第3章 檢測變送儀表(化工儀表及自動化林德杰)

1、第3章檢測變送儀表3.1檢測變送儀表的基本性能與分類3.2壓力檢測儀表3.3溫度檢測儀表3.4流量檢測儀表3.5物位檢測儀表3.6成分分析儀表3.1檢測變送儀表的基本性能與分類3.1.1檢測的基本概念3.1.2檢測儀表的基本性能3.1.3檢測儀表的分類3.1.4變送器的使用3.1.1檢測的基本概念圖3-1檢測過程的原理框圖3.1.2檢測儀表的基本性能1.測量范圍和量程2.輸入輸出特性3.穩(wěn)定性4.重復(fù)性5.誤差6.反應(yīng)時間1.測量范圍和量程每臺檢測儀表都有一個測量范圍，儀表工作在這個范圍內(nèi)，可以保證儀表不會被損壞，而且儀表輸出值的準(zhǔn)確度能符合所規(guī)定的值。這個范圍的最小值Xmin和最大值Xmax

2、分別為測量下限和測量上限。測量上限和測量下限的代數(shù)差成為儀表的量程Xm，即Xm=XmaxXmin2.輸入輸出特性1) 靈敏度S：是檢測儀表對被測量變化的靈敏程度，常以在被測量改變時，經(jīng)過足夠時間檢測儀表輸出值達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，儀表輸出變化量y與引起此變化的輸入變化量x之比表示，即 S=yx 式(3-1) 2) 死區(qū)：檢測儀表的輸入量的變化不致引起輸出量可察覺的變化的有限區(qū)間，在這個區(qū)間內(nèi)，儀表靈敏度為零。3) 回差(也稱變差)：檢測儀表對于同一被測量在其上升和下降時對應(yīng)輸出值間的最大誤差，如圖3-3所示。4) 線性度：各種檢測儀表的輸入輸出特性曲線應(yīng)該具有線性特性，以便于信號間的轉(zhuǎn)換和顯示，利于

3、提高儀表的整體準(zhǔn)確度。圖3-2儀表的靈敏度圖3-3儀表的回差圖3-4儀表的線性度5.誤差(1) 絕對誤差絕對誤差在理論上是指由測量所得之被測量的值x與被測量的真值A(chǔ)之差，記為x，即x=x-A 式(3-2) (2) 相對誤差儀表的實際絕對誤差與被測量實際值之比的百分?jǐn)?shù)稱為實際值相對誤差，即A=xA100% 式(3-3) 示值相對誤差，即x=xx100% 式(3-4)(3) 引用誤差最大引用誤差是最大絕對誤差與檢測儀表滿度值xFS之比的百分?jǐn)?shù)，即om=xmxFS100% 式(3-5)3.1.3檢測儀表的分類1)按被測參數(shù)分類，每個檢測儀表一般被用來測量某個特定的參數(shù)，根據(jù)這些被測參數(shù)的不同，檢測儀

4、表可分為溫度檢測儀表(簡稱溫度儀表)、壓力檢測儀表、流量檢測儀表、物位檢測儀表等。2)按對被測參數(shù)的響應(yīng)形式分類，檢測儀表可分為連續(xù)式檢測儀表和開關(guān)式檢測儀表。3)按儀表中使用的能源和主要信息的類型分類，檢測儀表可分為機械式儀表、電式儀表、氣式儀表和光式儀表。4)按是否具有遠(yuǎn)傳功能分類，檢測儀表可分為就地顯示儀表和遠(yuǎn)傳式儀表。5)按信號的輸出(顯示)形式分類，檢測儀表可分為模擬式儀表和數(shù)字式儀表。6)按應(yīng)用的場所分類，檢測儀表也有各種分類。7)按儀表的結(jié)構(gòu)方式分類，檢測儀表可分為開環(huán)結(jié)構(gòu)儀表和閉環(huán)結(jié)構(gòu)儀表。8)按儀表的組成形式分類，檢測儀表可分為基地式儀表和單元組合式儀表。表3-1DDZ型與D

