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1、第八章 液位丈量主要内容概述差压式液位丈量法电阻式液位丈量法电容式液位丈量法超声波液位丈量法8.1 概述液位丈量是一门丈量液液、气液、液固分界面的技术。义务：液位、液位差、相界面的延续监测、定点信号报警、控制；-油耗量，油箱油位，锅炉汽包水位监测等。原理：基于相界面两侧物质的物性差别或液位改动时引起有关物理参数变化。物理参数：电阻、电容、电感、差压、声速、光能等常见的液位丈量方法：电阻式液位计 浮子液位计投入式静压液位变送器是基于所测液体静压与该液体高度成正比的原理，采用分散硅或陶瓷敏感元件的压阻效应，将静压转成电信号。经过温度补偿和线性校正。激光物位丈量仪电容式液位计超声波液位计微波雷达液位
2、计光纤液位报警器是运用光折射原理，选用光导纤维研制胜利的一种全新液位检测仪器，又一高新技术产品。适用于石油、化工、交通、储运等部门的化学液体储罐和铁路槽车、汽车槽车的液位定点检测和控制，是罐区自动化、槽车自动装车不可短少的平安配备差压式液位计液位丈量的方法分类： 液位丈量总体上可分为直接丈量和间接丈量两种方法，由于丈量情况及条件复杂多样，因此往往采用间接丈量，即将液位信号转化为其它相关信号进展丈量，如压力法、浮力法、电学法、热学法等。 8.2 直接丈量液位 直接丈量是一种最为简单、直观的丈量方法，它是利用连通器的原理，将容器中的液体引入带有标尺的察看管中，经过标尺读出液位高度。以下图所示的是玻
3、璃管液位计。 差压法根据液体分量所产生的压力进展丈量。由于液体对容器底面产生的静压力与液位高度成正比，因此经过测容器中液体的压力即可测算出液位高度。 对常压开口容器，液位高度H与液体静压力P之间有如下关系： 式中， 被测液体的密度( )。8.3 差压法丈量(a) 压力表式液位计 (b)法兰式液位变送器 (c)吹气式液位计 密闭容器可用差压法进展丈量，它可在丈量过程中需消除液面上部气压及气压动摇对示值的影响 浮力法测液位是根据力平衡原理，通常借助浮子一类的悬浮物，浮子做成空心刚体，使它在平衡时可以浮于液面。当液位高度发生变化时，浮子就会跟随液面上下挪动。因此测出浮子的位移就可知液位变化量。 浮子
4、式液位计按浮子外形不同，可分为浮子式、浮筒式等等； 按机构不同可分为钢带式、杠杆式等。 8.4 浮力法丈量1. 钢带浮子式液位计钢带浮子式液位计 右图为直读式钢带浮子式液位计，这是一种最简单的液位计，普通只能就地显示。2. 浮筒式液位计浮筒式液位计 浮筒式液位计属于变浮力液位计，当被测液面位置变化时，浮筒浸没体积变化，所受浮力也变化，经过丈量浮力变化确定出液位的变化量。图中：1-浮筒；2-弹簧；3-差动变压器 。 液位计是用弹簧平衡浮力，用差动变压器丈量浮筒位移，平衡时紧缩弹簧的弹力与浮筒浮力及重力G平衡。即 式中 k弹簧刚度(Nm)； x弹簧紧缩量(m)； 液体密度(kgm3)； H浮筒浸入
5、深度(m)； A浮筒截面积(m2)。 液位高度变化与弹簧变形量成正比。弹簧变形量可用多种方法丈量，既可就地指示，也可用变换器(如差动变压器)变换成电信号进展远传控制。 8.5 电学法电学法 电学法按任务原理不同又可分为电阻式、电感式和电容式。 用电学法丈量无摩擦件和可动部件，信号转换、传送方便，便于远传，任务可靠，且输出可转换为一致的电信号，与电动单元组合仪表配合使甩，可方便地实现液位的自动检测和自动控制。 1. 电阻式液位计 电阻式液位计既可进展定点液位控制，也可进展延续丈量。 所谓定点控制是指液位上升或下降到一定位置时引起电路的接通或断开，引发报警器报警。 电阻式液位计的原理是基于液位变化
6、引起电极间电阻变化，由电阻变化反映液位情况 右图为用于延续丈量的电阻式液位计原理图。图中： 1-电阻棒； 2-绝缘套； 3-丈量电桥 该液位计的两根电极是由两根资料、截面积一样的具有大电阻率的电阻棒组成，电阻棒两端固定并与容器绝缘。整个传感器电阻为式中 H、h电阻棒全长及液位高度(m)； 电阻棒的电阻率( )； A电阻棒截面积(m2)。 该传感器的资料、构造与尺寸确定后，K1、K2均为常数，电阻大小与液位高度成正比。电阻的丈量可用图中的电桥电路完成。 2.电感式液位计 电感式液位计利用电磁感应景象，液位变化引起线圈电感变化，感应电流也发生变化。 电感式液位计既可进展延续丈量，也可进展液位定点控
