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1、第三章第三章物位物位测量及量及变送送概述概述浮力式液位计浮力式液位计差压式液位计差压式液位计其它物位计其它物位计小结小结物位测量：物位测量：液位液位气体和液体间的分界面。气体和液体间的分界面。第一第一节 概概 述述界位界位两种不同液体间的接触面；液体与固体间的两种不同液体间的接触面；液体与固体间的 接触面。接触面。料位料位气体与固体颗粒或粉末的分界面。气体与固体颗粒或粉末的分界面。返回返回 物位测量的目的物位测量的目的在于要正确的测知容器或设备中存储物在于要正确的测知容器或设备中存储物质的容量或质量。这不仅是物料消耗或产量计量的参数，也质的容量或质量。这不仅是物料消耗或产量计量的参数，也是保证
2、连续生产和设备安全的重要参数。是保证连续生产和设备安全的重要参数。 测量液位、界位或料位的仪表称为物位测量仪表又称物测量液位、界位或料位的仪表称为物位测量仪表又称物位计，进而又分：液位计、界位计和料位计。这些仪表由于位计，进而又分：液位计、界位计和料位计。这些仪表由于其测量的对象不同，且应用的工况亦不同，因此其原理、结其测量的对象不同，且应用的工况亦不同，因此其原理、结构和使用方法亦不相同。本章仅对常用的测量方法及典型仪构和使用方法亦不相同。本章仅对常用的测量方法及典型仪表进行介绍。表进行介绍。第一第一节 概概 述述物位检测仪表的分类物位检测仪表的分类按测量方式：按测量方式：连续测量连续测量和
3、和定点测量定点测量（物位开关）（物位开关）按工作原理：按工作原理：直读式物位仪表浮力式物位仪表静压式物位仪表电气式物位仪表核辐射式物位仪表声波式物位仪表雷达式物位仪表磁致伸缩物位仪表光学式物位仪表机械式物位仪表第一第一节 概概 述述第一第一节 概概 述述玻璃管液位计玻璃管液位计第一第一节 概概 述述浮标液位计浮标液位计第一第一节 概概 述述浮筒液位计浮筒液位计第一第一节 概概 述述法兰式物位计法兰式物位计第一第一节 概概 述述电容式物位计电容式物位计第一第一节 概概 述述射线料位计射线料位计第一第一节 概概 述述超声波物位计超声波物位计第一第一节 概概 述述雷达物位计雷达物位计第一第一节 概概
4、 述述磁致伸缩物位计磁致伸缩物位计第一第一节 概概 述述光纤物位计光纤物位计第一第一节 概概 述述重锤物位计重锤物位计第二第二节浮力式液位浮力式液位计 利用漂浮于液面上的浮子高度或浸入液体中浮利用漂浮于液面上的浮子高度或浸入液体中浮 子的浮力变化测知液位或界位。子的浮力变化测知液位或界位。恒浮力式恒浮力式自动跟踪式、浮标式、浮球式、钢带式液位计自动跟踪式、浮标式、浮球式、钢带式液位计等。等。变浮力式变浮力式浮筒式液位计浮筒式液位计 浮力不变。浮子永远漂浮在液面上，位置随着液位变化。浮力不变。浮子永远漂浮在液面上，位置随着液位变化。浮力变化。浮子浸没在液体里，浮力随液位变化。浮力变化。浮子浸没在
5、液体里，浮力随液位变化。 返回返回确定浮标位置确定浮标位置液位液位确定浮力变化确定浮力变化液位液位测量原理：测量原理：第二第二节浮力式液位浮力式液位计（一）磁翻转式液位计（一）磁翻转式液位计 返回返回一、恒浮力式一、恒浮力式 浮子位置随液位高低而变，检测其位移，可知液位高度。浮子位置随液位高低而变，检测其位移，可知液位高度。第二第二节浮力式液位浮力式液位计返回返回一、恒浮力式一、恒浮力式 第二第二节浮力式液位浮力式液位计（二）浮球式液位计（二）浮球式液位计 1. 工作原理工作原理2. 特点特点（1）量程小，受）量程小，受连杆杆长度和角度限制；度和角度限制；（2）精度低，最高）精度低，最高级左右
