1、第5章 物位的测量 本章介绍了物位的基本概念，以及物位测量的特点，详细分析了一些典型物位计的工作原理，介绍了它们的优缺点、应用场合及使用的注意事项。返总目录返总目录教学目录：5.15.15.25.25.35.35.45.45.55.55.65.65.75.75.85.8返总目录返总目录5.1 概述5.1.1 物位测量的一般概念5.1.2物位测量的工艺特点和主要问题重点：物位测量的基本概念。重点：液位测量的工艺特点。 难点：料位测量的工艺特点。5.1.3 物位测量仪表的分类返本章目录返本章目录物位检测是对设备和容器中物料储量多少的度量。物位检测是对设备和容器中物料储量多少的度量。物位检物位检测为
2、保证生产过程的正常运行，如调节物料平衡、掌握物料消测为保证生产过程的正常运行，如调节物料平衡、掌握物料消耗数量、确定产品产量等提供可靠依据。在现代工业生产自动耗数量、确定产品产量等提供可靠依据。在现代工业生产自动化过程监测中物位检测占有重要的地位。化过程监测中物位检测占有重要的地位。一、定义：一、定义：物位物位:储物在容器中的积存高度。即液位、料位和界位的位置储物在容器中的积存高度。即液位、料位和界位的位置 统称为物位统称为物位。检测界面计不同液体的界面位置界位料位计固体物料的堆积高度料位液位计表面高低液体介 质液位 物位是液位、料位、界位的总称。对物位进行测量、指示和控制物位是液位、料位、界
3、位的总称。对物位进行测量、指示和控制的仪表，称物位检测仪表。的仪表，称物位检测仪表。5.1.1物位测量的一般概念返总目录返总目录5.1.2物位测量的工艺特点和主要问题 1.液位测量的工艺特点液位测量的工艺特点 液面是一个规则的表面，但当物料流进、流出时，会有波浪，或者在生产过程中出现沸腾或起泡沫的现象。大型容器中常会出现液体各处温度、密度和粘度等物理量不均匀的现象。容器中常会有高温、高压，或液体粘度很大，或含有大量杂质、悬浮物等。返本节目录返本节目录返本章目录返本章目录2.料位测量的工艺特点料位测量的工艺特点物料自然堆积时，有堆积倾斜角，因此料面是不平的,难以确定料位高度。物料进出时，又存在着
4、滞留区（由于容器结构而使不易流动的死角处，叫做滞留区），影响到物位最低位置的测准。储仓或料斗中，物料内部可能存在大的孔隙，或粉料之中存在小的间隙，前者影响对物料储量的计算，而后者则在振动或压力、湿度变化时物位也随之变化。3.界位测量中最常见的问题界位测量中最常见的问题是界面位置不明显，浑浊段的存在也影响测准。5.1.2物位测量的工艺特点和主要问题返本节目录返本节目录返本章目录返本章目录5.1.3 物位测量仪表的分类 物位测量仪表的种类很多，而且还在不断发展。按其工作原理可归纳为以下几种： 直读式直读式物位测量仪表、浮力式浮力式物位测量仪表、 静压式静压式物位测量仪表、电磁式电磁式物位测量仪表、
5、 电容式电容式物位测量仪表、超声波超声波式物位测量仪表 核辐射核辐射式物位测量仪表等。 此外，还有声学式、称重式、重锤式、旋翼式等。 返本节目录返本节目录返本章目录返本章目录5.2 直读式液位计直读式液位计是一种简单而常用的液位测量仪表。其中最简单的就是直接用直尺插入介质中来测量液位，另外就是用玻璃液位计进行测量。重点：玻璃液位计的原理、结构、特点。难点：玻璃液位计的分类，以及使用注意事项。返本章目录返本章目录返总目录返总目录5.2 直读式液位计 玻璃液位计的工作原理玻璃液位计的工作原理：按照连通器液柱静压平衡的原理工作的。 优点优点：结构简单、价格便宜，一般用在温度及压力不太高的场合就地指示
6、液位的高低。 缺点缺点：不能测量深色或粘稠的介质的液位，另外玻璃易碎，且信号不能远传和自动记录。 玻璃液位计按照结构可以分为玻璃管式玻璃管式和玻玻璃板式璃板式液位计两种。返本章目录返本章目录当用玻璃液位计进行精确测量时应注意注意：应使容器和仪器中的介质具有相同的温度，以免因密度不同而引起示值误差。玻璃液位计管径不宜太小，以免因毛细现象而引起示值误差。应尽量减小连通管上的流动阻力，以减小液位快速变化时产生的动态误差。为了改善仪表的动态性能，也不能把连通管上的阀门省掉。当玻璃管或玻璃板一旦发生损坏时，可利用连通管上的阀门进行切断，以免事故扩大。5.2 直读式液位计返本章目录返本章目录5.3 浮力式