5、DZ型儀表的性能比較3.1.4變送器的使用圖3-5變送器的量程調(diào)整圖3-6變送器的零點調(diào)整與零點遷移a)零點調(diào)整b)正零點遷移c)負(fù)零點遷移3.2壓力檢測儀表3.2.1壓力的基本概念3.2.2壓力檢測儀表的分類3.2.3差壓(壓力)變送器3.2.4差動電容差壓(壓力)變送器3.2.5微型化壓力變送器3.2.6壓力檢測儀表的選用和安裝3.2.1壓力的基本概念圖3-7幾種壓力表示方法之間的關(guān)系3.2.2壓力檢測儀表的分類1)液柱式壓力表：它根據(jù)流體靜力學(xué)原理，將被測壓力轉(zhuǎn)換成液柱高度進行測量。2)彈性式壓力表：它是將被測壓力轉(zhuǎn)換成彈性元件變形的位移進行測量的。3)電氣式壓力表：它是通過機械和電氣元

6、件將被測壓力轉(zhuǎn)換成電量(如電壓、電流、頻率等)來進行測量的儀表。4)活塞式壓力表：它是根據(jù)水壓機液體傳送壓力的原理，將被測壓力轉(zhuǎn)換成活塞上所加平衡砝碼的質(zhì)量來進行測量的。1.彈性式壓力表(1)彈性元件(2)彈簧管壓力表(1)彈性元件圖3-8常用彈性元件的結(jié)構(gòu)圖3-9彈簧管壓力表結(jié)構(gòu)1彈簧管2拉桿3扇形齒輪4中心齒輪5指針6面板7游絲8調(diào)整螺釘9接頭(2)彈簧管壓力表圖3-10電接點信號壓力表結(jié)構(gòu)1、4靜觸點2動觸點3、5信號燈2.電氣式壓力表(1)電阻應(yīng)變式壓力傳感器(2)壓阻應(yīng)變式壓力傳感器 圖3-11電氣式壓力表的組成框圖(1)電阻應(yīng)變式壓力傳感器圖3-12應(yīng)變片壓力傳感器工作原理a)傳感

7、筒b)測量橋路1應(yīng)變筒2外殼3密封膜片(2)壓阻應(yīng)變式壓力傳感器 圖3-13壓阻應(yīng)變式壓力傳感器a)單晶硅片b)結(jié)構(gòu)1基座2單晶硅片3導(dǎo)環(huán)4螺母5密封墊圈6等效電阻3.2.3差壓(壓力)變送器圖3-14DDZ型差壓(壓力)變送器的結(jié)構(gòu)原理1高壓室2低壓室3-膜片或膜盒4密封膜片5主杠桿6過載保護簧片7靜壓調(diào)整螺釘8矢量機構(gòu)9零點遷移彈簧10平衡錘11量程調(diào)整螺釘12檢測片13差動變壓器14副杠桿15放大器16反饋線圈17永久磁鋼18調(diào)零彈簧圖3-15杠桿、矢量機構(gòu)受力圖圖3-16低頻位移檢測放大器的組成框圖圖3-17DDZ型差壓變送器二線制系統(tǒng)3.2.4差動電容差壓(壓力)變送器圖3-18差動

8、電容結(jié)構(gòu)示意圖a)結(jié)構(gòu)圖b )等效電路1動極板2、3固定極板4膜片5連接軸6硅油7引線 取差動電容的電容之比為C2C1C1+C2作為輸出信號，經(jīng)調(diào)制解調(diào)器調(diào)制后，于是有 C2C1C1+C2=K2d 式(3-6) 式中，K2為常數(shù)，K2=1/d0。 圖3-19轉(zhuǎn)換電路原理框圖3.2.5微型化壓力變送器1.擴散硅差壓變送器2. MPX7000系列壓力變送器3.數(shù)字式變送器圖3-20擴散硅壓力變送器a)差壓檢測元件的結(jié)構(gòu)b)測量電路1過載保護裝置2金屬隔離膜3硅油4硅杯5金屬絲6引出線1.擴散硅差壓變送器圖3-21MPX7000系列壓力(差壓)變送器原理圖a)檢測元件結(jié)構(gòu)及接線b) 測量電路2. M