6、；左右；（3）适用于温度、粘度）适用于温度、粘度较高，高，压力不力不 高的液位高的液位测量。量。W浮球的重力；浮球的重力；G重锤的重力；重锤的重力；OA转轴到浮球中心垂直距离；转轴到浮球中心垂直距离；OB转轴到重锤中心垂直距离。转轴到重锤中心垂直距离。内浮球液位计内浮球液位计H F (W-F) 杠杆顺时针转动杠杆顺时针转动F 返回返回第二第二节浮力式液位浮力式液位计（二）浮球式液位计（二）浮球式液位计 返回返回第二第二节浮力式液位浮力式液位计（二）浮球式液位计（二）浮球式液位计 返回返回第二第二节浮力式液位浮力式液位计（三）自动跟踪式液位计（三）自动跟踪式液位计 返回返回液位浮标所受的浮力浮标
7、对杠杆的拉力差动变压器输出电压信号经放大器放大可逆电机转动浮标第二第二节浮力式液位浮力式液位计（三）自动跟踪式液位计（三）自动跟踪式液位计 返回返回灵敏度与精度较高，价格高。第二第二节浮力式液位浮力式液位计（四）钢带式液位计（四）钢带式液位计 返回返回浮子经过钢带和滑轮将浮力的变化传到钉轮上，钉轮周边的钉状齿与钢带上的孔啮合，将钢带的直线运动变为转动，由指针和计数器指示出液位。在钉轮轴上再安装转角传感器或变送器，就可以实现液位信号的远传。系统平衡时应满足： 当拉力T恒定，钉轮的周长、钉状齿间距及钢带的孔间距均制造得很精确时，可以得到较高的测量精度。这种传动方式，密封比较困难，不适用于有压容器，
8、因此通常多用于常压储罐的液位测量。第二第二节浮力式液位浮力式液位计（四）钢带式液位计（四）钢带式液位计 返回返回第二第二节浮力式液位浮力式液位计二、变浮力式二、变浮力式 介质浸没物体的高度或密度变化时，物体所受浮力发生介质浸没物体的高度或密度变化时，物体所受浮力发生变化。由浮力的变化可测知物位高度。变化。由浮力的变化可测知物位高度。此原理液位计：此原理液位计：浮筒式液位计浮筒式液位计 （一（一）工作原理工作原理C 弹簧刚度；弹簧刚度； x 弹簧压缩位移；弹簧压缩位移；A 浮筒截面；浮筒截面；H 浮筒浸没高度；浮筒浸没高度； H浮筒上移浮筒上移x返回返回第二第二节浮力式液位浮力式液位计（二）扭力
9、管式结构（二）扭力管式结构1.1.测量元件测量元件作用：作用：H H 浮力浮力 Fx扭角扭角 H = Hmax时：杠杆作用力为时：杠杆作用力为H=0时：杠杆作用力为时：杠杆作用力为x =扭力管扭力管产生扭角生扭角max(约7)。扭力管扭力管产生最小扭角生最小扭角为min (约2)。 A 浮筒截面积；浮筒截面积； 被测液体密度。被测液体密度。Fx 测量部分测量部分返回返回第二第二节浮力式液位浮力式液位计2. 转换部分部分作用：作用：将将u I0 K 比例系数，比例系数，K=0100%短路环短路环转至中舌转至中舌最左端最左端时，时，K=0；最右端最右端时，时，K=100%。 01=K0 02 =（
10、1-K）0Z 磁通磁通- -电压转换系数。电压转换系数。u与与K成正比，则成正比，则u与与成正比成正比。差动变压器差动变压器返回返回第二第二节浮力式液位浮力式液位计返回返回第二第二节浮力式液位浮力式液位计（三）轴封膜片式结构（三）轴封膜片式结构返回返回1. 位移位移检测放大器放大器 作用：作用：将将衔铁微小位移微小位移 S 转换成直流成直流电流流 I0。2电磁反磁反馈机构机构作用：作用：I0Ff第二第二节浮力式液位浮力式液位计返回返回3. 工作原理工作原理力矩平衡力矩平衡(力平衡力平衡) 改变改变W或矢量角或矢量角可改变量程。可改变量程。K变送器结构常数。变送器结构常数。Fx Fx =W-F第
