h第4章-物位测量

1、4.1 概述4.2 直读式液位计4.3 浮力式液位计4.4 静压式液位计4.5 电容式物位计4.6 阻力式料位计4.7 超声式物位计4.8 微波式及射线物位计一、物一、物位测量的一般概念位测量的一般概念4.1 概述 是指贮存容器或工业生产设备里的液体、粉粒状固体、是指贮存容器或工业生产设备里的液体、粉粒状固体、气体之间的分界面位置，也可以是互不相溶的两种液体间气体之间的分界面位置，也可以是互不相溶的两种液体间由于密度不同而形成的界面位置。其测量仪器根据具体用由于密度不同而形成的界面位置。其测量仪器根据具体用途分为液位、料位、界位传感器或变送器。途分为液位、料位、界位传感器或变送器。n液位液位-

2、设备和容器中液体介质表面的高低设备和容器中液体介质表面的高低。n料位料位-设备和容器中所储存的块状、颗粒或粉末状固体物料的堆设备和容器中所储存的块状、颗粒或粉末状固体物料的堆积高度积高度。n界位界位-相界面位置。两种互不相溶的液体，因其重度不同而形成相界面位置。两种互不相溶的液体，因其重度不同而形成分界面，为液分界面，为液- -液相界面；互不相溶的液体和固体之间的分界面，液相界面；互不相溶的液体和固体之间的分界面，为液为液- -固相界面。液固相界面。液- -液、液液、液- -固相界面的位置简称界位固相界面的位置简称界位。n物位是液位、料位、界位的总称。对物位进行测量、指示和控制物位是液位、料位

3、、界位的总称。对物位进行测量、指示和控制的仪表，称物位检测仪表的仪表，称物位检测仪表。 物物位不仅是物料耗量位不仅是物料耗量或产量计量的参数，也是或产量计量的参数，也是保证连续生产和设备安全保证连续生产和设备安全的重要的重要参数参数，如调节物料，如调节物料平衡、掌握物料消耗数量、平衡、掌握物料消耗数量、确定产品产量等提供可靠确定产品产量等提供可靠依据。特别是依据。特别是在现代大工在现代大工业生产中，由于规模大，业生产中，由于规模大，速度快，且常用高温、高速度快，且常用高温、高压、强腐蚀性或易燃易爆压、强腐蚀性或易燃易爆物料，对于物位的监测和物料，对于物位的监测和自动控制更是至关重要自动控制更是

4、至关重要。二、物位测量的意义二、物位测量的意义4.1 概述三、物三、物位测量的工艺位测量的工艺特点特点1 1、液、液位测量的工艺特点位测量的工艺特点 液面是一个规则的表面，但液面是一个规则的表面，但当物料流进、流出时，会有波浪，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或者在生产过程中出现沸腾或起泡沫的现象。泡沫的现象。大型容器中常会出现液体各处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温度、密度和粘度等物理量不均匀的现象。匀的现象。容器中常会有高温、高压，或容器中常会有高温、高压，或液体粘度很大，或含有大量杂质、液体粘度很大，或含有大量杂质、悬浮物等悬浮物等。2

5、2、料、料位测量的工艺特点位测量的工艺特点物料自然堆积时，有堆积倾斜角，因此料面是不平的物料自然堆积时，有堆积倾斜角，因此料面是不平的, ,难以难以确定料位高度。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。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

6、度变化时物位也随之变化。压力、湿度变化时物位也随之变化。3 3、界、界位测量中最常见的位测量中最常见的问题问题界面位置不明显，浑浊段的存在也影响测准。界面位置不明显，浑浊段的存在也影响测准。4.1 概述三、物三、物位测量的工艺位测量的工艺特点特点四、物位测量仪表四、物位测量仪表的分类的分类直直读式读式物位测量仪表浮力浮力式式物位测量仪表静压静压式式物位测量仪表电磁式电磁式物位测量仪表电容式电容式物位测量仪表超声波超声波式式物位测量仪表核辐射核辐射式式物位测量仪表等此外还有声学声学式式、称重式称重式、重锤式重锤式、旋翼式旋翼式等4.1 概述4.1 概述4.2 直读式液位计4.3 浮力式液位计4.