9、PX7000系列壓力變送器3.數(shù)字式變送器(1)數(shù)字式變送器的一般結(jié)構(gòu)(2)電容式數(shù)字輸出壓力變送器(1)數(shù)字式變送器的一般結(jié)構(gòu)圖3-22數(shù)字式變送器結(jié)構(gòu)框圖(2)電容式數(shù)字輸出壓力變送器圖3-23電容式數(shù)字輸出壓力變送器的結(jié)構(gòu)及組成原理框圖a)傳感器芯片橫截面結(jié)構(gòu)b)變送器內(nèi)部組成原理框圖3.2.6壓力檢測儀表的選用和安裝1.壓力表的選用2.壓力表的安裝1.壓力表的選用(1)儀表類型的確定(2)儀表量程的確定(3)儀表準(zhǔn)確度等級的確定2.壓力表的安裝(1) 取壓位置的選擇(2) 導(dǎo)壓管的安裝(3) 壓力表的安裝表3-2被測流體在不同導(dǎo)壓管長度下的導(dǎo)壓直徑圖3-24壓力計安裝示意圖a)測量蒸汽

10、時b)測量有腐蝕性介質(zhì)時1壓力計2切斷閥門3凝液管4取壓容器3.3溫度檢測儀表3.3.1溫度測量的方法3.3.2熱電偶溫度檢測儀表3.3.3熱電阻溫度檢測儀表3.3.4DDZ型溫度變送器3.3.1溫度測量的方法表3-3主要測溫檢測方法及特點3.3.2熱電偶溫度檢測儀表1. 熱電偶的測溫原理2.有關(guān)熱電偶回路的幾點結(jié)論3.熱電偶冷端溫度補償4.常用熱電偶及其特性5.熱電偶的結(jié)構(gòu)形式1. 熱電偶的測溫原理圖3-25熱電偶工作原理圖3-26熱電動勢等效電路 熱電偶回路的熱電動勢為 EAB(t,t0)=EAB(t)-EAB(t0) 式(3-7) 式(3-7)中，下標(biāo)A、B表示熱電偶的材料和極性，寫在前

11、面的材料A為正極，寫在后面的材料B為負(fù)極。 若保持冷端溫度t0恒定，f(t0)=c=常數(shù)，則上式可寫成 EAB(t,t0)=f(t)-c=(t) 式(3-8)2.有關(guān)熱電偶回路的幾點結(jié)論1)熱電偶回路的熱電動勢僅與熱電偶電極的熱電性質(zhì)及兩端溫度有關(guān)，而與熱電極的幾何尺寸(長短、粗細(xì))無關(guān)。2)若組成熱電偶的兩電極的材料相同，則無論兩接點的溫度如何，熱電偶回路的熱電動勢總是等于零。3)若熱電偶兩接點的溫度相同，即t=t0，則盡管熱電極材料A、B不同，熱電偶回路的熱電動勢總是等于零。4)熱電偶回路的熱電動勢EAB(t,t0)僅與兩端溫度t和t0有關(guān)，而與熱電偶中間溫度無關(guān)。5)在熱電偶回路中接入第

12、三種材料的導(dǎo)體，只要第三種材料導(dǎo)體兩端的溫度相同，第三種導(dǎo)體的接入不會影響熱電偶回路的熱電動勢。3.熱電偶冷端溫度補償(1) 冷端溫度修正法(2) 補償導(dǎo)線法(延伸導(dǎo)線法)(3)冷端恒溫法(4) 補償電橋法(1) 冷端溫度修正法修正公式為EAB(t,0)=EAB(t,t0)+EAB(t0,0) 式(3-9)式中，EAB(t,0)為修正值，它是冷端t00時對0的熱電動勢。(2) 補償導(dǎo)線法(延伸導(dǎo)線法)圖3-27補償導(dǎo)線接線表3-4常用熱電偶補償導(dǎo)線的特性(3)冷端恒溫法圖3-28K熱電偶測溫簡圖圖3-29冷端恒溫法(4) 補償電橋法圖3-30補償電橋法原理電路4.常用熱電偶及其特性(1) 鉑銠

