安徽建筑工程学院建筑环境测试技术6

1、第第6章章: 物位测量物位测量 授课课时授课课时：2学时学时 主要内容主要内容：物位测量的概述及意义。物：物位测量的概述及意义。物位测量主要方法及其物位测量仪表的分位测量主要方法及其物位测量仪表的分类。静压式物位测量，浮力式物位检测，类。静压式物位测量，浮力式物位检测，电气式物位检测，声学式物位检测，射电气式物位检测，声学式物位检测，射线式物位检测。各类物位仪表的特点及线式物位检测。各类物位仪表的特点及使用场所。使用场所。 重点和难点重点和难点:各类物位仪表的测压原理，测各类物位仪表的测压原理，测压仪表的结构、特点。静压式测量仪表压仪表的结构、特点。静压式测量仪表中量程的迁移。压力仪表的设计和

2、选型。中量程的迁移。压力仪表的设计和选型。 各类物位仪表的测压原理，测压仪表的各类物位仪表的测压原理，测压仪表的结构、特点结构、特点主要章节主要章节6.1物位检测的主要方法和分类物位检测的主要方法和分类6.2静压式物位检测静压式物位检测6.3浮力式物位检测浮力式物位检测6.4电气式物位检测电气式物位检测6.5声学式物位检测声学式物位检测6.6射线式物位检测射线式物位检测6.1物位检测的主要方法和分类物位检测的主要方法和分类1 1、物位计的概念：、物位计的概念：检测液位的仪表称液位计；检测液位的仪表称液位计；检测分界面的仪表称界面计；检测分界面的仪表称界面计；检测固体料位的仪表称料位计。检测固体

3、料位的仪表称料位计。统称为物位计统称为物位计 。2 2、物位测量的基本原理、物位测量的基本原理1 1）力学原理）力学原理2 2）波传播原理）波传播原理3 3）机械运动原理）机械运动原理4 4）基于相对变化原理）基于相对变化原理5 5）射线穿透原理）射线穿透原理 3 主要分类主要分类l 静压式物位检测静压式物位检测l 根据流体静力学原理检测物位。静止介质内某一点的根据流体静力学原理检测物位。静止介质内某一点的静压力与介质上方自由空间压力之差与该点上方的介静压力与介质上方自由空间压力之差与该点上方的介质高度成正比，因此可利用差压来检测液位。质高度成正比，因此可利用差压来检测液位。 l 浮力式液位检

4、测浮力式液位检测l 利用漂浮于液面上浮子随液面变化位置，或者部分浸利用漂浮于液面上浮子随液面变化位置，或者部分浸没于液体中的物质的浮力随液位变化来检测液位没于液体中的物质的浮力随液位变化来检测液位 。l 电气式物位检测电气式物位检测l 把敏感元件做成一定形状的电极置于被测介质中，根把敏感元件做成一定形状的电极置于被测介质中，根据电极之间的电气参数（如电阻、电容等），随物位据电极之间的电气参数（如电阻、电容等），随物位变化的改变来对物位进行检测。变化的改变来对物位进行检测。l 声学式物位检测声学式物位检测l 利用超声波在介质中的传播速度及在不同相界面之间利用超声波在介质中的传播速度及在不同相界面

5、之间的反射特性来检测物位。的反射特性来检测物位。l 射线式物位检测射线式物位检测l 放射性同位素所放出的射线（如放射性同位素所放出的射线（如射线、射线、射线等）穿射线等）穿过被测介质（液体或固体颗粒）因被其吸收而减弱，过被测介质（液体或固体颗粒）因被其吸收而减弱，通过测量其吸收程度来检测物位。通过测量其吸收程度来检测物位。 6.2 静压式物位检测静压式物位检测1静压法测量原理静压法测量原理ghBPghBPphgph所以测得表压力所以测得表压力p即可求得液位高度即可求得液位高度h。若液位的高度位若液位的高度位h，则液体底部的压力为：则液体底部的压力为：2.检测方法检测方法1）压力式液位计（开口容

6、器的液位测）压力式液位计（开口容器的液位测量）量）（1）用压力表测量液位：）用压力表测量液位：（2）法兰式压力变送器测量液位：用于粘）法兰式压力变送器测量液位：用于粘度大、有沉淀、易结晶、易凝固或具有度大、有沉淀、易结晶、易凝固或具有腐蚀性的介质，为防止导压管堵塞或腐腐蚀性的介质，为防止导压管堵塞或腐蚀仪表，采用法兰式压力变送器。蚀仪表，采用法兰式压力变送器。静压液位计静压液位计2）差压式液位计（密闭容器的液位测量）差压式液位计（密闭容器的液位测量） 抵消了容器上部压力变抵消了容器上部压力变化对测量的影响。化对测量的影响。ghpP11pP ghPPP安装方式安装方式:导压管、法兰式。导压管、法

7、兰式。3量程迁移量程迁移： 同时改变量程的下限和上限而量程保持同时改变量程的下限和上限而量程保持不变。不变。1）无迁移：）无迁移：ghP2）负迁移：）负迁移：形成原因：加隔离罐或采用法兰式测压差。形成原因：加隔离罐或采用法兰式测压差。1211ghghPP正压室：正压室：221ghPP负压室：负压室：PgghhhgghP11221)(差压：差压：为了使变送器的输出不受固定压差的影响，为了使变送器的输出不受固定压差的影响，采用零点迁移法，进行负迁移，迁移量为采用零点迁移法，进行负迁移，迁移量为Pg。例如：已知例如：已知 ， ， ， ， ，31/1200mkg32/950mkgmh0 . 11mh0