7、4 静压式液位计4.5 电容式物位计4.6 阻力式料位计4.7 超声式物位计4.8 微波式及射线物位计n优点优点结构结构简单、价格便宜，一般用在温度及压力不太高的场合就简单、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。地指示液位的高低。 4.2 直读式液位计n玻璃液位计的工作原理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。按照连通器液柱静压平衡的原理工作。n缺点缺点不能不能测量深色或粘稠的介质的液位，另外玻璃易碎，且信号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。不能远传和自动记录。直读式液位计是一种简单而常用的直读式液位计是一种简单而常用的液

8、位测量仪表。其中最简单的就是液位测量仪表。其中最简单的就是直接直接用直尺插入介质中来测量液位用直尺插入介质中来测量液位，另外就，另外就是是用玻璃液位计用玻璃液位计进行测量。进行测量。n当用玻璃液位计进行精确测量时应注意：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。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。示值误差。 应尽量减小连通管上的流动阻力，以减小液位快速应尽量减小连通管上的流动阻力，以减小液位快速变化时

9、产生的动态误差。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。用连通管上的阀门进行切断，以免事故扩大。4.2 直读式液位计4.1 概述4.2 直读式液位计4.3 浮力式液位计4.4 静压式液位计4.5 电容式物位计4.6 阻力式料位计4.7 超声式物位计4.8 微波式及射线物位计n工作工作原理原理 基于基于液体浮力原理而工作的。液体浮力原理而工作的。 浮力浮力式液位计分为式液位计分为浮子式浮子式和和浮筒

10、式浮筒式液位计两种。液位计两种。n优点优点 不不容易受到外界环境的影响；浮子或浮筒直接受浮力推动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。，比较直观、可靠，结构简单、维修方便等。n缺点缺点 由于由于具有可动部件，故容易受摩擦而影响它的灵敏度和增具有可动部件，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。4.3 浮力式液位计1 1、钢丝绳、钢丝绳（或

11、钢带）式浮子液位计（或钢带）式浮子液位计通过测量漂浮于被测液面上的浮子（浮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。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、浮子形状常见有圆盘形、圆柱形圆柱形和球形和球形等。等。4.3 浮力式液位计一、浮子式液位计一、浮子式液位计浮子式液位计是一种浮子式液位计是一种恒浮力恒浮力式液位计。式液位计。24DhDFh g设圆柱形浮子外径为浮子浸入液体高度为液体密度为浮子所受浮力

12、为：一、浮子式液位计一、浮子式液位计4.3 浮力式液位计1 1、钢丝绳（或钢带）式、钢丝绳（或钢带）式浮子液位计浮子液位计一、浮子式液位计一、浮子式液位计4.3 浮力式液位计1 1、钢丝绳（或钢带）式、钢丝绳（或钢带）式浮子液位计浮子液位计ghDF42 浮子所受浮力为：gDHF42gDFH42 由 此 可 见 ，由 此 可 见 ，选择选择合适的浮子合适的浮子直径及减少摩擦直径及减少摩擦阻力，可以改善阻力，可以改善液位计的灵敏度。液位计的灵敏度。 杠杆杠杆浮球式液位计分为浮球式液位计分为内浮式内浮式和和外浮式外浮式。使用时若有沉淀物或。使用时若有沉淀物或凝结物附在浮球上，要重新调整凝结物附在浮球

13、上，要重新调整平衡锤平衡锤的位置，校正零位。这类仪的位置，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。杠杆长度的限制，测量范围较小。2 2、杠杆、杠杆浮球式液位计浮球式液位计1-1-浮球浮球 2-2-连杆连杆 3-3-转动轴转动轴 4-4-平衡锤平衡锤 5-5-杠杆杠杆 6-6-指针指针 7-7-标尺标尺一、浮子式液位计一、浮子式液位计4.3 浮力式液位计3 3、翻板、翻板式液位计式液位计一、浮子式液位计一、浮子式液位计4.3 浮力式液位计翻板式液位计工作原理动画演示翻板式液位

14、计工作原理动画演示3 3、翻板、翻板式液位计式液位计一、浮子式液位计一、浮子式液位计4.3 浮力式液位计二、浮筒二、浮筒式液位计式液位计 浮筒式液位计的浮筒式液位计的检测元件是浸没于液体中的浮筒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浮筒所受浮力随位移发生变化。此浮力变化再以力或。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示仪表以显示液位，也可以实现液位的报警或调节。浮筒式液位计：是一种浮筒式液位计：是一种变浮力式变浮力式液位计。液位计。这种液位计主要由这种液位计主要

15、由变送器和显示仪表变送器和显示仪表两部分组成。两部分组成。浮筒的长度就是仪表的量程，一般为浮筒的长度就是仪表的量程，一般为3003002000mm2000mm。4.3 浮力式液位计原理结构图原理结构图圆柱圆柱形的检测元件的浮筒部分沉浸形的检测元件的浮筒部分沉浸于液体于液体中，由弹簧悬挂，弹簧下端固定，中，由弹簧悬挂，弹簧下端固定，上端受上端受浮筒浮筒重力而拉伸重力而拉伸。基本原理基本原理利用浮筒（敏感元件）由于被液体利用浮筒（敏感元件）由于被液体浸没浸没高度不同高度不同，以至所受浮力不同来检，以至所受浮力不同来检测液位。测液位。二、浮筒二、浮筒式液位式液位计（带有差动变压器）计（带有差动变压器