13、10-鉑熱電偶(S型)(2) 鎳鉻-鎳硅熱電偶(K型)(3) 鎳鉻-錳白銅熱電偶(E型)(4) 鉑銠-鉑銠熱電偶(B型)表3-5標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶的技術(shù)數(shù)據(jù)表3-5標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶的技術(shù)數(shù)據(jù)5.熱電偶的結(jié)構(gòu)形式1) 普通型熱電偶，主要由熱電極、絕緣管、保護套管、接線盒、接線端子組成，其結(jié)構(gòu)形式如圖3-31a所示。2) 鎧裝熱電偶又稱纜式熱電偶，是由熱電極、絕緣材料和金屬保護套管三者加工在一起的堅實纜狀組合體，其結(jié)構(gòu)形式如圖3-31b所示。3) 表面型熱電偶，表面型熱電偶利用真空鍍膜工藝將電極材料蒸鍍在絕緣基板上，其尺寸小、熱容量小、響應(yīng)速度快，主要用來測量微小面積上的瞬時溫度。4) 快速熱電偶，快速熱電

14、偶用于測量鋼水及高溫熔融金屬的溫度，是一次性消耗式熱電偶。圖3-31熱電偶的結(jié)構(gòu)形式a)普通熱電偶b)鎧裝熱電偶c)表面型熱電偶d)快速熱電偶3.3.3熱電阻溫度檢測儀表1. 鉑熱電阻2. 銅熱電阻3. 測量電路1. 鉑熱電阻表3-6熱電阻的技術(shù)特性3. 測量電路圖3-32熱電阻測量電路a)三線制接入橋路b)四線制測量電路3.3.4DDZ型溫度變送器檢測變送儀表DDZ型溫度變送器具有如下的主要特點：1)采用低漂移、高增益的運算放大器作為主要放大器，具有電路簡單和良好的可靠性、穩(wěn)定性及各項技術(shù)性能。2)在配熱電偶和熱電阻的變送器中采用線性比電路，使其輸出電流I0與被測溫度呈線性關(guān)系，測量精度高。

15、3)電路中采用了安全火花防爆技術(shù)措施，可用于易燃易爆場合。4)采用DC 24V集中供電，實現(xiàn)了二線制接線方式。DDZ型溫度變送器有三個品種：1)直流毫伏變送器，其輸入信號是直流毫伏信號。2)熱電偶溫度變送器。3)熱電阻溫度變送器。圖3-33DDZ型溫度變送器原理框圖3.3.5微型化溫度變送器1. AD590構(gòu)成的溫度變送器2. TMP17構(gòu)成溫度變送器3. TMP35構(gòu)成微型溫度變送器4. TMP01構(gòu)成溫度變送器3.4流量檢測儀表3.4.1流量的基本概念3.4.2差壓式流量計3.4.3靶式流量計3.4.4轉(zhuǎn)子流量計3.4.5容積式流量計3.4.6渦輪流量計3.4.7渦街流量計3.4.8電磁流

16、量計3.4.1流量的基本概念1)體積流量Q：在單位時間內(nèi)流過管道某一截面的流體的體積，用m3/h或L/h等單位表示。2)質(zhì)量流量M：在單位時間內(nèi)流過管道某一截面的流體的質(zhì)量，用kg/h表示。上述兩種流量的關(guān)系為M=Q (3-14)Qt=t0Qdt=Qt (3-15)Mt=t0Mdt=Mt (3-16)式中，Qt和Mt分別為體積總量和質(zhì)量總量；t為累加時間。表3-7流量儀表的分類圖3-34節(jié)流式流量計的組成1節(jié)流元件2引壓管路3三閥組4差壓計3.4.2差壓式流量計1.節(jié)流式流量測量原理2.標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的設(shè)計計算3.節(jié)流式流量計使用注意事項圖3-35標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的形狀a)孔板b)噴嘴c)文丘里管1

