第七章物位测量

第七章物位测量物位---指存放在容器或工业设备中物质的高度或位置。液位---液体介质液面的高低；界位---液体—液体或液体—固体的分界面；料位---固体粉末或颗粒状物质的堆积高度。物位测量---液位、界位及料位的测量统称为物位测量。物位计---测量液位、界位或料位的仪表称为物位计。

根据测量对象不同，可分为液位计、料位计。为满足生产过程中各种不同条件和要求的物位测量，物位计的种类很多，测量方法也各不相同。(1)液面测量的工艺特点①液面是一个规则的表面，但当物料流进流出时，会有波浪，或在生产过程中出现沸腾或起泡沫的现象。②大型容器中常会出现液体各处温度、密度和强度等物理量不均匀的现象。③容器中常会有高温高压，液体黏度很大，或含有大量杂质悬浮物等。(2)料位测量的工艺特点①物料自然堆积时，有堆积倾斜角，导致料面不平。物料进出时，又存在着滞留区，部分物料“挂”在容器出口的边缘，影响着物位最低位置的准确测量。②储仓或料斗中，物料内部存在大的孔隙，或粉料之中存在小孔隙，前者影响对物料储量的计算，而后者则在振动、压力或湿度变化时使物位也随之变化。界位测量中最常见的问题是界面位置不明显，浑浊段的存在影响准确测量。7.1浮力式液位测量7.1.1测量原理浮力式液位测量是应用浮力原理测量液位的。它利用漂浮于液面上的浮子升降位移反映液位的变化；或利用浮子浮力随液位浸没高度而变化。前者称为恒浮力法，后者称为变浮力法。（1）恒浮力法液位测量W−F=GW—浮子所受重力，N；F—浮子所受浮力，N，G—平衡重物的重力，N。设浮子为扁圆柱形，其直径为D、高度为b、重量为W，浮子浸没在液体中部分高度为Δh，液体介质密度为ρ，液面高度为H。当它受的浮力F与本身的重量w相等时，浮子平衡在某个位置当液面H变化时，浮子随之上升，Δh应不变化才能准确地测量。由于温度或成分变化会引起介质密度变化，或由于黏性液体的黏附，腐蚀性液体的浸蚀以致改变浮子的重量或直径，这些都会引起测量误差。当液位变化一个ΔH时，浮子沉浸在液体中的部分变大，浮力增加，原来的平衡关系被破坏，浮子上浮，其浮力变化ΔF为浮子随液位变化而上下浮动的原因是浮力的变化ΔF，只有在浮力ΔF大到能够使浮子动作时，才能反映出液位的变化。由于仪表各部分具有摩擦，所以只有当浮力变化ΔF达到一定数值ΔF’，能克服摩擦时，浮子才开始动作，这就是仪表产生不灵敏区的原因。ΔH/ΔF’表示液位计的不灵敏区，ΔF’为浮子开始移动的浮力设计浮子时，适当地增加浮子的直径D，可有效地减小仪表的不灵敏区，提高仪表的测量精度。扁平形浮子做成大直径空心扁圆盘形，不灵敏区较小，测量精度高。因此，它可测量重度较小的介质液位。对高频小变化的波浪，其抗波浪性也高。但对液面的大波动则比较敏感，易随之漂动。高圆柱形浮子的高度大、直径小，所以抗波浪性也好，但对液面变动不敏感，因此用它做成的液位计精度差，不灵敏区较大。扁圆柱形浮子的抗波浪性和不灵敏区在上述两者之间，由于其结构简单，易于加工制作，在实际工作中被大量采用。(2)变浮力法液位检测将一个截面相同、重量为W的圆筒形金属浮筒悬挂在弹簧上，浮筒的重力被弹簧的弹性力所平衡。当浮筒的一部分被液体浸没时，由于受到液体的浮力作用而使浮筒向上移动，当与弹性力达到平衡时，浮筒停止移动，此时满足如下关系。当液位变化时，由于浮筒所受浮力发生变化，浮筒的位置也要发生变化。如液位升高ΔH，则浮筒要向上移动Δx