16、）4.3 浮力式液位计二、浮筒二、浮筒式液位式液位计（带有差动变压器）计（带有差动变压器）4.3 浮力式液位计弹性力弹性力重力重力浮力浮力基本原理基本原理二、浮筒二、浮筒式液位式液位计（带有差动变压器）计（带有差动变压器）4.3 浮力式液位计 当当液位变化时，浮筒所受浮力改变，液位变化时，浮筒所受浮力改变，弹簧弹簧的变形的变形亦有变化。亦有变化。（即浮筒位移变化）弹簧变形变化液位高度变化假设xH达到新的力平衡时则有以下关系：达到新的力平衡时则有以下关系：基本原理基本原理二、浮筒二、浮筒式液位式液位计（带有差动变压器）计（带有差动变压器）4.3 浮力式液位计HHxHxHHH位移位移检测检测方法方

17、法 弹簧弹簧变形量的检测可通过差动变压器实现变形量的检测可通过差动变压器实现。如如图，在浮筒顶部的连杆上装一铁心，铁心图，在浮筒顶部的连杆上装一铁心，铁心随随浮筒浮筒而上下移动，其位移经差动变压器转换而上下移动，其位移经差动变压器转换为为与与位移成比例的电压输出，从而给出相应的液位移成比例的电压输出，从而给出相应的液位指示位指示。采用采用弹簧结构的弹簧结构的好处好处液位高度的变化范围可能很宽，但浮筒只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，实现起来方便小，实现起来方便。二、浮筒二、浮筒式液位式液位计（带有差动变压器

18、）计（带有差动变压器）4.3 浮力式液位计二、浮筒二、浮筒式液位式液位计（带有差动变压器）计（带有差动变压器）4.3 浮力式液位计4.1 概述4.2 直读式液位计4.3 浮力式液位计4.4 静压式液位计4.5 电容式物位计4.6 阻力式料位计4.7 超声式物位计4.8 微波式及射线物位计n静压静压式液位计：通过测式液位计：通过测静压力静压力或或静压差静压差来测量来测量液位的仪表。液位的仪表。n工作工作原理原理：容器中盛有液体或固体物料时，物：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体对容器的底部或侧壁会产生一定的静压力静压力。当液体的密度均匀，或固体颗粒及物料的密度当液体

19、的密度均匀，或固体颗粒及物料的密度与疏密程度均匀时，此与疏密程度均匀时，此静压力静压力与物料的与物料的物位高物位高度度成正比。测出这个静压力的变化就可知道物成正比。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，则采用测量动的密闭容器的液位时，则采用测量差压差压的方的方法。法。4.4 静压式液位计介质密度度零液位至液面的液体高设定的零液位处的压力力容器上部空间的气体压HppBAppgH1液位高度4.4 静压式液位计一、压力计一、压力计式液位计式液位计压力式仪表压力式仪表敞口容器：敞口容器：容器底部或侧面液位零点

20、处引容器底部或侧面液位零点处引出压力信号，仪表指示的表压出压力信号，仪表指示的表压力即反映相应的液柱静压。力即反映相应的液柱静压。4.4 静压式液位计压力计压力计式液位计的式液位计的特点特点：n优点优点：比较简单，而且测量范围不受限制，信号可以远：比较简单，而且测量范围不受限制，信号可以远传传。n缺点缺点：精度受到压力表精度的限制，而且只适用于：精度受到压力表精度的限制，而且只适用于敞口敞口容器容器的测量，当液体密度发生变化时，会引入一定的误的测量，当液体密度发生变化时，会引入一定的误差。差。 如果如果被测介质具有腐蚀性，应在仪表与被测液体之间被测介质具有腐蚀性，应在仪表与被测液体之间加装加装

21、隔离罐隔离罐。但是。但是应注意隔离液与被测液体之间不能发生应注意隔离液与被测液体之间不能发生互溶现象。互溶现象。 注意注意：当当压力仪表压力仪表与与取压点（零液位）取压点（零液位）不在同一水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。平位置时，应对其位置高度差引起的固定压力进行修正。一、压力计一、压力计式液位计式液位计4.4 静压式液位计二、差二、差压式液位计压式液位计 用用压力式液位计测量压力式液位计测量密闭容器密闭容器的液位时，压力表的示值的液位时，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

