自动检测技术与仪表控制系统-物位检测

1、7.物位检测 物位检测是对设备和容器中物料储量多少的度量。可以在贮槽侧面安装透视丈量仪表监视储存量的变化，但有些情况不可以。液位的自动丈量和控制还比较容易，但对于粉粒体由于影响要素多，实现自动丈量和控制比较困难，如即使选择最适宜的地点安装物位传感器，但由于其在自然堆积时料面是不平的，且粉料、大料之间的大空隙、小空隙及受温度、压力和湿度的影响料位变化，但储存量不变；对液体而言，实践消费过程中能够会沸腾或、泡沫或处于高温、高压的情况下。故物位的丈量复杂而且精度易变。为保证消费过程的正常运转，如调理物料平衡、掌握物料耗费数量、确定产品产量等提供可靠根据。.主要内容物位的定义及物位检测仪表的分类常用的

2、物位检测仪表静压式、浮力式和电容式、超声波式、核辐射式影响物位检测的要素液位丈量的特点、料位丈量的特点、界位丈量的特点.7.1.物位检测的定义及物位检测仪表的分类一、物位的定义1. 物位 指设备和容器中液体或固体物料外表位置。对应不同性质的物料又有以下定义：液位 指设备和容器中液体介质外表的高低料位 指设备和容器中所储存的块状、颗粒状或粉末状固体物料的堆积高度。界位 指相界面位置。(液-液、液-固)分界面不够清楚，有浑浊段物位是液位、料位、界位的总称。2.物位检测仪表 对物位进展丈量、指示和控制的仪表，称物位检测仪表。.二、物位检测仪表的分类被测对象、检测条件或环境各不一样，故方法很多，以满足

3、不同的需求按丈量方式：延续丈量 和 定点丈量物位开关按任务原理：直读式 采用侧壁开窗口或旁通管方式，直接显示容器中的物位高度。主要用于液位检测和压力较低的场所静压式 基于静力学原理 液位，有压力式、吹气式和差压式浮力式 基于阿基米德定律 液位，有浮筒式和浮子式液位计机械式 经过机械力丈量 有重锤式、音叉式电气式 经过敏感元件其他方法 如声学式、射线式、光纤式等. 7.2.常用物位检测仪表一、直读式液位检测仪表丈量原理 基于连通器原理而实现液位的丈量构造 如图，有不同的方式连通阀，用于切断玻璃液位计与容器的特点 最简单、经济.二、静压式液位检测仪表任务原理是把物位的丈量转换为压力或压差的丈量，特

4、点是使物位丈量简单、无可动部件、任务可靠、压力表精度高。丈量原理如图7-1所示。B点为选定的零液位。那么从液面至零液位处的差压式中为被测介质密度；g为重力加速度。静压式仪表有多种方式：.1.压力、差压式液位计凡是可以测压力和差压的仪表，选择适宜的量程均可用于检测液位。压力式液位计 用于敞口容器中液位的丈量差压式液位计 用于密闭容器中液位的丈量.压力信号的引出 用引压管方式，如图7-3所示。金属感压膜在法兰中，与丈量室间用充溢硅油的带维护套的毛细管相连。有腐蚀性、结晶颗粒或黏度大、易凝固的介质用。.读数的修正 由于测压仪表的安装位置普通不能和被测容器的最低液位处在同一高度上，因此在丈量液位时，仪

5、表的量程范围内会有一个不变的附加值。对于这种情况，要根据安装高度进展读数的修正。图 (a)中的情况，差压计安装在最低液面以下，这时加在差压计两侧的差压为：这种附加差压可以调整仪表的零点来消除，即当差压计有hg的差压作用时，其指示值调为零。这种零点迁移称为正迁移。.图 (b)所示的系统为带有隔离介质的丈量系统。此时加在差压计两侧的差压为：这种情况下的迁移量为负值，称为负迁移。.2.吹气式液位计原理 如图7-5所示把一根导管插入敞开容器的下部，空气经节流元件和压力计后由导管下部敞开逸出。当空气从导管下端以气泡方式流出时，管内压力与管口处的静压力相等，因此压力计指示值即可反映液位高度。当液位上升或下