17、.節(jié)流式流量測量原理圖3-36流體流經(jīng)孔板時靜壓力與流動速度的分布情況 根據(jù)能量守恒定律，可寫出伯努利方程和連續(xù)性方程為p11+v212=p22+v222 (3-17)A1v1=A02v2 (3-18)式中，A為管道截面積；A0為最小收縮截面面積。由式(3-16)和式(3-17)可求得v2為 v2=1142(p1p2) 式(3-19)令p=p1p2為節(jié)流裝置前后差壓，可得流體的體積流量為 Q=A0v2=A0142p 式(3-20)引入流量系數(shù)，則式(3-20)變?yōu)?Q=A02p=4d22p 式(3-21) 式中，流量系數(shù)=CE，E為漸進速度系數(shù)，E=1/14，C為流出系數(shù)。對于可壓縮流體，必須

18、引入流束的膨脹系數(shù)進行修正，其流量方程為 Q=4d22p 式(3-22)Q=0.012512D2p 式(3-23) 式中，的單位為kg/m3；p的單位為Pa；D的單位為mm。2.標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的設(shè)計計算1)已知管道內(nèi)徑、節(jié)流元件的形式和開孔尺寸、取壓方式、被測流體的參數(shù)等必要條件以及要求，根據(jù)所測得的差壓值計算被測介質(zhì)的流量。2)已知管道內(nèi)徑、被測流體的參數(shù)和其他必要條件以及預(yù)計的流量范圍，要求選擇適當(dāng)?shù)牟顗荷舷辮max，并確定節(jié)流元件的形式、開孔尺寸、取壓方式以及確定差壓變送器。這一類設(shè)計計算所需提供的數(shù)據(jù)如下：被測流體的名稱、組分；被測流體的最大流量Qmax、最小流量Qmin和常用流量Q；被

19、測流體的工作狀態(tài)：工作壓力p1、工作溫度t1及其變化范圍，被測介質(zhì)的密度，安裝地的平均大氣壓力p；允許壓力損失p；管道材質(zhì)，20的管道內(nèi)徑D20，管道內(nèi)表面情況；管道設(shè)置情況和局部阻力形式；其他方面的要求，例如測量氣體時的相對濕度等。3.節(jié)流式流量計使用注意事項1)管道內(nèi)壁表面應(yīng)無可見坑凹、毛刺和沉積物等。2)適用的管道直徑Dmin50mm。3)節(jié)流裝置安裝時要注意節(jié)流元件開孔必須與管道同軸，節(jié)流元件方向不能裝反。4)取壓導(dǎo)管內(nèi)徑不得小于6mm，長度在16m以內(nèi)。5)取壓導(dǎo)管與差壓變送器的連接應(yīng)安裝截止閥和平衡閥。6)當(dāng)利用節(jié)流式流量計測量可壓縮流體時，若使用的工作壓力p和熱力學(xué)溫度T與設(shè)計時

20、的標(biāo)準(zhǔn)壓力p0和熱力學(xué)溫度T0不符，則會引起較大誤差，因此，必須進行修正，其修正公式為 Q=Q0pT0p0T (3-24)7)由于差壓變送器的輸出信號Io與被測流量Q是非線性的，Io正比于p，而，因此，必須利用開方器進行線性化處理。圖3-37差壓變送器的安裝3.4.3靶式流量計圖3-38靶式流量計結(jié)構(gòu)原理1力平衡轉(zhuǎn)換器2密封膜片3杠桿4靶5測量導(dǎo)管 用力F，F(xiàn)與流體流動速度的關(guān)系為 FKAdv22g 式(3-25) 式中，K為阻力系數(shù)；Ad為垂直于流速的靶面積；為流體密度；v為通過環(huán)形面積的流速；g為重力加速度。 設(shè)管道的直徑為D，靶的直徑為d，則流體通過的環(huán)形面積為A0=4(D2d2)?？汕?/p>