22、计测量液位时会引起较大的误差。用这种液位计测量液位时会引起较大的误差。为消除气相压为消除气相压力的影响，需采用差压式液位计。力的影响，需采用差压式液位计。密闭容器：密闭容器：差差压计的正压侧与容器底部相压计的正压侧与容器底部相通，负压侧连接容器上部的大通，负压侧连接容器上部的大气空间。由气空间。由式可式可求液位高度求液位高度差压式仪表差压式仪表4.4 静压式液位计1-1-毛细管毛细管 2-2-变送器变送器 3-3-平法兰测量平法兰测量头头 4-4-插入式法兰测量头插入式法兰测量头三、法兰三、法兰式压力变送器的应用式压力变送器的应用 法兰法兰式差压变送器的法兰直接式差压变送器的法兰直接与容器上的

23、法兰相连接，作为敏感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、毛细管和测量室所组成的密闭系统内充有硅油，作为传压介质，毛统内充有硅油，作为传压介质，毛细管外套以金属蛇皮管细管外套以金属蛇皮管保护。保护。 法兰法兰测头的结构形式分为测头的结构形式分为平法平法兰兰和和插入式法兰插入式法兰两种。两种。4.4 静压式液位计 法兰法兰式差压变送器适宜于测量式差压变送器适宜于测量腐蚀性腐蚀性、结晶性结晶性、粘粘稠性稠性和和含有悬浮物含有悬浮物的液体的液位和界位测量。的

24、液体的液位和界位测量。 法兰法兰式差压变送器式差压变送器缺点缺点：比普通的差压变送器：比普通的差压变送器贵贵，而且有的毛细管内的而且有的毛细管内的充灌液充灌液很容易渗漏掉。反应比普通很容易渗漏掉。反应比普通的差压变送器的差压变送器迟缓迟缓，特别是天冷的时候，仪表的灵敏度，特别是天冷的时候，仪表的灵敏度更低。法兰式液位计的测量范围还受毛细管长度的限制更低。法兰式液位计的测量范围还受毛细管长度的限制。因此，使用哪一种液位计进行测量，要视具体的情况。因此，使用哪一种液位计进行测量，要视具体的情况而定。而定。三、法兰三、法兰式压力变送器的应用式压力变送器的应用4.4 静压式液位计四、静压四、静压式液位

25、计的零点迁移式液位计的零点迁移4.4 静压式液位计无迁移液位测量系统无迁移液位测量系统1 1容器容器 2 2变送器变送器 3 3液位零面液位零面四、静压四、静压式液位计的零点迁移式液位计的零点迁移4.4 静压式液位计00()0000pHgh gppppppHgh gHgcHpcHpc 容器内液面上方的气体压力差压计两侧压力为可见，当液面高度为时， ，为使时，需要设法消去 的作用。四、静压四、静压式液位计的零点迁移式液位计的零点迁移4.4 静压式液位计121022011221()()B 容器内液面上方的气体压力差压计两侧压力为phgHgpphgppppHghhgHg0000BHpHp 当时，差压

26、变送器受到一个附加的差压作用，为使时，需要消去 的作用，由于要迁移的量为负值负迁移4.4 静压式液位计总结：总结：量程迁移一般通过调整仪表量程迁移一般通过调整仪表上的上的迁移弹簧即可实现，这迁移弹簧即可实现，这种调整同时种调整同时改变了量程的上、下限，而不改变量程大小。改变了量程的上、下限，而不改变量程大小。4.4 静压式液位计四、静压四、静压式液位计的零点迁移式液位计的零点迁移31321200/950/kg mkg mmh0 . 11mh0 . 522/8 . 9smg agHP352808 . 9120031max37240 8 . 99505)-(1)(0H221，有当ghhp4.4 静

27、压式液位计37240 2.76KPa；时，对应测量液位高度输出；时，对应测量液位高度输出mmm4 . 3335.2840HA20I0HA4Imh0 . 11mh0 . 522/8 . 9smg 4.4 静压式液位计五、静压五、静压式液位计的特点及选型式液位计的特点及选型1 1、静压、静压式液位计的特点式液位计的特点 差差压式仪表的性能稳定、精度高，是应用最广泛的一压式仪表的性能稳定、精度高，是应用最广泛的一种仪表。利用差压式液位计测量液位具有如下种仪表。利用差压式液位计测量液位具有如下特点特点： 检测元件不占容器空间，而只需在容器侧壁上开两个检测元件不占容器空间，而只需在容器侧壁上开两个引压孔

28、。引压孔。 检测元件无可动部件，安装方便，使用可靠。检测元件无可动部件，安装方便，使用可靠。 采用法兰式结构还可以解决黏度大、易结晶、有悬浮采用法兰式结构还可以解决黏度大、易结晶、有悬浮物的介质液位的测量。物的介质液位的测量。 在冬季使用时，须采用保温措施，以防止隔离罐、导在冬季使用时，须采用保温措施，以防止隔离罐、导压管及仪表内的液体冻结，影响正常的测量。压管及仪表内的液体冻结，影响正常的测量。4.4 静压式液位计2 2、静压、静压式液位计的选型式液位计的选型 腐蚀性、结晶性、粘稠性、易汽化和含悬浮物的液体，腐蚀性、结晶性、粘稠性、易汽化和含悬浮物的液体，宜选用宜选用平法兰式平法兰式差压式液

