第三章第四节物位

第三章检测仪表与传感器第一节概述第二节压力检测及仪表第三节流量检测及仪表第四节物位检测及仪表第五节温度检测及仪表第七节显示仪表2023/2/2第四节物位检测及仪表一、概述二、差压式液位变送器三、电容式物位传感器四、核辐射物位计七、称重式液罐计量仪物位测量：液位—容器中液体介质的高低。一、概述

界面—两种不同密度液体间的接触面。料位—容器中固体或颗粒状物质的堆积高度。按基本工作原理，主要有下列几种类型：1.直读式物位仪表利用连通器原理工作。3.浮力式物位仪表利用液体中浮子的浮力随液位高度变化的原理工作。2.差压式物位仪表利用液柱或物料堆积对某定点产生压力的原理而工作。

4.电磁式物位仪表

物位的变化转换某些电量的变化，通过测量这些电量的变化间接的测知物位。

直读式浮力式5.核辐射式物位仪表

利用核辐射透过物料时，物质对放射性同位素射线吸收作用为基础来进行物位测量。应用较多的是γ射线。6.声波式物位仪表

利用超声波在气体、液体或固体中的衰减程度进行物位测量。

利用物体对光波的遮断和反射原理。7.光学式物位仪表第四节物位检测及仪表一、概述二、差压式液位变送器三、电容式物位传感器四、核辐射物位计七、称重式液罐计量仪二、差压式液位变送器液柱产生的静压P=ρgH，与介质密度和液柱高度成正比。1、工作原理

图3-37差压液位变送器原理图

将差压变送器的一端接液相，另一端接气相。设容器上部空间为干燥气体，其压力为p，则：

由此可得式中：H—液位高度;ρ—介质密度;g—重力加速度密闭容器：密闭容器：差压变送器负压室连接容器的气相部分。式中：H—液位高度

ρ—介质密度

g—重力加速度开口容器：开口容器：可用差压变送器负压室通大气。图3-38压力表式液位计差压与信号的关系：当H=Hmin时，I0=4mA420I(mA)当H=Hmax时，

I0=20mAH2.零点迁移问题

差压变送器测液位，一般情况下：

但实用中，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：当H=0时，ΔP=0

H(3-46)1）负迁移

负压侧安装有隔离罐或冷凝罐。（1）差压变送器的量程（2）这时正、负压室的压力分别为：

(3-47)正、负压室间的压差为：

(3-49)(3-48)图3-39

H=Hmax,Δp=Hmaxρ1g-(h2-h1)ρ2g<Δpmax，Io<20mAH=0时,Δp=-(h2-h1)ρ2g<0,Io<4mA（3）迁移量：（4）判断迁移方向：当H=0，Δp<0时，为负迁移。（5）迁移后测量范围：

(3-49)采用零点迁移的办法，即调节仪表上的迁移弹簧，以抵消固定压差-(h2-h1)ρ2g的作用。H=Hmax

时，Δpmax=5000-2000=3000，Io=20mA当液位最低时压差小于零，则采用负迁移。设某变送器的量程测量范围为：0~5000Pa当有迁移时，假定固定压差为(h2-h1)ρ2g=2000Pa，H=0时，Δp=-2000Pa，调整零点迁移使

Io=4mA∆PI0（mA）20500040a-20003000b负迁移示意图图3-41正迁移图2）正迁移（1）差压变送器的量程（2）正、负压室的压力过程分析H=Hmax时，Δpmax=Hmaxρg+hρg，I>20mA。H=0时，Δp=hρg>0，I>4mA；（3）迁移量：（4）判断迁移方向：当H=0时，Δp>0时，为正迁移。（5）迁移后测量范围：设:变送器量程Δpmax=5000Pa，hρg=2000PaH=Hmax时，Δpmax=5000+2000=7000Pa,Io=20mA。当液位最低时压差大于零，则采用正迁移。H=0时，Δp=2000Pa调零点迁移使Io=4mA；I0mA∆P20500040正迁移示意图a70002000c2.分别计算正负压室两侧静压p+、p-,令被测液位

