1、第二篇 物位測量概述第一章 浮力式液位計第二章 靜壓式液位計第三章 電容式物位計第四章 非接觸式測量物位計本章小結(jié)10/11/20221概 述測量的目的1 .(計量)正確地測知容器中介質(zhì)的容量或質(zhì)量，進行成本核算; 2 .(監(jiān)控)對物位高度進行顯示報警或聯(lián)鎖控制，保證連續(xù)生產(chǎn)和設(shè)備安全。物位是指存放在容器或工業(yè)設(shè)備中物質(zhì)的高度或位置。液位: 液體介質(zhì)與氣體介質(zhì)的分界面；界位: 液體液體或液體固體的分界面；料位: 固體粉末或顆粒狀物質(zhì)的堆積高度。返回10/11/20222第一章 浮力式液位計第一節(jié) 測量原理第二節(jié) 恒浮力式液位計第三節(jié) 變浮力式液位計返回10/11/20223第一節(jié) 測量原理應(yīng)用

2、浮力原理恒浮力法：利用漂浮于液面上的浮子升降位移反映液位的變化；變浮力法：利用浮子浮力隨液位浸沒高度而變化。返回恒浮力原理下一頁10/11/20224一、恒浮力法液位測量 （2-1-1） W 浮子重量；F 浮子所受浮力；G 平衡重物的重量。返回浮子的定位能力是指浸沒浮子高度的變化量H 所引起的浮力變化量F=gAH, 則得表達式為原理示意下一頁上一頁10/11/20225二、變浮力法液位測量 C 彈簧剛度； x 彈簧壓縮位移；A 浮筒的截面積；H 浮筒被液體浸沒的高度； 被測液體密度； g 重力加速度。液位升高H ，則浮筒上移動x ，此時返回（2-1-5）上一頁10/11/20226第二節(jié) 恒浮

3、力式液位計浮球式液位計磁翻轉(zhuǎn)式液位計浮子鋼帶式液位計返回10/11/20227一、浮球式液位計 W 浮球的重力； G 平衡重物的重力； F 浮球所受的浮力； l1 轉(zhuǎn)軸到浮球中心垂直距離； l2 轉(zhuǎn)軸到重物中心垂直距離。返回下一頁1.結(jié)構(gòu)原理10/11/202282.使用（1）連桿與轉(zhuǎn)動軸等部件之間的連接必須牢固。（2）零位一經(jīng)調(diào)好不得隨意移動平衡重物。（3）用于溫度、粘度較高而壓力不高的密閉容器的窄液位測量。P4MPa,T450,0.55g/cm3 , H 1200mm 。返回上一頁10/11/20229二、磁翻轉(zhuǎn)式液位計返回每個翻板或翻球的翻轉(zhuǎn)直徑為10mm。10/11/202210三、浮

4、子鋼帶式液位計返回在釘輪軸上安裝轉(zhuǎn)角傳感器或變送器，可實現(xiàn)液位信號的遠傳。鋼帶的線位移變?yōu)獒斴喌慕俏灰疲m用于大型儲罐。寬液位測量，測量范圍為020M，F(xiàn)浮子產(chǎn)生的浮力；W浮子本身的重量； T恒力彈簧對浮子的拉力。整個系統(tǒng)平衡時應(yīng)滿足 T = W - F （2-1-7）10/11/202211第二章 靜壓式液位計 第一節(jié) 測量原理 第二節(jié) 壓力式液位計 第三節(jié) 差壓式液位計 返回10/11/202212若容器為敞口容器，PA為大氣壓，則上式可寫為：第一節(jié) 測量原理根據(jù)流體靜力學(xué)原理可知，A、B兩點的壓差為 任何一點液體壓力等于表面壓力加上液體密度與重力加速度及液柱高度的乘積。通過測量P 或P來

5、實現(xiàn)液位高度H 的測量。返回（2-2-2）（2-2-1）10/11/202213第二節(jié) 壓力式液位計下一頁返回一、用測壓儀表測量壓力表或壓力變送器與容器底部相連，由壓力值可知液位的高度。 只有測壓儀表的安裝位置與最低液位一致時，式（2-2-2）才成立。否則需對其進行修正。 測量粘稠、易結(jié)晶或含有顆粒液體的液位時，可采用法蘭式壓力變送器差壓變送器測量10/11/202214第三節(jié) 差壓式液位計返回一、零點遷移問題二、特殊介質(zhì)液位、料位的測量10/11/202215一、零點遷移問題返回1無遷移 被測介質(zhì)粘度較小、無腐蝕、無結(jié)晶，且氣相部分不冷凝，變送器與容器下部取壓位置同高度。H=0 Hmax ，