，此时的平衡关系为上两式相减：浮筒产生的位移Δx与液位变化ΔH成比例

7.1.2恒浮力式液位计(1)浮球式液位计(2)磁浮子式液位计磁翻板液位计自被测容器接出不锈钢管，管内有带磁铁的浮子，管外设置一排轻而薄的翻板，每个翻板都有水平轴，可灵活转动。翻板一面涂红色，另一面涂白色，翻板上还附有小磁铁，小磁铁彼此吸引，使翻板总保持红色朝外或白色朝外。当浮子在近旁经过时，浮子上的磁铁就会迫使翻板转向，以致液面下方的红色朝外，上方的白色朝外，观察起来和彩色柱效果相同，每块翻板高约10mm。

(3)浮子钢带式液位计7.1.3变浮力式液位计7.晓2静压涂式液交位测体量7.愚2.婚1测量里原理通过塞测得爆容器唐内液码柱高赢度产伟生的枪静压选实现测液位米测量夕。根据黑流体隶静力瞎学原且理：敞口幅容器时，则pA为大委气压恒，pB—B点的辅表压叉力，Pa。7.岗2.掏2压力纪式液音位计（1）测障压仪矿表测棉量注意较：①测布压基毫准点头与最贼低液横位一遵致②(a鉴)适合宝黏度螺较小愁、洁疑净液丝式体的粘液位阶测量(b娱)适合走黏度童较大酱、不钩结晶芬、不炕凝固甲的液扇体的饱液位缝测量(2俯)用吹饶气法讲测量适用港于测功量有乞腐蚀册性、识高黏窑度或聚含有食悬浮俗颗粒株液体各的液贯位。7.壁2.林3差压义式液贼位计(1宗)零点墨迁移钱问题零点备迁移沫：液浆面高丝式度为复零时味，即后便受逮附加云静压培差，滩输出输仍为拒“零居”三种金情况:无迁矩移、茫负迁摸移和傲正迁裳移（a）无建迁移艳。差卧压变巨送器范正、亦负压点室分幻玉别与鲁容器搏下部粘和上令部的义取压值点相铺连通害，并顷保证用正压始室与港零液岁位等径高。差压祝变送述器作仆用——将输最入差根压→4~趣20火mA：Ｈ=０→ΔP=０→Ｉ=４ｍ怀Ａ;Ｈ=Ｈma户x→ΔP=ΔPm副ax→Ｉ=２０少ｍＡ（b）负鼻迁移当容黎器中树液体企上方挂空间逢的气杰体是犬可凝牲的，贩如水去蒸气风，为奴了保跨持负留压室犁所受伶的液躁柱高很度恒挂定，鸣或者魄被测括介质散有腐宁蚀性告，为青了引败压管伙的防堆腐，河常常静在差距压变彩送器呈正、呈负室屿与取炸压点近之间鸣分别制装有泛隔离灿罐，驱并充京以隔蜂离液龟。设隔袄离液爪的密书度为ρ2，这时汇差变验正、浙负压企室所棉受到吗的压控力分冬别为当Ｈ=０时△塘P＝－Β＜０→Ｉ＜4ｍＡ→调节未变送寸器上耻的迁烦移机轰构，恶实现△P＝－尽Ｂ→H=陶0→Ｉ＝4ｍＡ当Ｈ内＝Ｈma凯x时△咐P＝Ｈma励xρ1ｇ－杰ＢＩ＝20ｍＡ说明:调整杏的压超差Δｐ沿是作可用于低负压李室且超附加稠静压<0→负迁日移！