21、出體積流量與靶上受力關(guān)系為 Q=A0v=KaD2d2dg2F 式(3-26) 以直徑比=d/D表示，式(3-26)可改寫成 Q=KaD1g2F 式(3-27)3.4.4轉(zhuǎn)子流量計1.測量原理及結(jié)構(gòu)2.轉(zhuǎn)子流量計的使用1.測量原理及結(jié)構(gòu)圖3-39轉(zhuǎn)子流量計的測量原理 將式(3-28)的恒差壓p代入節(jié)流式流量計的流量方程式(3-21)得 Q=A02g(f)VfAf 式(3-29) 設(shè)轉(zhuǎn)子高度為h時，錐管的半徑為R，轉(zhuǎn)子的最大半徑為r，則環(huán)形流通面積A0為 A0=(R2r2) 式(3-30) Q=Ch2gVf(f)Af=Kh 式(3-31) 式中，K為比例系數(shù)，K=(R+r)tan2gVf(f)Af

22、常數(shù)。圖3-40電遠(yuǎn)傳式轉(zhuǎn)子流量計結(jié)構(gòu)原理1轉(zhuǎn)子2錐管3連動桿4鐵心5差動線圈2.轉(zhuǎn)子流量計的使用1)轉(zhuǎn)子流量計的刻度換算：轉(zhuǎn)子流量計是一種非標(biāo)準(zhǔn)性儀表，出廠時需單個標(biāo)定刻度。2)轉(zhuǎn)子流量計的改量程：量程的改變可以采用不同材料的同形轉(zhuǎn)子。3)溫度和壓力的修正：由于液體介質(zhì)是不可壓縮流體，溫度和壓力的變化，對液體的粘度密度變化極小，故不用修正。4)轉(zhuǎn)子流量計必須垂直安裝在管道上，流體必須自下而上流過轉(zhuǎn)子流量計，不應(yīng)該有明顯的傾斜。 對于一般液體介質(zhì)，當(dāng)被測介質(zhì)的密度與標(biāo)定介質(zhì)密度0不一致時，必須進行校正，其校正公式為 Q=Q0(f)0(f0) (3-32) 對于氣體介質(zhì)，由于f，f0，式(3-3

23、2)可簡化為 Q=Q00 (3-33) 改量程后的流量刻度與原來的流量刻度可用下式計算： Q=Q0ff (3-34)3.4.5容積式流量計圖3-41橢圓齒輪流量計的工作原理被測流體的體積總量Q為Q=nV0 (3-35)體積流量方程為Q=4nV0 (3-36)3.4.6渦輪流量計圖3-42渦輪流量計結(jié)構(gòu)1緊固環(huán)2殼體3前導(dǎo)流件4止推片5葉輪6磁電轉(zhuǎn)換器7軸承8后導(dǎo)流件渦輪流量計的流量方程為Q=f (3-37)3.4.7渦街流量計圖3-43渦街流量計原理示意圖 穩(wěn)定的漩渦產(chǎn)生的頻率f與漩渦發(fā)生處的流速v有如下確定的關(guān)系 f=Srvd (3-38) 在漩渦發(fā)生體的形狀和尺寸確定后，通過測量漩渦產(chǎn)生的

24、頻率f，便能確定流體的體積流量Q Q=fK (3-39)3.4.8電磁流量計圖3-44電磁流量計的測量原理 感應(yīng)電動勢 EBDv108 (3-40) 式中，B為磁感應(yīng)強度；D為管道直徑，單位為cm。 流體的體積流量Q(cm3/s)與流速v(cm/s)的關(guān)系為 Q=4D2v (3-41) 將式(3-41)代入式(3-40)得 E=4108BDQ=kQ (3-42) 式中， k稱為儀表常數(shù)，k=4108BD，當(dāng)B和D一定時，k=常數(shù)。3.5物位檢測儀表物位測量儀表種類繁多，大致可分為接觸式和非接觸式兩大類：1)接觸式物位儀表：主要有直讀式、差壓式、浮力式、電磁式(包括電容式、電阻式、電感式)、浮子

