建筑环境测试技术之6物位测量

1、第六章第六章 物位测量物位测量 压力测量回顾l压力测量概念压力测量概念l三种测量方法三种测量方法平衡法平衡法变形法变形法电气法电气法电气式压力检测应变式电气式压力检测应变式 l应变片应变片在受压时形状发生变化，电阻因而变化在受压时形状发生变化，电阻因而变化l结构：弹性元件结构：弹性元件+应变片应变片l弹性元件：金属膜片，弹簧管等弹性元件：金属膜片，弹簧管等l应变片：金属丝或铂应变片：金属丝或铂l之间粘接之间粘接l原理原理弹性元件产生形变，应变片随形变而电阻变化弹性元件产生形变，应变片随形变而电阻变化压阻式压力传感器示意图压阻式压力传感器示意图l核心部件圆形单晶扩散硅膜片核心部件圆形单晶扩散硅膜

2、片布置四个扩散电阻，形成电桥布置四个扩散电阻，形成电桥l结构相对封闭两个腔结构相对封闭两个腔分别接测量端和参考端分别接测量端和参考端压力差形成单晶硅膜片变形压力差形成单晶硅膜片变形电桥失去平衡电桥失去平衡测量输出电压测量输出电压第六章第六章 物位测量物位测量两种物位测量要求：两种物位测量要求：l点式物位测量：点式物位测量：在一个离散的预先设定的物位点上进行监测。在一个离散的预先设定的物位点上进行监测。l连续式物位测量连续式物位测量监测全量程的物位连续变化。为了达到控制目的，监测全量程的物位连续变化。为了达到控制目的，控制点可以设定在全量程控制点可以设定在全量程0到到100之间的任之间的任何一个

3、点。何一个点。油水界面计浮球液位计高精度金属色带液位计油水界面计浮球液位计高精度金属色带液位计物位测量方法分类物位测量方法分类主要分类主要分类l静压式物位检测静压式物位检测l浮力式液位检测浮力式液位检测l电气式物位检测电气式物位检测l声学式物位检测声学式物位检测l射线式物位检测射线式物位检测第一节第一节 静压式物位检测静压式物位检测一一静压法测量原理静压法测量原理ghBPghBPphgph所以测得表压力所以测得表压力p即可求得液位高度即可求得液位高度h。若液位的高度位若液位的高度位h，则液体底部的压力为：则液体底部的压力为：二压力式液位计二压力式液位计（开口容器得液位测量）（开口容器得液位测量

4、）1用压力表测量液位：用压力表测量液位：2法兰式压力变送器测量液位法兰式压力变送器测量液位：用于粘度：用于粘度大、有沉淀、易结晶、易凝固或具有腐大、有沉淀、易结晶、易凝固或具有腐蚀性的介质，为防止导压管堵塞或腐蚀蚀性的介质，为防止导压管堵塞或腐蚀仪表，采用法兰式压力变送器。仪表，采用法兰式压力变送器。三差压式液位计三差压式液位计（密闭容器的液位测量）（密闭容器的液位测量）l抵消了容器上部压抵消了容器上部压力变化对测量的影力变化对测量的影响。响。ghpP11pP ghPPP安装方式安装方式:导压管、法兰式。导压管、法兰式。四、静压式的四、静压式的“量程迁移量程迁移”l原理原理要求：取压点与压力检

5、测仪表在同一水平高度要求：取压点与压力检测仪表在同一水平高度限制：安装位置及实际条件，产生附加静压误差限制：安装位置及实际条件，产生附加静压误差l方法方法受附加压力时仪表输出为受附加压力时仪表输出为“0”无迁移无迁移gHP负迁移负迁移BgHhhggHP11221)(正迁移正迁移)(hHgP图图6.2.6差压变送器的正负迁移示意图差压变送器的正负迁移示意图 实质：通过迁移弹簧改变变送器零点，实质：通过迁移弹簧改变变送器零点，从而同时改变量程的下限和上限而量程从而同时改变量程的下限和上限而量程保持不变。保持不变。1无迁移无迁移：gHP2负迁移负迁移：形成原因：容器中液体上方空间气体可凝，形成原因：

