第三章物位檢測儀表

1、化工儀表及自動化化工儀表及自動化第三章第三章 物位檢測儀表物位檢測儀表第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述 概概 述述 n 物位指存儲容器或生產(chǎn)設(shè)備里液體、固體、氣體高度或位物位指存儲容器或生產(chǎn)設(shè)備里液體、固體、氣體高度或位置。置。 n 生產(chǎn)過程中罐、塔、槽等容器中存放的液體表面位置稱為生產(chǎn)過程中罐、塔、槽等容器中存放的液體表面位置稱為液位液位 n 液位、料位、界位統(tǒng)稱為物位。液位、料位、界位統(tǒng)稱為物位。n 測量液位、界位或料位的儀表稱為物位計。測量液位、界位或料位的儀表稱為物位計。 n 根據(jù)測量對象的不同，可分為液位計、界位計及料位計。根據(jù)測量對象的不同，可分為液位計、界位計及料位計。 第二節(jié) 浮力式液

2、位測量測量原理測量原理 n 浮力式液位計是根據(jù)浮在液面上的浮球或浮標(biāo)隨液位的高浮力式液位計是根據(jù)浮在液面上的浮球或浮標(biāo)隨液位的高低而產(chǎn)生上下位移，或浸于液體中的浮筒隨液位變化而引低而產(chǎn)生上下位移，或浸于液體中的浮筒隨液位變化而引起浮力的變化原理而工作的。起浮力的變化原理而工作的。n （一）恒浮力法液位測量（一）恒浮力法液位測量n 恒浮力式液位計是利用浮子本身的重量和所受的浮力均為恒浮力式液位計是利用浮子本身的重量和所受的浮力均為定值，使浮子始終漂浮在液面上，并跟隨液面的變化而變定值，使浮子始終漂浮在液面上，并跟隨液面的變化而變化的原理來測量液位的。化的原理來測量液位的。恒浮力法液位測量恒浮力法

3、液位測量n 將浮子由繩索經(jīng)滑輪與容將浮子由繩索經(jīng)滑輪與容器外的平衡重物相連，利器外的平衡重物相連，利用浮子所受重力和浮力之用浮子所受重力和浮力之差與平衡重物的重力相平差與平衡重物的重力相平衡，使浮子漂浮在液面上。衡，使浮子漂浮在液面上。浮力式液位計有兩種，一浮力式液位計有兩種，一種是維持浮力不變的液位種是維持浮力不變的液位計，稱為恒浮力式液位計，計，稱為恒浮力式液位計，如浮球、浮標(biāo)式等。另一如浮球、浮標(biāo)式等。另一種是在檢測過程中浮力發(fā)種是在檢測過程中浮力發(fā)生變化的，叫做變浮力式生變化的，叫做變浮力式液位計，如沉筒式液位計液位計，如沉筒式液位計等。等。 圖圖2-3-1 恒浮力法液位測量恒浮力法液

4、位測量恒浮力法液位測量恒浮力法液位測量n 浮力式液位計結(jié)構(gòu)簡單，使浮子漂浮在液面上。則平衡關(guān)浮力式液位計結(jié)構(gòu)簡單，使浮子漂浮在液面上。則平衡關(guān)系為：系為：n 式中式中 W 浮子所受重力；浮子所受重力；n F 浮子所受浮力；浮子所受浮力； n G 平衡重物的重力。平衡重物的重力。n 一般使浮子浸沒一半時，滿足上述平衡關(guān)系。當(dāng)液位上升一般使浮子浸沒一半時，滿足上述平衡關(guān)系。當(dāng)液位上升時，浮子被浸沒的體積增加，因此浮子所受的浮力時，浮子被浸沒的體積增加，因此浮子所受的浮力F增加，增加，則，使原有的平衡關(guān)系破壞，則平衡重物會使浮子向上移則，使原有的平衡關(guān)系破壞，則平衡重物會使浮子向上移動，直到重新滿足

5、上式為止，浮子將停留在新的液位高度動，直到重新滿足上式為止，浮子將停留在新的液位高度上；反之亦然。若忽略繩索的重力影響，由公式可見，和上；反之亦然。若忽略繩索的重力影響，由公式可見，和可認(rèn)為是常數(shù)，因此浮子停留在任何高度的液面上時，的可認(rèn)為是常數(shù)，因此浮子停留在任何高度的液面上時，的值也應(yīng)為常數(shù)，故稱此方法為恒浮力法。這種方法實質(zhì)上值也應(yīng)為常數(shù)，故稱此方法為恒浮力法。這種方法實質(zhì)上是通過浮子把液位的變化轉(zhuǎn)換為機械位移的變化。是通過浮子把液位的變化轉(zhuǎn)換為機械位移的變化。G WF恒浮力法液位測量恒浮力法液位測量n 在這種轉(zhuǎn)換方式中，由于浮子上承受的力除平衡重物的重在這種轉(zhuǎn)換方式中，由于浮子上承受的

6、力除平衡重物的重力之外，還有繩索兩端垂直長度不等時繩索本身的重力以力之外，還有繩索兩端垂直長度不等時繩索本身的重力以及滑輪的摩擦力等，這些外力將會使上述的平衡條件受到及滑輪的摩擦力等，這些外力將會使上述的平衡條件受到影響，因而引起讀數(shù)的誤差。繩重對浮子施加的載荷隨液影響，因而引起讀數(shù)的誤差。繩重對浮子施加的載荷隨液位而變，相當(dāng)于在恒定的上附加了變動的成分，但由此引位而變，相當(dāng)于在恒定的上附加了變動的成分，但由此引起的誤差是有規(guī)律的，能夠在刻度分度時予以修正。摩擦起的誤差是有規(guī)律的，能夠在刻度分度時予以修正。摩擦力引起的誤差最大，且與運行方向有關(guān)，無法修正，唯有力引起的誤差最大，且與運行方向有關(guān)

7、，無法修正，唯有加大浮子的定位能力來減小其影響。浮子的定位能力是指加大浮子的定位能力來減小其影響。浮子的定位能力是指浸沒浮子高度的變化量所引起的浮力變化量，浸沒浮子高度的變化量所引起的浮力變化量，而而 ，則得表達式為，則得表達式為FgA HgAHHFgA H恒浮力法液位測量恒浮力法液位測量n 式中，式中，A為浮子的截面積?？梢娫黾痈∽拥慕孛娣e能顯著為浮子的截面積?？梢娫黾痈∽拥慕孛娣e能顯著地增大定位能力，這是減小摩擦阻力誤差的最有效的途徑，地增大定位能力，這是減小摩擦阻力誤差的最有效的途徑，尤其在被測介質(zhì)密度較小時，此點更為重要。另外還可以尤其在被測介質(zhì)密度較小時，此點更為重要。另外還可以采用

8、其他的轉(zhuǎn)換方法，減小上述因素引起的誤差。采用其他的轉(zhuǎn)換方法，減小上述因素引起的誤差。變浮力法液位測量變浮力法液位測量 n 浮筒液位計是變浮力式液位計的典浮筒液位計是變浮力式液位計的典型儀表，它可克服浮球液位計需要型儀表，它可克服浮球液位計需要轉(zhuǎn)軸、密封結(jié)構(gòu)的缺點。其基本原轉(zhuǎn)軸、密封結(jié)構(gòu)的缺點。其基本原理如圖理如圖2-3-2所示，當(dāng)物體被液體所示，當(dāng)物體被液體浸沒的體積不同時，則物體所受的浸沒的體積不同時，則物體所受的浮力也不同，因此通過檢測物體所浮力也不同，因此通過檢測物體所受浮力的變化，便可以知道液位的受浮力的變化，便可以知道液位的變化。橫截面積相同，重力為的圓變化。橫截面積相同，重力為的圓