7、制。 图为电感式液位控制器的原理图。传感器由不导磁管子、导磁性浮子及线圈组成。管子与被测容器相连通，管子内的导磁性浮子浮在液 面上，当液面高度变化时，浮子随着挪动。线圈固定在液位上下限控制点，当浮子随液面挪动到控制位置时，引起线圈感应电势变化，以此信号控制继电器动作，可实现上、下液位的报警与控制。图中： 1、3-上下限线圈； 2-浮子 3. 电容式液位计 电容式液位计利用液位高低变化影响电容器电容量大小的原理进展丈量。 电容式液位计的构造方式很多，有平极板式、同心圆柱式等等。 它的适用范围非常广泛，对介质本身性质的要求不象其它方法那样严厉，对导电介质和非导电介质都能丈量，此外还能丈量有倾斜晃动
8、及高速运动的容器的液位。不仅可作液位控制器;还能用于延续丈量。(1)丈量原理 在液位的延续丈量中，多用同心圆柱式电容器，如右图所示。同心圆柱式电容器的电容量：式中： D、d-外电极内径和内电极外径(m)； 极板间介质介电常数(F/m)；L极板相互重叠的长度(m)。 液位变化引起等效介电常数变化，从而使电容器的电容量变化，这就是电容式液位计的检测原理。1-内电极；2-外电极 (2) 导电液体液位丈量(电导率=10-2S/m) 右图为用来丈量导电介质的单电极电容液位计，它只用一根电极作为电容器的内电极，普通用紫铜或不锈钢，外套聚四氟乙烯塑料管或涂搪瓷作为绝缘层，而导电液体和容器壁构成电容器的外电极
9、。 1-内电极；2-绝缘套H等于0 : C0=20L/ln(D0/d) 0为聚四氟乙烯套管和容器内气体的等效介电常数；L为液位丈量的范围H不等于0： CH= 2H/ln(D/d)+ 20(L-H)/ln(D0/d) 聚四氟乙烯介电常数 D为聚四氟乙烯套管外径C= 2H/ln(D/d)- 20H/ln(D0/d) C= 2H/ln(D/d) 思索 0,D0D丈量原理是利用传感器两电极的覆盖面积随被测液体液位的变化而变化，从而引起电容量的变化这种关系进展液位丈量的。(2)非导电液体液位丈量(电导率10-9S/m) 右图为用于丈量非导电介质的同轴双层电极电容式液位计。内电极和与之绝缘的同轴金属套组成
10、电容的两极，外电极上开有很多流通孔使液体流入极板间。 图中： 1、2-内、外电极； 3-绝缘套；4-流通孔。H等于0 : C0=20L/ln(D/d) 0为容器内气体的等效介电常数；L为液位丈量的范围H不等于0： CH= 2H/ln(D/d)+ 20(L-H)/ln(D/d) 聚四氟乙烯介电常数 D为聚四氟乙烯套管外径C= 2(- 0)H/ln(D/d)丈量原理是利用被测液体液位变化时，可变电容传感器两电极之间充填介质的介电常数发生变化而引起电容的变化进展液位丈量的。8.6 超声波法超声波法超声波液位计是利用波在介质中的传播特性，详细地说，超声波在传播中遇到相界面时，有一部分反射回来，另一部分
11、那么折射入相邻介质中。但当它由气体传播到液体或固体中，或者由固体、液体传播到空气中时，由于介质密度相差太大而几乎全部发生反射。因此，在容器底部或顶部安装超声波发射器和接纳器，发射出的超声波在相界面被反射。并由接纳器接纳，测出超声波从发射到接纳的时间差，便可测出液位高低。 超声波液位计按传声介质不同，可分为气介式、液介式和固介式三种；按探头的任务方式可分为自发自收的单探头方式和收发分开的双探头方式。相互组合可以得到六种液位计的方案。(a)气介式 (b) 液介式 (c)固介式单探头超声波液位计 超声波液位丈量有许多优点：(1)与介质不接触，无可动部件，电子元件只以声频振动，振幅小，仪器寿命长；(2)超声波传播速度比较稳定，光线、介质粘度、湿度、介电常数、电导率、热导率等对检测几乎无影响，因此适用于有毒、腐蚀性或高粘度等特殊场所的液位丈量；(3)不仅可进展延续丈量和定点丈量，还能方便地提供遥测或遥控信号；(4)能丈量高速运动或有倾斜晃动的液体的液位，如置于汽车、飞机、轮船中的液位。 但超声波仪器构造复杂，价钱相对昂贵；而且当超声波传播介质温度或密度发生变化，声速也将发生变化，对此超声波液位计应有相应的补偿措施，否那么严重影响丈量精度。另外，有些物质对超声波有剧烈吸收作用，选用丈量方法和丈量仪器时要充分思索液位丈量的详细情况和条件。
