电容式液位计课件1

1、第二编过程参数检测技术第7章物位检测7-1、物位定义及其检测仪表分类：物位检测是对设备和容器中物料储量多少的度量。物位检测为保证生产过程的正常运行，如调节物料平衡、掌握物料消耗数量、确定产品产量等提供可靠依据。在现代工业生产自动化过程监测中物位检测占有重要的地位。一、定义：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以下的定义。物位是液位、料位、界位的总称。对物位进行测量、指示和控制的仪表，称物位检测仪表。7-1、物位定义及其检测仪表分类：一、定义：二、检测仪表分类：1、测量方式分类：2、工作原理分类： 物位检测仪表有直读式、静压式、浮力式、机械式、电气式等。7-1、物位定义

2、及其检测仪表分类：一、定义：二、检测仪表分类：1、测量方式分类：2、工作原理分类：. 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。方法可靠、准确，但是只能就地指示。主要用液位检测和压力较低的场合。.静压式：.浮子式：7-1、物位定义及其检测仪表分类：一、定义：二、检测仪表分类：1、测量方式分类：2、工作原理分类：.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。这类仪表有重锤式、旋翼式和音叉式等。.电气式： 将电气式物位敏感元件置于被测介质中，当物位变化时其电气参数如电阻、电容等也将改变，通过检测这些电量的变化可知物位。7-1、物位定义及其检测仪表分类：7-

3、2、常用物位检测仪表一、静压式液位检测仪表：1、检测原理：基于液体静力学。将液位的检测转换为静压力检测。如图： 自零液位至液面的液柱高H所产生的静压差p为:7-2、常用物位检测仪表一、静压式液位检测仪表：2、压力、差压式液位计：.凡是可以测压力和差压的仪表，选择合适的量程，合适的安装形式，经重新标定后，均可用于检测液位。这种仪表测量范围大，无可动部件，安装方便，工作可靠。其测量原理图：压力式仪表敞口容器：容器底部或侧面液位零点处引出压力信号，仪表指示的表压力即反映相应的液柱静压。7-2、常用物位检测仪表一、静压式液位检测仪表：2、压力、差压式液位计：.凡是可以测压力和差压的仪表，选择合适的量程

4、，合适的安装形式，经重新标定后，均可用于检测液位。这种仪表测量范围大，无可动部件，安装方便，工作可靠。其测量原理图：密闭容器：差压计的正压侧与容器底部相通，负压侧连接容器上部的大气空间。由式可求液位高度差压式仪表7-2、常用物位检测仪表一、静压式液位检测仪表：2、压力、差压式液位计：.压力信号引出方式：7-2、常用物位检测仪表一、静压式液位检测仪表：2、压力、差压式液位计：.量程迁移：由于测压仪表的安装位置一般难以和被测容器的零位（取压点）处在同一高度（水平位置）上，因此在测量液位时，会产生一个不变的附加值。对于这种情况，要根据安装高度差对其位置高度差带来的固定压力进行修正。即采取量程迁移法，

5、以修正静压误差。这种“量程迁移”主要采取“零点调整”方式，使它在只受安装位置高度带来的静压差对应的输出为零。7-2、常用物位检测仪表一、静压式液位检测仪表：2、压力、差压式液位计：.量程迁移：正迁移：如图。差压计安装在最低液面以下，和零位的高度差为h。则差压变送器正、负压室所受压力为：7-2、常用物位检测仪表一、静压式液位检测仪表：2、压力、差压式液位计：.量程迁移：正迁移：如图。为此，在一般的差压计中，均有调整零点的位置机构，通过调整迁移弹簧，改变变送器的零点即可实现。由于要迁移c值为正，正迁移7-2、常用物位检测仪表一、静压式液位检测仪表：2、压力、差压式液位计：.量程迁移：负迁移：如图。

