第二章 物位檢測

1、第四節(jié)第四節(jié) 物位檢測儀表物位檢測儀表一、物位檢測和分類一、物位檢測和分類 物位：物位：容器中固體（顆粒）料位，液體液位，兩種液容器中固體（顆粒）料位，液體液位，兩種液體的分界面。物位檢測實際上就是料位、液位和界面體的分界面。物位檢測實際上就是料位、液位和界面的檢測。的檢測。 意義：意義： 確定容器內儲存量。確定容器內儲存量。 通過測量達到控制物位。通過測量達到控制物位。- - 液位是指開口容器或密封容器中液體介質液面的高低，液位是指開口容器或密封容器中液體介質液面的高低，用來測量液位的儀表稱為液位計；用來測量液位的儀表稱為液位計；- - 料位是指固體粉狀或顆粒物在容器中堆積的高度，用料位是指

2、固體粉狀或顆粒物在容器中堆積的高度，用來測量料位的儀表稱為料位計；來測量料位的儀表稱為料位計；- - 相界面是指兩種液體介質的分界面，用來測量分界面相界面是指兩種液體介質的分界面，用來測量分界面的儀表稱為界面計的儀表稱為界面計概述常用的物位儀表分類:直讀式物位儀表：玻璃管液位計、玻璃板液位計等。直讀式物位儀表：玻璃管液位計、玻璃板液位計等。差壓式物位儀表：液柱或物料堆積對某定點產(chǎn)生壓力。差壓式物位儀表：液柱或物料堆積對某定點產(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。浮力式物位儀表：浮子高度或浮力隨液位高度而變化。電學式物位儀表：使物位的變化轉換為一些電量的變化。電學式物位儀表：

3、使物位的變化轉換為一些電量的變化。核輻射物位儀表：射線透過物料時強度隨物質層的厚度而變化。核輻射物位儀表：射線透過物料時強度隨物質層的厚度而變化。聲波式物位儀表：由于物位的變化引起聲波反射時間的不同。聲波式物位儀表：由于物位的變化引起聲波反射時間的不同。光學式物位儀表：利用物位對光波的遮斷和反射原理工作光學式物位儀表：利用物位對光波的遮斷和反射原理工作 物位儀表檢測原理可歸納為以下三類物位儀表檢測原理可歸納為以下三類: 基于力學原理基于力學原理:敏感元件所受到的力的大小敏感元件所受到的力的大小與物位成正比，如靜壓式、浮力式與物位成正比，如靜壓式、浮力式 基于相對變化原理基于相對變化原理:當物位

4、變化時，物位與當物位變化時，物位與容器底部或頂部的距離發(fā)生改變，通過測量容器底部或頂部的距離發(fā)生改變，通過測量距離的相對變化來測量物位。如聲學法、光距離的相對變化來測量物位。如聲學法、光學法。學法。 基于某強度性物理量隨物位的升高而增加原基于某強度性物理量隨物位的升高而增加原理理:如射線法。如射線法。 概述二、靜壓式液位計二、靜壓式液位計 檢測原理檢測原理 容器中某點的靜壓力和容器內物位的高度有關：容器中某點的靜壓力和容器內物位的高度有關：為介質的密度，為介質的密度，對于固體顆粒，對于固體顆粒， 應理解為堆積密度應理解為堆積密度gHp 由于物料（液體）上方的自由空間有由于物料（液體）上方的自由

5、空間有壓力壓力p0,則根據(jù)靜力學原理，有則根據(jù)靜力學原理，有gHpp0gpgppH0 差壓式液位計的特點是：差壓式液位計的特點是： 檢測元件在容器中檢測元件在容器中幾乎不占空間幾乎不占空間，只需在容器壁上，只需在容器壁上開一個或兩或兩個孔即可；開一個或兩或兩個孔即可； 檢測元件檢測元件只有一、兩根導壓管只有一、兩根導壓管，結構簡單，安裝，結構簡單，安裝方便，便于操作維護，工作可靠；方便，便于操作維護，工作可靠； 采用法蘭式差壓變送器采用法蘭式差壓變送器可以解決高粘度、易凝固、可以解決高粘度、易凝固、易結晶、腐蝕性、含有懸浮物介質的液位測量問題易結晶、腐蝕性、含有懸浮物介質的液位測量問題； 差壓

