物位检测完整版

1、 测量液位的仪表叫测量液位的仪表叫液位计液位计，测量料位的，测量料位的 仪表叫仪表叫料位计料位计，测量两种密度不同液体介，测量两种密度不同液体介 质的分界面的仪表叫质的分界面的仪表叫界面计界面计。 在物位检测中，有时需要对物位进行在物位检测中，有时需要对物位进行 连续检测，有时只需要测量物位是否达到连续检测，有时只需要测量物位是否达到 某一特定位置，用于某一特定位置，用于定点物位定点物位 物位开关物位开关 三、检测方法分类三、检测方法分类 物位传感器种类较多物位传感器种类较多, , 按其工作原理可分为下列按其工作原理可分为下列 几种类型几种类型: : 二、物位检测的作用二、物位检测的作用 1、

2、确定容器中的贮料数量，以保证连续生产的需确定容器中的贮料数量，以保证连续生产的需 要或进行经济核算；要或进行经济核算； 2 2、为了监视或控制容器的物位，使它保持在规定、为了监视或控制容器的物位，使它保持在规定 的范围内；的范围内； 3 3、对它的上下极限位置进行报警，以保证生产安、对它的上下极限位置进行报警，以保证生产安 全、正常进行。全、正常进行。 1、直读式物位仪表、直读式物位仪表：根据流体的连通性原：根据流体的连通性原 理测量液位。如玻璃管液位计、玻璃板液位理测量液位。如玻璃管液位计、玻璃板液位 计等。（计等。（ E:动画素材库动画素材库直读式液位计直读式液位计.swf） 2、差压式物

3、位仪表、差压式物位仪表：利用液柱或物料堆积：利用液柱或物料堆积 对某定点产生压力的原理而工作。对某定点产生压力的原理而工作。 3、浮力式物位仪表、浮力式物位仪表：利用浮子高度或浮力：利用浮子高度或浮力 随液位高度而变化的原理工作。随液位高度而变化的原理工作。 4、电磁式物位仪表、电磁式物位仪表：使物位的变化转换为：使物位的变化转换为 一些电量的变化，如电容式、电极式。一些电量的变化，如电容式、电极式。 5、核辐射物位仪表、核辐射物位仪表：利用射线透过物料时：利用射线透过物料时 其强度随物质层的厚度而变化的原理。其强度随物质层的厚度而变化的原理。 6、声波式物位仪表：、声波式物位仪表：由于物位的

4、变化引起由于物位的变化引起 声阻抗的变化、声波的遮断和声波反射距离声阻抗的变化、声波的遮断和声波反射距离 的不同，测出这些变化就可测知物位。根据的不同，测出这些变化就可测知物位。根据 工作原理分为声波遮断式、反射式和阻尼式工作原理分为声波遮断式、反射式和阻尼式 。 7、光学式物位仪表、光学式物位仪表：利用物位对光波的遮：利用物位对光波的遮 断和反射原理工作。断和反射原理工作。 8、其它形式、其它形式： 如微波式、如微波式、 激光式、激光式、 射流射流 式、式、 光纤维式传感器等等。光纤维式传感器等等。 玻璃板液位计玻璃板液位计 电动浮筒液位变送器电动浮筒液位变送器 石英玻璃管液位计石英玻璃管液

5、位计 静压式液位变送器静压式液位变送器 浮球液位变送器浮球液位变送器 浮球液位变送器浮球液位变送器 静压式液位变送器静压式液位变送器 电容式物位变送器电容式物位变送器 超声波物位变送器超声波物位变送器 p1= H g + p2 p = p1-p2= H g 式中：式中： H液位高度；液位高度； 介质密度；介质密度； g重力加速度。重力加速度。 p2 p1 一、工作原理一、工作原理 利用容器内的液位改变时，由液柱产生的静压利用容器内的液位改变时，由液柱产生的静压 也相应变化的原理而工作的，如图所示。也相应变化的原理而工作的，如图所示。 设容器上部空间为干燥气体，其压力为设容器上部空间为干燥气体，