6、当容器中液体上方气体是可凝性的（如水蒸汽），为保持负压室所受的液柱高度恒定，或者被测介质有腐蚀性，为了引压管防腐，常常在差压变送器的正负压室与限压点之间装有隔离罐，并充以隔离液。设隔离液密度为7-2、常用物位检测仪表一、静压式液位检测仪表：2、压力、差压式液位计：.量程迁移：负迁移：如图。7-2、常用物位检测仪表一、静压式液位检测仪表：2、压力、差压式液位计：.量程迁移：总结：量程迁移一般通过调整仪表上上的迁移弹簧即可实现，这种调整同时改变了量程的上、下限，而不改变量程大小。.举例：用差压变送器检测液位，已知、液位变化范围为03m，重力加速度，求差压变送器的量程和迁移量，若选用DDZ-型仪表，

7、其测量范围是多少？7-2、常用物位检测仪表.举例：用差压变送器检测液位，已知、液位变化范围为03m，重力加速度，求差压变送器的量程和迁移量，若选用DDZ-型仪表，其测量范围是多少？解：当液位在03m变化时，差压变化量为：根据差压变送器量程系列，选择量程为：40KPa。7-2、常用物位检测仪表.举例：用差压变送器检测液位，已知、液位变化范围为03m，重力加速度，求差压变送器的量程和迁移量，若选用DDZ-型仪表，其测量范围是多少？解：因此需进行负迁移，其迁移量为：37.24kPa。迁移后的测量范围为：若选用DDZ-型仪表，输出为420mA电流，则有：7-2、常用物位检测仪表.举例：用差压变送器检测

8、液位，已知、液位变化范围为03m，重力加速度，求差压变送器的量程和迁移量，若选用DDZ-型仪表，其测量范围是多少？实际可测液位范围为03.4m。7-2、常用物位检测仪表一、静压式液位检测仪表：3、吹气式液位计：.原理图：.原理：将一根吹气管插入至被测液体的最低位（液面零位），使吹气管通入一定量的气体（ 空气或惰性气体）,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，就可测得液位。.特点：由于吹气式液位计将压力检测点移至顶部，其使用维修均很方便。很适合于地下储罐、深井等场合。7-2、常用物位检测仪表二、浮力式液位计1、浮子式液位计：是一种恒浮力式液位计。.原理图：以重锤式为

9、例（直接显示式）。.基本原理：通过测量漂浮于被测液面上的浮子（浮标）随着液面的变化而上下移动而产生的位移来检测液位高低，其所受浮力的大小一定。即检测浮子所在位置可知液面高低。浮子形状常见有圆盘形、圆柱形和球形等。下面以圆柱形为例来作分析。如图：浮子通过滑轮和绳带与平衡重锤连接，绳带的拉力与浮子的重量及浮力相平衡，以维持浮子处于平衡状态而漂在液面上，平衡重锤位置即反映浮子的位置，从而测知液位。7-2、常用物位检测仪表二、浮力式液位计1、浮子式液位计：是一种恒浮力式液位计。.原理图：以重锤式为例。 （直接显示式）。.基本原理：理想情况下，浮子浸入液体的高度h是不变的，将来液位变化时，浮子随液位上、

10、下移动，通过滑轮使悬锤上、下移动，指示液位高低。7-2、常用物位检测仪表二、浮力式液位计1、浮子式液位计：是一种恒浮力式液位计。.原理图：以重锤式为例。 （直接显示式）。.基本原理：但由于液体的黏性、传动系统的摩擦等因素，液位变化H只有达到一定的值时（即浮子浸入液体深度h变化到一定值时h ），造成浮力发生F的变化时，浮子才会动作，才可能带动悬锤指示变化。这表明了液位计存在不灵敏区。7-2、常用物位检测仪表二、浮力式液位计1、浮子式液位计：是一种恒浮力式液位计。.原理图：以重锤式为例。 （直接显示式）。.基本原理：浮力变化F和液位变化H的关系：当F等于系统的摩擦力时，浮力才开始移动，该式表明了液