29、位计。差压式液位计。 高结晶、高粘性、结胶性和沉淀性液体，宜选用高结晶、高粘性、结胶性和沉淀性液体，宜选用插入式插入式法兰差压式液位计。法兰差压式液位计。 对于在环境温度下，气相可能冷凝，液相可能汽化，或对于在环境温度下，气相可能冷凝，液相可能汽化，或气相有液体分离的对象，在使用普通差压式液位计进行气相有液体分离的对象，在使用普通差压式液位计进行测量时，应视具体情况分别设置测量时，应视具体情况分别设置隔离器隔离器、分离器分离器、汽化汽化器器、平衡容器平衡容器等部件，或对测量管线保温、伴热。等部件，或对测量管线保温、伴热。 用差压式液位计测量锅炉汽包液面时，所采用的用差压式液位计测量锅炉汽包液面

30、时，所采用的双室平双室平衡容器衡容器应为温度补偿型的。应为温度补偿型的。五、静压五、静压式液位计的特点及选型式液位计的特点及选型4.4 静压式液位计4.1 概述4.2 直读式液位计4.3 浮力式液位计4.4 静压式液位计4.5 电容式物位计4.6 阻力式料位计4.7 超声式物位计4.8 微波式及射线物位计n电容物位计电容物位计：将：将物位物位的变化转的变化转换成换成电容量电容量的变化来进行物位的变化来进行物位测量的仪表。测量的仪表。n组成组成：传感器、电容检测两大：传感器、电容检测两大部分。部分。n电容式电容式物位计物位计适用于适用于各种各种导电、导电、非导电液体的液位非导电液体的液位或或粉状

31、料位粉状料位的远距离连续测量和指示，也的远距离连续测量和指示，也可以和电动单元组合仪表配套可以和电动单元组合仪表配套使用，以实现液位或料位的自使用，以实现液位或料位的自动记录、控制和调节。由于它动记录、控制和调节。由于它的结构简单，没有可动部分，的结构简单，没有可动部分，因此应用范围较广。因此应用范围较广。4.5 电容式物位计4.5 电容式物位计u利用物料介电常数恒定时利用物料介电常数恒定时极间电容极间电容正比于正比于物位物位的原理的原理，可构成电容式物位传感器，可构成电容式物位传感器。u特点特点是无可动部件，与物料密度无关，但是无可动部件，与物料密度无关，但要求物料的介电常数与空气介电常数差

32、别要求物料的介电常数与空气介电常数差别大，且需用高频电路大，且需用高频电路。HdDHCCC一定条件下）（电容变化量)/ln(2:120一、一、电容式液位计电容式液位计测量测量导电液体液位时导电液体液位时：c11c12c2电容导电液和内电极构成的电容容器和绝缘套管构成的极构成的电容绝缘套管外表面和内电)/ln(2)/ln()(2)/ln()(222121211rRHCRRHLCrRHLCi绝缘套管的介电常数常数被测液位上方空气介电为容器内径设21iR111212,CCRRi且4.5 电容式物位计一、一、电容式液位计电容式液位计c11c12c24.5 电容式物位计122112222ln(/)ln(

33、/)ln(/ )iiCCCLHHRRRRR r总电容rRRRi，12加随液位的升高而线性增电容增量总电容kHCCkHCrRHRRLCi0021C)/ln(2)/ln(2一、一、电容式液位计电容式液位计4.5 电容式物位计n电容式物位计一般不受真空、压力、电容式物位计一般不受真空、压力、温度等环境条件的影响；安装方便，温度等环境条件的影响；安装方便，结构牢固，易维修；价格较低。结构牢固，易维修；价格较低。n但是不适合于以下介质：如介质的但是不适合于以下介质：如介质的介电常数随温度等影响而变化、介介电常数随温度等影响而变化、介质在电极上有沉积或附着、介质中质在电极上有沉积或附着、介质中有气泡产生等

34、情况。有气泡产生等情况。二、非二、非导电介质用电容式物位计导电介质用电容式物位计 若若被测介质是粘被测介质是粘性非导电液体，其测性非导电液体，其测量量结果会结果会受到受到虚假液虚假液位位的影响，但一般很的影响，但一般很小，可以小，可以忽略忽略。HKdDHCCCi00)/ln()(24.5 电容式物位计三、固体三、固体物料用电容式物位计物料用电容式物位计 因为因为固体摩擦较大，容易固体摩擦较大，容易“滞留滞留”，所以一般不用双，所以一般不用双层式电极。对于非导电固体料位，可采用以层式电极。对于非导电固体料位，可采用以电极棒电极棒和和容器容器壁壁为两电极、以被测物料作为电介质的电容器来测量。如为两