25、式等物位儀表。2)非接觸式物位儀表：主要有輻射式、聲波式、光電式等物位儀表。3.5.1浮力式液位變送器3.5.2差壓式液位計3.5.3電容式物位計3.5.4 超聲波物位計3.5.5光電式物位計3.5.1浮力式液位變送器1.恒浮力式液位變送器2.變浮力式液位變送器圖3-45恒浮力式液位計的原理1浮子2滑輪3平衡錘 設(shè)圓柱形浮子的外徑為D，浮子浸入液體的高度為h，液體的密度為，其所受浮力F為 F=D24hg (3-43)圖3-46浮筒式變浮力液位計的原理1浮筒2彈簧3差動變壓器圖3-47差壓式液位計原理 設(shè)浮筒質(zhì)量為m，截面積為A，彈簧的剛度和壓縮位移為c和x0，被測液體的密度為，浮筒浸沒高度為H

26、0，對應(yīng)于起始液位有如下力平衡關(guān)系： cx0=mgAgH0 (3-44) 當(dāng)液位變化H時，浮筒所受浮力變化，彈簧的變形有增量x，達(dá)到新的平衡位置時，力平衡關(guān)系為 c(x0 x)=mgA(H0+Hx)g (3-45) 將式(3-44)代入式(3-45)可求得 H=1+cAgx=Kx (3-46)3.5.2差壓式液位計圖3-48靜壓力式液位測量原理a)敞口容器b)密閉容器設(shè)容器上部空間的氣體壓力為pA，選定的零液位處的壓力為pB，零液位至液面的液位高度為H，其產(chǎn)生的差壓p為p=pBpA=Hg (3-47)圖3-49法蘭式差壓計液位測量原理1容器2差壓計3零液位線4法蘭5毛細(xì)管圖3-50差壓變送器位

27、置與零液位線不一致時的連接a)差壓變送器低于零液位線b)帶隔離液體的安裝情況 圖3-50a中，差壓變送器低于最低液位的高度為h，其差壓為 p=Hg+hg (3-48) 如圖3-50b所示，變差器兩側(cè)差壓為 p=H1g(h2h1)2g (3-49)3.5.3電容式物位計1.非導(dǎo)電介質(zhì)的液位測量2.導(dǎo)電介質(zhì)的液位測量3.固體的料位測量 當(dāng)被測液位H=0時，電容器內(nèi)、外電極之間氣體(最常見的是空氣)的介電常數(shù)為0，電容器的電容量為 C0=20LlnRr=常數(shù) (3-50) 當(dāng)液位為某一高度H時，電容器可以視為兩部分電容的并聯(lián)組合，即 Cx=2xHlnRr+20(LH)lnRr (3-51) 由式(3

28、-50)和式(3-51)可得 C=2(x0)lnRrH=KH (3-52)圖3-51電容式物位傳感器結(jié)構(gòu)圖3-52非導(dǎo)電介質(zhì)液位測量1內(nèi)電極2外電極3絕緣材料圖3-53導(dǎo)電介質(zhì)的液位測量圖3-54非導(dǎo)電料位測量1金屬棒內(nèi)電極2容器壁整個電容量為Cx=2xHlnRr+20(LH)lnR0r (3-53)式中，H為被液體浸沒電極的高度；x為絕緣套管或涂層的介電常數(shù)；0為電極絕緣層和容器內(nèi)氣體共同組成的電容器的等效介電常數(shù)。當(dāng)容器空，即H=0時，式(3-53)的第二項就成為電極與容器組成的電容器，其電容量為C0=20LlnR0r (3-54)當(dāng)液位H發(fā)生變化時Cx=2xlnRr20lnR0rH+C0=KH+C0 (3-55)式中，K為傳感器的靈敏系數(shù)，K=2xlnRr20lnR0r。由于R0 r，且0 x，忽略上式中第二項，所以有K2xlnRrC=CxC0=2xlnRrH=KH (3-56)3.5.4 超聲波物位計(1)超聲波阻斷型(2)超聲波反射型(1)超聲波阻斷型它是利用超聲波在氣體、液體和固體介質(zhì)中被吸收而衰減的情況的不同，來探測在超聲波探頭前方是否有液體或固體物