11、位计的不灵敏区为：从此式可知，选择合适的浮子直径及减少摩擦阻力，可以改善液位计的灵敏度。7-2、常用物位检测仪表二、浮力式液位计1、浮子式液位计：是一种恒浮力式液位计。.原理图：以重锤式为例。 （直接显示式）。.基本原理：.舌簧管式液位计：（信号远传式）如图7-2、常用物位检测仪表二、浮力式液位计1、浮子式液位计：是一种恒浮力式液位计。.原理图：以重锤式为例。 （直接显示式）。.基本原理：.舌簧管式液位计：（信号远传式）液位变化，浮子移动（即磁体移动），对应磁体位置的舌簧管闭合，电阻变化，使电路可以输出与液位相对应的信号。通常采用两个舌簧管同时吸合以提高其可靠性。缺点：由于舌簧管尺寸及排列的限

12、制，液位信号的连续性较差，且量程不能很大。7-2、常用物位检测仪表二、浮力式液位计1、浮子式液位计：是一种恒浮力式液位计。.原理图：以重锤式为例。 （直接显示式）。.基本原理：.舌簧管式液位计：（信号远传式）.伺服平衡式浮子液位计：自学7-2、常用物位检测仪表二、浮力式液位计2、浮筒式液位计：是一种变浮力式液位计。.原理图：结构：圆柱形的检测元件的浮筒部分沉浸于液体中，由弹簧悬挂，弹簧下端固定，上端受浮筒重力而压缩。.基本原理：利用浮筒（敏感元件）由于被液体浸没高度不同，以至所受浮力不同来检测液位。7-2、常用物位检测仪表二、浮力式液位计2、浮筒式液位计：是一种变浮力式液位计。.原理图：.基本

13、原理： 设浮筒质量为m ，截面积为A ，弹簧的刚度为c，压缩位移为 x0，被测液体密度为 ，浮筒没入液体高度为H起始位置弹性力与重力、浮力相平衡，有：弹性力重力浮力7-2、常用物位检测仪表二、浮力式液位计2、浮筒式液位计：是一种变浮力式液位计。.原理图：.基本原理：当液位变化时，浮筒所受浮力改变，弹簧的变形亦有变化。达到新的力平衡时则有以下关系：7-2、常用物位检测仪表二、浮力式液位计2、浮筒式液位计：是一种变浮力式液位计。.原理图：.基本原理：结论：只要检测弹簧的变形x（即浮筒的位移量），即可确定液位的变化H ,进而确定液体的液位高度。7-2、常用物位检测仪表二、浮力式液位计2、浮筒式液位计

14、：是一种变浮力式液位计。.原理图：.基本原理：.位移检测方法：弹簧变形量的检测可通过差动变压器实现。如图，在浮筒顶部的连杆上装一铁心，铁心随浮筒而上下移动，其位移经差动变压器转换为与位移成比例的电压输出，从而给出相应的液位指示。 .采用弹簧结构的好处：液位高度的变化范围可能很宽，但浮筒只有很小的位移，对应差动式变压器铁芯位移很小，实现起来方便。7-2、常用物位检测仪表三、电容式液位计1、结构：如图， 两个同轴圆筒电极组成的电容器。2、原理：基于圆筒形电容器的电容值随物位而变化。当液位变化，园筒形电极一部份被物料浸没，浸没深度H， 极板间存在两种介质的介电常数1 (原设有中间介质介电常数)、2

15、(被测物料的介电常数) ,将引起电容量的变化。7-2、常用物位检测仪表三、电容式液位计1、结构：2、原理：基于圆筒形电容器的电容值随物位而变化。7-2、常用物位检测仪表三、电容式液位计1、结构：2、原理：基于圆筒形电容器的电容值随物位而变化。3、实现形式：.测量不导电介质的物位：采用同心套筒电极容器中心设内电极，而由金属容器壁做为外电极，构成同心电容器构成同心电容器7-2、常用物位检测仪表三、电容式液位计1、结构：2、原理：基于圆筒形电容器的电容值随物位而变化。3、实现形式：.测量不导电介质的物位：.测量导电液体液位时：分析7-2、常用物位检测仪表三、电容式液位计3、实现形式：.测量导电液体液

