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1、第四节第四节 物位检测及仪表物位检测及仪表3.4.1 3.4.1 概述概述概述概述 几个概念几个概念几个概念几个概念在容器中液体介质的高低叫在容器中液体介质的高低叫在容器中液体介质的高低叫在容器中液体介质的高低叫液位液位液位液位，容器中固体或颗粒状物质的堆积高度叫容器中固体或颗粒状物质的堆积高度叫容器中固体或颗粒状物质的堆积高度叫容器中固体或颗粒状物质的堆积高度叫料位料位料位料位测量液位的仪表叫测量液位的仪表叫测量液位的仪表叫测量液位的仪表叫液位计液位计液位计液位计，测量料位的仪表叫，测量料位的仪表叫，测量料位的仪表叫，测量料位的仪表叫料位计料位计料位计料位计测量两种密度不同液体介质的分界面的
2、仪表叫测量两种密度不同液体介质的分界面的仪表叫测量两种密度不同液体介质的分界面的仪表叫测量两种密度不同液体介质的分界面的仪表叫界面计界面计界面计界面计在在在在物物物物位位位位检检检检测测测测中中中中，有有有有时时时时需需需需要要要要对对对对物物物物位位位位进进进进行行行行连连连连续续续续检检检检测测测测，有有有有时时时时只只只只需需需需要要要要测测测测量量量量物物物物位位位位是是是是否否否否达达达达到到到到某某某某一一一一特特特特定定定定位位位位置置置置，用用用用于于于于定定定定点点点点物物物物位位位位测测测测量的仪表称为量的仪表称为量的仪表称为量的仪表称为物位开关物位开关物位开关物位开关 物
3、位检测的作用物位检测的作用物位检测的作用物位检测的作用控制、控制、控制、控制、计计量、量、量、量、报报警等。警等。警等。警等。 检测方法分类检测方法分类检测方法分类检测方法分类直读式物位仪表：玻璃管液位计、玻璃板液位计等。直读式物位仪表：玻璃管液位计、玻璃板液位计等。直读式物位仪表：玻璃管液位计、玻璃板液位计等。直读式物位仪表：玻璃管液位计、玻璃板液位计等。差差差差压压压压式式式式物物物物位位位位仪仪仪仪表表表表：利利利利用用用用液液液液柱柱柱柱或或或或物物物物料料料料堆堆堆堆积积积积对对对对某某某某定定定定点点点点产产产产生生生生压压压压力力力力的的的的原原原原理理理理而而而而工工工工作。作
4、。作。作。浮力式物位仪表：利用浮子高度或浮力随液位高度而变化的原理工作。浮力式物位仪表：利用浮子高度或浮力随液位高度而变化的原理工作。浮力式物位仪表：利用浮子高度或浮力随液位高度而变化的原理工作。浮力式物位仪表：利用浮子高度或浮力随液位高度而变化的原理工作。电磁式物位仪表：使物位的变化转换为一些电量的变化，如电容电磁式物位仪表：使物位的变化转换为一些电量的变化，如电容电磁式物位仪表：使物位的变化转换为一些电量的变化，如电容电磁式物位仪表：使物位的变化转换为一些电量的变化，如电容核核核核辐辐辐辐射射射射物物物物位位位位仪仪仪仪表表表表：利利利利用用用用射射射射线线线线透透透透过过过过物物物物料料
5、料料时时时时其其其其强强强强度度度度随随随随物物物物质质质质层层层层的的的的厚厚厚厚度度度度而而而而变变变变化化化化的原理的原理的原理的原理声声声声波波波波式式式式物物物物位位位位仪仪仪仪表表表表：由由由由于于于于物物物物位位位位的的的的变变变变化化化化引引引引起起起起声声声声阻阻阻阻抗抗抗抗的的的的变变变变化化化化、声声声声波波波波的的的的遮遮遮遮断断断断和和和和声声声声波波波波反反反反射射射射距距距距离离离离的的的的不不不不同同同同，测测测测出出出出这这这这些些些些变变变变化化化化就就就就可可可可测测测测知知知知物物物物位位位位。根根根根据据据据工作原理分为声波遮断式、反射式和阻尼式。工作