（c）正卸迁移设连稳接负冠压室痰与容甲器上膛部取困压点舌的引哈压管油中充胁满气钩体，砍并忽狸略气嫌体产程生的隆静压话力，相则差散压变唤送器鸭正、炸负压妈室受袄到的抵压力骨分别颗为当Ｈ=０时ΔP＝C>０→筛Ｉ>４ｍ喉Ａ→调碎节迁嘴移机对构:①杏当ΔP＝C时→沈Ｈ＝0→Ｉ激＝４滥ｍＡ财。②捏当Ｈ英＝Ｈma候x时→ΔP＝Ｈma晕xρ1ｇ+蜘C→I=岂20筹mA说明:调整陆的压白差Δｐ是牢作用鄙于正喉压室售且附御加静位压>0→正迁械移！7.站3电容级式液均位测液量7.绒3.墨1导电踩液体透的液假位测呀量当被滤测液宿位H=男0时，芒即容拣器内跌实际巴液位被低于h(非测系量区)，传胶感器死与容普器之兰间存灿在分京布电挺容，逃这时在电容究量C0为ε0’—聚四躬氟乙日烯套政管和恩容器锹内气杂体的朱等效野介电布常数柏，F/修m；L—液位挠测量蓝范围(可变施电容既器两哄电极逗的最境大覆识盖长步度)，mD0—容器趴内径供，m；d—不锈壁钢棒馒直径否，m。当液陈位高煮度为站Ｈ飘时，特传感蓄器电己容量遗ＣH为ε—聚四极氟乙茅烯的纸介电答常数零，F/庸m；D—聚四统氟乙筐烯套赚管外能径，m。当容弹器内庆的液败位由求零增嘉加到H时，顶传感忧器的闸电容劲变化绞量ΔC为当电政极确贫定后观，ε、D和d都是返定值艳，故绳可以榆将式钟子改也写为测量字传感城器的太电容输变化墙量就约可方四便地带求出贺被测覆液位坐。绝缘萌材料涌的介哭电常占数ε较大乏，绝阴缘层希厚度废较薄扯，即D/挥d较小熊时，阅传感肝器的静灵敏黄度较租高。传感愚器的陡电容并变化醒量与享液位挎变化弓量之趣间有钳良好市的线撞性关准系。使用短注意术事项液位奋传感臭器适浸用于后电导尖率不帽小于10-2S/零m的液构体;被测跪液体贱黏度脚不能纯大，腿否则座，当持液位权下降圾时，揉被测凶液体勉会在讽电极进套管艳上产驱生黏饱附层面，该的黏附絮层将枝继续祝起着侨外电涉极的阵作用携，从白而产舍生虚伴假电烘容信躬号，色以致剃形成庄虚假记液位抢，使敞仪表鞭指示湾液位聋高于祝实际贪液位颤。这种钩液位度传感亲器的丝式底部谨约有10董mm的非络测量装区。7.驼3.屯2非导今电液菜体的封液位缎测量当测朝量液燥位H=梁0时，辅两电棒极间纠介质牵是空仪气，夺这时拆传感迈器的饭初始廊电容拆量C0为ε0—空气丙的介心电常激数，F/店m；L—两电院极的晒最大党覆盖栋长度饲，mD-现--外电林极的恨内径箩，m；d—内电黄极的换外径忘，m。当液挂位高显度为黑Ｈ垒时，党传感渠器电钢容量于ＣH为当容误器内督的液扰位由慎零增魄加到H时，幻玉传感惕器的握电容努变化比量ΔC为当电压极给薪定后路，参明数ε、D和d均为似定值介，故旁传感疯器的葵电容诞变化店量是失液位H的单继值函吓数，钳即测壶取传范感器年电容灿量就泄可确剥定被就测液学位。7.搂4超声句波物侮位测玻量凯泰餐克（K-朱Te锻k）超兽声波降液位/料位开计7.妻4.狮1测量密原理超声振波具阅有反打射、慎透射丈和折种射的咸性质披。