11、二第二节浮力式液位浮力式液位计1. 量程由浮筒量程由浮筒长度决定。度决定。 国国产：300、500、800、1200、1600、2000mm（四）特点（四）特点2. 只能用于只能用于测量量轻、净介介质。 3. 当被当被测介介质密度密度变化化时，必，必须进行密度修正。行密度修正。 4. 精度精度级，可可测液位、界位。液位、界位。返回返回第三第三节差差压式液位式液位计 液柱静液柱静压P=gH，与介，与介质密度和液柱高度成正比。密度和液柱高度成正比。其中：其中：P差差压值； H液位高度；液位高度； 介介质密度；密度； g重力加速度。重力加速度。敞口容器：敞口容器：差差压变送器送器负压室通大气或室通大
12、气或压力力变送器。送器。密密闭容器：容器：差差压变送器送器负压室室连接容器的气相部分。接容器的气相部分。 一、工作原理一、工作原理 返回返回操作条件不操作条件不变时，测静静压得液位。得液位。第三第三节差差压式液位式液位计二、零点迁移二、零点迁移 差差压变送器送器测液位，一般情况下：液位，一般情况下： 实用中，大多数情况下，存在用中，大多数情况下，存在零点迁移零点迁移问题。 此此为理想情况，称理想情况，称为无迁移无迁移。即：即：H=0 ，P =0 1. 正迁移正迁移H = 0 P=hg 0 I 4mA；H = Hmax Pmax=Hmaxg + hg I 20mA正迁移正迁移(图3-14)返回返
13、回第三第三节差差压式液位式液位计设: 变送器量程送器量程Pmax = 5000Pa hg = 2000Pa调整整压差差为大于零的附加静大于零的附加静压，称，称正迁移正迁移。H = 0 P = 2000Pa 调零点迁移使零点迁移使 I= 4mA；H = Hmax Pmax= 5000+2000=7000Pa I= 20mA。2. 负迁移迁移 负压侧与取与取压点之点之间安装隔离罐或冷凝罐。安装隔离罐或冷凝罐。H = 0 P= -hg0 I 挂料挂料层横截面横截面积且具有且具有导电性，性，则物料物料电阻可略。阻可略。 物料作物料作为电容一个容一个极板，物位以下极板，物位以下电容容变化量仍可示化量仍可
14、示为：测电容测电容测复数阻抗测复数阻抗排除挂料排除挂料返回返回挂料挂料层电阻不能忽略。等效阻不能忽略。等效为：由无由无穷多个无多个无穷小的小的电容和容和电阻阻组成的成的传输线。 据据电化学化学实验：导电挂料足挂料足够长，挂料和挂料和电极形成的极形成的以以绝缘层为介介质的的电容容容抗容抗XC挂挂与挂料与挂料电阻阻R数数值相等。相等。即即测得得电容容为：C真真实物位的物位的电容；容；C挂挂导电挂料所表挂料所表现的的电容。容。 由射由射频导纳原理，原理，导电挂料挂料电阻阻R含挂料含挂料电容，容，测得得C挂挂 则 C= Cx-C挂挂 ，得，得 C可知可知H。Cx= C + C挂挂第四第四节其它液位其它
15、液位计 返回返回 适用于适用于污水水处理、理、纸浆、化学制、化学制剂、煤粉灰、煤粉灰浆、原油等、原油等测量量。 不受挂料、温度、不受挂料、温度、压力、材料密力、材料密度、湿度、甚至物料化学特性度、湿度、甚至物料化学特性变化化的影响。的影响。精度：精度：级介介质温度范温度范围：-185800 可耐可耐压力：力：第四第四节其它液位其它液位计 返回返回尤其适用于尤其适用于导电(电导率率100s/cm) 的粘稠介的粘稠介质。第四第四节其它液位其它液位计1. 工作原理工作原理返回返回四、超声波液位四、超声波液位计 所谓超声波一般是指频率高于可听频率极限(20kHz以上频段)的弹性振动，这种振动以波动的形
16、式在介质中的传播过程就形成超声波。超声波在穿过不同介质的分界面时会产生反射，根据超声波从发射至接收到反射回波的时间间隔与物位高度之间的关系，就可以进行物位的测量。第四第四节其它液位其它液位计1. 工作原理工作原理返回返回四、超声波液位四、超声波液位计 (1)声波阻断型。当液体或固体物料在储罐、料仓中积存高度达到预定高度位置时，超声波即被阻断，即可发出报警信号或进行限位控制。 (2)声波反射型。它是利用超声波回波测距的原理，可以对液位进行连续测量。根据传声介质的不同，有气介式、液介式和固介式。第四第四节其它液位其它液位计2. 测量方法量方法返回返回四、超声波液位四、超声波液位计 （1）液介式测量