6、降时，管口处静压力变化，导致管口气体的流出量变化，因此管内压力变化。可用于腐蚀性较强或沉淀严重的液体。特点 ：可将压力检测点移至顶部，其运用和维修均很方便。很适宜于地下储罐、深井等场所。精度影响 ：取决于测压仪表的精度，以及液体的温度对其密度的影响。前两种液位计亦如此.二、浮力式物为检测仪表1.浮子式液位计-恒浮力式原理：把液位的变化传给浮在液面上的浮子，浮子受液体的浮力而漂在液面上，当浮力与分量相等时，浮子的位置就代表液位，并且随液位同步挪动。浮子的外形：圆盘形、圆柱形和球形，要根据运用条件和运用要求来设计重锤式直读浮子液位计浮子所受的绳子拉力、重力和浮力相等时，处于平衡形状而漂浮在液面上，

7、平衡重锤位置反映浮子的位置，从而知液位当液位变化时，浮子随着升降，但此时浸没在液体中的浮子的高度必需坚持不变才干实现正确的丈量。实践上由于丈量粘度大的液体时，浮子能够粘上液体使其分量添加或因侵蚀而分量减少，还有传动机构的摩擦力，及液体的密度随温度的变化而变化，均能引起误差。当液位变化添加时，浮子浸入液体的深度变化添加，浮力变化添加，迫使浮子的浸入深度变化减少，使浮力减少。液位的变化只需抑制了仪表的摩擦阻力之后到达一定的值时浮子才能运动，这是浮力式液位计存在不灵敏区的缘由。不灵敏区的大小与浮子的直径成反比，与液体的密度成反比。故普通把浮子制成扁平空心圆盘或扁圆柱形，当液面浮动较大且频繁时采用高圆

8、柱形。灵敏区的减小还可以经过减小摩擦阻力的方法。.浮子位置的检测 可直接指示或远传。舌簧管式液位计将液位的变化转为电信号的变化 特点：构造简单、采用两个舌簧管可提高可靠性。但延续性差、量程不能太大.2.浮筒式液位计-变浮力式液位计原理 ：浮筒是圆柱形的，浸没在液体中的深度不同，所受的浮力也不同，故测浮力就可知液位。如图1-浮筒 2-弹簧 3-差动变压器部分浸没于液体中的浮筒由于受液体的浮力而向上运动，当重力、浮力与弹簧力平衡时浮筒才停顿运动。初始平衡时有：m为浮筒质量， A为截面积， c为弹簧的刚度， x0为紧缩位移 ， 为被测液体密度， H为浮筒没入液体高度当液位变化时，浮筒所受浮力改动，弹

9、簧的变形亦有变化。到达新的力平衡时，有以下关系：由以上两式可得：上式阐明,弹簧的变形与液位变化成正比例关系。容器中的液位高度那么为：.弹簧的变形检测 有各种转换方法在浮筒连杆上装指针直接指示液位在连杆上端装有差动变压器铁芯如上图，经过差动变压器输出相应的电信号，从而测出液位。经过扭力管将浮筒的线位移转变为角位移，经过霍尔片感受位移的变化输出霍尔电势，霍尔电势的大小与角位移成正比，经处置后可变为规范信号。.三、其他物位丈量仪表1.电容式物位计任务原理 圆筒形电容器的电容值随两极板之间的电介质的不同而变化，故可以经过丈量电容量的变化来丈量物位。由同轴圆筒电极组成的电容器的电容量为：图7-10 电容

