自動檢測技術(shù)--物位測量(及課后答案)

1、超聲波物位測量超聲波物位測量7.4浮力式液位測量浮力式液位測量7.1靜壓式液位測量靜壓式液位測量7.2電容式液位測量電容式液位測量7.3主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：雷達(dá)物位測量雷達(dá)物位測量7.5幾個概念：幾個概念： 在容器中液體介質(zhì)的高低叫液位，容器中固體或顆在容器中液體介質(zhì)的高低叫液位，容器中固體或顆粒狀物質(zhì)的堆積高度叫料位。粒狀物質(zhì)的堆積高度叫料位。 測量液位的儀表叫液位計，測量料位的儀表叫料位測量液位的儀表叫液位計，測量料位的儀表叫料位計，測量兩種密度不同液體介質(zhì)的分界面的儀表叫界面計，測量兩種密度不同液體介質(zhì)的分界面的儀表叫界面計。計。 在物位檢測中，有時需要對物位進(jìn)行連續(xù)檢測，有在物位檢測中

2、，有時需要對物位進(jìn)行連續(xù)檢測，有時只需要測量物位是否達(dá)到某一特定位置，用于定點物時只需要測量物位是否達(dá)到某一特定位置，用于定點物位測量的儀表稱為物位開關(guān)。位測量的儀表稱為物位開關(guān)。 一、概述一、概述 物位：指存放在容器或工業(yè)設(shè)備中物質(zhì)的高度或位置。物位：指存放在容器或工業(yè)設(shè)備中物質(zhì)的高度或位置。物位測量的目的：正確地測量容器或設(shè)備中儲藏物質(zhì)的容物位測量的目的：正確地測量容器或設(shè)備中儲藏物質(zhì)的容量或質(zhì)量。量或質(zhì)量。物位測量的意義：計量物料消耗和產(chǎn)量，保證連續(xù)生產(chǎn)和物位測量的意義：計量物料消耗和產(chǎn)量，保證連續(xù)生產(chǎn)和設(shè)備安全的重要參數(shù)。設(shè)備安全的重要參數(shù)。按其工作原理分為按其工作原理分為直讀式物位儀

3、表：玻璃管液位計、玻璃板液位計等。直讀式物位儀表：玻璃管液位計、玻璃板液位計等。差壓式物位儀表：利用液柱或物料堆積對某定點產(chǎn)生壓力的差壓式物位儀表：利用液柱或物料堆積對某定點產(chǎn)生壓力的原理而工作。原理而工作。浮力式物位儀表：利用浮子高度或浮力隨液位高度而變化的浮力式物位儀表：利用浮子高度或浮力隨液位高度而變化的原理工作。原理工作。電磁式物位儀表：使物位的變化轉(zhuǎn)換為一些電量的變化，如電磁式物位儀表：使物位的變化轉(zhuǎn)換為一些電量的變化，如電容。電容。核輻射物位儀表：利用射線透過物料時其強度隨物質(zhì)層的厚核輻射物位儀表：利用射線透過物料時其強度隨物質(zhì)層的厚度而變化的原理。度而變化的原理。光學(xué)式物位儀表：

4、利用物位對光波的遮斷和反射原理工作。光學(xué)式物位儀表：利用物位對光波的遮斷和反射原理工作。聲波式物位儀表：由于物位的變化引起聲阻抗的變化、聲波聲波式物位儀表：由于物位的變化引起聲阻抗的變化、聲波的遮斷和聲波反射距離的不同，測出這些的遮斷和聲波反射距離的不同，測出這些變化就可測知物位。根據(jù)工作原理分為聲變化就可測知物位。根據(jù)工作原理分為聲波遮斷式、反射式和阻尼式。波遮斷式、反射式和阻尼式。玻璃管液位計玻璃管液位計 原理：根據(jù)連通器原理，從玻璃管或玻璃原理：根據(jù)連通器原理，從玻璃管或玻璃板上的刻度讀出液位的高度。板上的刻度讀出液位的高度。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單；讀數(shù)直觀，精確可靠；優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單；讀數(shù)直觀，

5、精確可靠； 維修方便，價格低廉。維修方便，價格低廉。缺點：只能就地指示，信號不能遠(yuǎn)傳。缺點：只能就地指示，信號不能遠(yuǎn)傳。直讀式物位儀表直讀式物位儀表7.1 浮力式液位測量浮力式液位測量7.1.1 測量原理測量原理（1）恒浮力法液位測量）恒浮力法液位測量液位上升時，浮子被浸沒液位上升時，浮子被浸沒的體積增加，浮力的體積增加，浮力F增加，浮增加，浮子向上運動，直到重新滿足平子向上運動，直到重新滿足平衡關(guān)系為止，浮子停留在新的衡關(guān)系為止，浮子停留在新的液位高度上。液位高度上。其實質(zhì)是其實質(zhì)是將液位的變化轉(zhuǎn)將液位的變化轉(zhuǎn)換為機械位移的變化換為機械位移的變化。WFGWFG：浮子重力：浮子浮力：平衡物重力