H=Hmin时:求Δpmin=p+-p-

3.迁移量: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。4.迁移后的测量范围：D～L+D

小结：L=ΔHmaxρg1.量程：液位Hmin~Hmax实际高度所产生的静压。零点迁移的目的：

迁移的实质：改变差压变送器零点起始值，实现输出与液位正常对应关系。

即

H=Hmin,

I=4mA;H=Hmax,

I=20mA。零点迁移仅仅改变变送器测量范围上、下限，而量程不变。I0mA∆P70002000205000403000-2000图3-40正负迁移示意图图3-42主要用于腐蚀性或含悬浮颗粒、粘度大、易凝等介质测量。

3.用法兰式差压变送器测量液位有单法兰、双法兰。

双法兰差压变送器的迁移量仅与取压位置和介质密度有关；与最低液位高度有关；而与变送器安装位置无关。法兰式差压变送器单法兰式差压变送器双法兰式差压变送器2023/2/2第四节物位检测及仪表一、概述二、差压式液位变送器三、电容式物位传感器四、核辐射物位计七、称重式液罐计量仪三、电容式物位传感器1.测量原理

由电容传感器和测量电路组成。被测物位通过电容传感器转换成相应的电容量，利用测量电路测得电容的变化量，即可间接得到被测物位的变化。圆筒型电容器：L—内、外电极板相互覆盖长度。D—外电极内径；r—内电极外径；ε—内、外电极间介质的介电系数；一般D、d固定，改变ε、L测量物位。(3-50)图3-43电容器的组成1-内电极;2-外电极2.液位的检测

H=0时，

H=H时，ε0

—空气介电系数；ε—被测介质的介电系数Dd4图3－44非导电介质的液位测量1-内电极;2-外电极;3-绝缘套;4-小孔电容量的变化为：

(3-53)(3-51)(3-52)(ε－ε0)值越大，仪表越灵敏。D与d越接近，即两极间距离越小，仪表灵敏度越高。

dD3.料位的检测（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。ε

—固体介质介电系数；

D－容器内径；d-电极的外径。图3-45(3-54)

（2）导电固体料位内电极加绝缘套管，原理同导电液位。同理：可测导电和非导电及两介电常数不同的非导电液体界位。物位升高后再回落时,电极可能会有挂料,导致电容值加大,导电液体情况会更严重,产生很大误差。不适用于粘滞性介质。b.电极与电路之间的连接电缆相当一较大电容,且随温度变化,尤其在物料介电常数较小、信号较弱的场合,误差将很大。电容式物位传感器测量物位时存在的问题：

2023/2/2第四节物位测量及变送一、概述二、差压式液位变送器三、电容式物位传感器四、核辐射物位计七、称重式液罐计量仪四、核辐射物位计射线的透射强度随着通过介质层厚度的增加而减弱。

入射强度为I0的放射源，随介质厚度增加其强度层指数规律衰减，其关系为：

图3-46核辐射物位计示意图

1-辐射源;2-接受器该方法的特点：(1)可以完全不接触被测物质，适用于高温、高压容器、强腐蚀、剧毒、有爆炸性、黏滞性、易结晶或沸腾状态的介质的物位测量；(2)可以测量高温融熔金属的液位。

可在高温、烟雾、尘埃、强光及强电磁场等环境下工作.(3)由于放射线对人体有害，它的剂量要严格控制，使用范围受到一些限制2023/2/2第四节物位测量及变送一、概述二、差压式液位变送器三、电容式物位传感器四、核辐射物位计七、称重式液罐计量仪七、称重式液罐计量仪原理：力矩平衡杠杆平衡时，有：M：砝码质量；g：重力加速度；L1，L2：杠杆臂长；A1：纹波管有效面积