6、原理分为声波遮断式、反射式和阻尼式。工作原理分为声波遮断式、反射式和阻尼式。工作原理分为声波遮断式、反射式和阻尼式。光学式物位仪表：利用物位对光波的遮断和反射原理工作光学式物位仪表：利用物位对光波的遮断和反射原理工作光学式物位仪表：利用物位对光波的遮断和反射原理工作光学式物位仪表：利用物位对光波的遮断和反射原理工作直读式液位仪表玻璃管式UG3001200mmP1.6MPa玻璃板式UB5001700mmP6.3MPa折光式透光式T80特点：结构简单，读数直观，价格便宜，用于压力、温度不太高的场合。就地指示，不能远传和记录，玻璃易碎。使用说明：（1）加防护罩（2）经改造可实现上、下限报警。玻璃管（
7、板）的长度即为测量范围。当被测液位大于玻璃管（板）的长度，可用几只串联使用浮力式液位仪表变浮力（沉筒式）恒浮力浮标式浮球式敞开式封闭式内浮球外浮球1. 钢带浮子式液位计钢带浮子式液位计 右图7-4为直读式钢带浮子式液位计，这是一种最简单的液位计，一般只能就地显示。如图所示为浮标式液位计。1、说明其测量原理2、设计符合读数习惯，即能现场指示又能远传的浮标式液位计（画出草图）思考题思考题3.4.2 差压式液位计差压式液位计 1、组成及方块图容器取压口导管差压计HPPH(1)现场指示型（2）远传指示型容器取压口差压变送器电流表HPIH电流表I420mAP0差压变送器的输入信号差压变送器的输入信号;P
8、1=PO+ gHP2=PO变送器的输出信号；变送器的输出信号；例如：例如：如图所示为液位测量系统，液位的变化范围是如图所示为液位测量系统，液位的变化范围是06米，当液位为米，当液位为3米时，电流表的指示值是多少毫安？米时，电流表的指示值是多少毫安？当液位变化到当液位变化到4.5米时，电流表的指示值是多少毫安米时，电流表的指示值是多少毫安？电流表I420mA零点迁移零点迁移 利用差压变送器测量密闭容器液位时，由于现场的安装条件不同，存在零点无迁移、正迁移和负迁移三种情况。 基本工作原理基本工作原理基本工作原理基本工作原理 P=gHP=gHP=gHP=gH 零点迁移零点迁移零点迁移零点迁移 P=P
9、=P=P=1 1 1 1gH gH gH gH P=P=P=P=1 1 1 1gH -gH -gH -gH -2 2 2 2g g g g（h h h h2 2 2 2-h-h-h-h1 1 1 1） P=P=P=P=1 1 1 1gH +gH +gH +gH +1 1 1 1ghghghgh1 1 1 1 零点迁移的目的：使零点迁移的目的：使零点迁移的目的：使零点迁移的目的：使HH0 0时，变送器输出为时，变送器输出为时，变送器输出为时，变送器输出为I Iominomin（如（如（如（如4mA4mA）无迁移无迁移无迁移无迁移 负迁移负迁移负迁移负迁移 迁移量：迁移量：迁移量：迁移量： -2
10、2 2 2g g g g（h h h h2 2 2 2-h-h-h-h1 1 1 1） 正迁移正迁移正迁移正迁移 迁移量：迁移量：迁移量：迁移量： 1 1 1 1ghghghgh1 1 1 1 例例例例 已知已知已知已知1 1 1 1=1200kg/m=1200kg/m=1200kg/m=1200kg/m3 3 3 3，2 2 2 2=950kg/m=950kg/m=950kg/m=950kg/m3 3 3 3，h h h h1 1 1 1=1m=1m=1m=1m，h h h h2 2 2 2=5m=5m=5m=5m，液位变化范围液位变化范围液位变化范围液位变化范围02.502.502.502