6、分析：分析：224=4WGDWGFh ghDg 1. 被測介質(zhì)溫度或成分的變化會引起介質(zhì)密度的變化，從被測介質(zhì)溫度或成分的變化會引起介質(zhì)密度的變化，從而使而使h發(fā)生變化，引起測量誤差。發(fā)生變化，引起測量誤差。2. 只有只有F大到能夠使浮子動作時，才能反應(yīng)出液位的變大到能夠使浮子動作時，才能反應(yīng)出液位的變化，產(chǎn)生儀表的不靈敏區(qū)。化，產(chǎn)生儀表的不靈敏區(qū)。224=4DHFHgFDg增加浮子直徑增加浮子直徑D可減小儀表不可減小儀表不靈敏區(qū)，提高測量精度。靈敏區(qū)，提高測量精度。不靈敏區(qū)不靈敏區(qū)小，抗波小，抗波浪性差浪性差抗波浪性好，抗波浪性好，但精度差，但精度差，不靈敏區(qū)較不靈敏區(qū)較大大抗波浪性較好，抗

7、波浪性較好，不靈敏區(qū)較小，不靈敏區(qū)較小，易加工，使用易加工，使用廣泛廣泛(2)變浮力法液位檢測變浮力法液位檢測初態(tài)：初態(tài)：末態(tài)：末態(tài)：cxAHgWc xxA HHxgWc彈簧剛度；彈簧剛度；x彈簧壓縮位移彈簧壓縮位移變浮力法測量液位原理：將液位的變化轉(zhuǎn)變?yōu)榱Φ淖兓?，變浮力法測量液位原理：將液位的變化轉(zhuǎn)變?yōu)榱Φ淖兓缓笤賹⒘Φ淖兓D(zhuǎn)變?yōu)闄C械位移然后再將力的變化轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械位移 A gxHK HcA g 初態(tài)：初態(tài)：末態(tài)：末態(tài)：上兩式相減：上兩式相減：c xHxgA 浮筒產(chǎn)生的位移與液位變化成比例浮筒產(chǎn)生的位移與液位變化成比例cxAHgWc xxA HHxgW原理：根據(jù)液位變化時，漂浮在液體表面的

8、浮子隨之同步原理：根據(jù)液位變化時，漂浮在液體表面的浮子隨之同步移動的原理而工作。移動的原理而工作。7.1.2 恒浮力式液位計恒浮力式液位計（1）磁浮子式液位計（浮球式液位計）磁浮子式液位計（浮球式液位計）測量要求：測量要求： 1. 用于溫度、粘度較高而壓力不太高的用于溫度、粘度較高而壓力不太高的密閉容器；密閉容器； 2. 僅適合窄范圍液位的測量僅適合窄范圍液位的測量使用要求：使用要求： 1. 要避免浮球脫離，保證浮球，鏈桿與轉(zhuǎn)動軸之間的連要避免浮球脫離，保證浮球，鏈桿與轉(zhuǎn)動軸之間的連接切實可靠；接切實可靠； 2. 浮球表面有附著物時，要重新調(diào)整零位，一經(jīng)調(diào)好，浮球表面有附著物時，要重新調(diào)整零位

9、，一經(jīng)調(diào)好，平衡重物便不能在隨意移動。平衡重物便不能在隨意移動。磁浮子舌簧管液位變送器磁浮子舌簧管液位變送器舌舌簧管簧管1.下端封閉的不銹鋼管下端封閉的不銹鋼管2.條形絕緣板條形絕緣板3.舌簧管舌簧管4.電阻電阻5.佛珠形浮子佛珠形浮子6.環(huán)形永磁鐵氧體環(huán)形永磁鐵氧體基于浮力和靜磁場原理：浮球中的磁體和傳感器（磁簧開基于浮力和靜磁場原理：浮球中的磁體和傳感器（磁簧開關(guān)）作用，使串連入電路的元件（如定值電阻）的數(shù)量發(fā)關(guān)）作用，使串連入電路的元件（如定值電阻）的數(shù)量發(fā)生變化，進(jìn)而使儀表電路系統(tǒng)的電學(xué)量發(fā)生改變。生變化，進(jìn)而使儀表電路系統(tǒng)的電學(xué)量發(fā)生改變。 磁浮子舌簧管液位變送器磁浮子舌簧管液位變送

10、器基于浮力和靜磁場原理基于浮力和靜磁場原理 結(jié)構(gòu)原理：根據(jù)浮力原理和磁性耦合作用研制結(jié)構(gòu)原理：根據(jù)浮力原理和磁性耦合作用研制而成。當(dāng)被測容器中的液位升降時，液位計主而成。當(dāng)被測容器中的液位升降時，液位計主導(dǎo)管中的浮子也隨之升降，浮子內(nèi)的永久磁鋼導(dǎo)管中的浮子也隨之升降，浮子內(nèi)的永久磁鋼通過磁耦合傳遞到現(xiàn)場指示器，驅(qū)動紅、白翻通過磁耦合傳遞到現(xiàn)場指示器，驅(qū)動紅、白翻柱翻轉(zhuǎn)柱翻轉(zhuǎn)180180，當(dāng)液位上升時，翻柱由白色轉(zhuǎn)，當(dāng)液位上升時，翻柱由白色轉(zhuǎn)為紅色，當(dāng)液位下降時，翻柱由紅色轉(zhuǎn)為白色，為紅色，當(dāng)液位下降時，翻柱由紅色轉(zhuǎn)為白色，指示器的紅、白界位處為容器內(nèi)介質(zhì)液位的實指示器的紅、白界位處為容器內(nèi)介質(zhì)