35、电极、以被测物料作为电介质的电容器来测量。如果容器为圆筒形，电容变化量为果容器为圆筒形，电容变化量为 对于对于像钢筋水泥料仓的料位测量，用像钢筋水泥料仓的料位测量，用钢丝绳钢丝绳及及仓库钢仓库钢筋筋作为容器的两极，以测量非导电物料的料位。钢丝绳对作为容器的两极，以测量非导电物料的料位。钢丝绳对地及钢筋用绝缘材料加以绝缘。地及钢筋用绝缘材料加以绝缘。HKdDHCCCi00)/ln()(24.5 电容式物位计电容式物位计在使用时主要应注意以下几点电容式物位计在使用时主要应注意以下几点： 电极必须垂直安装，安装前要校直。电极必须垂直安装，安装前要校直。 注意不要把电极安装在管口、孔、凹坑等里面，以防

36、止介注意不要把电极安装在管口、孔、凹坑等里面，以防止介质停留而造成误动作。质停留而造成误动作。 仪表的同轴电缆芯线不允许进水，必须严格予以注意。仪表的同轴电缆芯线不允许进水，必须严格予以注意。 同轴电缆不许切断或加长，因为在校验中已计入初始电容同轴电缆不许切断或加长，因为在校验中已计入初始电容量，否则将影响零点和整个线性。量，否则将影响零点和整个线性。 当被测介质改变后，需重新调整仪表。当被测介质改变后，需重新调整仪表。 当周围温度与调整时的温度偏离过大时，则必须重新调整当周围温度与调整时的温度偏离过大时，则必须重新调整仪表。仪表。三、固体三、固体物料用电容式物位计物料用电容式物位计4.5 电

37、容式物位计四、油箱四、油箱油量检测系统油量检测系统 主要主要组成部分是电容式液位组成部分是电容式液位传感器传感器、电桥电桥、放大器放大器、两两相电机相电机、减速机构减速机构和和显示装置显示装置等。等。 4.5 电容式物位计4.5 导电式液位计 导电式液位计是利导电式液位计是利用某些液体的用某些液体的导电导电特性特性制成的。制成的。 导电式液位计的被导电式液位计的被测介质必须是导电的，测介质必须是导电的，在抽水及储水设备、工在抽水及储水设备、工业水箱、汽车水箱等方业水箱、汽车水箱等方面均被采用。面均被采用。一、电一、电接点液位传感器接点液位传感器电导电导式液位传感器式液位传感器 4.5 导电式液

38、位计二、简易二、简易连续指示液位计连续指示液位计4.5 导电式液位计三、跟踪三、跟踪式液位变送器式液位变送器n精确度较高的电导式液位计或液精确度较高的电导式液位计或液位变送器应该用伺服系统构成，位变送器应该用伺服系统构成，右图是由电导原理构成的跟踪式右图是由电导原理构成的跟踪式液位变送器。液位变送器。n为了不致频繁正反转动，可采用为了不致频繁正反转动，可采用高度不等的两个探针，都浸没时高度不等的两个探针，都浸没时提升，都暴露时下降，只有高探提升，都暴露时下降，只有高探针在液上而低探针在液下时电机针在液上而低探针在液下时电机停止。若两探针的高度差很小，停止。若两探针的高度差很小，也有足够精度。也

39、有足够精度。 4.5 导电式液位计4.1 概述4.2 直读式液位计4.3 浮力式液位计4.4 静压式液位计4.5 电容式物位计4.6 阻力式料位计4.7 超声式物位计4.8 微波式及射线物位仪表一、重锤一、重锤探索法探索法4.6 阻力式料位计二、旋二、旋浆或推杆法浆或推杆法 利用利用微型电机做驱动微型电机做驱动装置，传动轴与离合器相装置，传动轴与离合器相连接，当未接触物料时，连接，当未接触物料时，电机正常运转，当叶片接电机正常运转，当叶片接触物料时，电机停止转动，触物料时，电机停止转动，检测装置输出一接点信号，检测装置输出一接点信号，同时切断电源停止转动同时切断电源停止转动。 当当物料下降时叶