17、方法 如图(a)所示，探头固定安装在液体中最低液位处，探头发出的超声脉冲在液体中由探头传至液面，反射后再从液面返回到同一探头而被接收。液位高度与从发到收所用时间之间的关系可表示为式中 H 探头到液面的垂直距离 v 超声波在介质中的传播速度 t 超声波由发射到接收经历的时间第四第四节其它液位其它液位计2. 测量方法量方法返回返回四、超声波液位四、超声波液位计 （2）气介式测量方式 如图(b)所示，探头安装在最高液位之上的气体中。（3）固介式测量方式 图 (c)所示是固介式测量方法，将一根传声的固体棒或管插入液体中，探头安装在传声固体的上端。第四第四节其它液位其它液位计3. 实际测量量过程程返回返
18、回四、超声波液位四、超声波液位计 1 1液面液面 2 2直管直管 3 3空气超声探头空气超声探头 4 4反反射小板射小板 5 5电子开关电子开关 第四第四节其它液位其它液位计返回返回四、超声波液位四、超声波液位计 第四第四节其它液位其它液位计1. 工作原理工作原理t=2h/c 雷达系雷达系统不断不断发射射线性性调频信号，信号，可可测得得发射与反射射与反射信号的信号的差差频f，它正比于延，它正比于延迟时间t，即正比于，即正比于h。测得延得延迟时间t则得得h。c电磁波磁波传播速度播速度, 300000km/s；h被被测介介质液面与探液面与探头间距；距；返回返回 测量以光速量以光速c传播的超高播的超
19、高频电磁波磁波发射与反射射与反射间的的时差差t，确定天，确定天线与反射面之与反射面之间的高度（空高的高度（空高h）。）。天天线以波束的形式以波束的形式发射最小的雷达信号。射最小的雷达信号。五、雷达液位五、雷达液位计 第四第四节其它液位其它液位计2. 特点及适用范特点及适用范围 非接触非接触测量方式量方式，无活，无活动部件，可靠性高，平均无故障部件，可靠性高，平均无故障时间达达10年，几乎免年，几乎免维护，费用低。无用低。无污染，安装方便。染，安装方便。 适用于适用于高粘度、易高粘度、易结晶、晶、强强腐腐蚀及及易爆易燃介易爆易燃介质。尤其大型立罐和球罐尤其大型立罐和球罐等等导电粘稠介粘稠介质液位
20、液位测量。量。精度可达精度可达级;工作温度：工作温度：-200230；工作工作压力：力：40MPa；测量范量范围：040m。气体波气体波动变化不影响化不影响电磁波磁波传播速度（播速度（采用采用导波管型波管型）。）。返回返回第四第四节其它液位其它液位计 放射性同位素能放射出放射性同位素能放射出、和和射射线，透射某些物，透射某些物质。透射透射强强度随通度随通过介介质厚度的增加而减弱。厚度的增加而减弱。 I =I0 e-H 介介质对射射线的吸收系数；的吸收系数； H 介介质层的厚度；的厚度； I 穿穿过介介质后的射后的射线强强度。度。 放射源放射源选定，被定，被测介介质不不变时，I0 与与均均为常数
21、。常数。固体固体对射射线吸收能力最吸收能力最强强，液体次之，气体最弱。，液体次之，气体最弱。 六、六、射射线液位液位计 1. 工作原理工作原理 射射线可穿透几十厘米可穿透几十厘米钢板。板。返回返回返回返回第四第四节其它液位其它液位计 2. 特点特点 （1）非接触式非接触式测量量。射线不受温度、压力、湿度、电磁场的影响，而且可以穿透各种介质，包括固体，因此能实现完全非接触测量。特特别适用于常适用于常规仪表不能解决的表不能解决的测量量问题（高温、高（高温、高压、强强腐腐蚀、剧毒或易燃易爆等毒或易燃易爆等 ）。）。（2）放射性物）放射性物质，使用使用时必必须采取采取严格的防范措施格的防范措施。 （3
