第4章 物 位 检 测

1、检测技术及仪表 主编毛徐辛 第4章物 位 检 测4.1物位检测简介4.2直读式液位计4.3浮力式液位计4.4静压式液位计4.5电容式物位计4.6雷达液位计4.7其他物位计4.8实训电容式液位计调校4.1物位检测简介4.1.1物位及物位检测目的确定容器中物体的存储量，实现计量、保证物料平衡; 控制物位保证安全生产、保证产品质量和产量。 4.1.2物位检测方法 (1)直读式 (2)静压式 (3)浮力式 (4)电气式 (5)微波式 (6)声波式 (7)辐射式4.2直读式液位计4.2.1检测原理连通器原理。图4-1直读式液位计检测原理4.2直读式液位计4.2.2直读式液位计结构类型1.玻璃管液位计图4

2、-2石英玻璃管液位计的结构及外形4.2直读式液位计2.玻璃板液位计图4-3玻璃板液位计4.3浮力式液位计4.3.1恒浮力式液位计漂浮于液面上的浮子(或浮球)的位置始终跟随液位的变化而变化。常见的恒浮力式液位计有浮子式液位计、浮球式液位计和磁翻转式液位计等。1.浮子式液位计图4-4浮子式液位计4.3浮力式液位计(1)工作原理TFW（4-24-2）W：浮子所受的重力（：浮子所受的重力（N N）；）；F：浮子所受的浮力（浮子所受的浮力（N N）；）；T：预紧发条对浮子的拉力（：预紧发条对浮子的拉力（N N）。）。4.3浮力式液位计图4-6编码钢带式液位计(2)浮子式液位计类型1)浮子钢带式液位计2)

3、编码钢带式液位计图4-5浮子钢带式液位计1浮子2钢带3滑轮4导向钢丝5导向轮6钉轮7收带轮8卷簧轮9恒力盘簧10盘簧轮11传动齿轮12指针13计数器4.3浮力式液位计图4-7浮球式液位计1浮球2连杆3转动轴4平衡锤5杠杆6指针7浮球室(1)工作原理2.浮球式液位计4.3浮力式液位计(2)浮球式液位计类型内浮球式、外浮球式。(3)浮球液位控制器（液位开关）图4-8浮球液位控制器4.3浮力式液位计3.磁翻转式液位计图4-9磁翻转式液位计4.3浮力式液位计4.3.2变浮力式液位计 沉浸在液体中的浮筒(也称沉筒)上所受的浮力随液位的变化而变化。1.检测原理图4-11扭力管式浮筒液位计测量部分示意图4.

4、3浮力式液位计2.浮筒式液位计类型及应用图4-12内浮筒和外浮筒液位计外形图4.3浮力式液位计图4-13内浮筒液位计安装方式安装方式：4.3浮力式液位计图4-14外浮筒液位计安装方式4.3浮力式液位计注意事项：1)仪表必须垂直安装，且牢固可靠。2)安装变送器时不应受到强烈振动和冲击，并且局部不能过热。3)对内浮筒液位计要正确安装浮筒，当被测介质波动较大时，应配备导向管。4)对外浮筒液位计要安装排污阀，并定期打开排污阀清洗浮筒室。5) 根据液位测量范围正确选择液位计的量程。6) 使用时注意介质的物理特性。4.4静压式液位计4.4.1检测原理图4-15静压式液位计检测原理4.4静压式液位计4.4.

5、2静压式液位计类型图4-16压力式液位计工作原理1.压力式液位计4.4静压式液位计图4-17差压式液位计工作原理2.差压式液位计4.4静压式液位计3.法兰式液位计图4-18单法兰式液位计4.4静压式液位计图4-19双法兰式液位计4.4静压式液位计图4-20吹气式液位计工作原理1吹气管2吹气切断阀3三通4压力表5导压管6转子流量计7针形阀8减压阀9过滤器4.吹气式液位计4.4静压式液位计注意问题：1) 正确选择吹气量大小；2) 保证吹气流量恒定不变。4.4.3零点迁移问题4.4静压式液位计1. 无迁移2.负迁移3.正迁移图4-21差压式液位计的安装情况4.4静压式液位计图4-22差压变送器特性曲

6、线a无迁移b负迁移c正迁移4.5电容式物位计4.5.1检测原理图4-23圆筒形电容器结构（4-144-14）dDLCln24.5电容式物位计4.5.2电容式物位传感器1.电容式液位传感器(1)导电液体的液位检测图4-24电容式液位传感器结构原理(测量导电液体)HdDCCCHln20（4-204-20）4.5电容式物位计图4-25电容式液位传感器结构原理(测量非导电液体)(2)非导电液体的液位检测（4-234-23）dDHCCCHln)(2004.5电容式物位计图4-26电容式料位传感器结构原理(测量非导电固体物料)2.电容式料位传感器（4-244-24）dDHCln)(204.5电容式物位计图

7、4-27电容式物位计外形图4.5电容式物位计4.5.3电容式物位计的应用1)传感器应垂直安装。2)当电极外有绝缘层时，要注意保护好绝缘层。3)变送器的外壳或接线盒下部的不锈钢连接部件应接地，电缆入口应密封良好。4)缆式传感器有拉紧砝码式和地脚螺栓固定式。5)杆式传感器且为同轴式电极时，安装时应注意防堵。6)电容式物位计安装完毕后，对零点和量程进行调整。7)测量具有一定粘滞性的介质，需要定期清洗电极外壁，保证其测量准确性。4.6雷达液位计4.6.1检测原理图4-28雷达液位计检测原理示意图4.6雷达液位计1.微波脉冲法图4-29微波脉冲法检测原理示意图4.6雷达液位计图4-30调频脉冲波4.6雷