6、其压力为p2，下，下 部取压点压力为部取压点压力为p2 ，则：，则： 若被测容器是敞口的，则气相压力为大气压，若被测容器是敞口的，则气相压力为大气压， 只需将差压变送器的负压室通大气，或用压力变送只需将差压变送器的负压室通大气，或用压力变送 器，或用压力表即可测量。器，或用压力表即可测量。 二、零点迁移问题二、零点迁移问题 差压变送器安装位置条件不同存在着仪表零点迁差压变送器安装位置条件不同存在着仪表零点迁 移问题。移问题。 1无迁移无迁移（E:动画素材库动画素材库差压式液位计差压式液位计A.swf） 理想测量条件下，液位理想测量条件下，液位H=0时，变送器的输入压时，变送器的输入压 差信号差

7、信号P=0，差压变送器的输出为零点信号，差压变送器的输出为零点信号4mA。 零点是对齐的：零点是对齐的： H0时时 p = H g =0 I0=4mA 这种情况称为无迁移。这种情况称为无迁移。 p = p1-p2 = ( h1 2g + H 1g + p0 ) ( h2 2g + p0 ) = H 1g - ( h2- h1) 2g 2、负迁移、负迁移（E:动画素材库动画素材库差压式液位计差压式液位计c.swf） 如图所示，变送器和容器之间用隔离罐隔离时：如图所示，变送器和容器之间用隔离罐隔离时： 当当 H =0时，时， p = - ( h2 - h1) 2g 此时，变送器应输此时，变送器应输

8、 出出4mA以下，但变送器以下，但变送器 的输出只能是的输出只能是420mA 实际应用时，由于差压变送器安装位置的限制，实际应用时，由于差压变送器安装位置的限制， 测量零点很难对齐，需要对变送器的零点进行迁移。测量零点很难对齐，需要对变送器的零点进行迁移。 v 零点迁移的方法是，另加零点迁移的方法是，另加 ( h2- h1) 2g 信号，信号，抵抵 消消( h2- h1) 2g的影响。使：的影响。使：H =0 时，时， p =0 H p 0 I/mA p 4 20 I/mA p 4 20 H p 0 迁移前迁移前 迁移后迁移后 方法是在仪表上加一弹簧装置，以抵消固定方法是在仪表上加一弹簧装置，

9、以抵消固定 差压差压(h2-h1)2g的作用，这种方法为的作用，这种方法为“迁移迁移”，用，用 来进行迁移的弹簧称为迁移弹簧。来进行迁移的弹簧称为迁移弹簧。 迁移弹簧的作用是改变了变送器的零点。迁迁移弹簧的作用是改变了变送器的零点。迁 移和调零都是使变送器输出的起始值与被测量起移和调零都是使变送器输出的起始值与被测量起 始点相对应，只不过零点调整量通常较小，而零始点相对应，只不过零点调整量通常较小，而零 点迁移量则比较大。点迁移量则比较大。 迁移同时改变了测量范围的上、下限，相当迁移同时改变了测量范围的上、下限，相当 于测量范围的平移，它不改变量程的大小。于测量范围的平移，它不改变量程的大小。

10、 这种迁移是向负方向迁移了一个这种迁移是向负方向迁移了一个固定压差值固定压差值， 故称之为负迁移。故称之为负迁移。 3、正迁移、正迁移（E:动画素材库动画素材库差压式液位计差压式液位计B.swf） 有时变送器不能和容器底部安装在同一水平面有时变送器不能和容器底部安装在同一水平面 上。如图所示，有：上。如图所示，有：P = Hg hg H=0 时，时，P =hg H p 0 I/mA p 4 20 迁移的目的：迁移的目的： 使变送器输出的起点与被测量起点相对应。使变送器输出的起点与被测量起点相对应。 此时需要迁移此时需要迁移hg H p 0H p 0 例如，某差压变送器的测量范围为例如，某差压变