7、液位计 工作原理：基于液体浮力原理而工作的。 浮力式液位计分为浮子式和浮筒式液位计两种。 优点：不容易受到外界环境的影响；浮子或浮筒直接受浮力推动，比较直观、可靠，结构简单、维修方便等。 缺点：由于具有可动部件，故容易受摩擦而影响它的灵敏度和增大误差，而且可动部件易被污垢、锈蚀卡死而影响可靠性。另外，由于浮筒或浮子要垂直或横伸于容器中，故所占空间较大。返本章目录返本章目录5.3.1 浮子式液位计重点：各种浮子式液位计的特点、原理、结构和使用。难点：各种浮子式液位计的使用。5.3 浮力式液位计5.3.2 浮筒式液位计重点：各种浮筒式液位计的特点、原理和结构。难点：浮筒式液位计的校验。返本章目录返
8、本章目录1、浮子式液位计：是一种、浮子式液位计：是一种恒浮力恒浮力式液位计。式液位计。（1）钢丝绳（或钢带）式浮子液位计）钢丝绳（或钢带）式浮子液位计基本原理：基本原理：通过测量通过测量漂浮于被测液面上的浮子（浮漂浮于被测液面上的浮子（浮标）随着液面的变化而上下移动而产生的位标）随着液面的变化而上下移动而产生的位移来检测液位高低，其所受浮力的大小一定。移来检测液位高低，其所受浮力的大小一定。即检测浮子所在位置可知液面高低。即检测浮子所在位置可知液面高低。浮子形状常见有圆盘形、圆柱形和球形等。下面以圆柱形为例浮子形状常见有圆盘形、圆柱形和球形等。下面以圆柱形为例来作分析。如图：来作分析。如图：浮
9、子通过滑轮和绳带与平衡重锤连接，绳带的拉力与浮子的重浮子通过滑轮和绳带与平衡重锤连接，绳带的拉力与浮子的重量及浮力相平衡，以维持浮子处于平衡状态而漂在液面上，平衡量及浮力相平衡，以维持浮子处于平衡状态而漂在液面上，平衡重锤位置即反映浮子的位置，从而测知液位。重锤位置即反映浮子的位置，从而测知液位。5.3.1 浮子式液位计基本原理：基本原理：理想情况下，浮子浸入液体的高度理想情况下，浮子浸入液体的高度h是不变的，将来液位变化是不变的，将来液位变化时，浮子随液位上、下移动，通过滑轮使悬锤上、下移动，指时，浮子随液位上、下移动，通过滑轮使悬锤上、下移动，指示液位高低。示液位高低。ghDFdD42浮子
10、所受浮力为：液体密度为浮子浸入液体高度为设园柱形浮子外径为5.3.1 浮子式液位计1、浮子式液位计：是一种、浮子式液位计：是一种恒浮力恒浮力式液位计。式液位计。基本原理：基本原理：但由于液体的黏性、传动系统的摩擦等但由于液体的黏性、传动系统的摩擦等因素，液位变化因素，液位变化H只有达到一定的值时（即只有达到一定的值时（即浮子浸入液体深度浮子浸入液体深度h变化到一定值时变化到一定值时h ），），造成浮力发生造成浮力发生F的变化时，浮子才会动作，的变化时，浮子才会动作，才可能带动悬锤指示变化。这表明了液位计存在不灵敏区。才可能带动悬锤指示变化。这表明了液位计存在不灵敏区。ghDF42 浮子所受浮力
11、为： 杠杆浮球式液位计分为内浮式内浮式和外浮式外浮式。使用时若有沉淀物或凝结物附在浮球上，要重新调整平衡锤调整平衡锤的位置，校正零位。这类仪表变化灵活，容易适应介质的温度、压力、粘度等条件。但受机械杠杆长度的限制，测量范围较小。（2）杠杆浮球式液位计）杠杆浮球式液位计返本节目录返本节目录返本章目录返本章目录1-浮球 2-连杆 3-转动轴 4-平衡锤 5-杠杆 6-指针 7-标尺5.3.1 浮子式液位计 翻板由极薄的导磁金属制成，每片宽10mm，垂直排列，并各自能绕框架上的小轴旋转。翻板的一面涂有红漆，另一面涂银灰漆。 （3）翻板式液位计）翻板式液位计返本节目录返本节目录返本章目录返本章目录翻板