8、达液位计图4-31连续波调频法检测原理示意图2.连续波调频法(FMCW)4.6雷达液位计图4-32雷达液位计构成框图4.6.2雷达液位计的构成及类型4.6雷达液位计图4-33天线式雷达液位计外形图(1)天线式(非接触式)天线式雷达液位计外形如图4-33所示。4.6雷达液位计图4-34导波式雷达液位计外形图(2)导波式(接触式)导波式雷达液位计外形图如图4-34所示。4.6雷达液位计4.6.3雷达液位计的特点及应用1.雷达液位计特点1)测量部分无位移、无传动部件，工作可靠性高。2)可实现非接触测量。3) 测量准确度高，过程测量级产品准确度可达3mm、5mm，计量级产品可达1mm。4)分辨率高，目

9、前大多数产品的分辨率可达1mm。5)传播损耗小，量程大小对价格的影响不大。6)使用、维护费用低。4.6雷达液位计2.雷达液位计应用1)正确选择安装位置。 不要将仪表安装在进料口上方或储罐中心位置，以避免虚假回波或信号衰减带来的影响。 在信号波束范围内，应避免有能产生反射信号的障碍物，。 仪表安装位置与罐壁之间保持适当的距离S，S的大小一般为罐直径的1/6，不同产品可根据厂家使用说明书规定执行。图4-35雷达液位计安装位置的确定4.6雷达液位计2)天线必须伸出安装短管，否则应使用天线延伸管。3)当在波束范围内存在有障碍物，或容器的形状可能导致多重回波产生而带来干扰影响，或液面波动较大，或被测介质

10、相对介电常数较小时，可采用导波管。4) 导波式雷达液位计的导波杆必须向下悬垂，并完全伸开贯穿于需要液位读数的整个距离范围内。 5)液位计应在使用说明书规定的范围内使用。图4-36上、下部盲区及最大测量范围4.7其他物位计4.7.1超声波物位计利用回声测距原理进行检测。1.检测原理图4-37超声波液位计的基本检测原理（4-284-28）tLH24.7其他物位计图4-38超声波物位计组成框图2.超声波物位计组成4.7其他物位计图4-39超声波换能器结构形式1晶片2托板3弹簧4隔板5垫片6外壳7顶盖8插头超声波换能器4.7其他物位计(1)超声波换能器常用的超声波换能器是压电式换能器，它利用压电晶体的

11、压电效应和逆压电效应实现超声波的接收和发射。(2)主机主机部分由超声波振荡器、输出电路、时钟电路、整形放大电路、计时运算电路、指示器等组成。图4-40超声波物位计外形图4.7其他物位计3.超声波物位计特点及应用(1)超声波物位计特点1) 结构简单，无活动部件。2)适用介质多。3)仪表不受介质介电常数、电导率、热导率等性质的影响。4) 对介质特性(腐蚀性、黏度、毒性)适应能力强。5)使用方便，维护工作量小。6)由于换能器不耐高温，故不能用于高温介质的测量。7)存在测量盲区。4.7其他物位计(2)超声波物位计应用1)选择合适的安装位置。2)物位计的安装高度应保证换能器表面与最高物位之间的距离大于盲

12、区距离。3) 尽可能使换能器的声波发射方向与被测介质表面垂直。4) 避免日晒和雨淋，室外安装时应加装防护罩。5)物位开关一般横向水平安装，安装位置为需要报警的高度。6)被测液体液面波动大，或有阻挡声波的物体时，可向容器内加入导波管。7)物位计固定应牢固可靠。8) 注意液体表面的悬浮物及气泡对测量带来的影响。4.7其他物位计4.7.2磁致伸缩液位计1.组成及工作原理图4-41磁致伸缩液位计测量元件结构示意图4.7其他物位计4.7其他物位计图4-42磁致伸缩液位计外形图2.磁致伸缩液位计类型及特点4.7其他物位计1) 可靠性高，平均无故障工作时间长。2)测量准确度高，可达0.05%FS(或0.5m

13、m)；重复性好，重复性误差0.002%FS；分辨率高，可达0.1mm。3)可同时测量液位、界面、多点温度，若配以压力变送器和计算机系统可构成储罐计量系统，与其他方法组成的同类系统相比，成本低，安装方便快捷，工作可靠性高。4)仪表使用方便，无需现场调校，无需维护。5)适应性强。6)零点全量程任意可调，方便解决使用中的零位变更问题。7)存在测量盲区。4.7其他物位计3.磁致伸缩液位计安装方式图4-43磁致伸缩液位计安装示意图4.7其他物位计1)安装前核对被测容器实际安装高度与液位计测杆长度是否一致。2) 垂直安装，倾斜度不得超过产品使用说明中的规定要求。3)安装时应使液位计测杆末端距容器底部有一定距离(约210mm)，以防止测杆弯曲。4)液位计的安装应保证最高和最低液位在其测量范围内。5)对介质有轻微搅拌或进出液体时有冲击的场合，可安装防护管；对介质搅拌程度比较剧烈或介质温度较高的应用场合，需采用旁通管方式安装。6)液位计的屏蔽电缆线必须避开大功率电源、射频信号源和其他有噪声的传输线等。4.8实