11、送器的测量范围为050MPa， 对应输出从对应输出从4mA变化到变化到20mA，这是无迁移的情况，这是无迁移的情况， 如图中曲线如图中曲线a所示。若因安装的原因：所示。若因安装的原因： H=0时，时， P=10 MPa， 则需负迁移。则需负迁移。 H=0时，时， P=10 MPa， 则需正迁移。则需正迁移。 无迁移无迁移 负迁移负迁移 正迁移正迁移 -1050 c a b 20 4 0 I0/mA P/MPa10 三、用法兰式差压变送器测量液位三、用法兰式差压变送器测量液位 在测量含有结晶颗粒、有腐蚀性、粘度大、易凝在测量含有结晶颗粒、有腐蚀性、粘度大、易凝 固等液体液位时，引压管线可能被腐蚀

12、、被堵塞。可固等液体液位时，引压管线可能被腐蚀、被堵塞。可 使用加隔离膜盒的法兰式差压变送器。使用加隔离膜盒的法兰式差压变送器。 插入式法兰插入式法兰平法兰平法兰 吹气式液位测量装置吹气式液位测量装置 E:E:动画素材库动画素材库 吹气式液位测量装置吹气式液位测量装置.swf 第三节 其他物位计 一、电容式物位计一、电容式物位计 1 1、工作原理、工作原理 由两个同轴圆柱极板组成的由两个同轴圆柱极板组成的 电容器，当两极板之间填充介电电容器，当两极板之间填充介电 常数为常数为1 1的介质时，其电容量为：的介质时，其电容量为： 1 2 ln() L C D d d D L 1 利用电容器的极板之

13、间介质变化时，电容量也利用电容器的极板之间介质变化时，电容量也 相应变化的原理测量物位，可测量液位、料位和两相应变化的原理测量物位，可测量液位、料位和两 种不同液体的分界面。种不同液体的分界面。 当极板之间一部分介质被介电常当极板之间一部分介质被介电常 数为数为2 2的另一种介质填充时，可推的另一种介质填充时，可推 导出电容变化量：导出电容变化量： 21 2 () ln() H CKH D d 当电容器的几何尺寸和介电当电容器的几何尺寸和介电 常数保持不变时，电容变化量就常数保持不变时，电容变化量就 与物位高度与物位高度H H成正比。成正比。 D d L H2 1 （1）非导电介质液位的测量）

14、非导电介质液位的测量 1-内电极 2-外电极 3-绝缘套 由内电极和一个与它相绝由内电极和一个与它相绝 缘的同轴金属圆筒制做的外电缘的同轴金属圆筒制做的外电 极所组成，外电极上开有孔和极所组成，外电极上开有孔和 槽，以便被测液体自由地流进槽，以便被测液体自由地流进 或流出。内、外电极之间采用或流出。内、外电极之间采用 绝缘套进行绝缘固定。绝缘套进行绝缘固定。 KH D/d H C )ln( )(2 12 2 1 （2 2）导电介质液位的测量）导电介质液位的测量 导电介质液位的测量 KH rR H C )/ln( 2 若被测介质为导电液若被测介质为导电液 体，内电极要用绝缘物覆盖体，内电极要用绝

15、缘物覆盖 作为作为中间介质中间介质，导电液体与，导电液体与 金属容器壁一起作外电极。金属容器壁一起作外电极。 若中间绝缘介质介电常数为若中间绝缘介质介电常数为 ，电极被导电液体浸没的电极被导电液体浸没的 高度为高度为H ，则该电容器的电，则该电容器的电 容增量为：容增量为： （3 3）固体料位的测量）固体料位的测量 由于固体物料的流动性较差，由于固体物料的流动性较差， 故不宜采用双筒式电极。故不宜采用双筒式电极。 对非导电固体物料的料值测量对非导电固体物料的料值测量 通常采用一根电极棒，插入容器内通常采用一根电极棒，插入容器内 的被测物料中作为内电极，容器壁的被测物料中作为内电极，容器壁 作为