6、容器中液体上方空间气体可凝，或为防腐加隔离罐或采用法兰式测压差。或为防腐加隔离罐或采用法兰式测压差。1211ghgHPP正压室：正压室：221ghPP负压室：负压室：BgHhhggHP11221)(差压：差压：l为了使变送器的输出不受固定压差的影响，为了使变送器的输出不受固定压差的影响，采用零点迁移法，进行负迁移，迁移量为采用零点迁移法，进行负迁移，迁移量为B。 例如：已知例如：已知 ， ， ， ， ，31/1200mkg32/950mkgmh0 . 11mh0 . 52m0 . 30mHPagH3528038 . 912001液位高度变化形成液位高度变化形成的差压值为的差压值为PagH352

7、8038 . 912001求：求：1）计算差压的变化量？）计算差压的变化量？2）选择差压变送）选择差压变送器量程？器量程？3）计算差压变送器迁移量？）计算差压变送器迁移量？4）计算）计算迁移后差压变送器的压差测量范围？迁移后差压变送器的压差测量范围？5）计算迁）计算迁移后差压变送器的液位测量范围？移后差压变送器的液位测量范围？kPaP24.3724.370min负迁移后，差压变送器的最小测量量为：负迁移后，差压变送器的最小测量量为：PaghhB372408 . 9950) 15()(212所以可选择差压变送器量程为所以可选择差压变送器量程为40kPa所以负迁移量为所以负迁移量为37.240kP

8、a，即将差压，即将差压变送器的零点调为变送器的零点调为-37.240kPa。负迁移后，差压变送器的最大测量量为：负迁移后，差压变送器的最大测量量为：kPaP76. 224.3740min差压变送器的测量范围为：差压变送器的测量范围为：37.242.76kPa实际液位测量范围为：实际液位测量范围为：实际可测量液位范围为实际可测量液位范围为03.4mmH4 . 328.35/0 . 340max图图6.2.6差压变送器的正负迁移示意差压变送器的正负迁移示意图图)(hHgPgh正迁移量为正迁移量为3 正 迁 移正 迁 移 ： 变 送 器 位 置 低 于 液 面 基 准 面 。： 变 送 器 位 置

9、低 于 液 面 基 准 面 。图图6.2.6差压变送器的正负迁移示意图差压变送器的正负迁移示意图正、负迁移正、负迁移是通过迁是通过迁移弹簧改移弹簧改变变送器变变送器零点；零点；量程调节量程调节是是通过满度通过满度调节螺钉调节螺钉改变变送改变变送器满度值器满度值来实现来实现第二节第二节 浮力式液位检测浮力式液位检测一恒浮力式液位检测：一恒浮力式液位检测：基本原理基本原理：浮于液面上的：浮于液面上的浮子随着液位上升或下浮子随着液位上升或下降，根据浮子的位置实降，根据浮子的位置实现液位的检测。现液位的检测。例如例如：浮球式水位控制器：浮球式水位控制器：调整箱调整箱组件组件浮筒浮筒浮球浮球连杆连杆非导

10、非导磁管磁管下限下限水银水银开关开关磁钢磁钢上限上限水银水银开关开关二变浮力式液位检测（浮筒式液位计）二变浮力式液位检测（浮筒式液位计） 将一横截面积为将一横截面积为A，质量为，质量为m的空心金属浮筒悬挂在弹的空心金属浮筒悬挂在弹簧上，弹簧的下端被固定，簧上，弹簧的下端被固定，当测量桶内无水时，浮筒的当测量桶内无水时，浮筒的重力与弹簧力达到平衡时，重力与弹簧力达到平衡时，有：有：0Cxmg 当测量筒内有一定高度的液位当测量筒内有一定高度的液位H时，浮筒受到液体的浮力上浮时，浮筒受到液体的浮力上浮xhH)(0 xxCghAmg根据力平衡：根据力平衡：一般一般 xhhH 即即xgACH从而被测液位

11、从而被测液位H可表示为可表示为即弹簧的位移量与液位即弹簧的位移量与液位成正比。弹簧的顶端连接成正比。弹簧的顶端连接有一铁芯，铁芯随着弹簧有一铁芯，铁芯随着弹簧的位移在差动变压器内上的位移在差动变压器内上下移动输出位移信号。下移动输出位移信号。)(0 xxCghAmg浮球式液位计浮球式液位计浮筒液位计浮筒液位计第三节第三节 电气式物位检测电气式物位检测以以电容式电容式液位检测为例：液位检测为例：rRLCln210当两圆筒间充以介电常当两圆筒间充以介电常数为数为1的气体时，圆筒的气体时，圆筒的电容量为：的电容量为：圆筒形金圆筒形金属导体属导体 rRHrRHLCCCln2ln)(22121HrRrR