11、.5米，求：变送器的米，求：变送器的米，求：变送器的米，求：变送器的量程量程量程量程和和和和迁移量迁移量迁移量迁移量。解解解解 H H H Hmaxmaxmaxmax1 1 1 1g=2.5*1200*9.8=29400Pag=2.5*1200*9.8=29400Pag=2.5*1200*9.8=29400Pag=2.5*1200*9.8=29400Pa变送器量程可选为：变送器量程可选为：变送器量程可选为：变送器量程可选为：40kPa40kPa40kPa40kPa当当当当H=0H=0H=0H=0时，时，时，时，-2 2 2 2g g g g（h h h h2 2 2 2-h-h-h-h1 1
12、1 1）=-4*950*9.8=-37.24 kPa=-4*950*9.8=-37.24 kPa=-4*950*9.8=-37.24 kPa=-4*950*9.8=-37.24 kPa变变送器需要送器需要送器需要送器需要进进行行行行负负迁移，迁移量迁移，迁移量迁移，迁移量迁移，迁移量为为37.24 kPa37.24 kPa37.24 kPa37.24 kPa 结论：结论：结论：结论：差压式液位变送器，事实上就是一个差压变送器，无非液位变送器的输出与液位高度差压式液位变送器，事实上就是一个差压变送器，无非液位变送器的输出与液位高度差压式液位变送器，事实上就是一个差压变送器，无非液位变送器的输出与
13、液位高度差压式液位变送器，事实上就是一个差压变送器，无非液位变送器的输出与液位高度H H H H成线性关系成线性关系成线性关系成线性关系因此，差压式液位变送器的安装与前面所述的差压变送器的安装是完全相同的。因此，差压式液位变送器的安装与前面所述的差压变送器的安装是完全相同的。因此，差压式液位变送器的安装与前面所述的差压变送器的安装是完全相同的。因此，差压式液位变送器的安装与前面所述的差压变送器的安装是完全相同的。为为了了了了解解解解决决决决测测量量量量具具具具有有有有腐腐腐腐蚀蚀性性性性或或或或含含含含有有有有结结晶晶晶晶颗颗粒粒粒粒以以以以及及及及粘粘粘粘度度度度大大大大、易易易易凝凝凝凝固
14、固固固等等等等液液液液体体体体液液液液位位位位时时，引引引引压压管管管管线线容容容容易易易易出出出出现现现现被被被被腐腐腐腐蚀蚀、被被被被堵堵堵堵塞塞塞塞的的的的问问题题，应应使使使使用用用用在在在在导导压压管管管管人人人人口口口口处处加加加加隔隔隔隔离离离离膜膜膜膜盒盒盒盒的的的的法法法法兰兰式式式式差差差差压压变变送送送送器器器器（压压压压力力力力信信信信号号号号的的的的远远传传装装装装置置置置），分分分分单单法法法法兰兰式及双法式及双法式及双法式及双法兰兰式两种。式两种。式两种。式两种。 3.4.3 3.4.3 浮筒式液位计浮筒式液位计浮筒式液位计浮筒式液位计 浮筒GF弹F浮浮筒弹簧磁钢
15、室输出指示器内置式外置式静井基本工作原理基本工作原理基本工作原理基本工作原理 主要由四个基本部分主要由四个基本部分主要由四个基本部分主要由四个基本部分组组组组成：浮筒、成：浮筒、成：浮筒、成：浮筒、弹弹弹弹簧、磁簧、磁簧、磁簧、磁钢钢钢钢室和室和室和室和输输输输出指出指出指出指示器示器示器示器当当当当浮浮浮浮筒筒筒筒沉沉沉沉浸浸浸浸在在在在液液液液体体体体中中中中时时时时，浮浮浮浮筒筒筒筒将将将将受受受受到到到到向向向向下下下下的的的的重重重重力力力力G G G G、向向向向上上上上的的的的浮力浮力浮力浮力F F F F浮浮浮浮和和和和弹弹弹弹簧簧簧簧弹弹弹弹力力力力FFFF弹弹弹弹的复合作用