16、外电极，其电容变化量与被测作为外电极，其电容变化量与被测 料位的关系仍可用非导电液位的表料位的关系仍可用非导电液位的表 达式来描述，只是此时达式来描述，只是此时代表固体代表固体 物料的介电常数，物料的介电常数，R R代表容器器壁代表容器器壁 内径。内径。 非导电固体料位测量非导电固体料位测量 1-金属棒内电极金属棒内电极 2-容器壁容器壁 电容式油量表原理电容式油量表原理.swf E:E:动画素材库动画素材库 电容式油量表原理电容式油量表原理.swf 电容式液位计电容式液位计 E:E:动画素材库动画素材库 电容式液位计电容式液位计.swf 电容液位计原理图电容液位计原理图 E:E:动画素材库动

17、画素材库 电容液位计原理图电容液位计原理图.swf 测量电容量可用交流电桥，也可用其他方法测测量电容量可用交流电桥，也可用其他方法测 定。例如充放电法。定。例如充放电法。 如图所示，用振荡器给液位电容如图所示，用振荡器给液位电容Cx加上幅度和加上幅度和 频率恒定的矩形波。若矩形波的周期频率恒定的矩形波。若矩形波的周期T远大于充放远大于充放 电回路的时间常数，则每个周期都有电荷电回路的时间常数，则每个周期都有电荷 Q=CxE 对对Cx 充放电，二极管将充电和放电电流检波，可用充放电，二极管将充电和放电电流检波，可用 微安表测得平均电流。微安表测得平均电流。 可见，充电可见，充电(或放电或放电)的

18、平均电流的平均电流 与液位电容成正比，微安表的读数可与液位电容成正比，微安表的读数可 反映液面的高低。反映液面的高低。 EfC T EC I x x 流过微安表的平均电流为：流过微安表的平均电流为： 式中，式中， E矩形波电压幅度，矩形波电压幅度， f 矩形波频率矩形波频率 3特点和要求：特点和要求： 电容式物位计可以用于液位的测量，也可电容式物位计可以用于液位的测量，也可 以用于料位的测量，但要求介质的介电常数保以用于料位的测量，但要求介质的介电常数保 持稳定。在实际使用过程中，当现场温度、被持稳定。在实际使用过程中，当现场温度、被 测液体的浓度、固体介质的湿度或成分等发生测液体的浓度、固体

19、介质的湿度或成分等发生 变化时，介质的介电常数也会发生变化，应及变化时，介质的介电常数也会发生变化，应及 时对仪表进行调整才能达到预想的测量精度。时对仪表进行调整才能达到预想的测量精度。 1 1、工作原理、工作原理 核辐射线（通常为核辐射线（通常为射线）射线） 穿过一定厚度的被测介质时，射穿过一定厚度的被测介质时，射 线的投射强度将随介质厚度的增线的投射强度将随介质厚度的增 加而呈指数规律衰减的原理来测加而呈指数规律衰减的原理来测 量物位的。量物位的。 辐射源 接收器 0 H II e I I0 0表示进入物料之间的射线强度；表示进入物料之间的射线强度；表示物料的吸收表示物料的吸收 系数；系数

20、；H H为物料的厚度；为物料的厚度；I I为穿过介质后的射线强度。为穿过介质后的射线强度。 E:动画素材库动画素材库核辐射式液位计核辐射式液位计.swf 2 2、特点和要求、特点和要求 核辐射式物位计属于非接触式物位测量仪表。核辐射式物位计属于非接触式物位测量仪表。 适用于高温、高压、强腐蚀、剧毒等条件苛刻的场适用于高温、高压、强腐蚀、剧毒等条件苛刻的场 合。合。 核射线还能够直接穿透钢板等介质，可用于高温熔核射线还能够直接穿透钢板等介质，可用于高温熔 融金属的液位测量。融金属的液位测量。 使用时几乎不受温度、压力、电磁场的影响。使用时几乎不受温度、压力、电磁场的影响。 但由于射线对人体有害，

