第七章 物位检测110206

1、第七章 物位检测 1.物位的定义和分类 2.常用检测方法 3.影响物位测量的因数 7.1.物位的定义及物位检测仪表 的分类 n“物位”一词统指设备和容器中液体或固体物料的表 面位置。对应不同性质的物料又有不同的定义： n液位：设备和容器中液体介质表面的高低。 n料位：设备和容器中所储存的块状、颗粒或粉末状 固体物料的堆积高度 n界位：相界面位置， 如液-液相界面（水/油）； 液-固相界面（液/颗粒物）； n物位是液位、料位、界位的总称。本课程的主要讨论 液位测量方法。 7.1.2.物位检测仪表的分类 n物位检测仪表按测量方式分类： na.连续测量方式能持续测量物位的变化和 波动； nb.定点测

2、量方式只检测物位是否到达预定 的上下限或某个特定位置； n物位检测仪表按工作原理分类： 1)直读式、 2)静压式、 3)浮力式、 4)机械式、 5)电气式 7.1.2.1直读式液位测量仪表 n直读式：采用侧壁开 窗口或旁通管方式，直 接显示容器中物位的高 度。 n实例： 小型低压锅炉水位测量 和监视，采用简单的玻 璃管水位计，利用连通 管原理实现。 使用条件： 温度不太高， 低压力状态， 适合场地便于观察 7.1.2.2其它物位检测方法 n静压式：容器内液面高度与液住重量形成的 静压力成比例关系，当被测介质密度不变时， 通过测量参考点的压力可测知相应的液位。 n浮力式：浮子或浮筒在液面变动时其

3、浮力会 发生相应的变化，从而可测得液位。 n机械接触式：通过测量物位探头与物料面接 触时的机械力实现物位的测量。 n电气式：将电气式物位敏感元件置与被测介 质中，当物位变化时通过检测这些电量的变化 可知物位。 n其他物位检测法：声学式、光纤式、射线式 等。 7.2.常用物位检测仪表 n7.2.1.静压式液位检测仪表 n静压式检测方法的测量原理是将液位的检测转换为静 压力测量。 n静压差p可表示为： np为介质密度， ng为重力加速度， nH液位高度 nPa液面的压力（大气压） nPb液底测压点的压力 n当Pa=0（通大气）， n有：p = Pb = Hpg gHpppAB 7.2.1.1静压式

4、液位检测条件 n应用条件： 1）介质密度不变； 2）液面上方压力恒定不变； 问题：问题： 密闭容器中液面上方气相压力改变时，直 接影响液面压力，并进而叠加到液底测压点的 压力上，即使液位无改变，Pb压力值也随之变 化。因此，静压式测量方法必须使Pa通大气， 适用于开口容器的液位测量。 解决方案：解决方案： 测量Pa, Pb两个压力值，求取差压dP，即 采用差压法替代静压法。 7.2.1.1.差压液位计原理 n凡是可以测压力和压差的仪表，选择合适的量程均可 用于检测液位。此仪表的特点是测量范围大，安装方 便工作可靠。 n下图是两种不同容器的液位测量原理： na) 静压式方法 b) 差压式方法 7

5、.2.1.1.差压液位计原理1 n差压关系式： 正压侧：P+= P + Hpg ; （1） 负压侧：P- = P ; （2） 差压： dP = P+ - P- = Hpg ; （3） （3）表明差压只与液位高度H相关，与气相压 力P无关。 在受压容器中，气相压力的变化会通过引压管 路同时作用到差压计的正负压侧，因而可以在 差压计中对冲抵消，从而并不影响液位产生的 压力值Hpg。 n结论：差压法适合受压容器的液位测量。 7.2.1.1.差压液位计应用实例1 n基本关系： ndP=Hpg+hpg ; n1)当液位低于Hmin时，H=0 ， ndP=hpg 零点迁移值 n2)液位测量正常工作于： n

6、Hmin H Hmax, 这时dP=? n超液位后又回到正常状态， 这时dP=? 结论：右图设计方案在实用中存 在无法复原的问题，不适合实际 应用。 7.2.1.1.差压液位计应用实例2 n实用设计方案的产生， 改进措施增加储液 罐GL，装于最高液位测 量处Hmax，并连接差压 计负压侧。 n基本关系： ndP=Hpg-Hmaxpg n当H=Hmax时， ndP=dPmax=0 n当H=Hmin时， ndP=dPmin=-Hmaxpg n需要进行零点负迁移， 可保证超液位后的恢复 正常测量。 7.2.1.1.差压液位计实例2操作要点 n投入运行操作：投入运行操作： 1）安装差压计到正确位置，连

7、接管道完毕，打开平衡阀，连通正负 压侧； 2）缓慢打开正压侧阀门，引入压力，这时正负压侧压力相同； 3）关闭平衡阀，切断正负压侧联系； 4）打开负压侧阀门，引入负压侧压力，差压计进入正常工作。 n退出运行操作：退出运行操作： 1）关闭正压侧阀门，切断压力传递； 2）打开平衡阀，使差压计两端压力平衡相等； 3）关闭负压侧阀门，切断压力传递； 4）缓慢松开差压计连接管道，释放压力，拆下差压计。 n平衡阀的作用：平衡阀的作用： 保证差压计不单相受压，招受损坏！ 注意注意：差压本身很小，但正压侧和负压侧压力都可能很大。 零点迁移：差压计的调整零点位置机构对感压元 件预加一个作用力将仪表的零点迁移到与液