16、的复合作用的复合作用的复合作用弹弹弹弹簧簧簧簧的的的的伸伸伸伸缩缩缩缩使使使使其其其其与与与与刚刚刚刚性性性性连连连连接接接接的的的的磁磁磁磁钢钢钢钢产产产产生生生生位位位位移移移移，再再再再通通通通过过过过输输输输出出出出指指指指示示示示器器器器内内内内磁磁磁磁感感感感应应应应元元元元件件件件和和和和传传传传动动动动装装装装置置置置或或或或变变变变换换换换输输输输出出出出装装装装置置置置，使使使使其其其其指指指指示示示示出出出出液位或液位或液位或液位或输输输输出与液位出与液位出与液位出与液位对应对应对应对应的的的的电电电电信号。信号。信号。信号。 特点和要求特点和要求特点和要求特点和要求 浮
17、浮浮浮筒筒筒筒式式式式液液液液位位位位计计计计通通通通常常常常有有有有内内内内置置置置式式式式和和和和侧侧侧侧装装装装外外外外置置置置式式式式两两两两种种种种安安安安装装装装方方方方式式式式，测测测测量原理完全相同，但外置式安装更适用于温度较高的场合。量原理完全相同，但外置式安装更适用于温度较高的场合。量原理完全相同，但外置式安装更适用于温度较高的场合。量原理完全相同，但外置式安装更适用于温度较高的场合。 3.4.4 3.4.4 电容式物位计电容式物位计电容式物位计电容式物位计 基本工作原理基本工作原理基本工作原理基本工作原理 由由由由两两两两个个个个同同同同轴轴轴轴圆圆圆圆柱柱柱柱极极极极板
18、板板板组组组组成成成成的的的的电电电电容容容容器器器器，当当当当两两两两极极极极板板板板之之之之间间间间填填填填充充充充介介介介电电电电常常常常数数数数为为为为1 1 1 1的的的的介介介介质质质质时时时时，两极板间的电容量为：两极板间的电容量为：两极板间的电容量为：两极板间的电容量为： dDLDdLH当当当当极极极极板板板板之之之之间间间间一一一一部部部部分分分分介介介介质质质质被被被被介介介介电电电电常常常常数数数数为为为为2 2 2 2的的的的另另另另一一一一种种种种介介介介质质质质填填填填充充充充时时时时，可可可可推导出电容变化量推导出电容变化量推导出电容变化量推导出电容变化量 当当当
19、当电电电电容容容容器器器器的的的的几几几几何何何何尺尺尺尺寸寸寸寸和和和和介介介介电电电电常常常常数数数数保保保保持持持持不不不不变变变变时时时时，电电电电容容容容变变变变化化化化量就与物位高度量就与物位高度量就与物位高度量就与物位高度H H H H成正比。成正比。成正比。成正比。特点和要求特点和要求特点和要求特点和要求 电电电电容容容容式式式式物物物物位位位位计计计计可可可可以以以以用用用用于于于于液液液液位位位位的的的的测测测测量量量量，也也也也可可可可以以以以用用用用于于于于料料料料位位位位的的的的测测测测量量量量，但但但但要要要要求求求求介介介介质质质质的的的的介介介介电电电电常常常常
20、数数数数保保保保持持持持稳稳稳稳定定定定。在在在在实实实实际际际际使使使使用用用用过过过过程程程程中中中中，当当当当现现现现场场场场温温温温度度度度、被被被被测测测测液液液液体体体体的的的的浓浓浓浓度度度度、固固固固体体体体介介介介质质质质的的的的湿湿湿湿度度度度或或或或成成成成分分分分等等等等发发发发生生生生变变变变化化化化时时时时，介介介介质质质质的的的的介介介介电电电电常常常常数数数数也也也也会会会会发发发发生生生生变化，应及时对仪表进行调整才能达到预想的测量精度。变化，应及时对仪表进行调整才能达到预想的测量精度。变化，应及时对仪表进行调整才能达到预想的测量精度。变化，应及时对仪表进行调