当锣超声浓波入驶射到午两种秀不同须介质组的分秃界面策上时兰会发凭生反嫁射、奋折射尚和透锁射现礼象，螺这就暑是应节用超帜声技伙术测概量物脑位常捏用的勒一个惧物理妥特性辅。超挤声技隐术应敢用于茄物位扎测量傲中的枯另一血特性势是超躁声波饺在介发质中朋传播飘时的咳声学亲特性制，如裂声速宜、声折衰减溉和声踩阻抗蔑等。运概括弦起来外，基血于声女波的谨下述墓物理轰特性须实现励物位够检测短。①声戚波在喘某种面介质锐中以纤一定惰的速菌度传辈播，惩在气攻体、爬液体农和固撞体等之不同勤介质智中，填因声校波被流吸收兔而减喉弱的简程度掩不同墓，从煮而区故别其船穿过荡的是阳固体川、液识体还庆是气菜体。②声况波遇唐到两谱相界阿面时史会发泡生反穷射，挨而反杰射角垦与入德射角拒相等凉。反则射声岭强与浑介质拔的特昨性阻朋抗有担关，因特性膜阻抗绍为声傍速和昆介质军密度吹的乘逐积，陵当声额波垂幼直入锣射时兽，反乏射声盒强IR与入吹射声奥强IE间存忍在如贺下关顷系。③声妄波在位传送胶中，沫频率勿越高芳，声附波扩请散越栏小，蒙方向侍性越脸好；葡而频析率越蹦低，裤则衰本减越胀小传焰输越虚远。利用着声换矩能器杀发射情一定寻频率朴的声疗波。树声换观能器桃由压转电元际件组胖成，廉利用踢这种杏晶体童元件感的逆搞压电排效应采：交醉变电技场(电能)→振甲动(声波)；正瓶压电里效应凑：振贸动→储交变壮电场借，做民成声丧波发跳射器碍和接序收器陪。测量臭原理Ｈ——超声假探头胁至物瞎位的碗垂直躲距离狐，ｔ——由发螺射到服接收枣所经源历的禽时间ｖ——超声壁波在登介质脚中传舰播的弱速度7.为4.号2测量记方法实际令应用劣中可剧以采爽用多佩种方轧法。指根据窗传声落介质馅的不台同，桌有气月介式域、液技介式坝和固愁介式乎；根据臭探头池的工幸作方仆式，砖又有棵自发纯自收团的单慢探头郑方式列和收余、发愿分开兵的双的探头滩方式暮。它老们相疫互组谱合就尿可得黑到不钢同的患测量务方法魄。1.液介统式测狂量方证法探头摄固定住在液宪体中宴最低鞭液位终处，恨探头卡发出吊的超疯声脉毁冲在抢液体哗中由留探头嘱传至熔液面希，反问射后掠再从播液面豪返回总到同宜一探侧头而拍被接贴收。2.气介槐式测弱量方货式探头芽安装处在最挤高液沸位之溪上的版气体铲中，v代表忆气体熊中的古声速纳。3.固介满式测挪量方号法将一锐根传疲声的谊固体花棒或欧管插捐入液芹体中裳，上怜端要叛高出译最高拌液位诞，探泳头安奥装在碧传声脚固体管的上蚂端，v代表哪固体嫩中的陶声速真。一发腐一收室双探咸头方罚式7.技5微波轿（雷奖达）座物位巴测量电磁无波的纲波长赏在1m咏m到1m波段截的称禽为微俗波。微波愿的特牺点：具有竞良好请的定秤向辐网射性具有熔良好宅的传日输特毛性，渐在传疤输过央程中赴受火偶焰、柔灰尘怨、烟塑雾及黑强光伍的影汉响极尿小介质唯对微兴波的煎吸收颂与介黄质的壁介电瓦常数拢成比搁例，杆水对仙微波是的吸工收最努大。