第3章_物位检测仪表

1、刘玉长刘玉长第三章 物位检测仪表 物位，料位、液位和相界面的统称物位，料位、液位和相界面的统称。 刘玉长刘玉长1.静压力法静压力法 gPH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( )。3/mkg第一节静压式液位仪表 刘玉长刘玉长刘玉长刘玉长刘玉长刘玉长v当H=0时，v 若变送器感受到的P=0，则变送器不需迁移；v 若变送器感受到的P0，则变送器需要正迁移；v 若变送器感受到的P0，则变送器需要负迁移；差压式液位变送器的零点迁移差压式液位变送器的零点迁移刘玉长刘玉长刘玉长刘玉长3、特殊介质液体液位测量 某些特殊液体，如腐蚀某些特殊液体，如腐蚀性、含固体颗

2、粒、易结晶、性、含固体颗粒、易结晶、易沉淀或粘度大等液体的液易沉淀或粘度大等液体的液位测量，不能采用普通差压位测量，不能采用普通差压变送器而只能采用变送器而只能采用法兰式差法兰式差压变送器压变送器【因为容易造成堵【因为容易造成堵塞或差变损坏】。塞或差变损坏】。 法兰测头是一不锈钢膜法兰测头是一不锈钢膜盒，膜盒内充以硅油，用毛盒，膜盒内充以硅油，用毛细管引到差压变送器的测量细管引到差压变送器的测量室。室。法兰式差变测量液位法兰式差变测量液位1-平法兰接头，平法兰接头，2-毛细管，毛细管，3-差变，差变，4-插入法兰接头插入法兰接头刘玉长刘玉长法兰式压力（差压）变送器刘玉长刘玉长刘玉长刘玉长v插入

3、式法兰变送器刘玉长刘玉长v单平法兰式变送器刘玉长刘玉长v双插入式法兰变送器刘玉长刘玉长双法兰液位变送器测量示意图双法兰液位变送器测量示意图刘玉长刘玉长平衡容器的使用v单层平衡容器用于测量低压容器的液位。单层平衡容器用于测量低压容器的液位。v双室平衡容器与水位指示器或者差压变送器双室平衡容器与水位指示器或者差压变送器配套使用，可以在锅炉启、停炉过程中及正常配套使用，可以在锅炉启、停炉过程中及正常运行情况下，对汽包水位进行监控，并对外输运行情况下，对汽包水位进行监控，并对外输出水位变化时出水位变化时的压差（的压差（PP）信号，保证锅炉安全运行。）信号，保证锅炉安全运行。刘玉长刘玉长单层平衡容器单层

4、平衡容器刘玉长刘玉长双层平衡容器双层平衡容器刘玉长刘玉长习题v差压式液位计的工作原理是根据液柱的静压力与液位高度成比例的关系工作的。v用差压法测液位，在正常情况下，正压室所受的压力要小于负压室所受的压力。v用差压表测量容器的液位时，压差值的大小取决于（ ）vA.取压点的高低和介质密度vB.取压点的距离和介质密度vC.取压点的高低和取压点的距离vD.以上都不是刘玉长刘玉长习题v差压式液位计的工作原理是根据液柱的静压力与液位高度成比例的关系工作的。v用差压法测液位，在正常情况下，正压室所受的压力要小于负压室所受的压力。v用差压表测量容器的液位时，压差值的大小取决于（ ）vA.取压点的高低和介质密度

5、vB.取压点的距离和介质密度vC.取压点的高低和取压点的距离vD.以上都不是v答案：1，对 2.错 3.B刘玉长刘玉长习题v双法兰液位计安装时要注意的是正负压室位置不能装错，正压室装在设备 的上采样口，负压室装在设备的下采样口。v当用单法兰变送器测量开口容器液位时，变送器要进行零点的正迁移调整。v当用双法兰变送器测量密闭容器的液位时，变送器要进行零点的负迁移调整。刘玉长刘玉长习题v双法兰液位计安装时要注意的是正负压室位置不能装错，正压室装在设备 的上采样口，负压室装在设备的下采样口。v当用单法兰变送器测量开口容器液位时，变送器要进行零点的正迁移调整。v当用双法兰变送器测量密闭容器的液位时，变送