9、筒形金屬浮筒把彈簧壓縮，浮筒的筒形金屬浮筒把彈簧壓縮，浮筒的重量被彈簧力所平衡，當(dāng)浮筒的一重量被彈簧力所平衡，當(dāng)浮筒的一部分被液體浸沒時，由于受到液體部分被液體浸沒時，由于受到液體的浮力的浮力F作用而使浮筒向上移動，作用而使浮筒向上移動，當(dāng)與彈簧力達到平衡時，浮筒才停當(dāng)與彈簧力達到平衡時，浮筒才停止移動。止移動。 圖圖2-3-2 變浮力法液位測量變浮力法液位測量變浮力法液位測量變浮力法液位測量 n 此時滿足如下關(guān)系此時滿足如下關(guān)系n n 式中式中 C 彈簧剛度；彈簧剛度；n X 彈簧壓縮位移；彈簧壓縮位移；n A 浮筒的截面積；浮筒的截面積；n H 浮筒被液體浸沒的高度；浮筒被液體浸沒的高度；

10、n 被測液體密度；被測液體密度；n g 重力加速度。重力加速度。cxWAHg變浮力法液位測量變浮力法液位測量變浮力法液位測量變浮力法液位測量 n 當(dāng)液位變化時，由于浮筒所受的浮力發(fā)生變化，浮筒的位當(dāng)液位變化時，由于浮筒所受的浮力發(fā)生變化，浮筒的位置也要發(fā)生變化。例如液位升高，則浮筒要向上移動，此置也要發(fā)生變化。例如液位升高，則浮筒要向上移動，此時平衡關(guān)系為：時平衡關(guān)系為：n n 將上述兩式相減便得到將上述兩式相減便得到n ()()c xxWA HHxg()c xA gHx A gxHK HcA g 變浮力法液位測量變浮力法液位測量變浮力法液位測量變浮力法液位測量n 浮筒產(chǎn)生的位移與液位變化浮筒

11、產(chǎn)生的位移與液位變化h成比例。如果在浮筒的連桿成比例。如果在浮筒的連桿上安裝一個鐵心，通過差動變壓器便可輸出相應(yīng)的電信號，上安裝一個鐵心，通過差動變壓器便可輸出相應(yīng)的電信號，顯示液位的數(shù)值。除此之外，還可以將浮筒所受的浮力通顯示液位的數(shù)值。除此之外，還可以將浮筒所受的浮力通過扭力管達到力矩平衡，把浮筒的位移變成扭力管的角位過扭力管達到力矩平衡，把浮筒的位移變成扭力管的角位移，進一步用其他轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換為電信號，構(gòu)成一個完整移，進一步用其他轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換為電信號，構(gòu)成一個完整的液位計。浮筒式液位計不僅能檢測液位，而且還能檢測的液位計。浮筒式液位計不僅能檢測液位，而且還能檢測界面。界面。 恒浮力式恒浮

12、力式 n （一）浮球式液位計（一）浮球式液位計n 浮球液位計是以帶有磁性的浮球浮球液位計是以帶有磁性的浮球為測量元件，浮球液位計由浮球、為測量元件，浮球液位計由浮球、插桿等組成。浮球液位計通過連插桿等組成。浮球液位計通過連接法蘭安裝于容器頂上，浮球根接法蘭安裝于容器頂上，浮球根據(jù)排開液體體積相等原理浮于液據(jù)排開液體體積相等原理浮于液面，當(dāng)容器的液位變化時浮球也面，當(dāng)容器的液位變化時浮球也隨著上下移動。隨著上下移動。圖圖2-3-3 浮球液位計浮球液位計浮球式液位計浮球式液位計n 通過磁耦合作用，使傳感器內(nèi)電阻成線性變化，由智能轉(zhuǎn)通過磁耦合作用，使傳感器內(nèi)電阻成線性變化，由智能轉(zhuǎn)換器將電阻變化轉(zhuǎn)換

13、成換器將電阻變化轉(zhuǎn)換成420 mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號，可以疊標(biāo)準(zhǔn)電流信號，可以疊加加HART信號輸出或就地液晶顯示，可現(xiàn)場顯示液位的百信號輸出或就地液晶顯示，可現(xiàn)場顯示液位的百分比、分比、420 mA電流及液位值，遠(yuǎn)傳供給控制室可實現(xiàn)電流及液位值，遠(yuǎn)傳供給控制室可實現(xiàn)液位的自動檢測、控制和記錄。該儀表適用于石油、化工、液位的自動檢測、控制和記錄。該儀表適用于石油、化工、電力、輕工及醫(yī)藥等行業(yè)污水處理及各類常壓和承壓容器電力、輕工及醫(yī)藥等行業(yè)污水處理及各類常壓和承壓容器內(nèi)介質(zhì)液位的測量，尤其對于地下貯槽、貯罐的液位測量內(nèi)介質(zhì)液位的測量，尤其對于地下貯槽、貯罐的液位測量最為理想。如圖最為理想。如圖2-3

14、-3所示為工業(yè)現(xiàn)場所用的浮球式液位所示為工業(yè)現(xiàn)場所用的浮球式液位計。計。n 浮球式液位計常用于溫度、黏度較高而壓力不太高的密閉浮球式液位計常用于溫度、黏度較高而壓力不太高的密閉容器的液位測量。它可以直接將浮球安裝在容器內(nèi)部；對容器的液位測量。它可以直接將浮球安裝在容器內(nèi)部；對于直徑較小的容器，也可以在容器外側(cè)另做一個浮球室與于直徑較小的容器，也可以在容器外側(cè)另做一個浮球室與容器相通。容器相通。磁翻板液位計磁翻板液位計 n 磁翻板液位計根據(jù)浮力原理和磁耦合作用研制而成。當(dāng)被磁翻板液位計根據(jù)浮力原理和磁耦合作用研制而成。當(dāng)被測容器中的液位升降時，液位計本體管中的磁性浮子也隨測容器中的液位升降時，液

15、位計本體管中的磁性浮子也隨之升降，浮子內(nèi)的永久磁鋼通過磁耦合傳遞到磁翻柱指示之升降，浮子內(nèi)的永久磁鋼通過磁耦合傳遞到磁翻柱指示器，驅(qū)動紅、白翻柱翻轉(zhuǎn)器，驅(qū)動紅、白翻柱翻轉(zhuǎn)180，當(dāng)液位上升時翻柱由白，當(dāng)液位上升時翻柱由白色轉(zhuǎn)變?yōu)榧t色，當(dāng)液位下降時翻柱由紅色轉(zhuǎn)變?yōu)榘咨?，指色轉(zhuǎn)變?yōu)榧t色，當(dāng)液位下降時翻柱由紅色轉(zhuǎn)變?yōu)榘咨?，指示器的紅白交界處為容器內(nèi)部液位的實際高度，從而實現(xiàn)示器的紅白交界處為容器內(nèi)部液位的實際高度，從而實現(xiàn)液位清晰的指示。磁翻板液位計可替代玻璃或玻璃管液位液位清晰的指示。磁翻板液位計可替代玻璃或玻璃管液位計，用來測量有壓容器或敞口容器內(nèi)的液位，不僅可以就計，用來測量有壓容器或敞口容器