10、式物位计原理D、d固定，那么介电常数和L变化会引起电容变化。如图7-10的电容值为.组成：丈量电极和丈量电路组成丈量电极的型式：随被测介质的不同而不同。非导电液体液位丈量同心套筒电极，外电极开许多孔 1-内电极 2-外电极 3-绝缘套非导电固体料位丈量1-内设的金属棒内电极 2-金属容器壁作外电极构成同心电容器导电液体液位丈量1-带绝缘套的金属棒作内电极 2-绝缘套管 4-导电液体作3-外电极粘度大的液体容易粘上，呵斥虚伪液位.丈量电路电容的检测：有交流电桥法、充放电法调和振电路法特点：可以输出规范信号，实现远间隔传送；电容式物位计普通不受真空、压力、温度等环境条件的影响；安装方便、构造结实，

11、易维修；价钱较低。但不适宜于以下介质：介电常数随温度等影响而变化、介质在电极上有堆积或附着、介质中有气泡产生等。.2.超声式物位计原理 利用声波的某些特性制成。如声波阻断式固体、液体或气体对声波的吸收才干不同气体最大，由接纳的超声波可知物体能否到达预定位置，可实现报警或定位检测。而回波测距法声波在介质中的传播有一定的速度，但在密度不同的介质分界面处会产生反射和折射。液面上声波从发射到接受回波的时间间隔与物位高低成比例，从而测得液位分类针对回波测距法 固介式、液介式、气介式组成 超声换能器由压电资料制称，完成电能和超声能的可逆转换，可以是接、收分开的双探头方式也可以是自发自收的单探头方式和电子安

12、装用于产生电信号以鼓励超声换能器发射超声波，并接纳和处置经超声换能器转换的电信号。.补偿 由于超声波在介质中的传播速度易受温度和成分变化的影响，从而影响物位的丈量，因此需求补偿。可以在超声换能器附近安装温度传感器，自动补偿因温度变化对物位丈量的影响，还可以运用校正器，定期校正声速。特点 无机械可动部件，安装维修方便；超声换能器寿命长；可以实现非接触式丈量，适宜于有毒、高粘度及密闭容器物位的丈量；对环境顺应才干强，运用广泛H探头如图为液介式超声波物位计的丈量原理。.3.核辐射式物位计原理 射线在穿透物质时，它的强度随物质层的厚度指数降低，只需测出经过物质前后的辐射强度，就可知厚度物位。射线射入一

13、定厚度的介质时，其强度与厚度的关系： 不同的介质对射线的吸收才干不同，当射线源与被测介质确定后，那么I0和 吸收系数 确定，丈量射线经过物体后的辐射强度I即可测得物位。.组成：射线源、防护容器、射线检测器、电子转换和指示器探测器前置放大整形计数显示放射源被测物电子转换指示放射源普通为射线源，钴Co)或铯Cs)探测器可将射线的强度转换为电信号.检测方式 有固定安装式和随动式两种a)自动跟踪方式：电机带动射线源和接受器沿导轨随物位的变化而升降，且一直坚持同一高度，可延续丈量范围宽、但存在运动部件，构造复杂b)固定安装方式：透射式丈量，随物位的变化，射线的衰减程度变化，从而可测得物位。无运动机构，构

14、造简单c)、d)、e)发射源或接纳器多点组合方式方式：射丈量变化范围大的物位，可延续丈量，很好的改善了线性关系，但添加了安装与维护的困难特点 具有非接触式丈量的特点，可用于高温高压、真空密闭等各种容器中液体或固体物料的物位丈量；可顺应腐蚀、有毒、高粘度、爆炸性等各种困难介质和高温、高湿、多粉尘、强干扰等恶劣的任务条件。其放射性平安防护措施需按有关规范操作。.4.物位开关用于定点丈量 检测物位能否到达预定的高度，并发出相应的开关量信号。可接继电器出电信号.开关式光纤液位探测器：原理：全反射原理组成：LED光源、光电二极管和多模光纤任务原理：光纤探头顶端装有圆锥体反射器，当探头接触液面时全反射，接触液面后部分光线透入液体内，前往的光线变弱，光强忽然变化时对应的位置就是液面。Y型光纤构造，由Y型光纤、全反射锥体、光源和光电二极管组成U型光