40、片所物料下降时叶片所受阻力消失，检测装置依受阻力消失，检测装置依靠扭力弹簧恢复到原始状靠扭力弹簧恢复到原始状态。态。针对不同比重物料扭针对不同比重物料扭力大小可以调节力大小可以调节。4.6 阻力式料位计三、音叉三、音叉法法 音叉音叉式物位开关的式物位开关的工作工作原理：原理：通过通过安装在音叉基座上安装在音叉基座上的一对压电晶体使音叉在一定共振频率下振动。当音叉与的一对压电晶体使音叉在一定共振频率下振动。当音叉与被测介质相接触被测介质相接触时，音叉时，音叉的振幅和频率将发生突变，智能的振幅和频率将发生突变，智能电路对此进行检测并将这种变化转换为一个开关信号电路对此进行检测并将这种变化转换为一个

41、开关信号。 这种原理不需要大幅度的机械运动，驱动功率小，机这种原理不需要大幅度的机械运动，驱动功率小，机械结构简单，灵敏而可靠。械结构简单，灵敏而可靠。4.6 阻力式料位计4.1 概述4.2 直读式液位计4.3 浮力式液位计4.4 静压式液位计4.5 电容式物位计4.6 阻力式料位计4.7 超声式物位计4.8 微波式及射线物位计n利用这一规律可构成两类液位传感器，即利用这一规律可构成两类液位传感器，即透射式透射式和和反射式反射式。n无论透射式或反射式，产生超声波的换能器和接收超声波的换无论透射式或反射式，产生超声波的换能器和接收超声波的换能器都是利用压电元件构成的。发射超声波时利用逆压电效应，

42、能器都是利用压电元件构成的。发射超声波时利用逆压电效应，接收超声波时利用正压电效应。发射和接收这两个换能器的构接收超声波时利用正压电效应。发射和接收这两个换能器的构造是一样的，只是工作任务不同。造是一样的，只是工作任务不同。1212mmmm412mm4.7 超声式物位计n不受介质粘度的影响，并与介质的介电常数、电导率、不受介质粘度的影响，并与介质的介电常数、电导率、热导率等无关；热导率等无关；n适合强腐蚀、高压、有毒、高粘度液体的测量；适合强腐蚀、高压、有毒、高粘度液体的测量；n不适宜被测液体中有气泡和悬浮物，而且液面不能有很不适宜被测液体中有气泡和悬浮物，而且液面不能有很大的波动；大的波动；

43、n测量精度受声速的影响（声速受温度影响）。测量精度受声速的影响（声速受温度影响）。超声波物位计的特点：超声波物位计的特点：n无可动部件，换能器的振幅小，寿命长，可实现非接触无可动部件，换能器的振幅小，寿命长，可实现非接触式测量；式测量；4.7 超声式物位计一、窄一、窄缝式超声液位开关缝式超声液位开关( (透射式透射式) )n美国罗斯蒙特集团美国罗斯蒙特集团Kay-Ray/Sensall公司首创的这种液位开关，公司首创的这种液位开关，其探头部分具有其探头部分具有缝隙。缝隙。 n窄缝式液位开关可自容器侧壁横向插窄缝式液位开关可自容器侧壁横向插入，或自顶部竖向插入，只要窄缝处入，或自顶部竖向插入，只

44、要窄缝处于所控制的液位高度上即可于所控制的液位高度上即可。n当窄缝被液体浸没时，超声波能量足当窄缝被液体浸没时，超声波能量足以透过窄缝被接收器监测到，经放大以透过窄缝被接收器监测到，经放大后反馈给发射器并维持振荡。后反馈给发射器并维持振荡。n当液位下降后窄缝暴露在空气中，阻当液位下降后窄缝暴露在空气中，阻抗显著变小，大部分声波被反射，接抗显著变小，大部分声波被反射，接收到声能太小不足以维持振荡，输出收到声能太小不足以维持振荡，输出信号改变。信号改变。1 1压电换能器（接收）压电换能器（接收）2 2压电换能器（发射）压电换能器（发射）3 3振荡放大电路振荡放大电路4 4功率放大电路功率放大电路4

45、.7 超声式物位计二、气二、气介式超声液位传感器介式超声液位传感器( (反射式反射式) )n连续测量液位时，利用反射原理，发射换能器发出超声连续测量液位时，利用反射原理，发射换能器发出超声脉冲，到达液面后反射回来由接收换能器接收，根据声脉冲，到达液面后反射回来由接收换能器接收，根据声波往返时间，在已知声速的条件下判断液位波往返时间，在已知声速的条件下判断液位(这实际上是这实际上是超声测距原理超声测距原理)。发射和接收可由同一换能器担任，先由。发射和接收可由同一换能器担任，先由它发射，随即转为接收。它发射，随即转为接收。n如换能器装在液面以上的气体介质中垂直向下发射和接如换能器装在液面以上的气体