11、液位的實際高度，從而實現(xiàn)液位的指示。際高度，從而實現(xiàn)液位的指示。特點：特點：1 1、測量范圍大，不受貯槽高度限制。、測量范圍大，不受貯槽高度限制。2 2、結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，維護(hù)費用低。結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，維護(hù)費用低。3 3、耐腐、耐腐蝕、無需電源、防爆。蝕、無需電源、防爆。4 4、適合容器內(nèi)液體介、適合容器內(nèi)液體介質(zhì)的液位、界位的測量。除現(xiàn)場指示，還可配質(zhì)的液位、界位的測量。除現(xiàn)場指示，還可配遠(yuǎn)傳變送器、報警開關(guān)、控制開關(guān)，檢測功能遠(yuǎn)傳變送器、報警開關(guān)、控制開關(guān)，檢測功能齊全。齊全。（2）磁翻板液位計）磁翻板液位計7.1.3 變浮力式液位計變浮力式液位計扭力管式浮筒液位計扭力管式浮筒液位計作

12、為液位檢測元件的浮筒垂直地懸掛在杠桿的一端，杠桿作為液位檢測元件的浮筒垂直地懸掛在杠桿的一端，杠桿的另一端與扭力管芯軸的一端垂直地固結(jié)在一起，并由固定在的另一端與扭力管芯軸的一端垂直地固結(jié)在一起，并由固定在外殼上的支點所支撐。扭力管的另一端通過法蘭固定在儀表外外殼上的支點所支撐。扭力管的另一端通過法蘭固定在儀表外殼上。芯軸的另一端為自由端，用來輸出角位移。殼上。芯軸的另一端為自由端，用來輸出角位移。扭力管液位計當(dāng)液位低于浮筒時，浮筒的全扭力管液位計當(dāng)液位低于浮筒時，浮筒的全部重量作用在杠桿上，因而作用在扭力管上的扭部重量作用在杠桿上，因而作用在扭力管上的扭力力矩最大，扭力管帶動芯軸扭轉(zhuǎn)的角度最

13、大力力矩最大，扭力管帶動芯軸扭轉(zhuǎn)的角度最大(朝順時針方向朝順時針方向)，這一位置就是零液位。當(dāng)液面，這一位置就是零液位。當(dāng)液面高于浮筒下端時，作用在杠桿的力為浮筒重量與高于浮筒下端時，作用在杠桿的力為浮筒重量與其所受浮力之差。因此，隨著液位升高，浮力增其所受浮力之差。因此，隨著液位升高，浮力增大而扭力矩逐漸減小，扭力管所產(chǎn)生的扭角也相大而扭力矩逐漸減小，扭力管所產(chǎn)生的扭角也相應(yīng)減小應(yīng)減小(朝逆時針方向轉(zhuǎn)回一個角度朝逆時針方向轉(zhuǎn)回一個角度)。在液位最。在液位最高時，扭角最小，即轉(zhuǎn)回的角度最大。這樣就把高時，扭角最小，即轉(zhuǎn)回的角度最大。這樣就把液位變化轉(zhuǎn)換成芯軸的角位移，再經(jīng)傳動及變換液位變化轉(zhuǎn)換

14、成芯軸的角位移，再經(jīng)傳動及變換裝置將角位移轉(zhuǎn)換為電信號遠(yuǎn)傳或顯示、記錄。裝置將角位移轉(zhuǎn)換為電信號遠(yuǎn)傳或顯示、記錄。優(yōu)點：耐高溫、耐高壓，測量精度高、優(yōu)點：耐高溫、耐高壓，測量精度高、 可靠性好、調(diào)整方便、測量范可靠性好、調(diào)整方便、測量范圍廣、經(jīng)久耐用?？捎糜谝兹?、圍廣、經(jīng)久耐用?？捎糜谝兹肌⒁妆瑘龊?。易爆場合。缺點：對于粘度大的介質(zhì)，反應(yīng)變化缺點：對于粘度大的介質(zhì)，反應(yīng)變化比較慢比較慢 。7.2 靜壓式液位測量靜壓式液位測量gHpgHpp0gpgppH0 容器中某點的靜壓力和容器內(nèi)物位的高度有關(guān)：容器中某點的靜壓力和容器內(nèi)物位的高度有關(guān)：為介質(zhì)的密度，對于固體顆粒，為介質(zhì)的密度，對于固體顆粒，

15、 應(yīng)理解為堆積密度應(yīng)理解為堆積密度由于物料（液體）上方的自由空間有壓力由于物料（液體）上方的自由空間有壓力p0,p0,則根據(jù)靜力學(xué)則根據(jù)靜力學(xué)原理，有原理，有7.2.1 測量原理測量原理差壓液位變送器原理圖差壓液位變送器原理圖 壓力表式液位計壓力表式液位計 當(dāng)被測容器是敞口的，氣相壓力為大氣壓時，只需將當(dāng)被測容器是敞口的，氣相壓力為大氣壓時，只需將差壓變送器的負(fù)壓室通大氣即可。若不需要遠(yuǎn)傳信號，也差壓變送器的負(fù)壓室通大氣即可。若不需要遠(yuǎn)傳信號，也可以在容器底部安裝壓力表，如上圖所示?？梢栽谌萜鞯撞堪惭b壓力表，如上圖所示。注意：需注意測壓儀表的基準(zhǔn)點是否與最低液位一致。注意：需注意測壓儀表的基準(zhǔn)

