第二章-物位檢測

第二章-物位檢測.第一頁，共37頁。概述常用的物位儀表分類:直讀式物位儀表：玻璃管液位計(jì)、玻璃板液位計(jì)等。差壓式物位儀表：液柱或物料堆積對(duì)某定點(diǎn)產(chǎn)生壓力。浮力式物位儀表：浮子高度或浮力隨液位高度而變化。電學(xué)式物位儀表：使物位的變化轉(zhuǎn)換為一些電量的變化。核輻射物位儀表：射線透過物料時(shí)強(qiáng)度隨物質(zhì)層的厚度而變化。聲波式物位儀表：由于物位的變化引起聲波反射時(shí)間的不同。光學(xué)式物位儀表：利用物位對(duì)光波的遮斷和反射原理工作第二頁，共37頁。物位儀表檢測原理可歸納為以下三類:基于力學(xué)原理:敏感元件所受到的力的大小與物位成正比，如靜壓式、浮力式基于相對(duì)變化原理:當(dāng)物位變化時(shí)，物位與容器底部或頂部的距離發(fā)生改變，通過測量距離的相對(duì)變化來測量物位。如聲學(xué)法、光學(xué)法?；谀硰?qiáng)度性物理量隨物位的升高而增加原理:如射線法。

概述第三頁，共37頁。二、靜壓式液位計(jì)檢測原理容器中某點(diǎn)的靜壓力和容器內(nèi)物位的高度有關(guān)：ρ為介質(zhì)的密度，對(duì)于固體顆粒，ρ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p0,則根據(jù)靜力學(xué)原理，有第四頁，共37頁。差壓式液位計(jì)

基本工作原理ΔP=ρgH零點(diǎn)遷移ΔP=ρ1gHΔP=ρ1gH-ρ2g（h2-h1）ΔP=ρ1gH+ρ1gh1零點(diǎn)遷移的目的：使H＝0時(shí)，變送器輸出為Iomin（如4mA）無遷移

負(fù)遷移

遷移量：

-ρ2g（h2-h1）正遷移

遷移量：

ρ1gh1第五頁，共37頁。例

已知ρ1=1200kg/m3，ρ2=950kg/m3，h1=1m，h2=5m，液位變化范圍0—2.5米，求：變送器的量程和遷移量。解Hmaxρ1g=2.5*1200*9.8=29400Pa變送器量程可選為：40kPa當(dāng)H=0時(shí)，-ρ2g（h2-h1）=-4*950*9.8=-37.24kPa變送器需要進(jìn)行負(fù)遷移，遷移量為－37.24kPa

第六頁，共37頁。差壓式液位計(jì)的特點(diǎn)是：①檢測元件在容器中幾乎不占空間，只需在容器壁上開一個(gè)或兩或兩個(gè)孔即可；②檢測元件只有一、兩根導(dǎo)壓管，結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，便于操作維護(hù)，工作可靠；③采用法蘭式差壓變送器可以解決高粘度、易凝固、易結(jié)晶、腐蝕性、含有懸浮物介質(zhì)的液位測量問題；④差壓式液位計(jì)通用性強(qiáng)，可以用來測量壓力和流量等參數(shù)。第七頁，共37頁。實(shí)現(xiàn)方法對(duì)于液位測量，一般可在容器壁面開孔，安裝壓力（差壓）傳感器；對(duì)于不易在壁面開孔（常壓容器）或容器在地面以下的，可導(dǎo)用投入式壓力傳感器，將壓力傳感器投到容器的底部，通過電纜線傳輸壓力信號(hào)。靜壓式液位變送器第八頁，共37頁。三、浮力式液位計(jì)原理：基于浮力原理，適用于液位的檢測。可分為恒浮力式和變浮力式兩類。

1.變浮力式液位計(jì)

變浮力式亦稱筒式液位計(jì)，當(dāng)液面變化時(shí)，沉筒浸泡于液體內(nèi)的體積有變化，因而所受浮力變化，該變化轉(zhuǎn)化為角位移，以此測量液位。