8、 . 52m0 . 30mLPagH3528038 . 912001PaghhPg372408 . 9950) 15()(212液位高度变化形成液位高度变化形成的差压值为的差压值为所以可选择差压变送器量程为所以可选择差压变送器量程为40kPa所以负迁移量为所以负迁移量为37.240kPa，即将差压，即将差压变送器的零点调为变送器的零点调为-37.240kPa。PagH3528038 . 912001)(hHgPgh正迁移量为正迁移量为3）正迁移：变送器位置低于液面基准面。）正迁移：变送器位置低于液面基准面。6.3 浮力式液位检测浮力式液位检测1恒浮力式液位检测：恒浮力式液位检测：基本原理基本原

9、理：浮于液面上的：浮于液面上的浮子随着液位上升或下浮子随着液位上升或下降，根据浮子的位置实降，根据浮子的位置实现液位的检测。现液位的检测。例如例如：浮球式水位控制器：浮球式水位控制器：调整箱调整箱组件组件浮筒浮筒浮球浮球连杆连杆非导非导磁管磁管下限下限水银水银开关开关磁钢磁钢上限上限水银水银开关开关2.变浮力式液位检测（浮筒式液位计）变浮力式液位检测（浮筒式液位计） 将一质量为将一质量为m的浮筒悬挂的浮筒悬挂在弹簧上，弹簧的下端被在弹簧上，弹簧的下端被固定，当测量桶内无水时，固定，当测量桶内无水时，浮筒的重力与弹簧力达到浮筒的重力与弹簧力达到平衡时，有：平衡时，有：0Cxmg 当测量筒内有一定

10、高度的当测量筒内有一定高度的液位液位H时，浮筒受到液体时，浮筒受到液体的浮力上浮，的浮力上浮，xhH)(0 xxCghAmg根据力平衡：根据力平衡：一般一般 xhhH 即即xgACH从而被测液位从而被测液位H可表示为可表示为即弹簧的位移量与液位即弹簧的位移量与液位成正比。弹簧的顶端连接成正比。弹簧的顶端连接有一铁芯，铁芯随着弹簧有一铁芯，铁芯随着弹簧的位移在差动变压器内上的位移在差动变压器内上下移动输出位移信号。下移动输出位移信号。)(0 xxCghAmg浮球式液位计浮球式液位计浮筒液位计浮筒液位计6.4 电气式物位检测电气式物位检测电容式电容式液位检测为例：液位检测为例：rRLCln210当

11、两圆筒间充以介电常当两圆筒间充以介电常数为数为1的气体时，圆筒的气体时，圆筒的电容量为：的电容量为：圆筒形金圆筒形金属导体属导体 rRHrRHLCCCln2ln)(22121HrRrRLln)(2ln2121CC0当圆筒形电容器几何尺寸一定，电容器电容增量与当圆筒形电容器几何尺寸一定，电容器电容增量与液位高度液位高度H成正比。同时，两种介质的介电常数的成正比。同时，两种介质的介电常数的差值越大，差值越大， 越大，灵敏度高。越大，灵敏度高。C如果圆筒形电极间的一部分被介电常数为如果圆筒形电极间的一部分被介电常数为2的液体所浸没，被浸没的电极长度为的液体所浸没，被浸没的电极长度为H H，此时的电容

12、量为：此时的电容量为：rRHrRHLCCCln2ln)(22121 适用对象适用对象：非导电液体或固体。：非导电液体或固体。 对于导电液体，电极要用绝缘物覆盖作为中间对于导电液体，电极要用绝缘物覆盖作为中间介质，而液体和外圆筒一起作为外电极。介质，而液体和外圆筒一起作为外电极。l超声波物位检测方法通过测量声波从发射至接受超声波物位检测方法通过测量声波从发射至接受反射回波的时间间隔来确定物位高低。反射回波的时间间隔来确定物位高低。6.5 声学式物位检测声学式物位检测1超声波检测原理超声波检测原理：20kHz以上频率的机械波称为超以上频率的机械波称为超声波。声波。l当声波从一种介质向另一种介当声波

13、从一种介质向另一种介质传播时，因为两种介质的密质传播时，因为两种介质的密度不同和声波在其中的传播速度不同和声波在其中的传播速度不同，在分界面上声波会产度不同，在分界面上声波会产生反射和折射。反射系数与声生反射和折射。反射系数与声阻抗（阻抗（ ）有关，）有关，vvtH21当超声波传播速度已知，可根据时间求得物位。当超声波传播速度已知，可根据时间求得物位。l基于基于压电效应压电效应、和、和逆压电效应逆压电效应。l发射器发射器：将交变电压转换成向：将交变电压转换成向外发射的机械波。外发射的机械波。l接收器接收器：把声能转换成电能。：把声能转换成电能。l实现方法实现方法：检测时一般采用较：检测时一般采用较高频率的超声脉冲。这样可减高频率的超声脉冲。这样可减少了单位时间超声波的发射能少了单位时间超声波的发射能量，又可提高超声脉冲的幅值量，又可提高超声脉冲的幅值l好处：前者有利于减少空化效好处：前者有利于减少空化效应，温升效应，后者可提高测应，温升效应，后者可提高测量精度。量精度。2超声波物位计的接收和发射超声波物位计的接收和发射3.超声波传播速度的补偿方法超声波传播速度的补偿方法l温度补偿温度补偿l设置校正具设置校正具6.6射线式物位计 射线式物位检测系统主要由射线源、接收器和电射线式物位检测系统主要由射线源、接收器和电子线