12、式液位计翻板式液位计工作原理动画演示翻板式液位计工作原理动画演示返本节目录返本节目录返本章目录返本章目录浮子钢带液位计5.3.2 浮筒式液位计 浮筒式液位计的检测元件是浸没于液体中的浮筒。浮筒所受浮力随位移发生变化。此浮力变化再以力或位移变化的形式，带动电动或气动元件发出信号给显示仪表以显示液位，也可以实现液位的报警或调节。这种液位计主要由变送器和显示仪表两部分组成。浮筒的长度就是仪表的量程，一般为3002000mm。返本节目录返本节目录返本章目录返本章目录二、浮力式液位计二、浮力式液位计2、浮筒式液位计：是一种、浮筒式液位计：是一种变浮力变浮力式液位计。式液位计。（1）带有差动变压器的浮筒式
13、液位计）带有差动变压器的浮筒式液位计. .原理图：原理图：结构：结构：圆柱形的检测元件的浮筒部分沉浸于圆柱形的检测元件的浮筒部分沉浸于液体中，由弹簧悬挂，弹簧下端固定，上端受浮液体中，由弹簧悬挂，弹簧下端固定，上端受浮筒重力而拉伸。筒重力而拉伸。. .基本原理：基本原理：利用浮筒（敏感元件）由于被液体浸没高度利用浮筒（敏感元件）由于被液体浸没高度不同，以至所受浮力不同来检测液位。不同，以至所受浮力不同来检测液位。二、浮力式液位计二、浮力式液位计2、浮筒式液位计：是一种、浮筒式液位计：是一种变浮力变浮力式液位计。式液位计。. .基本原理：基本原理： 设浮筒质量为设浮筒质量为m ，截面积为，截面积
14、为A ，弹簧的刚度，弹簧的刚度为为c，压缩位移为，压缩位移为 x0，被测液体密度为，被测液体密度为 ，浮筒没，浮筒没入液体高度为入液体高度为H起始位置弹性力与重力、浮力相平衡，有：起始位置弹性力与重力、浮力相平衡，有：弹性力重力浮力二、浮力式液位计二、浮力式液位计2、浮筒式液位计：是一种、浮筒式液位计：是一种变浮力变浮力式液位计。式液位计。. .基本原理：基本原理：当液位变化时，浮筒所受浮力改变，弹簧的当液位变化时，浮筒所受浮力改变，弹簧的变形亦有变化。变形亦有变化。达到新的力平衡时则有以下关系：达到新的力平衡时则有以下关系：（即浮筒位移变化）弹簧变形变化液位高度变化假设xH二、浮力式液位计二
15、、浮力式液位计2、浮筒式液位计：是一种、浮筒式液位计：是一种变浮力变浮力式液位计。式液位计。. .基本原理：基本原理： 结论：只要检测弹簧的变形结论：只要检测弹簧的变形x（即浮筒的（即浮筒的位移量），即可确定液位的变化位移量），即可确定液位的变化H ,进而确定液体的液位高度。进而确定液体的液位高度。HHxHxHHH二、浮力式液位计二、浮力式液位计2、浮筒式液位计：是一种、浮筒式液位计：是一种变浮力变浮力式液位计。式液位计。. .位移检测方法：位移检测方法：弹簧变形量的检测可通过差动变压器实现。弹簧变形量的检测可通过差动变压器实现。如图，在浮筒顶部的连杆上装一铁心，铁心随如图，在浮筒顶部的连杆上
16、装一铁心，铁心随浮筒而上下移动，其位移经差动变压器转换为浮筒而上下移动，其位移经差动变压器转换为与位移成比例的电压输出，从而给出相应的液位与位移成比例的电压输出，从而给出相应的液位指示。指示。 .采用弹簧结构的好处：采用弹簧结构的好处：液位高度的变化范围可能很宽，但浮筒只有很小的位移，对液位高度的变化范围可能很宽，但浮筒只有很小的位移，对应差动式变压器铁芯位移很小，实现起来方便。应差动式变压器铁芯位移很小，实现起来方便。5.3.2 浮筒式液位计 3.浮筒式液位计的校验浮筒式液位计的校验 （1）挂重法）挂重法（又称干法） 挂重法校验浮筒式液位计，是将浮筒取下后，加上与各校验点对应的某一砝码重力砝
17、码重力来校验的。该重力为浮筒重力（包括挂链重力）与液面在该校验点时浮筒所受浮力之差。 gHDF12H4返本节目录返本节目录返本章目录返本章目录5.3.2 浮筒式液位计例例5-1 设一浮筒式液位计中浮筒的重力G114.41N，浮筒的外径D13mm，浮筒的长度L4600mm，液相介质的密度1= 0.85g/cm3，气相介质的密度2= 0.00165g/cm3，现求：当校验点为全量程的0%、50%、100%时，应分别加多重的砝码？解：解：当液位为50%时，浮筒所受浮力F50为NgHDF54. 23 . 28 . 91085. 0410134362150250所以，应加砝码重力为W50G1F5014.
