第一章 第五节 物位检测

5物位检测概述物位：料位、液位和分界面的统称。

物位检测的作用①确定容器中的贮料数量，以保证连续生产的需要或进行经济核算；②为了监视或控制容器的物位，使它保持在规定的范围内；③对它的上下极限位置进行报警，以保证生产安全、正常进行。物位几个概念：在容器中液体介质的高低叫液位。容器中固体或颗粒状物质的堆积高度叫料位。测量液位的仪表叫液位计，测量料位的仪表叫料位计。测量两种密度不同液体介质的分界面的仪表叫界面计。在物位检测中，有时需要对物位进行连续检测，有时只需要测量物位是否达到某一特定位置，用于定点物位测量的仪表称为物位开关。5.1浮力式液位计

浮力式液位计是基于物体在液体中受浮力作用的原理工作的。浮子漂浮在液面上或半浸在液体中随液面上下波动而升降，浮子所在处就是液体的液位。前者是浮子法，后者是浮力法，是应用最广的液位计。浮力式液位计分类：恒浮力式液位计：维持浮力不变的液位计。（浮子、浮标式。）变浮力式液位计：检测过程中浮力发生变化。（沉筒式液位计）浮子式液位计

浮子式液位计是一种维持力不变的即恒浮力式液位计。它是在液体中放置一个浮子，也称浮标，可随液面变化而自由浮动。浮子随液面的升降，通过绳索和滑轮带动指针，便指示出液位数值。如果把滑轮的转角和绳索的位移，经过机械传动后转化为电阻或电感等变化，就可以进行液位的远传、指示记录液位值。浮力式液位计

1-浮子；2-磁铁；3-铁心；4-导轮；5-非导磁管；6-浮球；7-连杆；8-转动轴；9-重锤；10-杠杆(a)浮子式(敞口容器)(b)浮子式(密闭容器)(c)浮球式沉筒式液位计

浮子改成浮筒，将它半浸于液体之中，当液面变化时，浮筒被液体浸没的体积随着变化而受到不同的浮力，通过测量浮力的变化可以测量液位。1-浮筒，2-杠杆，3-扭力管，4-芯轴，5-推杆，6-霍尔位移转换器5.2差压式液位计测量原理：利用容器内液位变化时，由液柱高度产生的静压也相应变化的原理工作的，用差压计测得的差压与液位高度成正比，常用来测量敞口容器和密封容器的液位。特点：检测元件在容器中几乎不占空间，只需在容器壁上开一个或两个孔即可。检测元件只有一两根导压管，结构简单，安装方便，便于操作维护，工作可靠。采用法兰式差压变送器可以解决高黏度、易凝固、易结晶、具有腐蚀性、含有悬浮介质的液体液位测量问题5.2.1敞口容器的液位检测如图所示，差压变送器两端差压ΔP为：

ΔP=(h+h1+h2)ρg=hρg+Z0(Z0>0

)显然可由差压信号得到液位。但为使变送器输出信号(这里是4-20mA)正好对应液位(0-H)，要进行零点正迁移。为什么要进行零点迁移的实例说明

设前页图中H=0.5m，h1+h2=0.2m，则根据H选DDZ-III差变量程为0～4.905kPa(0.5×9.81)，而Z0=1.962kPa。若不迁移，则当h=H时，ΔP=6.867kPa，I0＞20mA，已超出差变正常使用范围。需采取措施解决此问题：方法一：另选大量程差压变送器，缺点：会降低测量精度。方法二：进行零点迁移。将变送器的零点正向迁移到Z0=1.962kPa的位置，迁移后，下、上限变为1.962kPa和6.867kPa，但量程不变，仍为4.905kPa，输出仍是4～20mA。显然进行零点迁移方法为最佳方案。

特性曲线平移而曲线斜率不变称为零点迁移。分为零点正迁移（Z0>0）、零点负迁移（Z0<0）两种类型。其实质是改变上下限，而不改变量程的大小。不同的变送器，实现零点迁移方法不一样。如机械式差压变送器，通过调零弹簧实现；而现在智能型差压变送器，可通过外部手持终端直接输入数字即可实现。a无迁移b负迁移c正迁移5.2.2特殊介质液体液位测量

某些特殊液体，如腐蚀性、含固体颗粒、易结晶、易沉淀或粘度大等液体的液位测量，不能采用普通差压变送器而只能采用法兰式差压变送器，否则容易造成堵塞或差变损坏。法兰测头是一不锈钢膜盒，膜盒内充以硅油，用毛细管引到差压变送器的测量室。法兰式差变测量液位1-平法兰接头，2-毛细管，3-差变，4-插入法兰接头使用差压计测量液位时，注意两个问题：遇到含有杂质、结晶、凝聚或自聚的被测介质，用普通的差压变送器肯能引起连接管线的堵塞，此时需要法兰式差压变送器。当差压变送器与容器之间安装隔离罐时，需要进行零点转移。5.3电容式物位计检测原理

圆筒形电容器的电容量C为：可见当将电容传感器插入被测介质中，电极浸入介质中的深度随物位高低而变化，电极间介质的升降，必然改变两极板间的电容量，从而可以测出物位。圆筒形电容器1-内电极；2-外电极5.3.2电容物位传感器1.导电液体用电容传感器水、酸、碱、盐及各种水溶液等导电液体电容液位传感器一般用直径为d的不锈钢或紫铜棒做电极，外套聚四氟乙烯塑料绝缘管或涂以搪瓷绝缘，如图。电容传感器插在直径为D0容器内的液体中，通过检测传感器电容变化量即可知液位的高低。导电液体液位测量1-内电极；2-绝缘套管；3-容器2.非导电液体用电容传感器

由图可知当液位由零变化到H时，电容传感器的电容变化量CX为：式中ε为绝缘套管或陶瓷涂层的介电系数；ε0’为绝缘套管和空气共同组成电容的等效介电系数；S为传感器灵敏度系数。3.粉末物料用电容传感器在测量粉粒状非