位。4.7 超聲式物位計磁致伸縮磁致伸縮液位計示意圖液位計示意圖 n圖中圖中不銹鋼外管不銹鋼外管1里有里有圓形芯棒圓形芯棒2，芯棒是用，芯棒是用磁致伸縮效應(yīng)比較明顯的合金制成的，外管磁致伸縮效應(yīng)比較明顯的合金制成的，外管與芯棒之間留有空隙，但末端是接觸的與芯棒之間留有空隙，但末端是接觸的。n安裝時，把安裝時，把不銹鋼外管豎立安裝在容器里，不銹鋼外管豎立安裝在容器里，并且套上一個有并且套上一個有環(huán)形永久磁鐵環(huán)形永久磁鐵3的的浮子浮子4。于。于是，浮子就隨液面高低停留在某個位置上是，浮子就隨液面高低停留在某個位置上。n被被環(huán)形永久磁鐵套住的那一小段芯棒就處于環(huán)形永久磁鐵套住的那一小段芯棒就處于磁場之中，磁力線在芯棒表面通過的方向是磁場之中，磁力線在芯棒表面通過的方向是順著芯棒軸線的，如圖中之順著芯棒軸線的，如圖中之5。芯棒的其它。芯棒的其它部分因處于磁鐵之外，不受磁場影響。當有部分因處于磁鐵之外，不受磁場影響。當有電流電流6從芯棒流入，再經(jīng)外管流回時，在芯從芯棒流入，再經(jīng)外管流回時，在芯棒周圍形成圍繞芯棒的環(huán)狀磁力線棒周圍形成圍繞芯棒的環(huán)狀磁力線7，其方，其方向由