第三章 物位测量及变送

第三章物位测量及变送概述浮力式液位计差压式液位计其它物位计小结物位测量：液位—气体和液体间的分界面。第一节概述界位—两种不同液体间的接触面；液体与固体间的接触面。料位—气体与固体颗粒或粉末的分界面。返回第二节浮力式液位计利用漂浮于液面上的浮子高度或浸入液体中浮子的浮力变化测知液位或界位。恒浮力式自动跟踪式、浮标式、浮球式、钢带式液位计等。变浮力式浮筒式液位计

浮力不变。浮子永远漂浮在液面上，位置随着液位变化。浮力变化。浮子浸没在液体里，浮力随液位变化。

恒浮力原理原理示意返回确定浮标位置→液位确定浮力变化→液位测量原理：第二节浮力式液位计（一）磁翻转式液位计

每个翻板或翻球的翻转直径为10mm。返回一、恒浮力式

浮子位置随液位高低而变，检测其位移，可知液位高度。第二节浮力式液位计（二）浮球式液位计

1.工作原理2.特点（1）量程小，受连杆长度和角度限制；（2）精度低，最高0.5级左右；（3）适用于温度、粘度较高，压力不高的液位测量。W—浮球的重力；G—重锤的重力；OA—转轴到浮球中心垂直距离；OB—转轴到重锤中心垂直距离。内浮球液位计P≤4MPa，T≤450℃，ρ≥0.55g/cm3H≤1200mmH↑→

F↑→

(W-F)↓→

杠杆顺时针转动→F

↓返回第二节浮力式液位计二、变浮力式

介质浸没物体的高度或密度变化时，物体所受浮力发生变化。由浮力的变化可测知物位高度。此原理液位计：浮筒式液位计

（一）工作原理C—弹簧刚度；

x—弹簧压缩位移；A—浮筒截面；H—浮筒浸没高度；ΔH↑→浮筒上移Δx返回第二节浮力式液位计（二）扭力管式结构1.测量元件作用：ΔH→Δθ

H↑→

浮力↑→

Fx↓→扭角Δθ↓

H=Hmax时：杠杆作用力为H=0时：杠杆作用力为Ｆx

=Ｗ扭力管产生扭角△θmax(约7°)。扭力管产生最小扭角为△θmin

(约2°)。

A—浮筒截面积；ρ—被测液体密度。Fx

↓测量部分返回第二节浮力式液位计2.转换部分作用：将Δθ→Δu→I0

K—比例系数，K=0～100%短路环转至中舌最左端时，K=0；最右端时，K=100%。Φ01=KΦ0

Φ02=（1-K）Φ0Z—磁通-电压转换系数。Δu与K成正比，则Δu与Δθ成正比。差动变压器返回第二节浮力式液位计返回第二节浮力式液位计1.量程由浮筒长度决定。国产：300、500、800、1200、1600、2000mm（三）特点2.只能用于测量轻、净介质。

3.当被测介质密度变化时，必须进行密度修正。4.精度0.5～1.0级，可测液位、界位。返回第三节差压式液位计

液柱静压P=ρgH，与介质密度和液柱高度成正比。其中：ΔP—差压值；

H—液位高度；

ρ—介质密度；

g—重力加速度。敞口容器：差压变送器负压室通大气或压力变送器。密闭容器：差压变送器负压室连接容器的气相部分。一、工作原理

返回操作条件不变时，测静压得液位。第三节差压式液位计二、零点迁移差压变送器测液位，一般情况下：

实用中，大多数情况下，存在零点迁移问题。

此为理想情况，称为无迁移。即：H=0

，ΔP=0

1.正迁移H=0ΔP=hρg>0I>4mA；H=Hmax

ΔPmax=Hmaxρg

+hρg

I>20mA正迁移(图3-14)返回第三节差压式液位计设:变送器量程ΔPmax=5000Pahρg

=2000Pa调整压差为大于零的附加静压，称正迁移。H=0ΔP=2000Pa调零点迁移使I=4mA；H=Hmax

ΔPmax=5000+2000=7000PaI=20mA。2.负迁移

负压侧与取压点之间安装隔离罐或冷凝罐。H=0ΔP=-hρg<0I<4mAH=Hmax

ΔPmax=Hmaxρg–hρg

I≤4mA返回第三节差压式液位计设:变送器的量程ΔPmax=5000Pa,hρg

=5000Pa。H=0ΔP=-5000Pa，调整零点迁移使I=4mA；H=Hmax=hΔPmax=5000-5000=0I=20mA。调整压差为小于零的附加静压，称负迁移。如何判断正负迁移、计算迁移量、迁移后的测量范围？(1)分别计算正负压室两侧静压P1、P2,求ΔP=P1-P2

(2)令被测液位H=Hmin时:

即:ΔPmin

=迁移量D

，其代数和为正则正迁移；为零则无迁移；为负则负迁移。(3)差压变送器量程:L=ΔHmaxρg(4)迁移后的测量范围：D～L+D

返回第三节差压式液位计零点迁移的目的：

零点迁移的实质：改变差压变送器零点起始值，实现输出与液位的正常对应关系。

零点迁移仅改变了变送器测量范围上、下限，而变送器量程不变。同理上述方法还可用于两种液体的界位测量。即：H=Hmin,I=4mA;H=Hmax,I=20mA。返回用于腐蚀性或含悬浮颗粒、粘度大、易凝等介质测量。

采用法兰式差压变送器，原理及方法与差压变送器相同。三、法兰式差压式液位计

第三节差压式液位计

有单法兰、双法兰、插入式、平法兰等结构形式。

双法兰式差压变送器的迁移量仅与取压位置和介质密度有关，与变送器安装位置无关。返回法兰式差压变送器单法兰式压力变送器双法兰式差压变送器返回第四节其它液位计

一、电容式物位计

1.工作原理

由电容传感器和测量电路组成。被测物位H→电容传感器→电容量C→测量电路→∆C一般R、r固定，改变ε、L测量液位。圆筒型电容器：R—外电极内半径；r—内电极外半径；ε—内、外电极之间的介电常数；L—内、外电极覆盖长度。返回第四节其它液位计2.测量非导电介质H=0：

H=H：ε0—气相介质介电常数。εx

—被测液体介电常数。内电极—光电极；外电极—绝缘同轴金属圆筒。返回第四节其它液位计

3.测量导电介质设:气体介电常数为ε0

绝缘层介电常数为ε

存在问题：

a.随物位升降电极挂料导致电容值加大，产生误差大。

导电液体更严重，不适用于粘滞性介质。b.电极与电路连接电缆相当一较大电容，且随温度而变。

ε较小、信号较弱场合，误差较大。内电极——加绝缘套管；外电极——金属容器壁。

R—绝缘层外半径。返回4.固体料位的测量(1)非导电固体料位

内电极——不锈钢金属棒；外电极——金属容器壁。εx

—固体介质介电常数；

R—容器壁内径；

(2)导电固体料位内电极加绝缘套管，原理同导电液位。

同理，可测导电和非导电以及两介电常数不同的非导电液体界位。第四节其它液位计

返回第四节其它液位计

射频导纳技术是一种能消除挂料影响、可靠准确、使用更广的液位测量技术。适用于导电高粘度介质物位测量。二、射频导纳物位计射频导纳：用高频无线电波测量系统导纳。

以导纳变化反映液位变化。

物料横截面积>>挂料层横截面积且具有导电性，则物料电阻可略。

物料作为电容一个极板，物位以下电容变化量仍可示为：测电容测复数阻抗排除挂料返回挂料层电阻不能忽略。等效为：由无穷多个无穷小的电容和电阻组成的传输线。

据电化学实验：导电挂料足够长，挂料和电极形成的以绝缘层为介质的电容容抗XC挂与挂料电阻R数值相等。即测得电容为：∆C—真实物位的电容；C挂—导电挂料所表现的电容。

由射频导纳原理，导电挂料电阻R含挂料电容，测得C挂则∆C=Cx-C挂，得∆

C可知H。Cx=∆C+C挂第四节其它液位计

返回

适用于污水处理、纸浆、化学制剂、煤粉灰浆、原油等测量。

不受挂料、温度、压力、材料密度、湿度、甚至物料化学特性变化的影响。精度：0.5级介质温度范围：-185~800

℃

可耐压力：6.4MPa第四节其它液位计

返回尤其适用于导电(电导率>100μs/cm)

的粘稠介质。第四节其它液位计1.工作原理△t=2h/c

雷达系统不断发射线性调频信号，可测得发射与反射信号的差频△f，它正比于延迟时间△t，即正比于h。测得延迟时间△t则得h。三、雷达液位计

c—电磁波传播速度,300000km/s；h—被测介质液面与探头间距；返回测量以光速c传播的超高频电磁波发射与反射间的时差△t，确定天线与反射面之间的高度（空高h）。天线以波束的形式发射最小5.8GHz的雷达信号。第四节其它液位计2.特点及适用范围

非接触测量方式，无活动部件，可靠性高，平均无故障时间达10年，几乎免维护，费用低。无污染，安装方便。适用于高粘度、易结晶、强腐蚀及易爆易燃介质。尤其大型立罐和球罐等导电粘稠介质液位测量。精度可达0.25级;工作温度：-200～230℃；工作压力：≤40MPa；测量范围：0～40m。气体波动变化不影响电磁波传播速度（采用导波管型）。返回小结一、浮力式液位计二、差压式液位计恒浮力式：浮球式、磁翻转式变浮力式：浮筒式物位计（液位、界位）扭力管式结构H→浮力→Fx→扭角Δθ特点静压原理：