6、式液位計差壓式液位計通用性強通用性強，可以用來測量壓力和流，可以用來測量壓力和流量等參數(shù)量等參數(shù) 。 實現(xiàn)方法實現(xiàn)方法 對于液位測量，一般可在容器壁面開孔，安裝壓力（對于液位測量，一般可在容器壁面開孔，安裝壓力（差壓）傳感器；對于不易在壁面開孔（常壓容器）差壓）傳感器；對于不易在壁面開孔（常壓容器）或容器在地面以下或容器在地面以下 的，可導用投入式壓力傳感器，的，可導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將壓力傳感器投到容器的底部，通過電纜線傳輸壓力信號。信號。靜靜 壓壓 式式 液液 位位 變變 送送 器器三、浮力式液位計三、浮力式液位計 原理：基于浮力原理，適用

7、于液原理：基于浮力原理，適用于液 位的檢測。位的檢測。 可分為恒浮力式和變浮力式兩類?？煞譃楹愀×κ胶妥兏×κ絻深?。 1. 變浮力式液位計變浮力式液位計 變浮力式亦稱筒式液位計，當液面變化時，沉筒浸變浮力式亦稱筒式液位計，當液面變化時，沉筒浸泡于液體內的體積有變化，因而所受浮力變化，該變泡于液體內的體積有變化，因而所受浮力變化，該變化轉化為角位移，以此測量液位?；D化為角位移，以此測量液位。 2. 恒浮力式液位計恒浮力式液位計 恒浮力式液位計是依靠浮標或浮子浮在液體中隨液恒浮力式液位計是依靠浮標或浮子浮在液體中隨液面變化而升降。面變化而升降。 干簧式浮球液位控制器干簧式浮球液位控制器(恒浮力式

8、恒浮力式) 干簧式浮球液位控制器干簧式浮球液位控制器 用途：石油化工、造紙、食品、污水處用途：石油化工、造紙、食品、污水處理等行業(yè)內理等行業(yè)內 開口或密閉儲罐，地下池槽開口或密閉儲罐，地下池槽中各種液位的液位測量，被檢測的介質中各種液位的液位測量，被檢測的介質 可分水、油、酸、堿、工業(yè)污水等各種可分水、油、酸、堿、工業(yè)污水等各種導電及非導電液體，本控制導電及非導電液體，本控制 器可對液位器可對液位進行自動控制。進行自動控制。 干簧式浮球液位控制器干簧式浮球液位控制器 工作原理工作原理 在控制器中裝若干只干簧管，當裝有磁鋼的浮球隨液位上、下時干簧管的觸點隨著發(fā)生動作，從而達到控制液位的目的?？沈?/p>

9、動泵對液位進行全自動控制 干簧式浮球液位控制器干簧式浮球液位控制器 安裝和接線安裝和接線 1、 法蘭安裝和螺紋安裝兩種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。流電源同路敷設。 3、 傳感器裝在被測容器上，傳感器下端最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。好與容器底部固定牢。 4、 由于受運輸?shù)南拗?，大于由于受運輸?shù)南拗疲笥?m以上采取分以上采取分段裝箱，焊接后做好水壓試驗（壓力小于段裝箱，焊接后做好水壓試驗（壓力小于0.6MPa）確定不漏方可使用。）確定不漏方可使用。 5、垂直安裝、垂直安裝 干簧式浮球

10、液位控制器干簧式浮球液位控制器 型號：工業(yè)產(chǎn)品常用的有UQK-71系列 干簧式浮球液位控制器干簧式浮球液位控制器結構形式結果功能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）與電機控制箱配套實現(xiàn)自動控制結構形式說明： 浮筒液位計（浮筒液位計（變浮力式）變浮力式） 結構與原理結構與原理:將圓筒形空心金屬浮筒懸掛在彈簧上。將圓筒形空心金屬浮筒懸掛在彈簧上。當液位變化使浮筒的一部分被液位浸泡時，浮筒浮當液位變化使浮筒的一部分被液位浸泡時，浮筒浮力與彈簧力之和等于浮筒重力，液位計

11、平衡。彈簧力與彈簧力之和等于浮筒重力，液位計平衡。彈簧的伸縮使其與剛性連接的鐵芯產(chǎn)生位移。通過差動的伸縮使其與剛性連接的鐵芯產(chǎn)生位移。通過差動變壓器將位移信號轉變?yōu)殡妷?。變壓器將位移信號轉變?yōu)殡妷骸?設此時彈簧的設此時彈簧的 位移為位移為x x，則，則xkgAxhgAgAkxh浮筒液位計浮筒液位計 浮筒液位計使用和特點浮筒液位計使用和特點 1、適用于高溫，高壓的場合、適用于高溫，高壓的場合 2、精度較高（精度等級、精度較高（精度等級0.5） 、可靠性好、調整方便、測、可靠性好、調整方便、測量范圍廣、經(jīng)久耐用。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的液位、界位、密度、適合工藝流