21、因此射线的剂量应严加控但由于射线对人体有害，因此射线的剂量应严加控 制，且须切实加强安全防护措施。制，且须切实加强安全防护措施。 注意：工业现场一般不优先考虑使用核辐射式物位计注意：工业现场一般不优先考虑使用核辐射式物位计 三、雷达物位计三、雷达物位计 1 1、测量原理、测量原理 一个雷达（微波）信号经过天线发射一个雷达（微波）信号经过天线发射, ,由测量由测量 介质表面反射回来，被天线接收，产生了一个时介质表面反射回来，被天线接收，产生了一个时 间差间差t t。 雷达雷达物位计物位计使用的是高频信号，这个信号发使用的是高频信号，这个信号发 射到测量介质表面后，经反射射到测量介质表面后，经反射

22、, ,又被接收又被接收, ,有一个有一个 时间滞后的过程。进一步的信号处理时间滞后的过程。进一步的信号处理, , 频率差频率差ff 由发射频率与接收频率计算出来。这个频率差与由发射频率与接收频率计算出来。这个频率差与 雷达信号的传输距离成正比。频率差越大雷达信号的传输距离成正比。频率差越大, ,雷达信雷达信 号传输距离越大号传输距离越大, ,反之亦然。反之亦然。 2 2、雷达液位计雷达液位计特点特点 有极宽的频谱（波长有极宽的频谱（波长=1.0 mm1.0m）可）可 供选用，可根据被测对象的特点选择不同的测量频供选用，可根据被测对象的特点选择不同的测量频 率；率； 在烟雾、在烟雾、 粉尘、粉尘

23、、 水汽、水汽、 化学气氛以及高、化学气氛以及高、 低温环境中对检测信号的传播影响极小，低温环境中对检测信号的传播影响极小， 因此可以因此可以 在恶劣环境下工作；在恶劣环境下工作； 时间常数小，时间常数小， 反应速度快，反应速度快， 可以进行动态可以进行动态 检测与实时处理，检测与实时处理， 便于自动控制；便于自动控制； 测量信号本身就是电信号，无须进行非电测量信号本身就是电信号，无须进行非电 量的转换，量的转换， 从而简化了传感器与微处理器间的接从而简化了传感器与微处理器间的接 口。口。 传输距离远，便于实现遥测和遥控；传输距离远，便于实现遥测和遥控； 微波无显著辐射公害。微波无显著辐射公害

24、。 缺点：微波传感器存在的主要问题是零点漂缺点：微波传感器存在的主要问题是零点漂 移和标定尚未得到很好的解决。移和标定尚未得到很好的解决。 其次，其次， 测量环测量环 境对测量结果影响大，境对测量结果影响大， 如温度、如温度、 气压、气压、 取样位取样位 置等。置等。 3、雷达液位计的应用、雷达液位计的应用 用于过程罐或旁通管安装用于过程罐或旁通管安装 用于储罐测量用于储罐测量 用于液化气罐用于液化气罐用于颗粒测量用于颗粒测量 用于储罐用于储罐 介质介质石蜡；天线环境石蜡；天线环境结露；介质液面结露；介质液面平稳；平稳； 温度温度70 ；压力；压力环境压力环境压力 用于过程罐用于过程罐 介质介