18、412.5911.82N返本节目录返本节目录返本章目录返本章目录5.3.2 浮筒式液位计 （2）水校法（又称湿法） 这是现场常用的方法。当被测介质是水时，可直接用水校验，若不是水，也可通过换算用水代校。浮筒的指示重力指示重力（即浮筒重力与所受浮力的差值） 相同相同，指示值相同指示值相同。 用水代校时浮筒应被水浸没的相应长度为xxll水水在校验满量程时，浮筒应被水浸没的长度为Ll水水x返本节目录返本节目录返本章目录返本章目录5.3.2 浮筒式液位计例例5-2 已知浮筒的长度为已知浮筒的长度为300mm，水的密度为1.0 g/cm3，被测液体的密度为0.82 g/cm3，如何用水校法进行校验？解解
19、：用水代校时，浮筒应被水浸没的最大长度为mmLl2463000 . 182. 0 x水水校验时再将246分为五等分，调整液位计使相应输出为全量程的20%、40%、60%、80%、100%即可。应用浮筒液位计测量两种液体的界位时，用水代校的方法与上述基本相同。返本节目录返本节目录返本章目录返本章目录5.3.2 浮筒式液位计 适用范围适用范围： 适用于测量范围在200mm以内，密度在0.51.5g/cm3的液体液面液面连续测量 测量范围在1200mm以内，密度差为0.10.5g/cm3的液体界面界面的连续测量。 真空对象真空对象、易汽化的液体易汽化的液体宜选用浮筒式仪表。返本节目录返本节目录返本章
20、目录返本章目录5.4 静压式液位计 静压式液位计：通过测静压力静压力或静压差静压差来测量液位的仪表。 静压式液位计的工作原理工作原理：容器中盛有液体或固体物料时，物体对容器的底部或侧壁会产生一定的静压力静压力。当液体的密度均匀，或固体颗粒及物料的密度与疏密程度均匀时，此静压力静压力与物料的物位物位高度高度成正比。测出这个静压力的变化就可知道物位的变化。在测量液面上部空间气相压力有波动的密闭容器的液位时，则采用测量差压差压的方法。返本章目录返本章目录5.4 静压式液位计介质密度度零液位至液面的液体高设定的零液位处的压力力容器上部空间的气体压HppBA 静压式液位计是根据液柱静压液柱静压与液柱高度
21、液柱高度成正比的原理来实现的。如图所示，根据流体静力学流体静力学原理可得A、B两点之间的压力差为ppBpAgH 返本章目录返本章目录ppgH1液位高度5.4 静压式液位计5.4.1 压力计式液位计5.4.2 差压式液位计5.4.3 法兰式压力变送器的应用5.4.4 静压式液位计的零点迁移5.4.5 静压式液位计的特点及选型重点：各种静压式压力计的原理、特点、应用。难点：零点迁移。返本章目录返本章目录5.4.1 压力计式液位计压力计压力计式液位计是根据测压仪表测量液位的原理制成的，用来测量敞口容器敞口容器中的液位高度。测压仪表通过取压导管与容器底部相连，当液体密度为常数，由测压仪表的指示值便可知
22、道液位的高度。返本节目录返本节目录返本章目录返本章目录压力式仪表敞口容器：敞口容器：容器底部或侧面液位零点处引容器底部或侧面液位零点处引出压力信号，仪表指示的表压出压力信号，仪表指示的表压力即反映相应的液柱静压。力即反映相应的液柱静压。5.4.1 压力计式液位计 压力计式液位计的特点： 优点优点：比较简单，而且测量范围不受限制，信号可以远传。 缺点缺点：精度受到压力表精度的限制，而且只适用于敞口容器的测量，当液体密度发生变化时，会引入一定的误差。 如果被测介质具有腐蚀性，应在仪表与被测液体之间加装隔离罐。但是应注意隔离液与被测液体之间不能发生互溶现象。 注意：注意：当压力仪表与取压点（零液位）
23、不在同一水平位置时，应对其位置高度差引起的固定压力进行修正。返本节目录返本节目录返本章目录返本章目录5.4.2 差压式液位计 用压力式液位计测量密闭容器的液位时，压力表的示值包含了液面上部的气相压力，而此压力不一定是定值，所以用这种液位计测量液位时会引起较大的误差。为消除气相压力的影响，需采用差压式液位计。返本节目录返本节目录返本章目录返本章目录密闭容器：密闭容器：差压计的正压侧与容器底差压计的正压侧与容器底部相通，负压侧连接容器上部部相通，负压侧连接容器上部的大气空间。由式的大气空间。由式可求液位高度可求液位高度差压式仪表5.4.3 法兰式压力变送器的应用 法兰式差压变送器的法兰直接与容器上
24、的法兰相连接，作为敏感元件的测量头（金属膜盒）经毛细管与变送器的测量室相通。在膜盒、毛细管和测量室所组成的密闭系统内充有硅油，作为传压介质，毛细管外套以金属蛇皮管保护，法兰测头的结构形式分为平法兰平法兰和插入插入式式法兰两种。返本节目录返本节目录返本章目录返本章目录1-毛细管 2-变送器 3-平法兰测量头 4-插入式法兰测量头 法兰式差压变送器适宜于测量腐蚀性腐蚀性、结晶性结晶性、粘稠性粘稠性和含有悬浮物含有悬浮物的液体的液位和界位测量。 法兰式差压变送器缺点缺点：比普通的差压变送器贵贵，而且有的毛细管内的充灌液充灌液很容易渗漏掉。反应比普通的差压变送器迟缓迟缓，特别是天冷的时候，仪表的灵敏度