2.恒浮力式液位計(jì)恒浮力式液位計(jì)是依靠浮標(biāo)或浮子浮在液體中隨液面變化而升降。

第九頁，共37頁。干簧式浮球液位控制器(恒浮力式)干簧式浮球液位控制器用途：石油化工、造紙、食品、污水處理等行業(yè)內(nèi)開口或密閉儲(chǔ)罐，地下池槽中各種液位的液位測量，被檢測的介質(zhì)可分水、油、酸、堿、工業(yè)污水等各種導(dǎo)電及非導(dǎo)電液體，本控制器可對(duì)液位進(jìn)行自動(dòng)控制。

第十頁，共37頁。干簧式浮球液位控制器工作原理在控制器中裝若干只干簧管，當(dāng)裝有磁鋼的浮球隨液位上、下

時(shí)干簧管的觸點(diǎn)隨著發(fā)生動(dòng)作，從而達(dá)到控制液位的目的?？沈?qū)動(dòng)泵對(duì)液位進(jìn)行全自動(dòng)控制

第十一頁，共37頁。干簧式浮球液位控制器安裝和接線

1、

法蘭安裝和螺紋安裝兩種2、

傳感器與顯示儀之間的聯(lián)接線不能與交流電源同路敷設(shè)。3、

傳感器裝在被測容器上，傳感器下端最好與容器底部固定牢。4、

由于受運(yùn)輸?shù)南拗?，大?m以上采取分段裝箱，焊接后做好水壓試驗(yàn)（壓力小于0.6MPa）確定不漏方可使用。5、垂直安裝第十二頁，共37頁。干簧式浮球液位控制器型號(hào)：工業(yè)產(chǎn)品常用的有UQK-71系列

第十三頁，共37頁。干簧式浮球液位控制器結(jié)構(gòu)形式結(jié)

果功

能a一只常開干簧（上位）一只常閉干簧（下位）高水位開泵低水位停泵b一只常閉干簧（上位）一只常開干簧（下位）高水位開泵低水位停泵c一只常開干簧管（上位）一只常閉干簧管（下位）與電機(jī)控制箱配套實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制結(jié)構(gòu)形式說明：第十四頁，共37頁。浮筒液位計(jì)（變浮力式）結(jié)構(gòu)與原理:將圓筒形空心金屬浮筒懸掛在彈簧上。當(dāng)液位變化使浮筒的一部分被液位浸泡時(shí)，浮筒浮力與彈簧力之和等于浮筒重力，液位計(jì)平衡。彈簧的伸縮使其與剛性連接的鐵芯產(chǎn)生位移。通過差動(dòng)變壓器將位移信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷骸ＴO(shè)此時(shí)彈簧的位移為△x，則第十五頁，共37頁。浮筒液位計(jì)浮筒液位計(jì)使用和特點(diǎn)1、適用于高溫，高壓的場合2、精度較高（精度等級(jí)0.5）、可靠性好、調(diào)整方便、測量范圍廣、經(jīng)久耐用。3、適合工藝流程中敞口或帶壓容器內(nèi)的液位、界位、密度的連續(xù)測量。4、該儀表帶二線制4～20mA輸出和HART傳輸協(xié)議輸出；5、有本安型、隔爆型、液晶指示型、電池型多種產(chǎn)品。6、智能式的具有參數(shù)設(shè)定、故障提示等功能第十六頁，共37頁。四、電容式物位計(jì)原理：把物位的變化變換為電容量的變化；檢測元件常為一個(gè)圓筒式的電容器。由兩個(gè)長度為L，半徑分別為R和r的圓筒形金屬導(dǎo)體構(gòu)成當(dāng)兩圓筒中間所充介質(zhì)介電常數(shù)為ε0的氣體時(shí)，則該圓筒間的電容量為：如果電極的一部分被另一部分介電常數(shù)為ε的液體（物料）所浸沒時(shí)，設(shè)上半部分介質(zhì)的介電常數(shù)仍為ε0，浸沒的部分長度為H，則電容器上半部分的電容器為：

下半部分為：第十七頁，共37頁。結(jié)論：當(dāng)幾何尺寸一定，ε，ε0不變時(shí)，電容的變化量是被測介質(zhì)物位H的線性函數(shù)。電容式物位計(jì)