16、點是否與最低液位一致。 此法適用于粘度小，潔凈液體的液位測量此法適用于粘度小，潔凈液體的液位測量7.2.2 壓力式液位計壓力式液位計用吹氣法測量用吹氣法測量 在測量具有腐蝕性、高黏度或含有懸浮顆粒的液體的液位時，在測量具有腐蝕性、高黏度或含有懸浮顆粒的液體的液位時，可用吹氣法進(jìn)行測量，如圖所示。在敞口容器中插入一根導(dǎo)管，可用吹氣法進(jìn)行測量，如圖所示。在敞口容器中插入一根導(dǎo)管，壓縮空氣經(jīng)過濾器，減壓閥，節(jié)流元件，轉(zhuǎn)子流量計，最后從導(dǎo)壓縮空氣經(jīng)過濾器，減壓閥，節(jié)流元件，轉(zhuǎn)子流量計，最后從導(dǎo)管下端敞口處逸出，當(dāng)導(dǎo)管下端有微量氣泡逸出時，導(dǎo)管內(nèi)的氣管下端敞口處逸出，當(dāng)導(dǎo)管下端有微量氣泡逸出時，導(dǎo)管內(nèi)的

17、氣壓幾乎與液封靜壓相等。因此，由壓力表所指示的壓力值即可反壓幾乎與液封靜壓相等。因此，由壓力表所指示的壓力值即可反映出液位高度映出液位高度H。當(dāng)液位上升或下降時，液封壓力隨之升高或降。當(dāng)液位上升或下降時，液封壓力隨之升高或降低，致使從導(dǎo)管逸出的氣量也要隨之減少或增加。由于節(jié)流元件低，致使從導(dǎo)管逸出的氣量也要隨之減少或增加。由于節(jié)流元件的穩(wěn)流作用，供氣量是恒定不變的，則導(dǎo)管內(nèi)的壓力勢必隨液封的穩(wěn)流作用，供氣量是恒定不變的，則導(dǎo)管內(nèi)的壓力勢必隨液封壓力的升降而升降。因此壓力計壓力的升降而升降。因此壓力計5可以隨時指示出液位的變化?？梢噪S時指示出液位的變化。如果需要將信號遠(yuǎn)傳，可以采用壓力或差壓變送

18、器代替壓力計進(jìn)如果需要將信號遠(yuǎn)傳，可以采用壓力或差壓變送器代替壓力計進(jìn)行檢測發(fā)訊。行檢測發(fā)訊。 在氣路中，選擇阻力較大的節(jié)在氣路中，選擇阻力較大的節(jié)流元件，只要節(jié)流元件前的壓流元件，只要節(jié)流元件前的壓力力P1變化不大，根據(jù)流體力學(xué)變化不大，根據(jù)流體力學(xué)原理，當(dāng)滿足原理，當(dāng)滿足P20.528P1的條的條件時，就可以達(dá)到氣源流量恒件時，就可以達(dá)到氣源流量恒定不變的要求定不變的要求 優(yōu)點：普及范圍廣優(yōu)點：普及范圍廣, ,容易校準(zhǔn)。容易校準(zhǔn)。7.2.3 差壓式液位計差壓式液位計在密封容器中，容器下部液體的壓力除與液位高度有在密封容器中，容器下部液體的壓力除與液位高度有關(guān)外，還與液面上部的介質(zhì)壓力有關(guān)。

19、可用差壓變送關(guān)外，還與液面上部的介質(zhì)壓力有關(guān)?？捎貌顗鹤兯推鱽頊y液位。器來測液位。液位高度液位高度H HP01PgH0P PPPP差壓差壓1gHP0H maxHHmax0 p1p H g 420mA0P 20mA4mAmaxPP 01Pg HhP1g Hh4mA輸出液位下限差壓變送器輸出下限=P0PPPP1=0Pgh =4mA 變送器輸出0H 1=gh變送器輸入下限0H 零點遷移的實現(xiàn)：零點遷移的實現(xiàn)：調(diào)節(jié)零點遷移彈簧調(diào)節(jié)零點遷移彈簧 1gh產(chǎn)生初始力矩產(chǎn)生初始力矩零點遷移彈簧零點遷移彈簧4oImA調(diào)整零點遷移彈簧，將變送器的測量輸入從零起點遷移到調(diào)整零點遷移彈簧，將變送器的測量輸入從零起點遷

20、移到1gh由于由于 故稱之為差壓變送器的故稱之為差壓變送器的正遷移正遷移。10gh=4mA變送器輸出0H PP1221gHg hh0H 0121PgHgh022PghPPP液位下限差壓變送器輸出下限由于由于 ，故稱之為差壓變送器的，故稱之為差壓變送器的負(fù)遷移負(fù)遷移2210g hh=4mA 變送器輸出0H 221=g hh變送器輸入下限221=0Pg hh 4mA輸出11=+2Pg HhgH1pHg 25P/KPaI0/mA42007-230 5kPa，12211=2PgHg hhgHmax0H，負(fù)遷移負(fù)遷移正遷移正遷移無遷移無遷移改變差壓變送器的零點，其量程不發(fā)生變化改變差壓變送器的零點，其量

21、程不發(fā)生變化使使H H0 0 時，變送器輸出為時，變送器輸出為4mA4mA2P/KPaI0/mA542007-23零點遷移的目的：零點遷移的目的：零點遷移的實質(zhì)：零點遷移的實質(zhì)：變送器量程可選為：變送器量程可選為：040kPa 已知：已知： ， ，液位變化范圍，液位變化范圍 02.5米米，試選擇變送器的量程和，試選擇變送器的量程和 遷移量。遷移量。31=1200/kg m32=950/kg m121 ,5hm hm重要結(jié)論：重要結(jié)論：差壓式液位變送器，事實上就是一個差壓變送器差壓式液位變送器，事實上就是一個差壓變送器max12.5 1200 9.829400pHgPa 0121PPgHgh02