25、更低。法兰式液位计的测量范围还受毛细管长度的限制。因此，使用哪一种液位计进行测量，要视具体的情况而定。5.4.3 法兰式压力变送器的应用返本节目录返本节目录返本章目录返本章目录5.4.4 静压式液位计的零点迁移 无论是压力检测法还是差压检测法都要求取压口（零液取压口（零液位）位）与压力（差压）检测仪表的入口检测仪表的入口在同一水平高度同一水平高度上，否则就会产生附加静压误差。 1.无迁移无迁移 两个不同形式的液位测量系统中，将差压变送器的正、负压室分别与容器下部和上部的取压点相连通，作为测量仪表的差压变送器的输入差压p和液位H之间的关系都可以用ppBpAgH表示。 当当H0时，差压变送器的输入
26、时，差压变送器的输入p=0，差压变送器的，差压变送器的输出也为输出也为0（下限值），相应地显示仪表指示为（下限值），相应地显示仪表指示为0，这时不存，这时不存在零点迁移问题。在零点迁移问题。返本节目录返本节目录返本章目录返本章目录5.4.4 静压式液位计的零点迁移无迁移液位测量系统1容器 2变送器 3液位零面返本节目录返本节目录返本章目录返本章目录2、正迁移：如图。、正迁移：如图。差压计安装在最低液面以下，和差压计安装在最低液面以下，和零位的高度差为零位的高度差为h。则差压变送器正、。则差压变送器正、负压室所受压力为：负压室所受压力为：的作用。，需要设法消去时，为使时，可见，当液面高度为差压计
27、两侧压力为压力容器内液面上方的气体cpHcpHcgHghgHppppppghgHp0000)(00 为此，在一般的差压计中，均有调整零点的位置机构，为此，在一般的差压计中，均有调整零点的位置机构，通过调整迁移弹簧，改变变送器的零点即可实现。通过调整迁移弹簧，改变变送器的零点即可实现。由于要迁移由于要迁移c值为正，正迁移值为正，正迁移3、负迁移：如图。、负迁移：如图。当容器中液体上方气体是当容器中液体上方气体是可凝性的可凝性的（如水蒸汽），为保持负压室所受的液（如水蒸汽），为保持负压室所受的液柱高度恒定，或者被测介质有腐蚀性，柱高度恒定，或者被测介质有腐蚀性，为了引压管防腐，常常在差压变送器的正
28、负压室与限压点之间装为了引压管防腐，常常在差压变送器的正负压室与限压点之间装有隔离罐，并充以隔离液。设隔离液密度为有隔离罐，并充以隔离液。设隔离液密度为B)()(121210220121gHghhgHppppghppgHghp差压计两侧压力为压力容器内液面上方的气体负迁移量为负值的作用，由于要迁移的，需要消去时，使附加的差压作用，为，差压变送器受到一个时，当B0000pHpH总结：总结：量程迁移一般通过调整仪表上上的迁移弹簧即可实现，这种量程迁移一般通过调整仪表上上的迁移弹簧即可实现，这种调整同时调整同时改变了量程的上、下限，而不改变量程大小。改变了量程的上、下限，而不改变量程大小。. .举例
29、：举例：用差压变送器检测液位，已知、用差压变送器检测液位，已知、液位变化范围为、液位变化范围为03m，重力，重力加速度，求差压变送器的量程和迁移量，若选加速度，求差压变送器的量程和迁移量，若选用用DDZ-型仪表，其测量范围是多少？型仪表，其测量范围是多少？31/1200mkg32/950mkgmh0 . 11mh0 . 522/8 . 9smg 解：当液位在解：当液位在03m变化时，变化时，测量液体差压变化量为：测量液体差压变化量为：根据差压变送器量程系列，选择量根据差压变送器量程系列，选择量程为：程为：40KPa。agHP352808 . 9120031max37240 8 . 99505)
30、-(1)(0H221，有当ghhp. .举例：举例：用差压变送器检测液位，已知、用差压变送器检测液位，已知、液位变化范围为、液位变化范围为03m，重力，重力加速度，求差压变送器的量程和迁移量，若选加速度，求差压变送器的量程和迁移量，若选用用DDZ-型仪表，其测量范围是多少？型仪表，其测量范围是多少？31/1200mkg32/950mkgmh0 . 11mh0 . 522/8 . 9smg 解：因此需进行负迁移，其迁移量解：因此需进行负迁移，其迁移量为：为：37.24kPa。迁移后的测量范围。迁移后的测量范围为：为：aKP76. 237240若选用若选用DDZ-型仪表，输出为型仪表，输出为420
