第5章物位的测量教材课程

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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,教学目录：,概述,直读式液位计,浮力式液位计,静压式液位计,电容式物位计,导电式液位计,超声波式物位计,核辐射式物位计,5.1,5.2,5.3,5.4,5.5,5.6,5.7,5.8,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,5.1.2物位测量的工艺特点和主

2、要问题,1.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,返本章目录,2.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

3、化时物位也随之变化。 3.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： 直读式物位测量仪表、浮力式物位测量仪表、 静压式物位测量仪表、电磁式物位测量仪表、 电容式物位测量仪表、超声波式物位测量仪表 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

4、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,5.2 直读式液位计,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：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液位的高低。,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和玻璃板式液位计两种。,返本章目录,当用玻璃液位计进行精确测量时应注意： 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

5、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,5.3 浮力式液位计,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。,

6、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,1、浮子式液位计：是一种恒浮力式液位计。 （1）钢丝绳（或钢带）式浮子液位计 基本原理： 通过测量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 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。 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： 浮子通过滑轮和绳带与平衡重锤连接，

7、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： 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。,5.3.1 浮子式液位计,1、浮子式液位计：是一种恒浮力式液位计。 基本原理： 但由于液体的黏性、传动系统的摩擦等 因素，液位变化H只有达到一定的值时（即 浮子浸入液体深度h变化到一定值时h ）， 造成浮力发生F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。,1、浮子式液位计：是一种恒浮力

8、式液位计。 基本原理： 浮力变化F和液位变化H的关系： 当F等于系统的摩擦力时，浮力才开始 移动，该式表明了液位计的不灵敏区为： 从此式可知，选择合适的浮子直径及减少摩擦阻力，可以改善液位计的灵敏度。,杠杆浮球式液位计分为内浮式和外浮式。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,返本节目录,返本章目录,1、浮子式液位计：是一种恒浮力式液位计。,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

9、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,返本节目录,返本章目录,翻板式液位计工作原理动画演示,返本节目录,返本章目录,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,返本章目录,二、浮力式液位计,2、浮筒式液位计：是一种变浮力式液位计

10、。 （1）带有差动变压器的浮筒式液位计 .原理图： 结构：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 筒重力而拉伸。 .基本原理： 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。,二、浮力式液位计,2、浮筒式液位计：是一种变浮力式液位计。 .基本原理： 设浮筒质量为m ，截面积为A ，弹簧的刚度 为c，压缩位移为 x0，被测液体密度为 ，浮筒没 入液体高度为H 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,2、浮筒式液位计：是一种变浮力式液位计。 .基本原理： 当液位变化时，浮筒所受浮力改变，弹簧的

11、变形亦有变化。 达到新的力平衡时则有以下关系：,二、浮力式液位计,2、浮筒式液位计：是一种变浮力式液位计。 .基本原理： 结论：只要检测弹簧的变形x（即浮筒的 位移量），即可确定液位的变化H ,进而确定液体的液位高度。,二、浮力式液位计,2、浮筒式液位计：是一种变浮力式液位计。 .位移检测方法： 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 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 指示。 .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，对应差动式变压器铁芯位移很小，实现起来方便。,5.3

12、.2 浮筒式液位计,3.浮筒式液位计的校验 （1）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。,返本节目录,返本章目录,5.3.2 浮筒式液位计,例5-1 设一浮筒式液位计中浮筒的重力G114.41N，挂链重力G20.46N，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，用挂重法校验时所用托盘重力G32.59N，现求：当校验点为全量程的0%、50%、100%时，应分别加多重的砝码？,

13、返本节目录,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（即浮筒重力与所受浮力的差值） 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,在校验满量程时，浮筒应被水浸没的长度为,返本节目录,返本章目录,5.3.2 浮筒式液位计,例5-2 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？,返本节目录,返本章目录,5.3.2 浮筒式液位计,适用范围： 适用于测量范围在200mm以内，密度在0.51.5

14、g/cm3的液体液面连续测量 测量范围在1200mm以内，密度差为0.10.5g/cm3的液体界面的连续测量。 真空对象、易汽化的液体宜选用浮筒式仪表。,返本节目录,返本章目录,5.4 静压式液位计,静压式液位计：通过测静压力或静压差来测量液位的仪表。 静压式液位计的工作原理：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。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，此静压力与物料的物位高度成正比。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，则采用测量差压的方法。,返本章目录,5.4 静压式液位计,静压式液位计

15、是根据液柱静压与液柱高度成正比的原理来实现的。如图所示，根据流体静力学原理可得A、B两点之间的压力差为 ppBpAgH,返本章目录,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,5.4.1 压力计式液位计,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道液位的高度。,返本

16、节目录,返本章目录,5.4.1 压力计式液位计,压力计式液位计的特点： 优点：比较简单，而且测量范围不受限制，信号可以远传。 缺点：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：当压力仪表与取压点（零液位）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,返本章目录,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