第十八頁，共37頁。電容式物位計(jì)制造主要考慮因素：1、溫度對(duì)介電常數(shù)的變化的影響；2、物位對(duì)電容器的電容量變化值很小，往往只是幾納法（幾千皮法），而且易受干擾影響，電容測量比較困難。3、如果被測介質(zhì)為導(dǎo)電性液體，電極要用絕緣物覆蓋作為中間介質(zhì)，而液體和外圓筒一起作為外電極。電容式物位計(jì)

第十九頁，共37頁。電容式物位計(jì)產(chǎn)品特點(diǎn)及使用：1、結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、性能可靠的優(yōu)點(diǎn)；2、電極多為不銹鋼材料制造，耐腐蝕性強(qiáng);3、依照過程溫度不同分成三類：普通型：-20～60℃、中溫型：-40～200℃、高溫型：-40～800℃4、本儀表不適于介電常數(shù)變化過大的場合以及物料不能與電極良好接觸的固體介質(zhì)。5、被測介質(zhì)為結(jié)晶、結(jié)垢或粘度很高時(shí)對(duì)測量精度有一定影響。6、傳感器與二次儀表的連線及距離：距離<200m，用直徑1.5mm以上的導(dǎo)線（最好是雙絞線）連接，每條導(dǎo)線電阻應(yīng)小于3歐姆；第二十頁，共37頁。電容式料位計(jì)電容式液位計(jì)第四節(jié)物位檢測第二十一頁，共37頁。檢測原理

利用聲波在介質(zhì)中傳播速度，能量衰減以及在界面的反射等特性。超聲波物位計(jì)第二十二頁，共37頁。超聲波物位計(jì)當(dāng)聲波從氣體傳播到液體或固態(tài)，或者相反的情況下，由于兩種介質(zhì)的密度相差懸殊，聲波幾乎全部被反射；在容器底部安裝一只超聲波發(fā)射器和一只接收器（也可以只用一個(gè)探頭輪換發(fā)射和接收超聲波脈沖），設(shè)聲速為v（對(duì)于一定的氣體來說，v是已知的），實(shí)際物位高度為H，則從發(fā)射到接收所需時(shí)間t為：第四節(jié)物位檢測第二十三頁，共37頁。實(shí)現(xiàn)方法超聲波傳播速度的補(bǔ)償方法有：1、溫度補(bǔ)償：溫度對(duì)聲波聲速的影響最大，安裝溫度傳感器測溫以補(bǔ)償溫度對(duì)聲波聲速的影響；2、設(shè)置校正具：設(shè)置兩組換能器探頭，一組作為測量探頭，一組作為聲速校正用探頭，兩組換能器探頭都放在被測介質(zhì)中，聲速校正用探頭發(fā)射的聲波在固定時(shí)間內(nèi)走過固定的距離，以此測出實(shí)際聲速。超聲波物位計(jì)第二十四頁，共37頁。設(shè)置校正具