22、2PPgh1221PPPgHghh因此，變送器需要進(jìn)行負(fù)遷移，遷移量為因此，變送器需要進(jìn)行負(fù)遷移，遷移量為37.24 kPa 2210=950 9.8 437240Hg hhPa 當(dāng)時，遷移量p 差 壓 變 送 器 的 輸 出H差 壓 式 液 位 變 送 器 的 輸 出（1 1）選擇變送器的量程）選擇變送器的量程（2 2）確定變送器的遷移量）確定變送器的遷移量小結(jié)：小結(jié)：(2)(2)實質(zhì)實質(zhì)：1. 測量原理：測量原理：(1)(1)實現(xiàn)實現(xiàn): : 2. 零點遷移的目的：零點遷移的目的：差壓式液位變送器差壓式液位變送器圖圖3-44 3-44 法蘭式差壓變送器測量液位示意圖法蘭式差壓變送器測量液位示

23、意圖1 1隔離法蘭；隔離法蘭；2 2毛細(xì)管；毛細(xì)管；3 3變送器變送器 當(dāng)被測介質(zhì)粘度很大或具有腐蝕性以及含有結(jié)晶顆粒當(dāng)被測介質(zhì)粘度很大或具有腐蝕性以及含有結(jié)晶顆粒時，應(yīng)在差壓變送器導(dǎo)壓管入口處加裝隔離法蘭，在法時，應(yīng)在差壓變送器導(dǎo)壓管入口處加裝隔離法蘭，在法蘭膜盒，毛細(xì)管和測量室組成的封閉系統(tǒng)內(nèi)充有硅油，蘭膜盒，毛細(xì)管和測量室組成的封閉系統(tǒng)內(nèi)充有硅油，作為傳壓介質(zhì)。作為傳壓介質(zhì)。思考題：思考題：遷移量是多少？遷移量是多少？變送器在上下法蘭間的位變送器在上下法蘭間的位置是否影響測量結(jié)果？置是否影響測量結(jié)果？0110+PPg H hgh002-PPg h h11102+PPPgHghgh1102

24、0=HPghgh 7.3 電容式液位測量電容式液位測量dDLCln2電容器的組成電容器的組成1 1內(nèi)電極；內(nèi)電極；2 2外電極外電極通過測量電容量的變化可以用來檢測液位、料位和兩通過測量電容量的變化可以用來檢測液位、料位和兩種不同液體的分界面。種不同液體的分界面。 將電容傳感器（探頭）插入被測物料中，將電容傳感器（探頭）插入被測物料中，電極浸入物料中的深度隨物位高低變化，電極浸入物料中的深度隨物位高低變化，必然引起電容量的變化，從而可以檢測必然引起電容量的變化，從而可以檢測出物位。出物位。7.3.1 導(dǎo)電液體的液位測量導(dǎo)電液體的液位測量 在液體中插入一根帶絕緣套管的電極。在液體中插入一根帶絕緣

25、套管的電極。由于液體是導(dǎo)電的，導(dǎo)電容器和液體可由于液體是導(dǎo)電的，導(dǎo)電容器和液體可看作為電容器的一個電極，插入的金屬看作為電容器的一個電極，插入的金屬電極作為另一電極，絕緣套管為中間介電極作為另一電極，絕緣套管為中間介質(zhì)，三者組成圓筒形電容器。當(dāng)液位變質(zhì)，三者組成圓筒形電容器。當(dāng)液位變化時，就改變了電容器兩極覆蓋面積的化時，就改變了電容器兩極覆蓋面積的大小，液位越高覆蓋面積就越大，電容大小，液位越高覆蓋面積就越大，電容器的電容量就越大。器的電容量就越大。 測量原理：利用傳感器兩電極的覆蓋面積隨被測液體液位測量原理：利用傳感器兩電極的覆蓋面積隨被測液體液位的變化而變化，從而引起電容量變化的關(guān)系進(jìn)的

26、變化而變化，從而引起電容量變化的關(guān)系進(jìn)行液位測量的。行液位測量的。 設(shè)聚四氟乙烯套管和容器內(nèi)氣體的等效介電常數(shù)為設(shè)聚四氟乙烯套管和容器內(nèi)氣體的等效介電常數(shù)為0 0，液位測量范圍為液位測量范圍為L，容器內(nèi)徑為，容器內(nèi)徑為D0，不銹鋼棒直徑為，不銹鋼棒直徑為d，當(dāng)，當(dāng)液位液位H=0，容器內(nèi)實際液位低于非測量區(qū)，容器內(nèi)實際液位低于非測量區(qū)h時，電容量為時，電容量為002 ()2lnlnHLHHCDDdd00022lnlnHHHCCCDDdd式中：式中：:聚四氟乙烯的介電常數(shù)聚四氟乙烯的介電常數(shù); D:; D:聚四氟乙聚四氟乙烯套管外徑烯套管外徑0002lnLCDd當(dāng)液位高當(dāng)液位高H時，電容量為時，電

27、容量為則，電容變化量為則，電容變化量為故只要故只要，D,d數(shù)值穩(wěn)定，被測液位就與電容變數(shù)值穩(wěn)定，被測液位就與電容變化量呈線性關(guān)系。化量呈線性關(guān)系。00022lnlnHHHCCCDDdd一般，容器內(nèi)徑一般，容器內(nèi)徑D0要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于聚四氟乙烯套管外徑要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于聚四氟乙烯套管外徑D，聚，聚四氟乙烯的介電常數(shù)為四氟乙烯的介電常數(shù)為要大于聚四氟乙烯套管和容器內(nèi)氣要大于聚四氟乙烯套管和容器內(nèi)氣體的等效介電常數(shù)體的等效介電常數(shù)0，即，即00DD2lnHCDd有有7.3.2 非導(dǎo)電液體的液位測量非導(dǎo)電液體的液位測量 利用被測液體液位變化時，可變電容傳感器兩極之間利用被測液體液位變化時，可變電容傳感器兩極之間充填