16、位时： 等效电路如图。c11c12c27-2、常用物位检测仪表三、电容式液位计3、实现形式：.测量导电液体液位时： 等效电路如图。c11c12c27-2、常用物位检测仪表三、电容式液位计4、检测电路：电容式物位计主要由电极（敏感元件）和电容检测电路组成，由于电容变化量小，因此准确检测电容量是物位检测的关键。常见的电容检测方法有交流电桥法、充放电法、谐振电路法。可以输出标准电流信号，实现远距离传送。注意：电容量的检测一般须用交流电源，电源频率高，有利于比较容抗间的差别，但若频率过高，寄生电容影响大，反而不利于检测。以单臂桥式电路为例：7-2、常用物位检测仪表三、电容式液位计4、检测电路：如图：7

17、-2、常用物位检测仪表三、电容式液位计3、特点：电容式物位计一般不受真空、压力、温度等环境条件的影响；安装方便，结构牢固，易维修；价格较低。但是不适合于以下介质：如介质的介电常数随温度等影响而变化、介质在电极上有沉积或附着、介质中有气泡产生等情况。7-2、常用物位检测仪表四、超声式液位计1、原理： 超声波在穿过两种不同介质的分界面时会产生反射和折射，对于声阻抗（声速与介质密度的乘积） 差别较大的相界面，几乎为全反射。从发射超声波至收到反射回波的时间间隔与分界面位置有关，利用这一比例关系可以进行物位测量。回波反射式超声波物位计的工作原理，就是利用发射的超声波脉冲将由被测物料的表面反射，测量从发射

18、超声波到接收回波所需的时间，可以求出从探头到分界面的距离，进而测得物位。7-2、常用物位检测仪表四、超声式液位计2、分类：根据超声波传播介质的不同，超声式物位计可以分为固介式、液介式和气介式。3、结构：它的组成主要有超声换能器和电子装置，超声换能器由压电材料制成，它完成电能和超声能的可逆转换，超声换能器可以采用接、收分开的双探头方式，也可以只用一个自发自收的单探头。电子装置用于产生电信号激励超声换能器发射超声波，并接收和处理经超声换能器转换的电信号。7-2、常用物位检测仪表四、超声式液位计4、实例分析： 液介式超声波物位计的测量原理如图。置于容器底部的超声波换能器向液面发射短促的超声波脉冲，经

19、时间t后，液面处产生的反射回波又被超声波换能器接收。则由超声波换能器到液面的距离H 可用下式求出： 说明：式中c 为超声波在被测介质中的传播速度。只要声速已知， 可以精确测量时间t，求得液位。7-2、常用物位检测仪表四、超声式液位计5、温度补偿： 超声波在介质中的传播速度易受介质的温度、成分等变化的影响，是影响物位测量的主要因素，需要进行补偿。通常可在超声换能器附近安装温度传感器，自动补偿声速因温度变化对物位测量的影响。还可使用校正器，定期校正声速。6、特点： 超声式物位计的构成型式多样，还可以实现物位的定点测量。这类仪表无机械可动部件，安装维修方便； 超声液位图 超声换能器寿命长；可以实现非接触测量，适合于有 检测原理 毒、高粘度及密封容器的物位测量；能实现防爆。由于其对环境的适应性较强，应用广泛。7-2、常用物位检测仪表五、物位开关进行定点测量的物位开关是用于检测物位是否达到预定高度，并发出相应的开关量信号。针对不同的被测对象，物位开关有多种型式，可以测量液位、料位、固-液分界面、