在被測介質(zhì)中安裝兩組換能器探頭，一組用作測量探頭，另一組用作構(gòu)成速度校正用的探頭。A、固定校具：

校正的方法是將校正用的探頭固定在校正具（一般是金屬圓筒）的一端，校正具的另一端是一塊反射板。

第二十五頁，共37頁。應(yīng)用固定校正具檢測液位原理圖第二十六頁，共37頁。設(shè)置校正具A、固定校具：

由于校正探頭到反射板的距離為已知的固定長度L0

，測出聲脈沖從校正探頭到反射板的往返時(shí)間T0，則可得聲波在介質(zhì)中的傳播速度為：第二十七頁，共37頁。設(shè)置校正具

因?yàn)樾Ｕ筋^和測量探頭是在同一個(gè)介質(zhì)中，如果兩者的傳播速度相等，即=v，則可得

結(jié)論：只要測出時(shí)間T和，就能獲得物位的高度H（消除了聲速變化引起的測量誤差）。

適用于容器中介質(zhì)的聲速各處相同第二十八頁，共37頁。B、活動(dòng)校具主要用于聲速沿高度方向變化的介質(zhì)。應(yīng)用活動(dòng)校正具檢測液位原理圖第二十九頁，共37頁。超聲波物位計(jì)超聲波物位計(jì)使用特點(diǎn)：1、非接觸式測量，超聲波物位計(jì)安裝于料倉、液罐上方，不直接接觸物料。2、超聲波料位計(jì)儀表可配置可編程繼電器輸出、高精度4~20mA電流輸出、RS-485數(shù)字通信輸出三種形式。3、低功耗，超聲波料位計(jì)主機(jī)功耗小于5W。4、內(nèi)置溫度補(bǔ)償，運(yùn)行穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)。5、高至16位D/A轉(zhuǎn)換，測量精度高（0.2%）。6、特別適合煤堆、石塊等固體物位測量，以及江河、污水液位、罐裝液體、泥漿等液位測量。第三十頁，共37頁。射線式物位計(jì)檢測系統(tǒng)組成射線源探測器電子線路檢測原理:當(dāng)射線穿過一定的物質(zhì)，由于物質(zhì)的吸收，其穿透強(qiáng)度隨物質(zhì)的厚度而減小，其變化規(guī)律為

μ－介質(zhì)對(duì)射線的吸收系數(shù)不同的材料有不同的吸收系數(shù)，一般固態(tài)最大，液體其次，氣體最小。μ－介質(zhì)對(duì)射線的吸收系數(shù)不同的材料有不同的吸收系數(shù)，一般固態(tài)最大，液體其次，氣體最小。γ射線料位計(jì)γ射線料位計(jì)μ－介質(zhì)對(duì)射線的吸收系數(shù)不同的材料有不同的吸收系數(shù)，一般固態(tài)最大，液體其次，氣體最小。檢測原理:當(dāng)射線穿過一定的物質(zhì)，由于物質(zhì)的吸收，其穿透強(qiáng)度隨物質(zhì)的厚度而減小，其變化規(guī)律為

μ－介質(zhì)對(duì)射線的吸收系數(shù)不同的材料有不同的吸收系數(shù)，一般固態(tài)最大，液體其次，氣體最小。μ－介質(zhì)對(duì)射線的吸收系數(shù)不同的材料有不同的吸收系數(shù)，一般固態(tài)最大，液體其次，氣體最小。檢測原理:當(dāng)射線穿過一定的物質(zhì)，由于物質(zhì)的吸收，其穿透強(qiáng)度隨物質(zhì)的厚度而減小，其變化規(guī)律為

μ－介質(zhì)對(duì)射線的吸收系數(shù)不同的材料有不同的吸收系數(shù)，一般固態(tài)最大，液體其次，氣體最小。μ－介質(zhì)對(duì)射線的吸收系數(shù)不同的材料有不同的吸收系數(shù)，一般固態(tài)最大，液體其次，氣體最小。γ射線料位計(jì)第三十一頁，共37頁。實(shí)現(xiàn)方法放射源可以是一個(gè)點(diǎn)源，也可以做成線源，接收器同樣可以是單點(diǎn)或是線狀的。用放射線進(jìn)行物位檢測有多種方式，常用的如圖所示第三十二頁，共37頁。圖稱重式液罐計(jì)量儀1—下波紋管；2—上波紋管；3—液相引壓管；4—?dú)庀嘁龎汗埽?—砝碼；6—絲杠；7—可逆電機(jī)；8—編碼盤；9—發(fā)訊器稱重式液罐計(jì)量儀第四節(jié)物位檢測第三十三頁，共37頁。第四節(jié)物位檢測稱重式液罐計(jì)量儀該計(jì)量儀既能測液位，又能反映出罐中真實(shí)的質(zhì)量儲(chǔ)量。稱重儀根據(jù)天平原理設(shè)計(jì)。杠桿平衡時(shí)由于（2-4-1）代入（2-4-1）（2-4-2）如果液罐是均勻截面（A）（2-4-3）M為砝碼質(zhì)量，A1為波紋管有效面積第三十四頁，共37頁。1—下波紋管；2—上波紋管；3—液相引壓管；4—?dú)庀嘁龎汗?/p>