28、介質(zhì)的介電常數(shù)發(fā)生變化，從而引起電容量變化這一充填介質(zhì)的介電常數(shù)發(fā)生變化，從而引起電容量變化這一特性進(jìn)行液位測量的。特性進(jìn)行液位測量的。當(dāng)測量較稀的非導(dǎo)電液體，如輕當(dāng)測量較稀的非導(dǎo)電液體，如輕油、某些有機液體以及液態(tài)氣體的液油、某些有機液體以及液態(tài)氣體的液位時，可采用一個光電極（內(nèi)電極），位時，可采用一個光電極（內(nèi)電極），外部套上一根金屬管（外電極），兩外部套上一根金屬管（外電極），兩者彼此絕緣，以被測介質(zhì)為中間絕緣者彼此絕緣，以被測介質(zhì)為中間絕緣物質(zhì)構(gòu)成同軸套筒形電容器，如圖所物質(zhì)構(gòu)成同軸套筒形電容器，如圖所示。絕緣墊上有小孔，外套管上也有示。絕緣墊上有小孔，外套管上也有孔和槽，以便被測液體

29、自由地流進(jìn)或孔和槽，以便被測液體自由地流進(jìn)或流出。流出。dDLCln200022lnlnHLHHCDDdd非導(dǎo)電介質(zhì)的液位測量非導(dǎo)電介質(zhì)的液位測量1 1內(nèi)電極；內(nèi)電極；2 2外電極；外電極；3 3絕緣套；絕緣套；4 4流通小孔流通小孔由兩個同軸圓柱極板組成的電容器，當(dāng)液位為零時，兩電極由兩個同軸圓柱極板組成的電容器，當(dāng)液位為零時，兩電極間介質(zhì)是空氣，初始電容為間介質(zhì)是空氣，初始電容為002lnHiHCCCK HDd 對非導(dǎo)電介質(zhì)液位測量的電容式液位傳感器原理如下圖所示。對非導(dǎo)電介質(zhì)液位測量的電容式液位傳感器原理如下圖所示。當(dāng)液位上升為當(dāng)液位上升為H H 時，電容量變?yōu)闀r，電容量變?yōu)殡娙萘康淖兓?/p>

30、為電容量的變化為 電容量的變化與液位高度電容量的變化與液位高度H H成正比。該法成正比。該法是利用被測介質(zhì)的介電系數(shù)是利用被測介質(zhì)的介電系數(shù)與空氣介電系與空氣介電系數(shù)數(shù)0 0不等的原理進(jìn)行工作，（不等的原理進(jìn)行工作，（- -0 0）值越）值越大，儀表越靈敏。電容器兩極間的距離越小，大，儀表越靈敏。電容器兩極間的距離越小，儀表越靈敏。儀表越靈敏。 優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、可靠；精確度高；檢測端消耗電優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、可靠；精確度高；檢測端消耗電能小，動態(tài)響應(yīng)快；維護(hù)方便，壽命長。能小，動態(tài)響應(yīng)快；維護(hù)方便，壽命長。缺點：被測液體的介電常數(shù)不穩(wěn)定會引起誤差。一缺點：被測液體的介電常數(shù)不穩(wěn)定會引起誤差。一般用

31、于調(diào)節(jié)池、清水池的測量。般用于調(diào)節(jié)池、清水池的測量。002lnHiHCCCK HDd 用電容法可以測量固體塊狀顆粒體及用電容法可以測量固體塊狀顆粒體及粉料的料位。由于固體間磨損較大，容易粉料的料位。由于固體間磨損較大，容易“滯留滯留”，可用電極棒及容器壁組成電容，可用電極棒及容器壁組成電容器的兩極來測量非導(dǎo)電固體料位。器的兩極來測量非導(dǎo)電固體料位。dDHCXln201金屬電極棒；2容器壁左圖所示為用金屬電極棒插入容器來測左圖所示為用金屬電極棒插入容器來測量料位的示意圖。量料位的示意圖。 電容量變化與料位升降的關(guān)系電容量變化與料位升降的關(guān)系為為料位檢測 當(dāng)測量粉狀非導(dǎo)電固體料位和黏滯性非導(dǎo)電液體

32、液位當(dāng)測量粉狀非導(dǎo)電固體料位和黏滯性非導(dǎo)電液體液位時，可采用光電極直接插入圓筒形容器的中央，將儀表時，可采用光電極直接插入圓筒形容器的中央，將儀表地線與容器相連，以容器作為外電極，料或液體作為絕地線與容器相連，以容器作為外電極，料或液體作為絕緣物質(zhì)構(gòu)成圓筒形電容器，其測量原理與上述相同。緣物質(zhì)構(gòu)成圓筒形電容器，其測量原理與上述相同。7.4 超聲波物位測量超聲波物位測量原理：利用聲波阻斷和聲波反射原理測量物位。原理：利用聲波阻斷和聲波反射原理測量物位。優(yōu)點：無機械可動部分，可靠性高，安裝簡單、方便，屬優(yōu)點：無機械可動部分，可靠性高，安裝簡單、方便，屬于非接觸測量，且不受液體的粘度、密度等影響。于