12、程中敞口或帶壓容器內的液位、界位、密度的連續(xù)測量。的連續(xù)測量。 4、該儀表帶二線制、該儀表帶二線制420mA輸出和輸出和HART傳輸協(xié)議輸出；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。、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)設定、故障提示等功能、智能式的具有參數(shù)設定、故障提示等功能 四、電容式物位計四、電容式物位計 原理：原理：把物位的變化變換為電容量的變化；檢測元件常為一個把物位的變化變換為電容量的變化；檢測元件常為一個圓筒式的電容器。圓筒式的電容器。由兩個長度為由兩個長度為L，半徑分別為，半徑分別為R和和r的圓筒形金屬導體構成的圓筒形金

13、屬導體構成 當兩圓筒中間所充介質介電常數(shù)為當兩圓筒中間所充介質介電常數(shù)為0 0的氣體時，則的氣體時，則該圓筒間的電容量為：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)為如果電極的一部分被另一部分介電常數(shù)為的液體的液體（物料）所浸沒時，設上半部分介質的介電常數(shù)仍（物料）所浸沒時，設上半部分介質的介電常數(shù)仍為為0 0，浸沒的部分長度為，浸沒的部分長度為H H，則電容器上半部分的，則電容器上半部分的電容器為：電容器為： 下半部分為：下半部分為：rRLCln200rRHLCln201rRHCln2221CCC結論：當幾何尺寸一定，當幾何尺寸一定，0 0不變時，電容的變化不變時，電容的變化量是

14、被測介質物位量是被測介質物位H H的線性函數(shù)。的線性函數(shù)。電容式物位計KHrRHCCCln)(200（ 電容式物位計制造主要考慮因素：電容式物位計制造主要考慮因素： 1、溫度對介電常數(shù)的變化的影響；、溫度對介電常數(shù)的變化的影響； 2、物位對電容器的電容量變化值很小，往往只、物位對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，電是幾納法（幾千皮法），而且易受干擾影響，電容測量比較困難。容測量比較困難。 3、如果被測介質為導電性液體，電極要用絕緣如果被測介質為導電性液體，電極要用絕緣物覆蓋作為中間介質，而液體和外圓筒一起作為物覆蓋作為中間介質，而液體和外圓筒一起作為外電極

15、。外電極。電容式物位計電容式物位計 產(chǎn)品特點及使用： 1、結構簡單、安裝方便、性能可靠的優(yōu)點；、結構簡單、安裝方便、性能可靠的優(yōu)點； 2、電極多為不銹鋼材料制造，耐腐蝕性強、電極多為不銹鋼材料制造，耐腐蝕性強; 3、依照過程溫度不同分成三類：普通型：、依照過程溫度不同分成三類：普通型： -2060、中溫型：、中溫型： -40200、高溫型：、高溫型： -40800 4、本儀表不適于介電常數(shù)變化過大的場合以及物料、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。不能與電極良好接觸的固體介質。 5、被測介質為結晶、結垢或粘度很高時對測量精度、被測介質為結晶、結垢或粘度很高時

16、對測量精度有一定影響有一定影響 。 6、傳感器與二次儀表的連線及距離：距離、傳感器與二次儀表的連線及距離：距離 200m，用直徑用直徑1.5mm以上的導線（最好是雙絞線）連接，每以上的導線（最好是雙絞線）連接，每條導線電阻應小于條導線電阻應小于3歐姆歐姆 ；電容式料位計電容式料位計電容式液位電容式液位計計第四節(jié)第四節(jié) 物位檢測物位檢測 檢測原理檢測原理 利用聲波在介質中傳播速度，能量衰減以及在界面利用聲波在介質中傳播速度，能量衰減以及在界面的反射等特性。的反射等特性。超聲波物位計超聲波物位計 當聲波從氣體傳播到液體或固態(tài)，或者相反的情況當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