6、器要进行零点的负迁移调整。v1.错 2.错 3.对刘玉长刘玉长第二节浮力式液位计 浮力式液位计是基于物体在液体中受浮力作浮力式液位计是基于物体在液体中受浮力作用的原理工作的。用的原理工作的。一、恒浮力式液位计 恒浮力式液位计又称浮子式液位计。恒浮力式液位计又称浮子式液位计。浮子的位移可以直接反映液位的变化量，液位稳定不变时，浮子浮子的位移可以直接反映液位的变化量，液位稳定不变时，浮子所受的浮力是一个恒定值。所受的浮力是一个恒定值。刘玉长刘玉长浮力式液位计浮力式液位计 1-浮子；浮子；2-磁铁；磁铁；3-铁心；铁心；4-导轮；导轮；5-非导磁管；非导磁管；6-浮球；浮球；7-连杆；连杆；8-转动

7、轴；转动轴； 9-重锤；重锤；10-杠杆杠杆(a)浮子式浮子式(敞口容器敞口容器)(b)浮子式浮子式(密闭容器密闭容器)(c)浮球式浮球式刘玉长刘玉长刘玉长刘玉长带杠杆的浮子式液位计刘玉长刘玉长浮子钢带液位计测量原理刘玉长刘玉长二、磁翻转浮标液位计 v 刘玉长刘玉长刘玉长刘玉长三、浮筒式液位计 当液面变化时，浮筒被液体浸没的体积随着变化当液面变化时，浮筒被液体浸没的体积随着变化而受到不同的浮力，通过测量浮力的变化可以测而受到不同的浮力，通过测量浮力的变化可以测量液位量液位-变浮力式液位计。变浮力式液位计。 浮筒GF弹F浮浮筒弹簧磁钢室输出指示器刘玉长刘玉长刘玉长刘玉长判断v1.浮球式液位计的液

8、位示值与被测介质的密度有关。v2.用浮球式液位计测液位，当液位下降时，浮球所受浮力减小，浮球沿导轨下移，带动指针指示出液位高度。v3.液位变化时，浮球式液位计浮球所受的浮力也跟着变化，因而可测出液位的高低。刘玉长刘玉长判断v1.浮球式液位计的液位示值与被测介质的密度有关。v2.用浮球式液位计测液位，当液位下降时，浮球所受浮力减小，浮球沿导轨下移，带动指针指示出液位高度。v3.液位变化时，浮球式液位计浮球所受的浮力也跟着变化，因而可测出液位的高低。答案：1.错 2.错3.错刘玉长刘玉长选择v1.液位处于最高时，浮筒液位计的浮筒全部被液体浸没，浮筒液位计输出信号（ ）vA.最大 B.最小 C.不变

9、 D.无法确定v2.浮筒液位计所测的液位越高，则浮筒所受浮力（ ）vA.越小 B越大 C不变 D 不一定v2.下列液位计属于变浮力式液位计（ ）vA.带钢丝绳的浮子式液位计vB.带杠杆式的浮子式液位计vC.浮筒式液位计vD.翻板式液位计刘玉长刘玉长选择v1.液位处于最高时，浮筒液位计的浮筒全部被液体浸没，浮筒液位计输出信号（ ）vA.最大 B.最小 C.不变 D.无法确定v2.浮筒液位计所测的液位越高，则浮筒所受浮力（ ）vA.越小 B越大 C不变 D 不一定v2.下列液位计属于变浮力式液位计（ ）vA.带钢丝绳的浮子式液位计vB.带杠杆式的浮子式液位计vC.浮筒式液位计vD.翻板式液位计v1