16、內(nèi)的液位，不僅可以就地指示，亦可以附加液位越限報警及信號遠(yuǎn)傳功能，實現(xiàn)地指示，亦可以附加液位越限報警及信號遠(yuǎn)傳功能，實現(xiàn)遠(yuǎn)距離的液位報警和監(jiān)控。如圖遠(yuǎn)距離的液位報警和監(jiān)控。如圖2-3-5所示為工業(yè)現(xiàn)場所所示為工業(yè)現(xiàn)場所用的磁翻板液位計。用的磁翻板液位計。磁翻板液位計磁翻板液位計圖圖2-3-5 磁翻板液位計磁翻板液位計圖圖2-3-4 磁翻板液位計原理磁翻板液位計原理圖圖圖圖2-3-6 干簧管干簧管磁翻板液位計磁翻板液位計 n 遠(yuǎn)傳功能由傳感和轉(zhuǎn)換兩部分組成。傳感部分是一組與介遠(yuǎn)傳功能由傳感和轉(zhuǎn)換兩部分組成。傳感部分是一組與介質(zhì)隔離的電阻和干簧管（圖質(zhì)隔離的電阻和干簧管（圖2-3-6）組成，利用浮

17、子的磁）組成，利用浮子的磁性耦合，隨液位的變化使干簧管通斷，改變傳感部分的電性耦合，隨液位的變化使干簧管通斷，改變傳感部分的電阻（圖阻（圖2-3-4），經(jīng)轉(zhuǎn)換部分變?yōu)椋?，?jīng)轉(zhuǎn)換部分變?yōu)?20 mA的標(biāo)準(zhǔn)電流信的標(biāo)準(zhǔn)電流信號進行遠(yuǎn)傳。號進行遠(yuǎn)傳。浮子鋼帶式液位計浮子鋼帶式液位計 n 液位計大體上講有機械式傳感和液位計大體上講有機械式傳感和電子處理兩部分，傳感部分是通電子處理兩部分，傳感部分是通過浮子（浮子在測量的全過程都過浮子（浮子在測量的全過程都是浮在液面上），隨著被測液面是浮在液面上），隨著被測液面的升降而升降，使固定在浮子上的升降而升降，使固定在浮子上的閉環(huán)不銹鋼帶帶動計量輪正反的閉環(huán)不銹

18、鋼帶帶動計量輪正反方向旋轉(zhuǎn)，因計量輪的正反轉(zhuǎn)角方向旋轉(zhuǎn)，因計量輪的正反轉(zhuǎn)角度與浮子升降距離成正比，設(shè)計度與浮子升降距離成正比，設(shè)計量輪的轉(zhuǎn)角為量輪的轉(zhuǎn)角為L/W 圖圖2-3-7 鋼帶式液位計原理圖鋼帶式液位計原理圖浮子鋼帶式液位計浮子鋼帶式液位計n 其中：其中：L 浮子上升或下降的距離浮子上升或下降的距離 n W 計量輪角度所對應(yīng)的弧長計量輪角度所對應(yīng)的弧長 n 計量輪的轉(zhuǎn)角通過磁偶合送給電子處理模塊，把轉(zhuǎn)角變換計量輪的轉(zhuǎn)角通過磁偶合送給電子處理模塊，把轉(zhuǎn)角變換成相應(yīng)的電壓量。成相應(yīng)的電壓量。n 浮子鋼帶式液位計的原理如圖浮子鋼帶式液位計的原理如圖2-3-7所示。整個系統(tǒng)采用所示。整個系統(tǒng)采用

19、了力平衡原理，但對于浮子本身而言仍為恒浮力原理。浮了力平衡原理，但對于浮子本身而言仍為恒浮力原理。浮子吊在鋼帶的一端，鋼帶對浮子施以拉力，鋼帶可以自由子吊在鋼帶的一端，鋼帶對浮子施以拉力，鋼帶可以自由伸縮，當(dāng)浮子在測量范圍內(nèi)變化時，鋼帶對浮子的位力基伸縮，當(dāng)浮子在測量范圍內(nèi)變化時，鋼帶對浮子的位力基本不變。為了防止浮子受被測液體流動影響，可增加一個本不變。為了防止浮子受被測液體流動影響，可增加一個導(dǎo)向機構(gòu)。導(dǎo)向機構(gòu)由懸掛的兩根鋼管或鋼絲所組成，靠導(dǎo)向機構(gòu)。導(dǎo)向機構(gòu)由懸掛的兩根鋼管或鋼絲所組成，靠下端的重錘進行定位，浮子沿導(dǎo)向鋼絲隨液位變化上下移下端的重錘進行定位，浮子沿導(dǎo)向鋼絲隨液位變化上下移

20、動。如果罐內(nèi)液體表面流速不大，可以省略導(dǎo)向系統(tǒng)。動。如果罐內(nèi)液體表面流速不大，可以省略導(dǎo)向系統(tǒng)。浮子鋼帶式液位計浮子鋼帶式液位計n 浮子經(jīng)過鋼帶和導(dǎo)輪將浮力的變化傳到鏈輪上，鏈輪周邊浮子經(jīng)過鋼帶和導(dǎo)輪將浮力的變化傳到鏈輪上，鏈輪周邊的釘狀齒與鋼帶上的孔嚙合，將鋼帶的直線運動變?yōu)檗D(zhuǎn)動，的釘狀齒與鋼帶上的孔嚙合，將鋼帶的直線運動變?yōu)檗D(zhuǎn)動，由指示盤指示出液位。在鏈輪軸上再安裝轉(zhuǎn)角傳感器或變由指示盤指示出液位。在鏈輪軸上再安裝轉(zhuǎn)角傳感器或變送器，就可以實現(xiàn)液位信號和遠(yuǎn)傳。當(dāng)浮子浸沒在液體中送器，就可以實現(xiàn)液位信號和遠(yuǎn)傳。當(dāng)浮子浸沒在液體中某一個高度時，液體對浮子產(chǎn)生的浮力為某一個高度時，液體對浮子產(chǎn)生

21、的浮力為F，若浮子本身，若浮子本身的重力為的重力為W，恒力彈簧對浮子的力為，恒力彈簧對浮子的力為T，整個系統(tǒng)平衡時，整個系統(tǒng)平衡時應(yīng)滿足：應(yīng)滿足： n T=W-Fn 如果液位升高，則在瞬間會使浮力如果液位升高，則在瞬間會使浮力F增加，恒力彈簧會通增加，恒力彈簧會通過鋼帶將浮子向上拉升，鋼帶上的小孔和鏈輪上的釘狀齒過鋼帶將浮子向上拉升，鋼帶上的小孔和鏈輪上的釘狀齒嚙合，從而鋼帶的線位移變?yōu)殒溳喌慕俏灰?。?dāng)位力恒定，嚙合，從而鋼帶的線位移變?yōu)殒溳喌慕俏灰?。?dāng)位力恒定，鏈輪的周長、釘狀齒間距及鋼帶的孔間距均制造得很精確鏈輪的周長、釘狀齒間距及鋼帶的孔間距均制造得很精確時，可以得到較高的測量精度。但這

22、種傳動方式密封比較時，可以得到較高的測量精度。但這種傳動方式密封比較困難，不適用于有壓容器，因此通常多用于常壓儲罐的液困難，不適用于有壓容器，因此通常多用于常壓儲罐的液位測量。位測量。浮子鋼帶式液位計浮子鋼帶式液位計n 它的測量范圍一般為它的測量范圍一般為020m，測量精度可以達到，測量精度可以達到0.03%。若采用遠(yuǎn)傳信號方式，不僅可以提供遠(yuǎn)傳標(biāo)準(zhǔn)。若采用遠(yuǎn)傳信號方式，不僅可以提供遠(yuǎn)傳標(biāo)準(zhǔn)信號，還可以在現(xiàn)場提供液位的液晶數(shù)字顯示。信號，還可以在現(xiàn)場提供液位的液晶數(shù)字顯示。變浮力式液位計變浮力式液位計 n 浮筒式液位計就是應(yīng)用變浮力原理測量液位的一種典型儀浮筒式液位計就是應(yīng)用變浮力原理測量液位

