3.4物位檢測與儀表解析

第四節(jié)物位檢測與儀表物位檢測方法及儀表物位檢測方法應(yīng)用浮力原理檢測物位應(yīng)用靜壓原理檢測物位應(yīng)用超聲波反射檢測物位本章主要內(nèi)容物位檢測及儀表物位――指容器中的液體介質(zhì)的液位、固體的料位或顆粒物的料位

和兩種不同液體介質(zhì)分界面的總稱。測量液位的儀表叫液位計(jì)，測量料位的儀表叫料位計(jì)。測量兩種密度不同液體介質(zhì)的分界面的儀表叫界面計(jì)。在物位檢測中，有時(shí)需要對(duì)物位進(jìn)行連續(xù)檢測，有時(shí)只需要測量物位是否達(dá)到某一特定位置，用于定點(diǎn)物位測量的儀表稱為物位開關(guān)

。液位――容器中的液體介質(zhì)的高低。料位――容器中固體或顆粒狀物質(zhì)的堆積高度。物位的基本概念物位檢測及儀表

物位檢測的作用

①確定容器中的貯料數(shù)量，以保證連續(xù)生產(chǎn)的需要或進(jìn)行

經(jīng)濟(jì)核算；②為了監(jiān)視或控制容器的物位，使它保持在規(guī)定的范圍內(nèi)；③對(duì)它的上下極限位置進(jìn)行報(bào)警，以保證生產(chǎn)安全、正常

進(jìn)行。

控制、計(jì)量、報(bào)警等。

檢測方法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：利用液柱或物料堆積對(duì)某定點(diǎn)產(chǎn)生壓力的原理而工作。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，如電容。核輻射物位儀表：利用射線透過物料時(shí)其強(qiáng)度隨物質(zhì)層的厚度而變化的原

理。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。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?！镂粰z測及儀表浮力式液位計(jì)基本工作原理浮筒GF彈F浮浮筒彈簧磁鋼室輸出指示器主要由四個(gè)基本部分組成：浮筒、彈簧、磁鋼室和輸出指示器。當(dāng)浮筒沉浸在液體中時(shí)，浮筒將受到向下的重力G、向上的浮力F浮和彈簧彈力F-彈的復(fù)合作用，彈簧的伸縮使其與剛性連接的磁鋼產(chǎn)生位移，再通過輸出指示器內(nèi)磁感應(yīng)元件和傳動(dòng)裝置或變換輸出裝置，使其指示出液位或輸出與液位對(duì)應(yīng)的電信號(hào)。

內(nèi)置式外置式靜井特點(diǎn)和要求浮筒式液位計(jì)通常有內(nèi)置式和側(cè)裝外置式兩種安裝方式，測量原理完全相同，但外置式安裝更適用于溫度較高的場合。物位檢測及儀表差壓式液位變送器

ΔP=ρ1gHΔP=ρ1gH-ρ2g（h2-h1）ΔP=ρ1gH+ρ1gh1無遷移

負(fù)遷移

遷移量：

-ρ2g（h2-h1）正遷移

遷移量：

ρ1gh1物位檢測及儀表差壓變送器測量液位時(shí)的零點(diǎn)遷移問題（重點(diǎn)）安裝位置條件不同存在著儀表零點(diǎn)遷移問題特征：差壓變送器的正壓室取壓口正好與容器的最低液位（Hmin=0）處于同一水平位置。作用于變送器正、負(fù)壓室的差壓ΔP與液位高度H的關(guān)系為ΔP=Hρg。當(dāng)H=0時(shí)，正負(fù)壓室的差壓ΔP=0，變送器輸出信號(hào)為4mA當(dāng)H=Hmax時(shí)，差壓ΔPmax=ρgHmax，變送器的輸出信號(hào)為20mA，無遷移零點(diǎn)遷移的目的：使H＝0時(shí)，變送器輸出為Iomin（如4mA）物位檢測及儀表負(fù)遷移

差壓變送器的正、負(fù)壓室的壓力分別為

正、負(fù)壓室的壓差為：

當(dāng)被測液位H=0時(shí)，ΔP=-(h2-h1)ρ2g<0，使變送器在H=0時(shí)輸出電流小于4mA；H=Hmax時(shí)，輸出電流小于20mA。物位檢測及儀表正遷移

變送器的安裝位置與容器的最低液位（H=0）不在同一水平位置。正、負(fù)壓室的壓力分別為：正、負(fù)壓室的壓差為：當(dāng)被測液位H=0時(shí)，ΔP=h1ρg>0，從而使變送器在H=0時(shí)輸出電流大于4mA；H=Hmax時(shí)，輸出電流大于20mA。物位檢測及儀表應(yīng)用靜壓原理檢測物位（a）無遷移

（b）負(fù)遷移

（c）正遷移0500042020007000ΔP(Pa)-20003000I0(mA)某壓力變送器的測量范圍：0~5000Pa，當(dāng)有遷移時(shí)，設(shè)固定差壓=2000Pa，無遷移、正負(fù)遷移如圖所示。為什么要用法蘭式差壓變送器？工作原理dDL由兩個(gè)同軸圓柱極板組成的電容器，當(dāng)兩極板之間填充介電常數(shù)為ε1的介質(zhì)時(shí)，兩圓筒間的電容量為：

當(dāng)極板之間一部分介質(zhì)被介電常數(shù)為ε2的另一種介質(zhì)填充時(shí)，可推導(dǎo)出電容變化量當(dāng)電容器的幾何尺寸和介電常數(shù)保持不變時(shí)，電容變化量就與物位高度H成正比。DdLH電容式物位計(jì)電容式物位計(jì)可以用于液位的測量，也可以用于料位的測量，但要求介質(zhì)的介電常數(shù)保持穩(wěn)定。在實(shí)際使用過程中，當(dāng)現(xiàn)場溫度、被測液體的濃度、固體介質(zhì)的濕度或成分等發(fā)生變化時(shí)，介質(zhì)的介電常數(shù)也會(huì)發(fā)生變化，應(yīng)及時(shí)對(duì)儀表進(jìn)行調(diào)整才能達(dá)到預(yù)想的測量精度。

當(dāng)測量不導(dǎo)電介質(zhì)的物位時(shí)，可用同心套筒電極，如圖2-72所示；也可以在容器中心設(shè)內(nèi)電極而由金屬容器壁做為外電極，構(gòu)成同心電容器，如圖2-73所示。當(dāng)測量導(dǎo)電液體時(shí)，可以用包有一定厚度絕緣外套的金屬棒做內(nèi)電極，而外電極即液體介質(zhì)本身，這時(shí)液位的變化引起極板長度的改變，如圖2-74所示。物位檢測及儀表應(yīng)用超聲波反射檢測物位根據(jù)超聲波從發(fā)射到接收反射回波的時(shí)間間隔大小與被測介質(zhì)高度成比例關(guān)系的原理，實(shí)現(xiàn)液位測量的。測量時(shí)由置于容器底部的超聲波探頭向液面與氣體的分界面發(fā)射超聲波，經(jīng)過時(shí)間t后，便可接收到從界面反射回來的回波信號(hào)。

測量原理根據(jù)傳聲介質(zhì)的不同可以分為：液介式、氣介式、固介式三種。

V----超聲波在液體中的傳播速度H----從探頭至界面的距離（被測介質(zhì)物位高度）t----超聲波從探頭發(fā)射至液面反射回來的時(shí)間物位檢測及儀表超聲波物位計(jì)

超聲波物位計(jì)由超聲波發(fā)射、接收器（探頭