31、mA电流，则有：电流，则有：；时，对应测量液位高度输出；时，对应测量液位高度输出mmm4 . 3335.2840HA20I0HA4I实际可测液位范围为实际可测液位范围为03.4m。5.4.5 静压式液位计的特点及选型1.静压式液位计的特点静压式液位计的特点 差压式仪表的性能稳定、精度高，是应用最广泛的一种仪表。利用差压式液位计测量液位具有如下特点： 检测元件不占容器空间，而只需在容器侧壁上开两个引压孔。 检测元件无可动部件，安装方便，使用可靠。 采用法兰式结构还可以解决黏度大、易结晶、有悬浮物的介质液位的测量。 在冬季使用时，须采用保温措施，以防止隔离罐、导压管及仪表内的液体冻结，影响正常的测
32、量。返本节目录返本节目录返本章目录返本章目录5.4.5 静压式液位计的特点及选型2.静压式液位计的选型静压式液位计的选型 腐蚀性、结晶性、粘稠性、易汽化和含悬浮物的液体，宜选用平法兰式平法兰式差压式液位计。高结晶、高粘性、结胶性和沉淀性液体，宜选用插入式插入式法兰差压式液位计。对于在环境温度下，气相可能冷凝，液相可能汽化，或气相有液体分离的对象，在使用普通差压式液位计进行测量时，应视具体情况分别设置隔离器隔离器、分离器分离器、汽化器汽化器、平衡容器平衡容器等部件，或对测量管线保温、伴热。用差压式液位计测量锅炉汽包液面时，所采用的双室平衡双室平衡容器容器应为温度补偿型的。返本节目录返本节目录返本
33、章目录返本章目录5.5 电容式物位计 电容物位计：将物位物位的变化转换成电容量电容量的变化来进行物位测量的仪表。 组成组成：传感器、电容检测两大部分。 电容式物位计适用于适用于各种导电导电、非导电液体非导电液体的液位或粉状料位的远距离连续测量和指示，也可以和电动单元组合仪表配套使用，以实现液位或料位的自动记录、控制和调节。由于它的结构简单，没有可动部分，因此应用范围较广。返本章目录返本章目录5.5 电容式物位计5.5.1 导电介质用电容式物位计5.5.2 非导电介质用电容式物位计重点：不同介质用电容式物位计的原理、特点与使用。难点：导电介质用、非导电介质用电容式物位计的比较。5.5.4 油箱油
34、量检测系统5.5.3 固体物料用电容式物位计返本章目录返本章目录1、结构：、结构：如图，如图， 两个同轴圆筒电极组成的电容器。两个同轴圆筒电极组成的电容器。2、原理：、原理：基于圆筒形电容器的基于圆筒形电容器的电容值随物位而变化电容值随物位而变化。当液位变化，园筒形电极一部份被物料浸没，浸没深度当液位变化，园筒形电极一部份被物料浸没，浸没深度H， 极板间存在两种介质的介电常数极板间存在两种介质的介电常数1 1 (原设有中间介质介电常数原设有中间介质介电常数)、2 2 (被测物料的介电常数被测物料的介电常数) ,将引起电容量的变化。将引起电容量的变化。)/ln(2:101dDLCdDL电容量极板
35、间介电常数同轴园筒外内电极直径极板长度)/ln(2)/ln()(2:2121dDHdDHLCCC新的电容量HdDHCCC一定条件下）（电容变化量)/ln(2:120相对灵敏度越高也越大越大，差值，即可知液位根据结论：CHC12)/ln(210dDLC)/ln(2)/ln()(2:2121dDHdDHLCCC新的电容量三、电容式液位计三、电容式液位计3、实现形式：、实现形式：. .测量导电液体液位时：测量导电液体液位时： 等效电路如图。等效电路如图。c11c12c2电容导电液和内电极构成的电容容器和绝缘套管构成的极构成的电容绝缘套管外表面和内电)/ln(2)/ln()(2)/ln()(22212
36、1211rRHCRRHLCrRHLCi绝缘套管的介电常数常数被测液位上方空气介电为容器内径设21iR111212,CCRRi且三、电容式液位计三、电容式液位计3、实现形式：、实现形式：. .测量导电液体液位时：测量导电液体液位时： 等效电路如图。等效电路如图。c11c12c2)/ln(2)/ln(2)/ln(2211221rRHRRHRRLCCCii总电容rRRRi，12加随液位的升高而线性增电容增量总电容kHCCkHCrRHRRLCi0021C)/ln(2)/ln(2三、电容式液位计三、电容式液位计4、检测电路：、检测电路：电容式物位计主要由电极（敏感元件）和电容检测电路组成，电容式物位计主
37、要由电极（敏感元件）和电容检测电路组成，由于电容变化量小，因此准确检测电容量是物位检测的关键。由于电容变化量小，因此准确检测电容量是物位检测的关键。常见的电容检测方法有交流电桥法、充放电法、谐振电路法。常见的电容检测方法有交流电桥法、充放电法、谐振电路法。可以输出标准电流信号，实现远距离传送。可以输出标准电流信号，实现远距离传送。注意：注意：电容量的检测一般须用交流电源，电源频率高，有利于比较电容量的检测一般须用交流电源，电源频率高，有利于比较容抗间的差别，但若频率过高，寄生电容影响大，反而不利于检容抗间的差别，但若频率过高，寄生电容影响大，反而不利于检测。测。以单臂桥式电路为例：以单臂桥式电