23、的一種典型儀表。浮筒液位計是根據(jù)阿基米德定律和磁耦合原理設(shè)計的表。浮筒液位計是根據(jù)阿基米德定律和磁耦合原理設(shè)計的液位和界位測量儀表，浮筒式液位計由四個基本部分組成：液位和界位測量儀表，浮筒式液位計由四個基本部分組成：浮筒、彈簧、磁鋼室和指示器，浮筒、彈簧、磁鋼室和指示器， 圖圖2-3-8 浮筒式液位計浮筒式液位計變浮力式液位計變浮力式液位計n 浸在液體中的浮筒受到向下的重力、向上的浮力和彈簧彈浸在液體中的浮筒受到向下的重力、向上的浮力和彈簧彈力的復(fù)合作用。當(dāng)這三個力達到平衡時，到新的平衡。彈力的復(fù)合作用。當(dāng)這三個力達到平衡時，到新的平衡。彈簧的伸縮使與其剛性連接的磁鋼產(chǎn)生位移。這樣通過指示簧的

24、伸縮使與其剛性連接的磁鋼產(chǎn)生位移。這樣通過指示器內(nèi)磁感應(yīng)元件和傳動裝置使其指示出液位。在磁鋼室內(nèi)器內(nèi)磁感應(yīng)元件和傳動裝置使其指示出液位。在磁鋼室內(nèi)部，有一個高性能永久磁鋼，這樣就會在其周圍產(chǎn)生磁場。部，有一個高性能永久磁鋼，這樣就會在其周圍產(chǎn)生磁場。當(dāng)液位固定到某一個高度時，浮筒處于動平衡狀態(tài)時，磁當(dāng)液位固定到某一個高度時，浮筒處于動平衡狀態(tài)時，磁鋼周圍的磁場分布也趨于穩(wěn)定。鋼周圍的磁場分布也趨于穩(wěn)定。n 扭力管式浮筒液位計的測量部分如圖扭力管式浮筒液位計的測量部分如圖2-3-9所示，作為液所示，作為液位檢測元件的浮筒位檢測元件的浮筒1垂直地懸掛在杠桿垂直地懸掛在杠桿2的左端，杠桿的左端，杠桿

25、2右右端與扭力管端與扭力管3以及扭力管內(nèi)的芯軸以及扭力管內(nèi)的芯軸4垂直緊固連接，并由固垂直緊固連接，并由固定在外殼上的支點所支承。扭力管的另一端固定在外殼定在外殼上的支點所支承。扭力管的另一端固定在外殼5上，芯軸的另一端為自由端，用以輸出角位移。上，芯軸的另一端為自由端，用以輸出角位移。 扭力管式浮筒液位計扭力管式浮筒液位計圖圖2-3-9 扭力式浮筒式液位計扭力式浮筒式液位計圖圖2-3-10 扭力式浮筒式液位計實物圖扭力式浮筒式液位計實物圖扭力管式浮筒液位計扭力管式浮筒液位計n 當(dāng)液位低于浮筒下端時，浮筒的全部質(zhì)量作用在杠桿上，當(dāng)液位低于浮筒下端時，浮筒的全部質(zhì)量作用在杠桿上，此時作用力為此時

26、作用力為n (2-3-6）n 此時經(jīng)杠桿作用在扭力管上的扭力矩最大，使扭力管產(chǎn)生此時經(jīng)杠桿作用在扭力管上的扭力矩最大，使扭力管產(chǎn)生最大的扭角最大的扭角 （約為（約為7）。當(dāng)液位浸沒整個浮筒時，）。當(dāng)液位浸沒整個浮筒時，作用在扭力管上的扭力矩最小，使扭力管產(chǎn)生的扭角為作用在扭力管上的扭力矩最小，使扭力管產(chǎn)生的扭角為 （約為（約為2）。當(dāng)液位為高度）。當(dāng)液位為高度H時，浮筒的浸沒深度為，時，浮筒的浸沒深度為，作用在杠桿上的力為作用在杠桿上的力為n (2-3-7）n 式中式中 浮筒的截面積；浮筒的截面積；n 浮筒上移的距離；浮筒上移的距離；n 被測液體的密度。被測液體的密度。0FWmaxminHx(

27、)XFWA HxgAx扭力管式浮筒液位計扭力管式浮筒液位計n 由式（由式（2-3-6）可知，浮筒上移的距離與液位高度成正比，）可知，浮筒上移的距離與液位高度成正比，即即 ，所以上式可以寫成為，所以上式可以寫成為n (2-3-8）n 浮筒所受浮力的變化量為：浮筒所受浮力的變化量為：n 由上式可見液位由上式可見液位 與與 成正比關(guān)系。隨液位升高浮力成正比關(guān)系。隨液位升高浮力增加，作用于杠桿的力增加，作用于杠桿的力 減小，扭力管的扭角減小，扭力管的扭角 也減也減小。將扭角的角位移由芯軸小。將扭角的角位移由芯軸4輸出，并通過機械傳動放大輸出，并通過機械傳動放大機構(gòu)帶動指針就地指示液位的高度。也可以將此

28、角位移轉(zhuǎn)機構(gòu)帶動指針就地指示液位的高度。也可以將此角位移轉(zhuǎn)換為氣動或電動的標(biāo)準(zhǔn)信號，以適用遠(yuǎn)傳和控制的需要。換為氣動或電動的標(biāo)準(zhǔn)信號，以適用遠(yuǎn)傳和控制的需要。xKH(1)XFWAHKg0(1)XFFFAKgH HFHxF第三節(jié) 靜壓式液位測量 靜壓式液位測量靜壓式液位測量 n 靜壓式液位計的測量原理：容器中盛有液體或固體物料靜壓式液位計的測量原理：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)生一定的靜壓力。當(dāng)時，物體對容器的底部或側(cè)壁會產(chǎn)生一定的靜壓力。當(dāng)液體的密度均勻，或固體顆粒及物料的密度與疏密程度液體的密度均勻，或固體顆粒及物料的密度與疏密程度均勻時，此靜壓力與物料的物位高度成

29、正比。測出這個均勻時，此靜壓力與物料的物位高度成正比。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動的密閉容器的液位時，則采用測量差間氣相壓力有波動的密閉容器的液位時，則采用測量差壓的方法。壓的方法。壓力式液位計壓力式液位計 n 壓力式液位計是一種測量液壓力式液位計是一種測量液位的壓力傳感器，包括靜壓位的壓力傳感器，包括靜壓液位計、液位變送器、液位液位計、液位變送器、液位傳感器、水位傳感器、壓力傳感器、水位傳感器、壓力變送器等，適用于石油化工、變送器等，適用于石油化工、冶金、電力、制藥、供排水、冶金、電力、制藥、供排水、

30、環(huán)保等系統(tǒng)和行業(yè)的各種介環(huán)保等系統(tǒng)和行業(yè)的各種介質(zhì)的液位測量。如圖質(zhì)的液位測量。如圖2-3-11所示為壓力變送器測量敞口所示為壓力變送器測量敞口容器液位。容器液位。圖圖 2-3-11 壓力變送器測量液位壓力變送器測量液位1敞口容器 2變送器 3液位零面壓力式液位計壓力式液位計 n 測壓儀表通過引壓管與容器底部相連，當(dāng)液體密度測壓儀表通過引壓管與容器底部相連，當(dāng)液體密度 為常為常數(shù)，由測壓儀表的指示值便可知道液位的高度。數(shù)，由測壓儀表的指示值便可知道液位的高度。n PgHPHg壓力式液位計壓力式液位計n 由此可見，測量的高度與變送器安裝的位置和介質(zhì)密度有由此可見，測量的高度與變送器安裝的位置和介