17、質的密度相差懸殊，聲波幾乎全部下，由于兩種介質的密度相差懸殊，聲波幾乎全部被反射；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（在容器底部安裝一只超聲波發(fā)射器和一只接收器（也可以只用一個探頭輪換發(fā)射和接收超聲波脈沖）也可以只用一個探頭輪換發(fā)射和接收超聲波脈沖），設聲速為，設聲速為v（對于一定的氣體來說，（對于一定的氣體來說，v是已知的）是已知的），實際物位高度為，實際物位高度為H，則從發(fā)射到接收所需時間，則從發(fā)射到接收所需時間t為為：vHt2第四節(jié)第四節(jié) 物位檢測物位檢測 實現(xiàn)方法實現(xiàn)方法 超聲波傳播速度的補償方法有：超聲波傳播速度的補償方法有： 1、溫度補償：溫度對聲波聲速的影響最大

18、，、溫度補償：溫度對聲波聲速的影響最大，安裝溫度傳感器測溫以補償溫度對聲波聲速的安裝溫度傳感器測溫以補償溫度對聲波聲速的影響；影響； 2、設置校正具：設置兩組換能器探頭，一組、設置校正具：設置兩組換能器探頭，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中，聲速校正用組換能器探頭都放在被測介質中，聲速校正用探頭發(fā)射的聲波在固定時間內走過固定的距離探頭發(fā)射的聲波在固定時間內走過固定的距離，以此測出實際聲速。，以此測出實際聲速。超聲波物位計設置校正具在被測介質中安裝兩組換能器探頭，一組用作測量探頭，另一組用作構成速度校正用的探頭。 A

19、、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。 應用固定校正具檢測液位原理圖應用固定校正具檢測液位原理圖設置校正具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 ，測出聲脈沖從校正探頭到反射板的往返時間T0，則可得聲波在介質中的傳播速度為：ootLv20設置校正具因為校正探頭和測量探頭是在同一個介質中，如果兩者的傳播速度相等，即 =v，則可得 0vttLH00結論：只要測出時間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）。 0T 適用于容器中介質的聲速各處相同適用于容器中介質的聲速各處相同B、活動校具、活動校

20、具主要用于聲速沿高度方向變化的介質 。應用活動校正具檢測液位原理圖超聲波物位計 超聲波物位計使用特點： 1、非接觸式測量，超聲波物位計安裝于料倉、液、非接觸式測量，超聲波物位計安裝于料倉、液罐上方，不直接接觸物料。罐上方，不直接接觸物料。 2、超聲波料位計儀表可配置可編程繼電器輸出、超聲波料位計儀表可配置可編程繼電器輸出、高精度高精度420mA電流輸出、電流輸出、RS-485數(shù)字通信輸出數(shù)字通信輸出 三種形式。三種形式。 3、低功耗，超聲波料位計主機功耗小于、低功耗，超聲波料位計主機功耗小于5W。 4、內置溫度補償，運行穩(wěn)定，抗干擾能力強。、內置溫度補償，運行穩(wěn)定，抗干擾能力強。 5、高至、高

21、至16位位D/A轉換，測量精度高（轉換，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、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。河、污水液位、罐裝液體、泥漿等液位測量。 射線式物位計射線式物位計 xeII0 檢測系統(tǒng)組成檢測系統(tǒng)組成 射線源射線源 探測器探測器 電子線路電子線路 檢測原理檢測原理:當射線穿過一定的物質，由于物質的吸收，其當射線穿過一定的物質，由于物質的吸收，其穿透強度隨物質的厚度而減小，其變化規(guī)律為穿透強度隨物質的厚度而減小，其變化規(guī)律為介質對射線的吸收系數(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

22、體最小。xeII0介質對射線的吸收系數(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。射線料位計射線料位計射線料位計射線料位計xeII0介質對射線的吸收系數(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。檢測原理檢測原理:當射線穿過一定的物質，由于物質的吸收，其當射線穿過一定的物質，由于物質的吸收，其穿透強度隨物質的厚度而減小，其變化規(guī)律為穿透強度隨物質的厚度而減小，其變化規(guī)律為xeII0介質對射線的吸收系數(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。xeII0介質對射線的吸收系數(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。檢測原理檢測原理:當射線穿過一定的物質，由于物質的吸收，其當射線穿過一定的物質，由于物質的吸收，其穿透強度隨物質的厚度而減小，其變化規(guī)律為穿透強度隨物質的厚度而減小，其變化規(guī)律為xeII0介質對射線的吸收系數(shù)不同的材料有不同的吸收系數(shù)，一般