10、.B 2.C刘玉长刘玉长玻璃管液位计刘玉长刘玉长刘玉长刘玉长习题v玻璃管液位计是根据静压平衡原理工作的。v玻璃管液位计可用于测量敞口容器和密封容器的液位。v玻璃管液位计的玻璃管选得太小，其测量值将比实际液位偏低。刘玉长刘玉长习题v玻璃管液位计是根据静压平衡原理工作的。v玻璃管液位计可用于测量敞口容器和密封容器的液位。v玻璃管液位计的玻璃管选得太小，其测量值将比实际液位偏低。v1.对 2.对 C.错刘玉长刘玉长第三节 电容式物位计 一、检测原理 圆筒形电容器的电容量圆筒形电容器的电容量C为：为：C=2L/ln(D/d)=kL 可见当将电容传感器插入可见当将电容传感器插入被测介质中，电极浸入介质中

11、被测介质中，电极浸入介质中的深度随物位高低而变化，电的深度随物位高低而变化，电极间介质的升降，必然改变两极间介质的升降，必然改变两极板间的电容量，从而可以测极板间的电容量，从而可以测出物位。出物位。圆筒形电容器圆筒形电容器1-内电极；内电极；2-外电极外电极刘玉长刘玉长刘玉长刘玉长第四节电导物位传感器一、电接点液位传感器最简单的位式传感器，是在容器上方垂直伸入适当最简单的位式传感器，是在容器上方垂直伸入适当长度的导体电极。若容器本身导电，则电极长度的导体电极。若容器本身导电，则电极A与器壁与器壁C构构成的电路，其通断与否取决于液位高低；若容器是绝缘成的电路，其通断与否取决于液位高低；若容器是绝

12、缘的，则用电极的，则用电极 B代替代替C。(a) 位式位式 (b) 套筒连续式套筒连续式 (c) 电阻电阻(左左)或氖泡或氖泡(右右)分段式分段式刘玉长刘玉长第五节雷达物位计 雷达物位计利用回波测距原理，由喇叭状或杆式天雷达物位计利用回波测距原理，由喇叭状或杆式天线向被测物料面发射微波，微波传播到不同相对介线向被测物料面发射微波，微波传播到不同相对介电率的物料表面时会产生反射，并被天线所接收。电率的物料表面时会产生反射，并被天线所接收。发射波与接收波的时间差与物料面与天线的距离成发射波与接收波的时间差与物料面与天线的距离成正比，测出传播时间即可得知距离正比，测出传播时间即可得知距离 。 由于微

13、波以光速传播且不受介质由于微波以光速传播且不受介质特性影响，所以在一些有温度，压力特性影响，所以在一些有温度，压力，蒸汽等场合，其它物位计不能正常，蒸汽等场合，其它物位计不能正常工作，而微波物位计可以使用。工作，而微波物位计可以使用。刘玉长刘玉长一、脉冲微波物位计 雷达天线面对物料发雷达天线面对物料发射微波，微波遇到物料后反射微波，微波遇到物料后反射，反射微波被脉冲雷达天射，反射微波被脉冲雷达天线接收。那么距离物料表面线接收。那么距离物料表面的距离的距离D可通过脉冲的时间可通过脉冲的时间行程行程T来测得：来测得：D=cT/2 (c是光速是光速)因空罐的距离因空罐的距离E已知，已知，则物位则物位

14、L为：为： L = E-D检测原理检测原理微波发射天线微波发射天线刘玉长刘玉长二、调频微波物位计 调频微波物位计天线发射调频微波物位计天线发射的微波是调频连续波【的微波是调频连续波【 FMCW(Frequency Modulated Contin-uous Wave)，频率随一定时间，频率随一定时间间隔间隔(即扫描频率即扫描频率)线性增加】。线性增加】。当回波被天线接收到时，天线当回波被天线接收到时，天线发射频率已经改变。根据回波发射频率已经改变。根据回波与发射波的频率差可以计算出与发射波的频率差可以计算出物料面的距离。物料面的距离。刘玉长刘玉长三、导波式微波物位计 导波式微波物位测量采导波式