25、质 乙醇；天线环境乙醇；天线环境结露；介质液面结露；介质液面波动；温度波动；温度 90 ，压力，压力 0.2MPa 在喇叭天线结晶的介质测量在喇叭天线结晶的介质测量 介质介质烧碱；天线环境烧碱；天线环境粉尘粉尘,结露；介质液面结露；介质液面泡沫；泡沫； 温度温度50 ；压力；压力环境压力环境压力 储罐液体称重仪被广泛地使用在石油、化储罐液体称重仪被广泛地使用在石油、化 工部门，测量各种大型储罐的储量。储罐由于工部门，测量各种大型储罐的储量。储罐由于 高度与直径都很大，即使液位变化高度与直径都很大，即使液位变化12mm， 都会有几百公斤到几吨的差别，所以液位的测都会有几百公斤到几吨的差别，所以液

26、位的测 量要求很精确。同时，液体量要求很精确。同时，液体(例如油品例如油品)的密度的密度 会随温度发生较大的变化，而大型容器由于体会随温度发生较大的变化，而大型容器由于体 积很大，各处温度很不均匀。因此，即使液位积很大，各处温度很不均匀。因此，即使液位 (即体积即体积)测量准确，也难以反映罐中真实的质测量准确，也难以反映罐中真实的质 量储量。利用称量仪，就能很好地进行测量。量储量。利用称量仪，就能很好地进行测量。 称量仪是由传感器和数字显示仪表组称量仪是由传感器和数字显示仪表组 成。它的基本原理是利用测量压力或压差成。它的基本原理是利用测量压力或压差 的方法对罐内液体的质量进行计量。传感的方法

27、对罐内液体的质量进行计量。传感 器完成称量罐内单位面积上液体的质量并器完成称量罐内单位面积上液体的质量并 转换成相应的压力信号、以编码形式送给转换成相应的压力信号、以编码形式送给 数字显示仪表进行显示。称量仪可用于计数字显示仪表进行显示。称量仪可用于计 量储罐内的各种液体和石油产品的质量。量储罐内的各种液体和石油产品的质量。 称量仪是根据天平原理设计的。它的原称量仪是根据天平原理设计的。它的原 理如图所示。罐顶气相压力理如图所示。罐顶气相压力P P1 1与罐底油品压与罐底油品压 力力P P2 2分别引至下波纹管分别引至下波纹管1 1和上波纹管和上波纹管2 2。两波。两波 纹管的有效面积纹管的有

28、效面积A1A1相等，差压引入波纹管，相等，差压引入波纹管， 产生总的作用力，作用于杠杆系统，使杠杆产生总的作用力，作用于杠杆系统，使杠杆 失去平衡，于是通过发讯器、放大器接通电失去平衡，于是通过发讯器、放大器接通电 机线路，使可逆电机旋转，并通过丝杠带动机线路，使可逆电机旋转，并通过丝杠带动 砝码直至由砝码作用于杠杆的力矩与测量力砝码直至由砝码作用于杠杆的力矩与测量力 ( (由差压引起由差压引起) )作用于杠杆的力矩平衡时，电作用于杠杆的力矩平衡时，电 机才停止转动。机才停止转动。 由于砝码的移动是由丝杠带动的，因此平由于砝码的移动是由丝杠带动的，因此平 衡砝码移动的距离衡砝码移动的距离L2正

29、比于丝杠转过的角度，正比于丝杠转过的角度， 此转角又通过齿轮传动使码盘转动，所以此转角又通过齿轮传动使码盘转动，所以L2也也 就与码盘转角成比例。又由于就与码盘转角成比例。又由于L2正比于油罐内正比于油罐内 单位面积上液体的质量，故码盘的转角也就和单位面积上液体的质量，故码盘的转角也就和 单位面积上液体的质量有一一对应关系。码盘单位面积上液体的质量有一一对应关系。码盘 发出的编码信号送到显示部分，经过译码器就发出的编码信号送到显示部分，经过译码器就 可用数字显示出罐内单位面积上液体的质量。可用数字显示出罐内单位面积上液体的质量。 浮力式液位传感器浮力式液位传感器 浮力式液位传感器是利用液体浮力测量液浮