微波丽（雷斯达）回物位胁测量后仪表逼的特贡点没有叔可动懒部件蓝、不辨接触膜介质否、没狼有测抽量盲遗区，酱可以粱用于腐对大最型固厚定顶唯罐、型浮顶瓜罐内以腐蚀旬性液白体、昨高黏趁度液绿体、嫌有毒柿液体辨的液匪位进掌行连逮续测娱量测量妨精度厌几乎弟不受握被测低介质吵温度央、压虚力、侦相对位介电丑常数柄及其渐易燃威易爆希等恶旗劣工伪况的扰限制欢。7.欣5.诉1测量联原理发射校接收终的是辟高频咳电磁另波，功原理思类似评于超画声液雨位计朗。但番因是愉电磁抹波，翁波速洗与空惕气的喇温度间、湿电度等梨无关笨。德国E+历H挪FM蜜R2耀30雷达今液位杀计被设讨计用弊于对行液体略、颗识粒及览浆料进行熟连续意非接转触的板物位刃测量但。测量物不受缴介质形变化榴、温板度变象化、惰性膜气体援及蒸冠汽的瞎影响屠；喇叭预式天倦线，楼频率6G芦Hz；量程20轿m，精搭度±3弊mm；两线挂制，HA没RT协议因；西门矩子(S谢ie羊me叔ns闷)泽SI愈TR组AN妨S耽LR枝40确0雷达吐液位鬼计适用茶于测足量高县粉尘谱固体辱物料和低剂介电瓶常数泛液体帽物位纠。连续点波调绘频工码作方丸式；自动似抑制挺虚假亚回波工作签频率24尤GH秀z；量程50丹m，精徒度±6秋0m毯m；两线诞制，HA被RT协议蓄；现场涛本安创型的耗红外料手持赛编程嗓器对期仪表毯进行肃编程颤。雷达档探侧增器对手时间辅测量俩有两慢种方排式，不即微波服脉冲效法及连续凶波调惹频法。脉冲愈测量干法大异多采驳用5~搂6G携Hz辐射酬频率护，发次射脉英宽约8n既s；连续辩波调荐频法叉一般晌采用10痒GH裁z以上鸽载波返辐射巧频率碎，锯苍齿波锯宽带鸣调频前。7.劈燕5.佣2雷达辟液位们计的揭应用秒问题(1晨)介质围的相投对介边电常御数由于从雷达找液位废计发规射的安微波抚沿直秆线传稍播，娇在液累面处乡丰产生星反射俗和折列射时桥微波揭有效塌的反吵射信洗号强常度被宵衰减绞，当暂相对沙介电浆常数如小到贷一定肤值时土，会罚使微饺波有珍效信司号衰怎减过昂大，出导致裳雷达晃液位订计无个法正渠常工勺作。忌为避讽免上献述情习况的享发生权，被嗽测介锅质的燃相对谅介电康常数殃必须辞大于哈产品录所要奶求的描最小臂值，(2阴)温度叉和压么力微波槽的传歼播速株度不诸受温瓶度变庙化的馒影响糖。但挤对高袖温介弊质进饲行测软量时缴，需驳要对辜雷达讽液伙投计的冠传感半器和琴天线招部分狡采取爸冷却雄措施避，以享便保核证传互感器吧在允聚许的蔑温度品范围吹内正冻常工镇作；碰或使购雷达踏天线惜的喇牙叭口城与最损高液垄面间纽奉留有乳一定马的安剑全距猴离，夏以免研高温烧介质壶对天惯线的发影响航。由于池微波篇的传引播速幼度仅吵与相枪对介熟电常分数和肥磁导湖率有侦关，盐所以续雷达漆液位爪计可白以在间真空绵或受伟压状跟态下贺正常乏工作轰。但联是当谈容器测内压支力高虑到一高定程处度时懒，压醒力对记雷达凉测量判将带踏来误盖差。(3称)导波刺管(稳态龄管)使用贷导波秧管，桑主要靠为了配消除狱有可混能因遥容器夕的形倒状而睡导致法多重科回波惕所产沃生的冲干扰屿影响墙，或拿是在凭测量谱相对怕介电然常数苗较小虎