6、P=0 Pmax ,變送器輸出：I=420mA。 設(shè)對應(yīng)液位高度所要求的變送器量程Pmax =5000Pa,變送器特性曲線如圖2-2-7曲線a 所示。遷移示意圖下一頁安裝示意圖10/11/2022162正遷移H = 0 P=hg 0 I4mA；H = Hmax Pmax=Hmaxg + hg I20mA設(shè)變送器量程Pmax = 5000Pa hg =2000PaH = 0 P =2000Pa 調(diào)零點遷移使I= 4mA；H = Hmax Pmax= 5000+2000=7000Pa I= 20mA。返回下一頁上一頁調(diào)整的壓差是大于零的附加靜壓，則稱正遷移。安裝示意圖10/11/2022173負(fù)遷

7、移下一頁上一頁 負(fù)壓側(cè)與取壓點之間安裝隔離罐或冷凝罐H = 0 P= -hg0 I 掛料層的橫截面積，且被測物料具有導(dǎo)電性，則物料的電阻可略。 物料當(dāng)作電容的一個極板，物位以下的電容變化仍可用式（2-3-5）來表達。下一頁10/11/202234但掛料層的電阻很大，不能忽略。掛料層可等效為：一條由無窮多個無窮小的電容和電阻組成的傳輸線。 據(jù)電化學(xué)實驗可得結(jié)論：若導(dǎo)電掛料足夠長，則掛料和電極形成的以電極絕緣層為介質(zhì)的電容容抗XC掛，與掛料部分所表現(xiàn)出來的電阻R數(shù)值上是相等的。即測得的電容為： Cx= C+C掛C真實物位的電容；C掛導(dǎo)電掛料所表現(xiàn)出的電容。 由射頻導(dǎo)納原理，導(dǎo)電掛料的電阻R包含了掛

8、料電容，可得C掛，則 C= CxC掛，得到C可知H。返回上一頁10/11/202235二、射頻導(dǎo)納物位計的組成返回10/11/202236第四章 非接觸式測量物位計 第一節(jié) 核輻射物位計 第二節(jié) 超聲波物位計 第三節(jié) 射頻導(dǎo)納物位計 第四節(jié) 雷達液位計 返回10/11/202237第一節(jié) 核輻射物位計測量原理 物位測量方法 返回10/11/202238一、測量原理測量原理圖返回 放射性同位素能放射出、和射線，透射某些物質(zhì)。射線受物質(zhì)吸收較少，穿透能力強。透射強度隨通過介質(zhì)厚度的增加而減弱。射線強度按指數(shù)規(guī)律衰減，其關(guān)系為 I =I0 e-H 介質(zhì)對射線的吸收系數(shù)； H 介質(zhì)層的厚度； I 穿過

9、介質(zhì)后的射線強度。當(dāng)放射源選定，被測介質(zhì)不變時，則I0 與都是常數(shù)。下一頁10/11/202239測量原理圖返回上一頁10/11/202240二、物位測量方法返回圖a定點測量:可實現(xiàn)定點控制。準(zhǔn)確性高。圖b自動跟蹤測量:準(zhǔn)確性高，測量范圍寬。圖c傾斜定點測量：測量范圍窄，一般300500mm。下一頁10/11/202241圖d放射源多點組合圖e接收器多點組合，圖f兩者并用用于較大范圍物位測量，可改善線性關(guān)系。返回上一頁物位計測量范圍：03000mm ，用于高溫、低溫、高壓容器的高粘度、劇毒、強腐蝕或易燃易爆介質(zhì)的物位測量。使用時必須采取嚴(yán)格的防范措施。10/11/202242第二節(jié) 超聲波物位

10、計測量原理物位測量方法返回10/11/202243一、測量原理返回 超聲波：頻率高于可聽頻率極限(20KHz以上頻段)的彈性振動，以波動的形式在介質(zhì)中的傳播過程就形成超聲波。 聲波在穿過介質(zhì)時會被吸收而衰減，氣體吸收最強衰減最大，液體次之，固體吸收最少衰減最小。 聲波在穿過不同介質(zhì)的分界面時會產(chǎn)生反射，反射波的強弱決定于兩介質(zhì)的聲阻抗，聲阻抗差別越大，反射波越強。聲阻抗即介質(zhì)的密度與聲速的乘積。 根據(jù)發(fā)射聲波至接收反射回波的時間間隔與物位高度間的關(guān)系，可進行物位的測量。下一頁10/11/202244返回壓電式換能器產(chǎn)生超聲波是基于某些晶體的壓電效應(yīng)及其可逆性能。 在壓電晶體上作用外力，在其相對