8、位零 点相重合的地方。 n为使仪表零点指示液位的零点需要调整的迁移量 为正值的话那么这种迁移成为正迁移，反之，迁 移量为负值的话就叫负迁移。 n 对于有可凝结蒸汽或采用隔离介质的液位测量 系统，差压计的负压侧通 常有一个固定的压力偏置 量如图所示，这时加在两 侧的压力为： ghhgHp2121)( n法兰式仪表用于对有腐蚀性或有结晶颗粒、粘 度大、易凝固的液体介质进行测量。 n因为仪表不和被测容器的 最低液位处一至所以要进行 修正。如图7-4（a）。 n其差压公式为： ghgHp 7.2.1.1.差压液位计应用实例思考 n应用实例2的方案存在较大的零点迁移问题，实际使用 时差压计的负压侧始终高

9、于正压侧的压力。为避免这 种状态出现，请考虑将正负压侧对调连接正负压侧对调连接。 n思考题思考题1：分析这种方案： n1）基本关系； n2）零点迁移量？ n3）出现最大差压的测量点在何处？ n4）液位变化与差压变化的规律？液位最高点时差压多 达？ n思考题思考题2： n用差压法测量容器液位，有效液位高度0.2-3.0m，密 度p=0.9，静压力P=0.6MP，请设计一液位测量系统， 作图说明。 7.2.1.2.吹气式液位计 n吹气式液位计的原理如图所示：将一根吹气管 插入至被测液体的最低位，使吹气管通入一定 量的气体，使吹气管中的压力与管口处液柱静 压力相等。用压力计测量吹气管上端压力就可 测

10、得液位。 n 特点：使用和维修方便。 n 液位测量精确度取决于测压 仪表的精度以及液体的温度。 7.2.2.浮力式物位检测仪表 n7.2.2.1.浮子式液位计 n它是一种恒浮力式液位计。作为检测元件的浮 子漂浮在液面上随着液面的变化 而上下移动其所受浮力的大小 保持一定，检测浮子所在位置 就知液面高低。 n原理如图所示： n浮子所受浮力为： n浮力变化F与液位变化H的 n关系可表示为： gh D F 4 2 4 2 D g H F 7.2.2.2.浮筒式液位计 n这是一种变浮力式液位计，作为检测元 件的浮筒部分浸于液体中，利用浮筒被 液体浸没高度不同引起的浮力变化而检 测液位。 n 对应于起始

11、液位有以下关系： n当液位变化时： n结合上面两式可得： n液位高度为： gAHmgcx0 gxHHAmgxxc)()(0 x gA c H)1 ( HHH 7.2.3.其他物位测量仪表 n7.2.3.1.电容式物位计 n电容式物位计的工作原理基于圆筒形电容器的电容值 随物位而变化。 n原有的介质的介电常数为 被测物料的介电常数为 电极浸没深度为H则电容变化为 dD l C /ln 2 0 H dD kC /ln )(12 1 2 7.2.3.2超声式物位计 n利用超声波发射和接收的时间间隔与分 界面位置有关的比例关系测量物位。 根据传播介质的不同可分为固介式，液介式和 气介式。 n液介式：

12、n7.2.3.3.核辐射式物位计 利用核辐射线在穿透物质时将被衰减的现象来 确定物位。 在核电站等处应用 ctH 2 1 H eII 0 7.2.3.2超声液位测量原理 n超声波在液体中的传播速度c 固定； n超声波在液面处反射； n求取发射和接收信号的时间 差dT; n计算液位H=1/2cdT; n注意： n1）温度影响液体中的传播速 度； n2）液位波动反射信号识别要 求高； n3）适合高粘度介质，有毒液 体，密闭容器中测量. 超声液位计产品 液位雷达 n微波发射和接收原理 实现液位测量。 7.2.3.3.定点测量物位方法 n定点测量开关量输出（H/L） 测量要求：输出信号表示物位是 否达

13、到或超过预定界限。 n磁浮子液位开关原理： n桶内浮球与桶外开关触点为磁性 联系， n浮球低位输出低信号L; n浮球高位输出高信号H; n液位开关信号输出： n1）液位低于下限位，输出LL， 液位低；需要进料； n2）液位介于上下液位之间 n输出LH，液位中间（正常）； n3）液位高于上限位，输出HH， 液位高；停止进料； n适用于腐蚀性介质的液位测量。 n问题：液位开关适用于哪些夜位 测量场合？是否可以连续测量液 位变化？ 7.2.3.4.物位开关 n用于检测物位是否达到预定高度，并发出相应的开关 信号。其工作原理与相应的连续测量仪表相同。 n利用全反射原理制成的开关式光纤液位探测器 7.3.影响物位测量的因素 n7.3.1.液位测量的特点 绝对静止，规则的液面是不存在的。 容器中各处液体的物理特性不相同 液体呈高温高压高粘度状态或含有大量杂质、悬浮物。 n7.3.2.料位测量的特点 料面不规则，存在自然堆积的角度 物料排出后存在滞留区 物料中的空隙不稳定，会影响容器中实际储量的计 量。 7.3.3.界位测量 n界