15、微波物位测量采用时域反射法用时域反射法 (TDR，Time Domain Reflectometry)，通，通常称导波雷达，采用脉冲波常称导波雷达，采用脉冲波方式工作。与微波物位计不方式工作。与微波物位计不同点在于雷达发射的高频脉同点在于雷达发射的高频脉冲不是通过空间传播，而是冲不是通过空间传播，而是沿一根沿一根(或两根或两根)从罐顶伸入直从罐顶伸入直达罐底的导波体传导。导波达罐底的导波体传导。导波体可以是金属杆或柔性金属体可以是金属杆或柔性金属缆绳。缆绳。刘玉长刘玉长第六节 核辐射物位检测 一、检测原理一、检测原理 核辐射强度随穿透物质厚度核辐射强度随穿透物质厚度H而变的规律为而变的规律为I

16、=I0e- H (朗伯朗伯-比尔定律比尔定律)式中，式中，I、I0 射线透过介质后与射入介质前的强度；射线透过介质后与射入介质前的强度； 介质对射线的吸收系数。介质对射线的吸收系数。 当放射源强度、被测介质一定时，则介质厚度当放射源强度、被测介质一定时，则介质厚度H与射线强度与射线强度I的关系为的关系为: H=(lnI0-lnI)/ 上式表明，测出透过介质后的射线强度，便可求上式表明，测出透过介质后的射线强度，便可求出被测介质的厚度出被测介质的厚度H。刘玉长刘玉长放射性物位计原理框图 放射性物位计主要由放射源、接收器和显示放射性物位计主要由放射源、接收器和显示仪表组成：仪表组成：刘玉长刘玉长二

17、、物位检测方法 放射性物位计检测物位的方法，一般为有定点检测和自动跟放射性物位计检测物位的方法，一般为有定点检测和自动跟踪等方式。根据被测对象的实际需要，放射源可有多种安装方式，踪等方式。根据被测对象的实际需要，放射源可有多种安装方式，以适应不同的物位检测和控制的要求。以适应不同的物位检测和控制的要求。(一)定点放射源检测法 点状放射源与接收器固定在设备的一定位置上。点状放射源与接收器固定在设备的一定位置上。 1-放射源放射源2-接收器接收器 刘玉长刘玉长(二)跟踪检测法 跟踪式放射跟踪式放射性物位计既保持性物位计既保持了定点检测方式了定点检测方式的优点，又可实的优点，又可实现连续测量，并现连

18、续测量，并且量程可以很宽，且量程可以很宽，但仪表的结构较但仪表的结构较复杂。复杂。跟踪式放射性物位计原理图跟踪式放射性物位计原理图1-放射源，放射源，2-接收器，接收器，3-导轨，导轨，4-放大器，放大器，5-执行器，执行器，6，7-自整自整角机发送接收器，角机发送接收器，8-显示仪表，显示仪表，9-远传指示仪表远传指示仪表刘玉长刘玉长第七节 超声波液位计 超声波液位计是利用回声测距原理工作的，与前述雷达超声波液位计是利用回声测距原理工作的，与前述雷达物位计有许多相似之处。物位计有许多相似之处。 根据超声波传播介质的不同，超声波液位计分为液介式、根据超声波传播介质的不同，超声波液位计分为液介式、气介式和固介式三种。气介式和固介式三种。(a)液介式液介式 (b) 气介式气介式 (c) 固介式固介式1-换能器；换能器；2-容器；容器；3- 金属波导棒金属波导棒 刘玉长刘玉长v1.用电容式液位计测量导电液体的液位时，液位变化，相当于两电极间距离在变化。v2.用电容式液位计测量导电液体的液位时，是根据液位变化相当于两电