31、質(zhì)密度有關(guān)。關(guān)。n 壓力計式液位計的優(yōu)點是簡單，測量范圍不受限制，信號壓力計式液位計的優(yōu)點是簡單，測量范圍不受限制，信號可以遠(yuǎn)傳；缺點是精度受到壓力表精度的限制，而且只適可以遠(yuǎn)傳；缺點是精度受到壓力表精度的限制，而且只適用于敞口容器的測量，當(dāng)液體密度發(fā)生變化時，會引入一用于敞口容器的測量，當(dāng)液體密度發(fā)生變化時，會引入一定的誤差。定的誤差。n 如果被測介質(zhì)具有腐蝕性，應(yīng)在儀表與被測液體之間加裝如果被測介質(zhì)具有腐蝕性，應(yīng)在儀表與被測液體之間加裝隔離罐。但是應(yīng)注意隔離液與被測液體之間不能發(fā)生互溶隔離罐。但是應(yīng)注意隔離液與被測液體之間不能發(fā)生互溶現(xiàn)象。當(dāng)壓力儀表與取壓點（零液位）不在同一水平位置現(xiàn)象。

32、當(dāng)壓力儀表與取壓點（零液位）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。時，應(yīng)對其位置高度差引起的固定壓力進行修正。差壓式液位計差壓式液位計 n 差壓式液位計主要用于密閉有壓容器的液位測量。由測量差壓式液位計主要用于密閉有壓容器的液位測量。由測量原理可知，凡是能夠測量差壓的儀表都可以用于密閉容器原理可知，凡是能夠測量差壓的儀表都可以用于密閉容器液位的測量。實際生產(chǎn)中，應(yīng)用最多的是電容式差壓變送液位的測量。實際生產(chǎn)中，應(yīng)用最多的是電容式差壓變送器。器。n （一）零點遷移問題（一）零點遷移問題n 采用差壓式液位計測量液位時，由于安裝位置不同，一般采用差壓式液位計測量液位時，由于安裝

33、位置不同，一般情況下均會存在零點遷移的問題。下面分無遷移、正遷移情況下均會存在零點遷移的問題。下面分無遷移、正遷移和負(fù)遷移和負(fù)遷移3種情況進行討論。種情況進行討論。零點遷移問題零點遷移問題 n 1.無遷移無遷移n 被測介質(zhì)黏度較小，無腐蝕，無被測介質(zhì)黏度較小，無腐蝕，無結(jié)晶，并且氣相部分不冷凝，變結(jié)晶，并且氣相部分不冷凝，變送器安裝高度與容器下部取壓位送器安裝高度與容器下部取壓位置在同一高度。置在同一高度。n 將差壓變送器的正、負(fù)壓室分別將差壓變送器的正、負(fù)壓室分別與容器下部和上部的取壓與容器下部和上部的取壓P+、P-相連接，如果被測液體的密度相連接，如果被測液體的密度為為 ，則作用于差壓變送

34、器正、，則作用于差壓變送器正、負(fù)壓室的差壓為負(fù)壓室的差壓為n 當(dāng)液體由當(dāng)液體由H=0變化到最高液位變化到最高液位H=Hmax時，時， 由零變化到最由零變化到最大差壓大差壓 ，變送器對應(yīng)的輸，變送器對應(yīng)的輸出為出為420 mA。pppgH pmaxp+-差壓變送器H圖圖 2-3-12 無遷移無遷移正遷移正遷移n 實際測量中，變送器的安裝位置往往不與容器下部的取壓實際測量中，變送器的安裝位置往往不與容器下部的取壓位置同高，被測介質(zhì)也是黏度較小、無腐蝕、無結(jié)晶，并位置同高，被測介質(zhì)也是黏度較小、無腐蝕、無結(jié)晶，并且氣相部分不冷凝，變送器安裝高度與容器下部取壓位置且氣相部分不冷凝，變送器安裝高度與容器

35、下部取壓位置不在同一高度，下部取壓位置低于最低液位的距離為，這不在同一高度，下部取壓位置低于最低液位的距離為，這時液位高度時液位高度 壓差壓差 之間的關(guān)系式為之間的關(guān)系式為Hp+-差壓變送器hH圖圖 2-3-13 正遷移正遷移pgHgh 正遷移正遷移n 當(dāng)當(dāng)H=0時，時，P=gh0，并且為常數(shù)項，作用于變送器，并且為常數(shù)項，作用于變送器使其輸出大于使其輸出大于4 mA；n 當(dāng)當(dāng)H=Hmax時，最大壓差時，最大壓差Pmax=gHmax+gh，使變，使變送器輸出大于送器輸出大于20 mA;這時可以通過調(diào)整變送器，使變送這時可以通過調(diào)整變送器，使變送器在器在H=0、P=gh時，其輸出為時，其輸出為4

36、mA。變送器的量程。變送器的量程仍然為仍然為gHmax，當(dāng)，當(dāng)H=Hmax、Pmax=gHmax+gh時，變送器的輸出為時，變送器的輸出為20mA，從而實現(xiàn)了變送器輸出與液，從而實現(xiàn)了變送器輸出與液位之間的正常對應(yīng)關(guān)系。位之間的正常對應(yīng)關(guān)系。pgHgh 負(fù)遷移負(fù)遷移 n 有些介質(zhì)對儀表會產(chǎn)生腐蝕作用，或者氣相部分會產(chǎn)生冷有些介質(zhì)對儀表會產(chǎn)生腐蝕作用，或者氣相部分會產(chǎn)生冷凝使導(dǎo)管內(nèi)的凝液隨時間而變，這些情況下，往往采用在凝使導(dǎo)管內(nèi)的凝液隨時間而變，這些情況下，往往采用在正、負(fù)壓室與取壓點之間分別安裝隔離罐或冷凝罐的方法。正、負(fù)壓室與取壓點之間分別安裝隔離罐或冷凝罐的方法。因此，負(fù)壓側(cè)引壓導(dǎo)管也有

37、一個附加的靜壓作用于變送器，因此，負(fù)壓側(cè)引壓導(dǎo)管也有一個附加的靜壓作用于變送器，使得被測液位使得被測液位H=0時，壓差不等于零。變送器安裝高度與時，壓差不等于零。變送器安裝高度與容器下部取壓位置處在同一高度，但由于氣相介質(zhì)容易冷容器下部取壓位置處在同一高度，但由于氣相介質(zhì)容易冷凝，而且冷凝液高度隨時間而變，則可以事先將負(fù)壓導(dǎo)管凝，而且冷凝液高度隨時間而變，則可以事先將負(fù)壓導(dǎo)管充滿被測液體，則此時液位充滿被測液體，則此時液位H與壓差與壓差P之間的關(guān)系式為之間的關(guān)系式為1pgHgh 1+-差壓變送器隔離罐Hh圖圖 2-3-14 負(fù)遷移負(fù)遷移負(fù)遷移負(fù)遷移n 由上式可知，當(dāng)由上式可知，當(dāng)H=0時，時，

38、P=-1gh2，則當(dāng)液位升高時，電容式液位計兩電極間總的介，則當(dāng)液位升高時，電容式液位計兩電極間總的介電常數(shù)值隨之加大因而電容量增大。反之當(dāng)液位下降，電常數(shù)值隨之加大因而電容量增大。反之當(dāng)液位下降，值減小，電容量也減小。值減小，電容量也減小。n 電容液位計的靈敏度主要取決于兩種介電常數(shù)的差值，而電容液位計的靈敏度主要取決于兩種介電常數(shù)的差值，而且，只有且，只有1和和2的恒定才能保證液位測量準(zhǔn)確，因被測介的恒定才能保證液位測量準(zhǔn)確，因被測介質(zhì)具有導(dǎo)電性，所以金屬棒電極都有絕緣層覆蓋。質(zhì)具有導(dǎo)電性，所以金屬棒電極都有絕緣層覆蓋。n 電容液位計體積小，容易實現(xiàn)遠(yuǎn)傳和調(diào)節(jié)，適用于具有腐電容液位計體積小