38、路为例：三、电容式液位计三、电容式液位计4、检测电路：、检测电路：如图：如图：CUCKCCCCCUCCCjCjUCjCjCjUCjUCCCCCCCxxxx则电桥平衡，输出电压时，有为电容检测元件，设当03212332120 x0231x0111111为常数时，当电容增量说明：K)(K0032120 xxxxCCCCCCCCCCCC1C2C3Cxuo交流三、电容式液位计三、电容式液位计5：特点：特点电容式物位计一般不受真空、压力、温度等环境条件的影响；电容式物位计一般不受真空、压力、温度等环境条件的影响；安装方便，结构牢固，易维修；价格较低。安装方便，结构牢固，易维修；价格较低。但是不适合于以下
39、介质：如介质的介电常数随温度等影响而但是不适合于以下介质：如介质的介电常数随温度等影响而变化、介质在电极上有沉积或附着、介质中有气泡产生等情况。变化、介质在电极上有沉积或附着、介质中有气泡产生等情况。非导电介质用电容式物位计若被测介质是粘性非导电液体，其测量结果也会受到虚假液位虚假液位的影响，但一般很小，可以忽略忽略。HKdDHCCCi00)/ln()(2返本节目录返本节目录返本章目录返本章目录5.5.3 固体物料用电容式物位计 因为固体摩擦较大，容易“滞留”，所以一般不用双层式电极。对于非导电固体料位，可采用以电极棒电极棒和容器容器壁壁为两电极、以被测物料作为电介质的电容器来测量。如果容器为
40、圆筒形，电容变化量为 对于像钢筋水泥料仓的料位测量，用钢丝绳钢丝绳及仓库钢仓库钢筋筋作为容器的两极，以测量非导电物料的料位。钢丝绳对地及钢筋用绝缘材料加以绝缘。HKdDHCCCi00)/ln()(2返本节目录返本节目录返本章目录返本章目录5.5.3 固体物料用电容式物位计电容式物位计在使用时主要应注意以下几点：电容式物位计在使用时主要应注意以下几点： 电极必须垂直安装，安装前要校直。 注意不要把电极安装在管口、孔、凹坑等里面，以防止介质停留而造成误动作。 仪表的同轴电缆芯线不允许进水，必须严格予以注意。 同轴电缆不许切断或加长，因为在校验中已计入初始电容量，否则将影响零点和整个线性。 当被测介
41、质改变后，需重新调整仪表。 当周围温度与调整时的温度偏离过大时，则必须重新调整仪表。返本节目录返本节目录返本章目录返本章目录5.5.4 油箱油量检测系统 其主要组成部分是电容式液位传感器、电桥、放大器、两相电机、减速机构和显示装置等。 返本节目录返本节目录返本章目录返本章目录5.6重点：电阻式液位计液位计、太阳能热水器水位报警器的工作原理。难点：电阻式液位计液位计的工作原理。返本章目录返本章目录 该方法特别适用于导电液体的测量，敏感器件具有电阻特性，其电阻值随液位的变化而变化，故将电阻变化值传送给二次电路即得到液位。探针式利用跟踪测量法来测量液位，以液位上升的情形为例来说明液位测量原理，当液位
42、上升时，提起探针完全脱离液体，然后缓慢降低探针寻找液面，则探针与液体刚接触时的位置即与液位相对应。探针式的特点是测量精度很高、控制电路复杂。5.6太阳能热水器水位报警器的工作原理 1、利用电导式传感器的三个电极设计一个太阳能热水器的水位报警器。 2、当水位处在1、2极之间时，高水位与底水位的指示灯都处在熄灭的状态。 3、当水位低于电极二时，VT3截止，VT2导通，低水位指示灯点亮，微分电路将产生脉冲，触发音乐集成电路工作。随之扬声器发报警声，告之主人往水箱注水。 4、当水位高于电极1时，VT1导通，高水位指示灯导通微分电路将产生脉冲，触发音乐集成电路，随之扬声器报警，告知主人水箱的水已经注满。
43、 超声波液位计是利用压电 陶瓷产生超声波，超声波遇到 物体或液体的界面产生反射， 液位计测量反射时间来计算液、 物位，实现对物位和液位的非 接触测量和控制。 适用于各种恶劣和危险环境下的液体和浆体。5.7超声波超声波 利用超声波在介质中的传播速度及在不同利用超声波在介质中的传播速度及在不同相界面之间的反射特性来检测物位。相界面之间的反射特性来检测物位。 声波是一种机械波，是机械振动在介质中声波是一种机械波，是机械振动在介质中的传播过程，当振动频率在十余赫到万余的传播过程，当振动频率在十余赫到万余赫时可以引起人的听觉，称为赫时可以引起人的听觉，称为闻声波闻声波；更；更低频率的机械波称为低频率的机