12、Lln)(2ln2121CC0当圆筒形电容器几何尺寸一定，电容器电容增量与当圆筒形电容器几何尺寸一定，电容器电容增量与液位高度液位高度H成正比。同时，两种介质的介电常数的成正比。同时，两种介质的介电常数的差值越大，差值越大， 越大，灵敏度高。越大，灵敏度高。C如果圆筒形电极间的一部分被介电常数为如果圆筒形电极间的一部分被介电常数为2的液体所浸没，被浸没的电极长度为的液体所浸没，被浸没的电极长度为H H，此时的电容量为：此时的电容量为：rRHrRHLCCCln2ln)(22121l适用对象：非导电液体或固体。适用对象：非导电液体或固体。l对于导电液体，电极要用绝缘物覆盖作对于导电液体，电极要用绝

13、缘物覆盖作为中间介质，而液体和外圆筒一起作为为中间介质，而液体和外圆筒一起作为外电极。外电极。v超声波物位检测方法通过测量声波从发射至接受反超声波物位检测方法通过测量声波从发射至接受反射回波的时间间隔来确定物位高低射回波的时间间隔来确定物位高低。第四节第四节 声学式物位检测声学式物位检测一一超声波检测原理超声波检测原理：v20kHz以上频率的机械波称为超声以上频率的机械波称为超声波。波。v当声波从一种介质向另一种介当声波从一种介质向另一种介质传播时，因为两种介质的密度质传播时，因为两种介质的密度不同和声波在其中的传播速度不不同和声波在其中的传播速度不同，在分界面上声波会产生反射同，在分界面上声

14、波会产生反射和折射。反射系数与声阻抗（和折射。反射系数与声阻抗（ ）有关，有关，vvtH21当超声波传播速度已知，可根据时间求得物位。当超声波传播速度已知，可根据时间求得物位。v基于基于压电效应压电效应、和、和逆压电效应逆压电效应。v发射器发射器：将交变电压转换成向外：将交变电压转换成向外发射的机械波。发射的机械波。v接收器接收器：把声能转换成电能。：把声能转换成电能。v实现方法实现方法：检测时一般采用较高：检测时一般采用较高频率的超声脉冲。这样可减少了频率的超声脉冲。这样可减少了单位时间超声波的发射能量，又单位时间超声波的发射能量，又可提高超声脉冲的幅值可提高超声脉冲的幅值v好处：前者有利于

15、减少空化效应，好处：前者有利于减少空化效应，温升效应，后者可提高测量精度。温升效应，后者可提高测量精度。二二超声波物位计的接收和发射超声波物位计的接收和发射超声波传播速度的补偿方法超声波传播速度的补偿方法v温度补偿温度补偿v设置校正具设置校正具二、电极式液位计二、电极式液位计 利用液体导电原理利用液体导电原理制成，是一种简易制成，是一种简易液位计。工作原理液位计。工作原理见图见图BW25浮筒式液位计浮筒式液位计产品特点产品特点 l 全金属结构，简洁耐用全金属结构，简洁耐用 l 使用使用M7指示器线性指示被测液位指示器线性指示被测液位 l 最高使用温度可达最高使用温度可达400 l 最高工作压力可达最高工作压力可达70MPa l 最多可安装两个限位开关最多可安装两个限位开关 l 4 2 0 m A 电 流 输 出电 流 输 出主要技术参数主要技术参数l 测量范围：测量范围：0.36 m l 测量精度：测量精度：1.5% F.S 浮球式液位控浮球式液位控制器制器l与电机启动控制装置配套，与电机启动控制装置配套，用以控制工业或民用水槽、用以控制工业或民用水槽、水箱、水塔和各种酸碱、贮水箱、水塔和各种酸碱、贮液槽的液位液槽的液位 l 控制范围：控制范围：2008000mm（超出（超出4000mm时分节装）时分节装） l输出信号：干簧触点输出信号：干簧触点AC3