化工儀表及自動化昆明理工大學楊彪2010~2011學年下第三章檢測儀表及傳感器知識結構第5章自動控制儀表第6章執行器第2章過程特性第3章檢測儀表與傳感器第4章顯示儀表第1章自動控制系統基本概念第7章簡單控制系統第8章復雜控制系統第9章新型控制系統第10章計算機控制系統昆明理工大學壓力檢測方法及儀表本章內容物位檢測方法及儀表流量檢測方法及儀表溫度檢測方法及儀表數字式顯示記錄儀表昆明理工大學第四節

物位檢測方法及儀表

第三章檢測儀表與傳感器昆明理工大學物位檢測方法應用浮力原理檢測物位應用靜壓原理檢測物位應用超聲波反射檢測物位物位檢測儀表超聲波物位計本章主要內容昆明理工大學

物位-----指容器中的液體介質的液位、固體的料位或顆粒物的料位和兩種不同液體介質分界面的總稱

液位――容器中的液體介質的高低料位――容器中固體或顆粒狀物質的堆積高度

物位檢測的作用①確定容器中的貯料數量，以保證連續生產的需要或進行經濟核算；②為了監視或控制容器的物位，使它保持在規定的范圍內；③對它的上下極限位置進行報警，以保證生產安全、正常進行。

物位的基本概念昆明理工大學應用浮力原理檢測物位應用靜壓原理檢測物位應用超聲波反射檢測物位

物位檢測方法昆明理工大學應用浮力原理檢測物位利用漂浮于液面上的浮標或浸沒于液體中的浮筒對液位進行測量的。當液位變化時，前者產生相應的位移，而所受到的浮力維持不變，后者則發生浮力的變化。因此，只要檢測出浮標的位移或浮筒所受到的浮力的變化，就可以知道液位的高低。

恒浮力法液位測量示意圖

測量原理昆明理工大學二、浮力式物位計-1.浮子式液位計 浮子式液位計是恒浮力式液位計。浮子隨液面變化上下移動，但所受浮力保持恒定。檢測浮子所在位置可知液面高低。浮子根據使用可設計為：圓盤、圓柱、球形。圓柱形浮子所受的浮力：此浮力與浮子的重量減去繩帶向上的拉力相平衡。浮力變化ΔF與液位變化ΔH的關系可表示為：浮子位置的檢測方法：磁性轉換方式構成的舌形管液位計昆明理工大學二、浮力式物位計-2.浮筒式液位計

浮筒式液位計是變浮力式液位計。浮筒由彈簧懸掛，彈簧的下端固定在容器底部。圓筒在液位零點滿足如下關系：C-彈簧的彈性系數，X0-彈簧被壓縮的位移H-浮筒沒入液體的高度當液位變化ΔH時：由上兩式可得：容器中液位的高度為：通過檢測彈簧的變形可知浮筒的位移，進而可知液位昆明理工大學應用靜壓原理檢測物位壓力表測量液位原理

通過液柱靜壓的方法對液位進行測量的。敞口容器：多用直接測量容器底部壓力的方法。如圖所示，測壓儀表通過導壓管與容器底部相連，由測壓儀表的壓力指示值，便可推知液位的高度。

其關系為式中

P—測壓儀表指示值H—液位的高度ρ—液體的密度g—重力加速度

式中PA、PB——分別是液面上部介質壓力和液面以下H深度的液體壓力。密閉容器：測量容器底部壓力，除與液面高度有關外，還與液面上部介質壓力有關，其關系為昆明理工大學差壓變送器測量液位時的零點遷移問題（重點）安裝位置條件不同存在著儀表零點遷移問題特征：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、負壓室的差壓ΔP與液位高度H的關系為ΔP=Hρg。當H=0時，正負壓室的差壓ΔP=0，變送器輸出信號為4mA當H=Hmax時，差壓ΔPmax=ρgHmax，變送器的輸出信號為20mA，無遷移昆明理工大學負遷移

差壓變送器的正、負壓室的壓力分別為

正、負壓室的壓差為當被測液位H=0時，ΔP=-（h2-h1）ρ2g<0，使變送器在H=0時輸出電流小于4mA；H=Hmax時，輸出電流小于20mAΔP=Hρg昆明理工大學負遷移測量安裝圖負遷移示意圖昆明理工大學正遷移

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、負壓室的壓力分別為正、負壓室的壓差為

當被測液位H=0時，ΔP=h1ρg>0，從而使變送器在H=0時輸出電流大于4mA；H=Hmax時，輸出電流大于20mA。昆明理工大學正遷移測量安裝圖正遷移示意圖昆明理工大學無遷移、正遷移和負遷移示意圖（a）無遷移

（b）負遷移

（c）正遷移0500042020007000ΔP(Pa)-20003000I0(mA)某壓力變送器的測量范圍：0~5000Pa，固定差壓=2000Pa昆明理工大學【例】如圖3－35所示，用差壓變送器檢測液位。已知=1200kg/，=950kg/,=1.0m,=5.0m,液位變化的范圍是0～3.0m，已知當地重力加速度為9.8m/，求差壓變送器的量程和遷移量。解：當液位在0～3m變化時，差壓的變化量為：

Pa根據差壓變送器的量程系列，可選擇差變的量程為40KPa.當H=0時，有

【例】昆明理工大學所以差變要進行負遷移，遷移量為37.24KPa，遷移后該差變的測量范圍為－37.24～2.76KPa。【例】昆明理工大學若采用DDZ-Ⅲ型儀表，則當變送器輸出為4mA時，表示H=0,當I=20mA時，H=40×3/35.28=3.4m,即實際可測量液位為：0～3.4m。若要求H=3.0m時差變輸出為20mA,應如何處理？答：零點負遷移后，進行量程調整，使得當差壓為-37.24＋35.28＝-1.96KPa時，輸出為20mA。【例】昆明理工大學應用超聲波反射檢測物位根據超聲波從發射到接收反射回波的時間間隔大小與被測介質高度成比例關系的原理，實現液位測量的。測量時由置于容器底部的超聲波探頭向液面與氣體的分界面發射超聲波，經過時間t后，便可接收到從界面反射回來的回波信號。

測量原理根據傳聲介質的不同可以分為：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（被測介質物位高度）T----超聲波從探頭發射至液面反射回來的時間昆明理工大學六、超聲波物位計-1利用聲波在空氣中傳播速度不變的原理，通過檢測聲波發射和反射全過程的時間間隔可以計算出物料界面到探頭的距離，從而得到物位的高低。注意事項：確保反射波能回到探頭；防止物料對聲波的吸收（如表面泡沫漂浮）。昆明理工大學六、超聲波物位計-1c-超聲波在被測介質中的傳播速度；t-傳播時間昆明理工大學六、超聲波物位計-2利用聲波在空氣中傳播速