46、介质中垂直向下发射和接收，则称为收，则称为“气介式气介式”。最大好处是换能器不必和液体。最大好处是换能器不必和液体接触，便于防腐蚀和渗漏，而且对于有粘性的液体及含接触，便于防腐蚀和渗漏，而且对于有粘性的液体及含有颗粒杂质或气泡的液体，也不妨碍工作有颗粒杂质或气泡的液体，也不妨碍工作。4.7 超声式物位计二、气二、气介式超声液位传感器介式超声液位传感器( (反射式反射式) )n使发射的超声波束靠近容器壁，使发射的超声波束靠近容器壁，在壁上安装多个反射板，这些反在壁上安装多个反射板，这些反射板对声波都有反射作用，使回射板对声波都有反射作用，使回波曲线呈现若干小脉冲，最后出波曲线呈现若干小脉冲，最后

47、出现的大脉冲是波面反射造成的。现的大脉冲是波面反射造成的。只要将小脉冲的数目技术，便知只要将小脉冲的数目技术，便知液面位置。液面位置。1 1换能器换能器2 2反射板反射板4.7 超声式物位计三、液三、液介式超声液位传感器介式超声液位传感器( (反射式反射式) )n液介式用的换能器浸在液中，依靠液体传声，其液介式用的换能器浸在液中，依靠液体传声，其声速主要受到声速主要受到温度温度影响，常用如图所影响，常用如图所示校正装置。示校正装置。1 1浮子；浮子；2 2反射靶；反射靶；3 3摆杆；摆杆；4 4校正用换能器；校正用换能器；5 5发射接收换能器发射接收换能器2ctH 012Lct0tHLt4.7

48、 超声式物位计四、磁致伸缩四、磁致伸缩式液位仪表式液位仪表n某些磁性材料，在周围磁场作用下内部磁畴的取向改变，因某些磁性材料，在周围磁场作用下内部磁畴的取向改变，因而引起尺寸的伸缩，这就叫做而引起尺寸的伸缩，这就叫做 “磁致伸缩现象磁致伸缩现象”。n在在脉冲磁场作用下，金属内短暂的局部压力微小变化就形成脉冲磁场作用下，金属内短暂的局部压力微小变化就形成了了声波声波，能够沿杆或棒传播。内部没有空隙的密实固体是传，能够沿杆或棒传播。内部没有空隙的密实固体是传声的好材料，声波在这种材料里的传播速度比在空气里要快声的好材料，声波在这种材料里的传播速度比在空气里要快得多，声波能量的损耗也比较小。借助于电

49、脉冲与磁致伸缩得多，声波能量的损耗也比较小。借助于电脉冲与磁致伸缩原理结合，就能够在固体里产生声波，并传到别处。可以利原理结合，就能够在固体里产生声波，并传到别处。可以利用相反的原理，接受固体里面的声波，变成电信号输出用相反的原理，接受固体里面的声波，变成电信号输出。n若已知声音在金属棒里的传播速度，向金属棒的一端发射声若已知声音在金属棒里的传播速度，向金属棒的一端发射声脉冲，在另一端接收，根据从发射到接收的时间当然能够测脉冲，在另一端接收，根据从发射到接收的时间当然能够测出棒的长度来。假如有办法出棒的长度来。假如有办法让金属棒的长度随液位而变让金属棒的长度随液位而变，就，就能用这种原理测定液

50、位。能用这种原理测定液位。4.7 超声式物位计磁致伸缩磁致伸缩液位计示意图液位计示意图 n图中图中不锈钢外管不锈钢外管1里有里有圆形芯棒圆形芯棒2，芯棒是用，芯棒是用磁致伸缩效应比较明显的合金制成的，外管磁致伸缩效应比较明显的合金制成的，外管与芯棒之间留有空隙，但末端是接触的与芯棒之间留有空隙，但末端是接触的。n安装时，把安装时，把不锈钢外管竖立安装在容器里，不锈钢外管竖立安装在容器里，并且套上一个有并且套上一个有环形永久磁铁环形永久磁铁3的的浮子浮子4。于。于是，浮子就随液面高低停留在某个位置上是，浮子就随液面高低停留在某个位置上。n被被环形永久磁铁套住的那一小段芯棒就处于环形永久磁铁套住的那一小段芯棒就处于磁场之中，磁力线在芯棒表面通过的方向是磁场之中，磁力线在芯棒表面通过的方向是顺着芯棒轴线的，如图中之顺着芯棒轴线的，如图中之5。芯棒的其它。芯棒的其它部分因处于磁铁之外，不受磁场影响。当有部分因处于磁铁之外，不受磁场影响。当有电流电流6从芯棒流入，再经外管流回时，在芯从芯棒流入，再经外管流回时，在芯棒周围形成围绕芯棒的环状磁力线棒周围形成围绕芯棒的环状磁力线7，其方，其方向由