22、）非）非线性。性。（4）放射性物）放射性物质有半衰期，需定期更有半衰期，需定期更换放射源。放射源。 返回返回第四第四节其它液位其它液位计七、磁致伸七、磁致伸缩物位物位计 返回返回第四第四节其它液位其它液位计七、磁致伸七、磁致伸缩物位物位计 返回返回 磁致伸缩液位计适合于高精度要求的清洁液位的液位测量，精度达到1mm，最新产品精度已经可以达到。磁致伸缩液位计还可应用于两种不同液体之间的界位测量量。第四第四节其它液位其它液位计八、光八、光纤液位探液位探测器器返回返回组成：组成：LEDLED光源、光电二极管和光纤光源、光电二极管和光纤工作原理：工作原理： 光电式液位计利用光的全反射原理实现液位测量。
23、发光二极管作为发射光源，当液位传感器的直角三棱镜与空气接触时，由于入射角大于临射角，光在棱镜内产生全反射，大部分光被光敏二极管接收，此时液位传感器的输出便保持在高水平状态；而当液体的液位到达传感器的敏感面时，光线则发生折射，光敏二极管接收的光强明显减弱，传感器从高电平状态变为低电平，由此实现液位的检测。第四第四节其它液位其它液位计九、重九、重锤物位物位计返回返回 重锤探测法原理示意图如图7-20所示。重锤连在与电机相连的鼓轮上，电机发讯使重锤在执行机构控制下动作，从预先定好的原点处靠自重开始下降，通过计数或逻辑控制记录重锤下降的位置；当重锤碰到物料时，产生失重信号，控制执行机构停转反转，使电机
24、带动重锤迅速返回原点位置。 重锤探测式料位计1-重锤；2-伺服电机；3-鼓轮 第四第四节其它液位其它液位计九、重九、重锤物位物位计返回返回 重锤式料位计可测量饲料、化学品、 塑料颗粒、 水泥、 石块、 PVC粉末、 骨料、 煤、 石灰石、 研磨塑料、 砂子、 粉末、 谷物等。第四第四节其它液位其它液位计十、音叉式物位开关十、音叉式物位开关返回返回 音叉式物位开关在压电激励下产生机械式振动，一旦探头部分被被测物质覆盖，由此产生的阻尼就会立刻被电路监测到并且输出相应的开关量信号。另外，这种机械振动的特性也赋予了自清洁的功能。第四第四节其它液位其它液位计十、音叉式物位开关十、音叉式物位开关返回返回
25、音叉式物位开关具有性能稳定、安全可靠，以及适应性强（被测介质不同的电参数、密度对测量均不产生影响）等优点。 能够用于固体物料如：粉煤灰、水泥、沙子，石粉、塑料颗粒、盐、糖等； 及液体介质： 如水、酸、碱、泥浆、纸浆、染料、油类、牛奶、酒类、饮料等液位测量小小结轴封膜片式封膜片式结构构 力力(矩矩)平衡平衡 H 浮力浮力FxMi=Mf一、浮力式液位一、浮力式液位计二、差二、差压式液位式液位计恒浮力式：恒浮力式：浮球式、磁翻浮球式、磁翻转式式变浮力式：浮力式：浮筒式物位浮筒式物位计（液位、界位）（液位、界位）扭力管式扭力管式结构构H浮力浮力Fx扭角扭角特点特点静静压原理：原理：应用液柱高度用液柱高
26、度产生的静生的静压。压力式、差力式、差压式：式：零点迁移的判断、零点迁移的判断、计算方法。算方法。差差压式可用于液位、界位。式可用于液位、界位。零点迁移零点迁移仅改改变了了测量范量范围上、下限，量程大小不上、下限，量程大小不变。返回返回小小结三、其它物位三、其它物位计1. 电容式物位容式物位计圆筒筒电容器容器：固定固定R和和r，改，改变或或L 。测量非量非导电介介质液位液位测量量导电介介质液位液位 用高用高频无无线电波波测量系量系统导纳，将将单纯测量量电极极电容容变化化变为测量复数阻抗量复数阻抗变化，排除挂料影响。化，排除挂料影响。导电挂料足挂料足够长2. 射射频导纳物位物位计 不同介不同介质吸收射吸收射线的能力不同。的能力不同。计算超高算超高频电磁波往返液面的磁波往返液面的时间，确定空高确定空高h。 3. 雷达液位雷达液位计4. 核核辐射物位射物位计掌握各种物位掌握各种物位计的特点及适用的介的特点及适用的介质。返回返回HC