33、非接觸測量，且不受液體的粘度、密度等影響。缺點：精度比較低，測試容易有盲區(qū)。不可以測量壓力容缺點：精度比較低，測試容易有盲區(qū)。不可以測量壓力容器，不適合真空、蒸汽或液面有泡沫的情況。器，不適合真空、蒸汽或液面有泡沫的情況。 不不能測量易揮發(fā)性介質(zhì)。能測量易揮發(fā)性介質(zhì)。7.4.1 測量原理測量原理設(shè)超聲探頭至物位的垂直距離為，由發(fā)射到接收所經(jīng)歷設(shè)超聲探頭至物位的垂直距離為，由發(fā)射到接收所經(jīng)歷的時間為的時間為，超聲波在介質(zhì)中傳播的速度為，則，超聲波在介質(zhì)中傳播的速度為，則12Hvt對于一定的介質(zhì)對于一定的介質(zhì)v是已知的，只要測出時間是已知的，只要測出時間t就可以確定距就可以確定距離離H，即得知被測

34、物位的高度了。，即得知被測物位的高度了。7.4.2 測量方法測量方法根據(jù)傳聲介質(zhì)的不同，有氣介式、液介式和固介式；根據(jù)傳聲介質(zhì)的不同，有氣介式、液介式和固介式；根據(jù)探頭的工作方式，有自發(fā)自收的單探頭方式和收發(fā)分根據(jù)探頭的工作方式，有自發(fā)自收的單探頭方式和收發(fā)分開的雙探頭方式。開的雙探頭方式。（a）液介式，探頭固定在液體中最低處，）液介式，探頭固定在液體中最低處，探頭發(fā)出的超聲脈沖在液體中，由探頭傳至探頭發(fā)出的超聲脈沖在液體中，由探頭傳至液面，反射后再從液面返回到同一探頭而被液面，反射后再從液面返回到同一探頭而被接收。測量所用的時間即可知液位高度。接收。測量所用的時間即可知液位高度。（b）氣介式

35、，探頭安裝在最高液位之上的）氣介式，探頭安裝在最高液位之上的氣體中，測量氣體中聲波傳播所用的時間即氣體中，測量氣體中聲波傳播所用的時間即可知液位高度?？芍何桓叨?。（c）固介式，將一根傳聲的固體棒插入液體）固介式，將一根傳聲的固體棒插入液體中，上端要高出最高液位，探頭安裝在傳聲中，上端要高出最高液位，探頭安裝在傳聲固體的上端，測量固體中聲波傳播所用的時固體的上端，測量固體中聲波傳播所用的時間即可知液位高度。間即可知液位高度。(d)(e)(f)為雙探頭方式為雙探頭方式HeII0放射性同位素的輻射射入一定厚度的介質(zhì)時，部分粒子因放射性同位素的輻射射入一定厚度的介質(zhì)時，部分粒子因克服阻力與碰撞動能消

36、耗被吸收，另一部分粒子則透過介克服阻力與碰撞動能消耗被吸收，另一部分粒子則透過介質(zhì)。射線的透射強度隨著質(zhì)。射線的透射強度隨著，其關(guān)系為其關(guān)系為核輻射物位計示意圖1輻射源；2接受器 不同介質(zhì)吸收射線的能力不一樣。固不同介質(zhì)吸收射線的能力不一樣。固體吸收能力最強，液體次之，氣體最體吸收能力最強，液體次之，氣體最弱。當(dāng)放射源與被測介質(zhì)固定后，介弱。當(dāng)放射源與被測介質(zhì)固定后，介質(zhì)的厚度與通過介質(zhì)的射線強度就成質(zhì)的厚度與通過介質(zhì)的射線強度就成一一對應(yīng)關(guān)系。一一對應(yīng)關(guān)系。7.5核輻射物位計核輻射物位計HeII0核輻射式物位計屬于非接觸式物位測量儀表核輻射式物位計屬于非接觸式物位測量儀表適用于高溫、高壓容器

37、、強腐蝕、劇毒、有爆適用于高溫、高壓容器、強腐蝕、劇毒、有爆炸性、黏滯性、易結(jié)晶或沸騰狀態(tài)的介質(zhì)的物炸性、黏滯性、易結(jié)晶或沸騰狀態(tài)的介質(zhì)的物位測量，還可以測量高溫融熔金屬的液位。位測量，還可以測量高溫融熔金屬的液位。使用時幾乎不受溫度、壓力、電磁場的影響。使用時幾乎不受溫度、壓力、電磁場的影響?？稍诟邷?、煙霧等環(huán)境下工作。可在高溫、煙霧等環(huán)境下工作。但由于射線對人體有害，因此射線的劑量應(yīng)嚴(yán)但由于射線對人體有害，因此射線的劑量應(yīng)嚴(yán)加控制，且須切實加強安全防護(hù)措施加控制，且須切實加強安全防護(hù)措施( (工業(yè)現(xiàn)場一般不優(yōu)先考慮使用核輻射式物位計工業(yè)現(xiàn)場一般不優(yōu)先考慮使用核輻射式物位計) )雷達(dá)物位計雷

38、達(dá)物位計 原理：通過放射源發(fā)出射線，穿過被測物料后由探測器原理：通過放射源發(fā)出射線，穿過被測物料后由探測器接收其輻射強度的改變。接收其輻射強度的改變。 優(yōu)點：采用非接觸式測量，不受槽內(nèi)液體的密度、濃度，優(yōu)點：采用非接觸式測量，不受槽內(nèi)液體的密度、濃度，揮發(fā)度等物理特性的影響。揮發(fā)度等物理特性的影響。缺點：價格昂貴。儀表需要設(shè)置的參數(shù)較多，一旦出現(xiàn)缺點：價格昂貴。儀表需要設(shè)置的參數(shù)較多，一旦出現(xiàn)問題，通常很難查出是什么原因造成的。如果天問題，通常很難查出是什么原因造成的。如果天線本身不慎沾上介質(zhì)會報錯。如有結(jié)晶結(jié)冰現(xiàn)象線本身不慎沾上介質(zhì)會報錯。如有結(jié)晶結(jié)冰現(xiàn)象會報錯等。會報錯等。石油、化工部門有