21、整才能达到预想的测量精度。 3.4.5 3.4.5 核辐射式物位计核辐射式物位计核辐射式物位计核辐射式物位计 基本工作原理基本工作原理基本工作原理基本工作原理 核核核核辐辐辐辐射射射射线线线线（通通通通常常常常为为为为射射射射线线线线）穿穿穿穿过过过过一一一一定定定定厚厚厚厚度度度度的的的的被被被被测测测测介介介介质质质质时时时时，射射射射线线线线的的的的投投投投射射射射强强强强度度度度将将将将随随随随介介介介质质质质厚厚厚厚度度度度的的的的增增增增加加加加而而而而呈呈呈呈指指指指数数数数规规规规律律律律衰衰衰衰减的原理来测量物位的减的原理来测量物位的减的原理来测量物位的减的原理来测量物位的
22、辐射源接收器I I0 0表表表表示示示示进进进进入入入入物物物物料料料料之之之之间间间间的的的的射射射射线线线线强强强强度度度度；表表表表示示示示物物物物料料料料的的的的吸吸吸吸收收收收系系系系数数数数；HH为为为为物物物物料料料料的厚度；的厚度；的厚度；的厚度；I I为穿过介质后的射线强度。为穿过介质后的射线强度。为穿过介质后的射线强度。为穿过介质后的射线强度。 特点和要求特点和要求特点和要求特点和要求 核辐射式物位计属于非接触式物位测量仪表核辐射式物位计属于非接触式物位测量仪表核辐射式物位计属于非接触式物位测量仪表核辐射式物位计属于非接触式物位测量仪表适用于高温、高压、强腐蚀、剧毒等条件苛
23、刻的场合适用于高温、高压、强腐蚀、剧毒等条件苛刻的场合适用于高温、高压、强腐蚀、剧毒等条件苛刻的场合适用于高温、高压、强腐蚀、剧毒等条件苛刻的场合核核核核射射射射线线线线还还还还能能能能够够够够直直直直接接接接穿穿穿穿透透透透钢钢钢钢板板板板等等等等介介介介质质质质，可可可可用用用用于于于于高高高高温温温温熔熔熔熔融融融融金属的液位测量金属的液位测量金属的液位测量金属的液位测量使用时几乎不受温度、压力、电磁场的影响。使用时几乎不受温度、压力、电磁场的影响。使用时几乎不受温度、压力、电磁场的影响。使用时几乎不受温度、压力、电磁场的影响。但但但但由由由由于于于于射射射射线线线线对对对对人人人人体体
24、体体有有有有害害害害，因因因因此此此此射射射射线线线线的的的的剂剂剂剂量量量量应应应应严严严严加加加加控控控控制制制制，且须切实加强安全防护措施且须切实加强安全防护措施且须切实加强安全防护措施且须切实加强安全防护措施 ( ( ( (工业现场一般不优先考虑使用核辐射式物位计工业现场一般不优先考虑使用核辐射式物位计工业现场一般不优先考虑使用核辐射式物位计工业现场一般不优先考虑使用核辐射式物位计) ) ) )称重式物位计称重式物位计称重式物位计称重式物位计 在石油、化工部门，有许多大型贮罐，由于高度与直径都很大，即使液位变化12毫米，就会有几百公斤到几吨的差别，所以液位的测量要求很精确。同时，液体（
25、例如油品）的密度会随温度发生较大的变化，而大型容器由于体积很大，各处温度很不均匀，因此即便液位（即体积）测得很准，也反映不了罐中真实的质最储量有多少。利用称重式液罐计量仪，就能基在上解决上述问题。称重仪是根据天平原理设计的。它的原理图示于图3-51。罐顶压力P1与罐底压力P2分别引至下波纹管l和上波纹管2。两波纹管的有效面积A相等，差压引人两波纹管，产生总的作用力，作用于杠杆系统，使杠杆失去平衡，于是通过发讯器、控制器、接通电机线路，使可逆电机旋转，并通过丝杠6带动砝码5移动，直至砝码产生的力矩与测量力产生的力矩平衡时，电机才停止转动。1力矩分析M砝码质量g重力加速度A1波纹管有效面积L1、L2杠杆臂长被测介质的密度K1仪表常数若液罐是均匀截面，其截面积为A于是罐内液体储量M0为M0与介质的密度无关。