11、兩面會產(chǎn)生異性電荷。用導(dǎo)線將兩電極連接，會有電流流過。外力消失，被中和的電荷又會立即分開，形成與原方向相反的電流。若的外力是交變的，則一壓一松就可產(chǎn)生交變電場。正壓電效應(yīng)：下一頁上一頁 在晶體兩端面電極上加交變電場，沿著晶體厚度方向會產(chǎn)生與交變電壓同頻率的機械振動，向附近發(fā)射聲波。逆壓電效應(yīng)：10/11/202245返回上一頁設(shè)超聲探頭至物位的垂直距離為H，由發(fā)射到接收所經(jīng)歷的時間為t，超聲波在介質(zhì)中傳播的速度為V，則存在如下關(guān)系 若介質(zhì)V已知，測得時間t即可確定距離H，即得知被測物位高度。測量原理圖10/11/202246二、物位測量方法返回根據(jù)傳聲介質(zhì)不同: 分氣介式、液介式和固介式；根據(jù)

12、探頭工作方式: 分單探頭和雙探頭方式。相互組合可得不同的測量方法。 （一）基本測量方法利用聲速特性采用回聲測距的方法.圖a 液介式測量圖b 氣介式測量：圖c 固介式測量：圖d 雙探頭液介式圖e 雙探頭氣介式下一頁10/11/202247圖f 雙探頭固介式超聲波第一根固體液體 接收探頭第二根固體v 固體中的聲速；vH 液體中的聲速； d 兩根傳聲固體的間距。當(dāng)v、vH已知，d 固定，則可根據(jù)測得的t求得H 。返回上一頁下一頁10/11/202248（二）設(shè)置校正具方法 聲波傳播速度與介質(zhì)的密度有關(guān)，密度是溫度壓力的函數(shù), 故必須對聲速進行校正。1.固定校正具方法(1)液介式校正具若聲脈沖在介質(zhì)中

13、的傳播速度為v0 ，從校正探頭到反射板的往返時間為t0 ，則測量原理圖因為 v0 =v適當(dāng)選擇時間單位，使t0 在數(shù)值上等于L0 ，則 t =H 返回上一頁（2）氣介式雙探頭固定校正具(圖2-4-8所示，略）下一頁10/11/2022492.活動校正具方法采用浮臂式傾斜校正具測量可達1mm精度3.固定距離標(biāo)志方法 每隔一定距離裝一個小反射體。聲脈沖每遇到小反射體就有一個米標(biāo)志波反射回來，傳到液面時，還有較強的液面波反射。接收信號中鑒別出各個米標(biāo)志波和液面波脈沖H = h1+h2h1 以米為單位的液位數(shù)值； h2 小于1米的零數(shù)段。返回上一頁10/11/202250第四節(jié) 雷達液位計返回一、工作

14、原理及組成二、特點及適用范圍10/11/202251返回一、工作原理及組成1工作原理t=2h/c光速c=30000km/s，它不受介質(zhì)環(huán)境的影響，傳播速度穩(wěn)定。當(dāng)測得延遲時間t則可獲得高度h。雷達系統(tǒng)不斷地發(fā)射線性調(diào)頻信號，可得到發(fā)射信號頻率與反射信號頻率之間的差頻f，差頻正比于延遲時間t，即正比于h。 類似超聲波氣介式的測量方法。測量以光速c傳播的超高頻電磁波，發(fā)射及反射之間的延時t來確定天線與反射面之間的高度（空高h）。下一頁10/11/202252返回上一頁 2雷達液位計的組成10/11/202253二、特點及適用范圍返回計算電磁波到達液面并反射回接受天線的時間進行液位測量。氣體波動變化

15、不影響電磁波的傳播速度。 采用非接觸測量方式，沒有活動部件，可靠性高，平均無故障時間長達10年，不污染環(huán)境，安裝方便。 適用高粘度、易結(jié)晶、強腐蝕及易爆易燃介質(zhì)，特別適用于大型立罐和球罐等液位的測量。 精度可達0.25級，工作溫度-200230，工作壓力40.MPa，測量范圍為040m，下一頁10/11/202254本篇小結(jié)一、 浮力式液位計恒浮力式：浮球式、磁翻轉(zhuǎn)式、鋼帶式變浮力式：浮筒式物位計（液位、界位）校驗方法：以水代校、掛重法二、靜壓式液位計靜壓原理：應(yīng)用液柱高度產(chǎn)生的靜壓實現(xiàn)液位測量。壓力式、差壓式：零點遷移判斷計算方法。差壓式可用于測界位，但負(fù)壓側(cè)取壓位置應(yīng)始終浸沒在輕介質(zhì)之中。零點遷移僅改變了變送器測量范圍的上、下限，量程大小不變。返回下一頁10/11/202255返回三、電容式物位計圓筒形電容器原理。固定R和r，采用改變或L 。測量非導(dǎo)電介質(zhì)的液位測量導(dǎo)電介質(zhì)的液位相當(dāng)于兩介質(zhì)介電常數(shù)變化相當(dāng)于電極面積變化電容檢測方法：電橋法、諧振法、脈沖寬度調(diào)制法、環(huán)形二極管法。射頻導(dǎo)