39、許多大型儲罐，由于高度與直徑石油、化工部門有許多大型儲罐，由于高度與直徑都很大，如果液位變化都很大，如果液位變化1 12mm2mm，就會有幾百公斤到幾，就會有幾百公斤到幾噸的差別，所以液位的測量要求很精確。噸的差別，所以液位的測量要求很精確。同時，液體的密度會隨溫度發(fā)生較大的變化，而大同時，液體的密度會隨溫度發(fā)生較大的變化，而大型容器由于體積較大，各處溫度很不均勻，因此即使型容器由于體積較大，各處溫度很不均勻，因此即使液位（體積）測得很準(zhǔn)，也反映不了罐中正式的儲量液位（體積）測得很準(zhǔn)，也反映不了罐中正式的儲量是多少。是多少。利用稱重式液罐計量儀，就能解決上述問題。利用稱重式液罐計量儀，就能解決

40、上述問題。稱重式液罐計量儀稱重式液罐計量儀圖3-49 稱重式液罐計量儀1下波紋管；2上波紋管；3液相引壓管；4氣相引壓管；5砝碼；6絲杠；7可逆電機；8編碼盤；9發(fā)訊器罐頂壓力罐頂壓力p1p1與罐底壓力與罐底壓力p2p2分分別引入下波紋管別引入下波紋管1 1和上波紋和上波紋管管2.2.兩波紋管的有效面積相兩波紋管的有效面積相等，差壓產(chǎn)生的總作用力作等，差壓產(chǎn)生的總作用力作用與杠桿系統(tǒng)，使其失去平用與杠桿系統(tǒng)，使其失去平衡，于是通過發(fā)訊器、控制衡，于是通過發(fā)訊器、控制器、接通電機線路，使可逆器、接通電機線路，使可逆電機旋轉(zhuǎn)，并通過絲杠電機旋轉(zhuǎn)，并通過絲杠6 6帶帶動砝碼動砝碼5 5移動，直至由砝

41、碼移動，直至由砝碼作用于杠桿的力矩與差壓引作用于杠桿的力矩與差壓引起的測量力作用于杠桿的力起的測量力作用于杠桿的力矩平衡時，電機才停止轉(zhuǎn)動。矩平衡時，電機才停止轉(zhuǎn)動。21112ppALMgLgHpp12HKHMLAL112HAM0AMH0杠桿平衡時杠桿平衡時由于由于代入上式得代入上式得如果液罐是均勻截面如果液罐是均勻截面得得02MAKL L L2 2與液罐內(nèi)介質(zhì)的總質(zhì)量儲量與液罐內(nèi)介質(zhì)的總質(zhì)量儲量M M0 0成正比，而與介質(zhì)密度無關(guān)。成正比，而與介質(zhì)密度無關(guān)。說明：說明：1.1.如果儲罐橫截面積隨高度而變化，一般是預(yù)先制定好表格，如果儲罐橫截面積隨高度而變化，一般是預(yù)先制定好表格，根據(jù)砝碼位移

42、量就可以查得儲存液體的質(zhì)量。根據(jù)砝碼位移量就可以查得儲存液體的質(zhì)量。2.2.由于砝碼移動距離與絲杠轉(zhuǎn)動圈數(shù)成比例，絲杠轉(zhuǎn)動時，經(jīng)由于砝碼移動距離與絲杠轉(zhuǎn)動圈數(shù)成比例，絲杠轉(zhuǎn)動時，經(jīng)減速帶動編碼盤減速帶動編碼盤8 8轉(zhuǎn)動，因此編碼盤的位置與砝碼位置式對應(yīng)轉(zhuǎn)動，因此編碼盤的位置與砝碼位置式對應(yīng)的，編碼盤發(fā)出的編碼信號到顯示器，經(jīng)譯碼和邏輯運算后的，編碼盤發(fā)出的編碼信號到顯示器，經(jīng)譯碼和邏輯運算后就可以用數(shù)字顯示出來了。就可以用數(shù)字顯示出來了。3.3.稱重儀具有很高的精度和靈敏度。稱重儀具有很高的精度和靈敏度。玻璃管液位計玻璃管液位計回顧回顧 浮筒液位計浮筒液位計電容式物位計電容式物位計信號不信號不能遠(yuǎn)傳能遠(yuǎn)傳受介電常受介電常數(shù)影響數(shù)影響高壓、高粘高壓、高粘稠及強腐蝕稠及強腐蝕磁翻板液位計磁翻板液位計 回顧回顧雷達(dá)物位計雷達(dá)物位計 超聲波液位計超聲波液位計存在退存在退磁問題磁問題 精度高，精度高，價格昂貴價格昂貴有盲區(qū)有盲區(qū)真空、蒸真空、蒸汽或液面汽或液面有泡沫有泡沫 作業(yè)：作業(yè)：p276 7-10，7-117-10 利用雙室平衡容器對鍋爐汽包液位進(jìn)行測量，已知：利用雙室平衡容器對鍋爐汽包液位進(jìn)行測量，已知：33134.52,=19.7/,=