39、，容易實現(xiàn)遠(yuǎn)傳和調(diào)節(jié)，適用于具有腐蝕性和高壓的介質(zhì)的液位測量。蝕性和高壓的介質(zhì)的液位測量。電容式液位計電容式液位計n 電容式物位傳感器是根據(jù)圓筒形電容器原理進行工作的，電容式物位傳感器是根據(jù)圓筒形電容器原理進行工作的，結(jié)構(gòu)。它由兩個長度為結(jié)構(gòu)。它由兩個長度為L，半徑分別為，半徑分別為R和和r的圓筒形金屬的圓筒形金屬導(dǎo)體組成內(nèi)、外電極，中間隔以絕緣物質(zhì)構(gòu)成圓筒形電容導(dǎo)體組成內(nèi)、外電極，中間隔以絕緣物質(zhì)構(gòu)成圓筒形電容器。電容的表達式為：器。電容的表達式為：n n 式中式中 內(nèi)、外電極之間的介電常數(shù)。內(nèi)、外電極之間的介電常數(shù)。n 改變改變R、r、L其中任意一個參數(shù)時，均會引起電容其中任意一個參數(shù)時，

40、均會引起電容C變化。變化。實際物位測量中，實際物位測量中，R和和r固定，采用改變固定，采用改變L的方式進行測量。的方式進行測量。電容式物位傳感器實際上是一種可變電容器，隨著物位的電容式物位傳感器實際上是一種可變電容器，隨著物位的變化，必然引起電容量的變化，且與被測物位高度成正比，變化，必然引起電容量的變化，且與被測物位高度成正比，從而可以測得物位。從而可以測得物位。 2lnLCRr非導(dǎo)電介質(zhì)的液位測量非導(dǎo)電介質(zhì)的液位測量 n 當(dāng)測量石油類制品、某些有機液體當(dāng)測量石油類制品、某些有機液體等非導(dǎo)電介質(zhì)時，電容傳感器可以等非導(dǎo)電介質(zhì)時，電容傳感器可以采用如圖采用如圖2-3-17所示方法。它用一所示方

41、法。它用一個光電極個光電極1作為內(nèi)電極，用與它絕緣作為內(nèi)電極，用與它絕緣的同軸金屬圓筒的同軸金屬圓筒2作為外電極點，外作為外電極點，外電極上開有孔和槽，以便被測液體電極上開有孔和槽，以便被測液體自由流進或流出。內(nèi)、外電極之間自由流進或流出。內(nèi)、外電極之間采用絕緣材料采用絕緣材料3進行絕緣固定。進行絕緣固定。圖圖 2-3-17 非導(dǎo)電液位測量非導(dǎo)電液位測量非導(dǎo)電介質(zhì)的液位測量非導(dǎo)電介質(zhì)的液位測量n 當(dāng)被測液體當(dāng)被測液體H=0時，電容器內(nèi)、外電極之間氣體介電常數(shù)時，電容器內(nèi)、外電極之間氣體介電常數(shù)為為0，電容器的電容量為，電容器的電容量為 n 當(dāng)液位為基本高度當(dāng)液位為基本高度H時，電容器可以視為兩

42、部分電容的并時，電容器可以視為兩部分電容的并聯(lián)組合，即聯(lián)組合，即n 式中式中 H 電極被液體浸沒昀高度；電極被液體浸沒昀高度；n x 被測液體的介電常數(shù)；被測液體的介電常數(shù)；n 0 氣體的介電常數(shù)。氣體的介電常數(shù)。2lnLCRr022()lnlnxxHLHCRRrr非導(dǎo)電介質(zhì)的液位測量非導(dǎo)電介質(zhì)的液位測量n 當(dāng)液位變化時，引起電容的變化量為當(dāng)液位變化時，引起電容的變化量為C=Cx-C0，n 由此可見，由此可見，C與被測液位與被測液位H成正比，因此測得電容的變化成正比，因此測得電容的變化量便可以得到被測液位的高度。為了提高靈敏度，希望量便可以得到被測液位的高度。為了提高靈敏度，希望H前的系數(shù)盡可

43、能大，但介電常數(shù)取決于被測介質(zhì)，則在電前的系數(shù)盡可能大，但介電常數(shù)取決于被測介質(zhì)，則在電極結(jié)構(gòu)上，應(yīng)使極結(jié)構(gòu)上，應(yīng)使R接近于接近于r以減小分母，所以一般不采用容以減小分母，所以一般不采用容器壁做外電極，而是采用直徑較小的豎管做外電極。這種器壁做外電極，而是采用直徑較小的豎管做外電極。這種方法只適用于流動性較好的介質(zhì)。方法只適用于流動性較好的介質(zhì)。C02 ()lnxHRr 導(dǎo)電介質(zhì)的液位測量導(dǎo)電介質(zhì)的液位測量 n 如果被測介質(zhì)為導(dǎo)電液位，內(nèi)電極要采用絕緣材料覆蓋，如果被測介質(zhì)為導(dǎo)電液位，內(nèi)電極要采用絕緣材料覆蓋，即加一個絕緣套管（一般采用聚四氟乙烯護套），可以采即加一個絕緣套管（一般采用聚四氟乙

44、烯護套），可以采用金屬容器壁與導(dǎo)電液體一起做外電極，如圖用金屬容器壁與導(dǎo)電液體一起做外電極，如圖2-3-18所示。所示。當(dāng)容器為非導(dǎo)電體時，必須引入一個輔助電極（金屬棒），當(dāng)容器為非導(dǎo)電體時，必須引入一個輔助電極（金屬棒），其下端浸至被測容器底部，上端與電極安裝法蘭有可靠的其下端浸至被測容器底部，上端與電極安裝法蘭有可靠的導(dǎo)電連接，以使兩電極中有一個與大地儀表地線相連，保導(dǎo)電連接，以使兩電極中有一個與大地儀表地線相連，保證儀表的正常測量。證儀表的正常測量。圖圖 2-3-18 導(dǎo)電液位測量導(dǎo)電液位測量圖圖 2-3-19 非導(dǎo)電料位測量非導(dǎo)電料位測量導(dǎo)電介質(zhì)的液位測量導(dǎo)電介質(zhì)的液位測量n 若絕緣材

45、料的介電常數(shù)為若絕緣材料的介電常數(shù)為，電極被導(dǎo)電液體浸沒的高度，電極被導(dǎo)電液體浸沒的高度為為H，則該電容器的電容變化量可以表示為：，則該電容器的電容變化量可以表示為：n n 式中式中 R 絕緣套管的外半徑；絕緣套管的外半徑；n r 內(nèi)電極的外半徑。內(nèi)電極的外半徑。n 上式可見，由于上式可見，由于、R和和r均為常數(shù)，測得均為常數(shù)，測得C即可獲得被即可獲得被測液位測液位H。但此種方法不能適用于黏滯性介質(zhì)，因為當(dāng)液。但此種方法不能適用于黏滯性介質(zhì)，因為當(dāng)液位變化時，黏滯性介質(zhì)會黏附在內(nèi)電極絕緣套管表面上，位變化時，黏滯性介質(zhì)會黏附在內(nèi)電極絕緣套管表面上，形成虛假的液位信號。形成虛假的液位信號。C2l