44、械波称为次声波次声波；20kHz以上以上频率的机械波称为频率的机械波称为超声波超声波。作为物位检测，。作为物位检测，一般应用超声波。一般应用超声波。超声波特性1 可以在气体、液体及固体中传播可以在气体、液体及固体中传播 在常温下空气中的声速约为在常温下空气中的声速约为334ms，在水中的，在水中的声速约为声速约为1440ms，而在钢铁中约为，而在钢铁中约为5000ms。 声速还与介质所处的状态声速还与介质所处的状态(如温度如温度)有关。例如理有关。例如理想气体的声速与绝对温度想气体的声速与绝对温度T的平方根成正比，对的平方根成正比，对于空气来说影响声速的主要因素是温度，并可用于空气来说影响声速
45、的主要因素是温度，并可用下式计算声速的近似值下式计算声速的近似值20.067vT 声波在介质中传播时会被吸收而衰减，声波在介质中传播时会被吸收而衰减，衰衰减的程度与介质性质有关减的程度与介质性质有关：气体中衰减最：气体中衰减最大，液体其次，固体中衰减最小，大，液体其次，固体中衰减最小， 声波在介质中传播时声波在介质中传播时衰减的程度还与声波衰减的程度还与声波的频率有关的频率有关，频率越高，声波的衰减也越，频率越高，声波的衰减也越大，因此超声波比其他声波在传播时的衰大，因此超声波比其他声波在传播时的衰减更明显。减更明显。 超声波特性2 声波传播时的方向性随声波的频率的升高声波传播时的方向性随声波
46、的频率的升高而变强，发射的声束也越尖锐，超声波可而变强，发射的声束也越尖锐，超声波可近似为直线传播，近似为直线传播，具有很好的方向性。具有很好的方向性。 当声波从一种介质向另一种介质传播时，当声波从一种介质向另一种介质传播时，因为两种介质的密度不同和声波在其中传因为两种介质的密度不同和声波在其中传播的速度不同，播的速度不同，在分界面上声波会产生反在分界面上声波会产生反射和折射，声波从液体或固体传播到气体，射和折射，声波从液体或固体传播到气体，或相反的情况下，几乎全部被反射。或相反的情况下，几乎全部被反射。 超声波特性3 适用于有毒、有腐蚀性液体液位的测量，精度一般为0.1级。当测量含有气泡，悬
47、浮物的液位及被测液面有很大波浪时，使用较困难。E+H超声波物位计E+H储罐液位计 导波雷达液位计的基础是电磁波的时域反射原理，微波脉冲不是通过空间传播，而是通过金属导波杆传播，当遇到与液面的接触面时，由于波导体在气体和液体中的导电性能不同，使波导体的阻抗发生骤然变化，从而产生一个液位原始脉冲，同时在波导体顶部具有一个预先设定的阻抗，该阻抗产生一个可靠的基本脉冲，雷达液位计检测到液面脉冲后与基本脉冲进行比较，从而计算出液面高度。5.8导波雷达液位计 雷达式液位计是一种采用微波技术的雷达式液位计是一种采用微波技术的液位检测仪表液位检测仪表。 可以用来连续测量腐蚀性液体、高可以用来连续测量腐蚀性液体
48、、高黏度液体和有毒液体的液位。黏度液体和有毒液体的液位。 它没有可动部件、不接触介质、没它没有可动部件、不接触介质、没有测量盲区有测量盲区, ,而且测量精度几乎不受被而且测量精度几乎不受被测介质的温度、压力、相对介电常数测介质的温度、压力、相对介电常数的影响的影响, ,在易燃易爆等恶劣工况下仍能在易燃易爆等恶劣工况下仍能应用。应用。 16总结 在液位检测中，静压式和浮力式检测方法在液位检测中，静压式和浮力式检测方法是最常用的，是最常用的，优点优点：结构简单、工作可靠、：结构简单、工作可靠、精度较高等。精度较高等。缺点缺点：不适用于高粘度介质：不适用于高粘度介质或易燃、易爆等危险性较大的介质的液
49、位或易燃、易爆等危险性较大的介质的液位检测。检测。 电容式物位计，电容式物位计，优点优点：结构简单，：结构简单，缺点缺点：电容量及电容随物位的变化量较小，对电电容量及电容随物位的变化量较小，对电子线路的要求较高，而且电容量易受介质子线路的要求较高，而且电容量易受介质的介电常数变化的影响；的介电常数变化的影响； 超声波物位计超声波物位计 优点优点：使用范围较广，液位、粉末、块状的：使用范围较广，液位、粉末、块状的物位均可测量，实现非接触式测量。物位均可测量，实现非接触式测量。 缺点缺点：由于探头本身不能承受过高的温度，：由于探头本身不能承受过高的温度，声速又与介质的温度等有关，并且有些介质声速又
50、与介质的温度等有关，并且有些介质对声波吸收能力很强，因而超声波物位计的对声波吸收能力很强，因而超声波物位计的应用受到一定限制，此外电路比较复杂，价应用受到一定限制，此外电路比较复杂，价格较高。格较高。 雷达式液位计是一种采用微波技术的雷达式液位计是一种采用微波技术的液位检测仪表液位检测仪表。 可以用来连续测量腐蚀性液体、高可以用来连续测量腐蚀性液体、高黏度液体和有毒液体的液位。黏度液体和有毒液体的液位。 它没有可动部件、不接触介质、没它没有可动部件、不接触介质、没有测量盲区有测量盲区, ,而且测量精度几乎不受被而且测量精度几乎不受被测介质的温度、压力、相对介电常数测介质的温度、压力、相对介电常