46、nHRr 固體料位的測量固體料位的測量n 由于固體物料的流動性較差，故不宜采用雙筒電極。由于固體物料的流動性較差，故不宜采用雙筒電極。n 對于非導(dǎo)電固體物料的料位測量，通常采用一根不銹鋼金對于非導(dǎo)電固體物料的料位測量，通常采用一根不銹鋼金屬棒與金屬容器壁構(gòu)成電容器的兩個電極，如圖屬棒與金屬容器壁構(gòu)成電容器的兩個電極，如圖2-3-18所所示，金屬棒示，金屬棒l作為內(nèi)電極，容器壁作為外電極。將金屬電作為內(nèi)電極，容器壁作為外電極。將金屬電極棒插入容器內(nèi)的被測物料中，電容變化量極棒插入容器內(nèi)的被測物料中，電容變化量C與被測料位與被測料位H的關(guān)系仍可用非導(dǎo)電液位的式（的關(guān)系仍可用非導(dǎo)電液位的式（2-3-

47、17）來表述，只是）來表述，只是式中的式中的x代表固體物料的介電常數(shù)，代表固體物料的介電常數(shù)，r代表容器壁的內(nèi)徑，代表容器壁的內(nèi)徑，其他參數(shù)相同。其他參數(shù)相同。n 如果測量導(dǎo)電的固體料位，則需要對圖如果測量導(dǎo)電的固體料位，則需要對圖2-3-19中的金屬棒中的金屬棒內(nèi)電極加上絕緣套管，測量原理同導(dǎo)電液位測量，也可用內(nèi)電極加上絕緣套管，測量原理同導(dǎo)電液位測量，也可用式（式（2-3-18）表述。）表述。n 同理，還可以用電容物位計測量導(dǎo)電和非導(dǎo)電液體之間及同理，還可以用電容物位計測量導(dǎo)電和非導(dǎo)電液體之間及兩種介電常數(shù)不同的非導(dǎo)電液體時間的分界線。兩種介電常數(shù)不同的非導(dǎo)電液體時間的分界線。第五節(jié) 雷達

48、液位計 雷達液位計測量原理雷達液位計測量原理基本原理基本原理n 雷達液位計采用發(fā)射雷達液位計采用發(fā)射-反射反射-接收的工作模式接收的工作模式n 雷達傳感器采用高頻振蕩器作為微波發(fā)生器，發(fā)生器產(chǎn)生雷達傳感器采用高頻振蕩器作為微波發(fā)生器，發(fā)生器產(chǎn)生的電磁波用波導(dǎo)管將它引到輻射天線，以波束的形式發(fā)射的電磁波用波導(dǎo)管將它引到輻射天線，以波束的形式發(fā)射電磁波信號。當(dāng)發(fā)射波遇到障礙物，例如液體液面時，部電磁波信號。當(dāng)發(fā)射波遇到障礙物，例如液體液面時，部分被吸收，部分被反射回來，反射回來的回波信號仍由天分被吸收，部分被反射回來，反射回來的回波信號仍由天線接收，通過測量發(fā)射波與液位反射波之間某種參數(shù)關(guān)系線接收

49、，通過測量發(fā)射波與液位反射波之間某種參數(shù)關(guān)系來實現(xiàn)液位測量。來實現(xiàn)液位測量?；驹砘驹韓 距離物料表面的距離距離物料表面的距離D與脈沖的時間行程與脈沖的時間行程T成正比：成正比： n 其中其中C為光速為光速 n 因空罐的距離因空罐的距離E已知，則物位已知，則物位L為：為：n L=E-D n 在發(fā)射的時間間隔里，天線系統(tǒng)作為接收裝置使用。儀表在發(fā)射的時間間隔里，天線系統(tǒng)作為接收裝置使用。儀表分析、處理運行時間小于十億分之一秒的回波信號，并在分析、處理運行時間小于十億分之一秒的回波信號，并在極短的一瞬間分析處理回波。雷達傳感器利用特殊的時間極短的一瞬間分析處理回波。雷達傳感器利用特殊的時間間

50、隔調(diào)整技術(shù)將每秒的回波信號進行放大、定位，然后進間隔調(diào)整技術(shù)將每秒的回波信號進行放大、定位，然后進行分析處理。行分析處理。2TDC圖圖 2-3-21 雷達液位計雷達液位計非接觸式雷達液位計非接觸式雷達液位計 n 常用喇叭或桿式天線來發(fā)射與接收微波，可以用來測量各常用喇叭或桿式天線來發(fā)射與接收微波，可以用來測量各種液體介質(zhì)，不會受到液體介質(zhì)本身的密度、濃度、溫度種液體介質(zhì)，不會受到液體介質(zhì)本身的密度、濃度、溫度等物理因素的影響，能夠用于一些非揮發(fā)性腐蝕性介質(zhì)的等物理因素的影響，能夠用于一些非揮發(fā)性腐蝕性介質(zhì)的測量。同時，雷達液位計對周圍工作環(huán)境的溫度、壓力的測量。同時，雷達液位計對周圍工作環(huán)境的

51、溫度、壓力的適應(yīng)性好，可以用于高溫、高壓等惡劣環(huán)境測量?？商娲m應(yīng)性好，可以用于高溫、高壓等惡劣環(huán)境測量?？商娲鷦趧訌姸却蟮娜斯ね冻呋驇е劐N的卷尺、維修率高的接觸勞動強度大的人工投尺或帶重錘的卷尺、維修率高的接觸式儀表、電容等，如圖式儀表、電容等，如圖2-3-21所示為西門子雷達液位計。所示為西門子雷達液位計。非接觸式雷達液位計非接觸式雷達液位計n 雷達液位計的局限性：雷達液位計的局限性：n （1）影響雷達的性能是介電常數(shù)，理論上在真空中雷達）影響雷達的性能是介電常數(shù)，理論上在真空中雷達衰減極小，當(dāng)空氣中存在對雷達衰減物質(zhì)，例如：含高介衰減極小，當(dāng)空氣中存在對雷達衰減物質(zhì)，例如：含高介電性的粉

52、塵粉末（石墨，鐵合金等），水蒸氣很大，測量電性的粉塵粉末（石墨，鐵合金等），水蒸氣很大，測量距離和效果要受影響。距離和效果要受影響。n （2）被測介質(zhì)的揮發(fā)氣體會在天線上聚集，水蒸汽會在）被測介質(zhì)的揮發(fā)氣體會在天線上聚集，水蒸汽會在天線上聚結(jié)，此時，會影響雷達波發(fā)射，嚴(yán)重時雷達波不天線上聚結(jié)，此時，會影響雷達波發(fā)射，嚴(yán)重時雷達波不能發(fā)出。能發(fā)出。n （3）被測介質(zhì)的介電常數(shù)不能太小。圖）被測介質(zhì)的介電常數(shù)不能太小。圖 2-3-22 導(dǎo)波雷導(dǎo)波雷達液位計達液位計n （4）盡管溫度和壓力對雷達影響極小，但雷達天線是由）盡管溫度和壓力對雷達影響極小，但雷達天線是由不同材料做成，雷達適應(yīng)溫度和壓力的使

53、用范圍與所用的不同材料做成，雷達適應(yīng)溫度和壓力的使用范圍與所用的材料和密封結(jié)構(gòu)有關(guān)。材料和密封結(jié)構(gòu)有關(guān)。接觸式雷達液位計接觸式雷達液位計n 導(dǎo)波雷達液位計的工作原理和雷達液位導(dǎo)波雷達液位計的工作原理和雷達液位計相同，只是電磁脈沖以光速沿鋼纜或計相同，只是電磁脈沖以光速沿鋼纜或?qū)РU傳播，當(dāng)遇到被測介質(zhì)表面時，導(dǎo)波桿傳播，當(dāng)遇到被測介質(zhì)表面時，液位計的部分脈沖被反射形成回波并沿液位計的部分脈沖被反射形成回波并沿相同路徑返回到脈沖發(fā)射裝置，發(fā)射裝相同路徑返回到脈沖發(fā)射裝置，發(fā)射裝置與被測介質(zhì)表面的距離同脈沖在其間置與被測介質(zhì)表面的距離同脈沖在其間的傳播時間成正比，經(jīng)計算得出液位高的傳播時間成正比，

54、經(jīng)計算得出液位高度，如圖度，如圖2-3-22所示為西門子導(dǎo)波雷達所示為西門子導(dǎo)波雷達液位計。液位計。圖圖 2-3-22 導(dǎo)波雷達液位計導(dǎo)波雷達液位計接觸式雷達液位計接觸式雷達液位計n 若容器中存在兩種不同介質(zhì)，當(dāng)上面一層的介質(zhì)介電常數(shù)若容器中存在兩種不同介質(zhì)，當(dāng)上面一層的介質(zhì)介電常數(shù)較小，而下面的介質(zhì)介電常數(shù)較大時，高頻微脈沖沿著探較小，而下面的介質(zhì)介電常數(shù)較大時，高頻微脈沖沿著探測組件傳播遇到上層介質(zhì)時，由于其介電常數(shù)較小，因而測組件傳播遇到上層介質(zhì)時，由于其介電常數(shù)較小，因而有極少的能量被這一層介面反射，而大部分能量穿透上層有極少的能量被這一層介面反射，而大部分能量穿透上層介質(zhì)繼續(xù)向下傳播

55、，遇到兩層的介面時，由于下層介質(zhì)的介質(zhì)繼續(xù)向下傳播，遇到兩層的介面時，由于下層介質(zhì)的介電常數(shù)較大，因而會有較大的能量被反射回來。因而導(dǎo)介電常數(shù)較大，因而會有較大的能量被反射回來。因而導(dǎo)波雷達是可以測量兩種不同介質(zhì)的介面，其測量條件是上波雷達是可以測量兩種不同介質(zhì)的介面，其測量條件是上層介電常數(shù)比下層介質(zhì)介電常數(shù)小層介電常數(shù)比下層介質(zhì)介電常數(shù)小10以上。對于介電常數(shù)以上。對于介電常數(shù)比較小的液體物料可以采用雙探桿式測量方式，以保障良比較小的液體物料可以采用雙探桿式測量方式，以保障良好的準(zhǔn)確測量。好的準(zhǔn)確測量。n 若容器中存在霧氣或泡沫，由于電磁波不通過空間傳播，若容器中存在霧氣或泡沫，由于電磁波

56、不通過空間傳播，因而霧氣不會引起信號的衰減，泡沫也不會對信號進行散因而霧氣不會引起信號的衰減，泡沫也不會對信號進行散射而損失能量，霧氣或泡沫對測量無影響。射而損失能量，霧氣或泡沫對測量無影響。接觸式雷達液位計接觸式雷達液位計n 測量粘稠介質(zhì)時，介質(zhì)在波導(dǎo)體上的沉積和涂污對液位測測量粘稠介質(zhì)時，介質(zhì)在波導(dǎo)體上的沉積和涂污對液位測量的影響極小。介質(zhì)在探頭上的涂污對測量液位的影響可量的影響極小。介質(zhì)在探頭上的涂污對測量液位的影響可分為兩種：膜狀涂污和橋接。膜狀涂污是在液位降低時，分為兩種：膜狀涂污和橋接。膜狀涂污是在液位降低時，高粘液體或輕油漿在探頭上形成的一種覆蓋層，由于這種高粘液體或輕油漿在探頭

57、上形成的一種覆蓋層，由于這種涂污在探頭上涂層均勻，因此對測量基本無影響；但橋接涂污在探頭上涂層均勻，因此對測量基本無影響；但橋接性涂污的形成卻能導(dǎo)致明顯的測量誤差，當(dāng)塊狀或條狀介性涂污的形成卻能導(dǎo)致明顯的測量誤差，當(dāng)塊狀或條狀介質(zhì)污垢粘結(jié)于波導(dǎo)桿上或橋接于兩個波導(dǎo)桿之間時，就會質(zhì)污垢粘結(jié)于波導(dǎo)桿上或橋接于兩個波導(dǎo)桿之間時，就會在該點測得虛假液位。在該點測得虛假液位。第六節(jié) 超聲波物位計 基本原理基本原理 n 聲波是一種傳遞信息的媒體，它與機械振動密切相關(guān)，可聲波是一種傳遞信息的媒體，它與機械振動密切相關(guān)，可以由物體的撞擊、運動所產(chǎn)生的機械振動以波的形式向外以由物體的撞擊、運動所產(chǎn)生的機械振動以

58、波的形式向外傳播。根據(jù)振動所產(chǎn)生波的頻率高低分為可聞聲波、次聲傳播。根據(jù)振動所產(chǎn)生波的頻率高低分為可聞聲波、次聲波和超聲波，高于波和超聲波，高于20KHz的聲波稱為超聲波。聲波可以在的聲波稱為超聲波。聲波可以在氣體、液體、固體中傳播，并具有一定的傳播速度。聲波氣體、液體、固體中傳播，并具有一定的傳播速度。聲波在穿過介質(zhì)時會被吸收而產(chǎn)生衰減，氣體吸收最強則衰減在穿過介質(zhì)時會被吸收而產(chǎn)生衰減，氣體吸收最強則衰減最大，液體次之，固體吸收最少則衰減最小。最大，液體次之，固體吸收最少則衰減最小。 圖圖 2-3-23 超聲波液位計超聲波液位計基本原理基本原理n 當(dāng)聲波從一種介質(zhì)向另一種介質(zhì)傳播時，在兩種密

59、度不同、當(dāng)聲波從一種介質(zhì)向另一種介質(zhì)傳播時，在兩種密度不同、聲速不同的介質(zhì)分界面上，傳播方向便發(fā)生改變。即一部聲速不同的介質(zhì)分界面上，傳播方向便發(fā)生改變。即一部分被反射（反射角分被反射（反射角=入射角），一部分折射到相鄰介質(zhì)內(nèi)。入射角），一部分折射到相鄰介質(zhì)內(nèi)。如果兩種介質(zhì)的密度相差懸殊，則聲波幾乎全部被反射。如果兩種介質(zhì)的密度相差懸殊，則聲波幾乎全部被反射。因此，根據(jù)聲波從發(fā)射至接收到反射回波的時間間隔與物因此，根據(jù)聲波從發(fā)射至接收到反射回波的時間間隔與物位高度之間的關(guān)系，即可測得物位高度。位高度之間的關(guān)系，即可測得物位高度。測量原理測量原理 n 設(shè)超聲探頭至物位的垂直距離為，設(shè)超聲探頭至物

60、位的垂直距離為，由發(fā)射到接收所經(jīng)歷的時間為，超由發(fā)射到接收所經(jīng)歷的時間為，超聲波在介質(zhì)中傳播的速度為，則存聲波在介質(zhì)中傳播的速度為，則存在如下關(guān)系：在如下關(guān)系：n n 對于一定的介質(zhì)是已知的，因此，對于一定的介質(zhì)是已知的，因此，只要測得時間即可確定距離，用探只要測得時間即可確定距離，用探頭高度減去即得知被測物位高度。頭高度減去即得知被測物位高度。圖圖2-3-24 測量原理測量原理12Hvt測量方法測量方法 n 實際應(yīng)用中可以采用多種方法，根據(jù)傳聲介質(zhì)的不同，有實際應(yīng)用中可以采用多種方法，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)探頭的工作方式，又有自氣介式、液介式和固介式；根據(jù)探頭的工