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第五章第五章 物位测量物位测量5-1 5-1 物位检测的主要方法和分类物位检测的主要方法和分类物位：容器（开口或密封）中液体介质液面物位：容器（开口或密封）中液体介质液面的高低（称为液位），两种液体介质的分界的高低（称为液位），两种液体介质的分界面的高低（称为界面）和固体块、散粒状物面的高低（称为界面）和固体块、散粒状物质的堆积高度（称为料位）。质的堆积高度（称为料位）。10/28/20221液位计：液位计：用来检测液位的仪表用来检测液位的仪表界面计：界面计：用来检测分界面的仪表用来检测分界面的仪表 料位计：料位计：用来检测固体料位的仪表用来检测固体料位的仪表物位计物位计 10/28/20222一、物位检测的主要方法一、物位检测的主要方法 最直观的是直读式方法。最直观的是直读式方法。常用的物位检测方法：常用的物位检测方法：1 1、静压式物位检测、静压式物位检测 2 2、浮力式物位检测、浮力式物位检测 3 3、电气式物位检测、电气式物位检测 4 4、声学式物位检测、声学式物位检测 5 5、射线式物位检测、射线式物位检测10/28/20223二、物位检测的基本原理二、物位检测的基本原理1 1、基于力学原理、基于力学原理敏感元件所受的力（压力）的大小与物位成敏感元件所受的力（压力）的大小与物位成正比，它包括静压式、浮力式和重锤式物位正比，它包括静压式、浮力式和重锤式物位检测等检测等10/28/202242 2、基于相对变化原理、基于相对变化原理 当物位变化时，物位与容器底部或顶部的当物位变化时，物位与容器底部或顶部的距离发生改变，通过测量距离的相对变化可距离发生改变，通过测量距离的相对变化可获得物位的信息。获得物位的信息。这种检测原理包括声学法、微声法和光学这种检测原理包括声学法、微声法和光学法等。法等。3 3、基于某强度性物理量随物位的升高而变化、基于某强度性物理量随物位的升高而变化增加原理增加原理例如：射线的吸收强度，电容器的电容量等。例如：射线的吸收强度，电容器的电容量等。10/28/202255-2 5-2 静压式物位检测静压式物位检测一、检测原理一、检测原理根据流体静力学原理，静止介质内某一点的根据流体静力学原理，静止介质内某一点的静压力与介质上方自由空间压力之差与该点静压力与介质上方自由空间压力之差与该点上方的介质高度成正比。上方的介质高度成正比。10/28/20226A A的上部为大气的上部为大气时时P P为为B B点的表点的表压。压。10/28/20227二、实现方法二、实现方法1 1、压力计式液位计、压力计式液位计要求：要求：压力指示值与液位高压力指示值与液位高度满足度满足液体密度为定值液体密度为定值压压力力仪仪表表与与取取压压点点（零零液液位位）不不在在同同一一水水平平位位置置时时，应应对对其其位位置置高高差差而而引引起起的的固固定定压压力进行修正。力进行修正。10/28/202282 2、差压式液位计、差压式液位计要求：要求：差压指示值受液体密差压指示值受液体密度和差压表的安装位置度和差压表的安装位置影响影响对安装位置引起的指对安装位置引起的指示偏差应用示偏差应用“量程迁量程迁移移”来解决。来解决。10/28/202293 3、法兰式液位计、法兰式液位计适用于具有腐蚀性适用于具有腐蚀性或含有结晶颗粒以或含有结晶颗粒以及粘度大、易凝固及粘度大、易凝固的液体介质。的液体介质。10/28/202210设差压变压器正、负压室所受到的压力分设差压变压器正、负压室所受到的压力分别为别为三、量程迁移三、量程迁移（1 1）无迁移）无迁移10/28/202211可见，可见，当当H H=0=0时，时，差压变压器未受任，差压变压器未受任何附加静压；何附加静压；当当 时，时，。这说明差压变送器无需迁移。这说明差压变送器无需迁移。10/28/202212（2 2）负迁移）负迁移当容器中液体上方空间的气体是可凝性的，当容器中液体上方空间的气体是可凝性的，为保持负压室所受的液柱高度恒定，或者被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，为了引压管的防腐，常常测介质有腐蚀性，为了引压管的防腐，常常在差压变送器正、负压室与取压点之间分别在差压变送器正、负压室与取压点之间分别装有隔离罐，并充以隔离液（密度为装有隔离罐，并充以隔离液（密度为 ）。）。10/28/20221310/28/202214差压变送器受到一个附加的负差压作用，差压变送器受到一个附加的负差压作用，这就要设法消除这就要设法消除-B-B的作用。的作用。10/28/202215（3 3）正迁移）正迁移在实际安装差压变送器时，不能保证变送器在实际安装差压变送器时，不能保证变送器和零液位在同一水平面上。和零液位在同一水平面上。设连接负压室与容器上部取压点的引压管中设连接负压室与容器上部取压点的引压管中充满气体，并忽略气体产生的静压力。充满气体，并忽略气体产生的静压力。10/28/202216 10/28/202217由上式，当由上式，当H H=0=0时，时，差压变送器受到一个附加的正差压作用，差压变送器受到一个附加的正差压作用，这就要设法消除这就要设法消除+C+C的作用。的作用。正负迁移的实质正负迁移的实质是通过迁移弹簧改变变送器是通过迁移弹簧改变变送器的零点，他的作用是同时改变量程的上、下的零点，他的作用是同时改变量程的上、下限，而不改变量程的大小。限，而不改变量程的大小。10/28/20221810/28/2022195-3 5-3 浮力式物位检测浮力式物位检测一、基本原理一、基本原理通过测量漂浮于被测液面上的浮子（浮标）通过测量漂浮于被测液面上的浮子（浮标）随液面变化而产生的位移随液面变化而产生的位移恒浮力式检测恒浮力式检测利用沉浸在被测液体中的浮筒（沉筒）所受利用沉浸在被测液体中的浮筒（沉筒）所受的浮力与液面位置的关系检测液面的浮力与液面位置的关系检测液面变浮力变浮力式检测式检测10/28/202220二、恒浮力式物位检测二、恒浮力式物位检测10/28/202221三、变浮力式物位检测三、变浮力式物位检测10/28/2022221 1、原理依据：、原理依据：（1 1）当浮筒进入液体中后，弹簧的位移改变量为当浮筒进入液体中后，弹簧的位移改变量为根据力平衡可得根据力平衡可得 （2 2）将（将（1 1）式代入（）式代入（2 2）式）式10/28/202223一般情况下，一般情况下，从而被测液位，从而被测液位 H H 可表示为可表示为实质是将液位转换成敏感元件的位移。实质是将液位转换成敏感元件的位移。10/28/2022245-4 5-4 电气式物位测量电气式物位测量一、基本原理一、基本原理利用敏感元件直接把物位变化转化为电参数利用敏感元件直接把物位变化转化为电参数的变化。的变化。可以分为电阻式、电容式和电感式等。可以分为电阻式、电容式和电感式等。二、电容式物位检测二、电容式物位检测基于圆筒电容器工作的。基于圆筒电容器工作的。10/28/202225两圆筒间充有介电常数两圆筒间充有介电常数为为 的气体，则由该圆的气体，则由该圆筒组成的电容器的电容筒组成的电容器的电容量为：量为：倒入介电常数为倒入介电常数为 的液体中，深度为的液体中，深度为H H此时的电容量为此时的电容量为10/28/202226整理后为整理后为 10/28/2022275-5 5-5 声学式物位测量声学式物位测量一、超声波检测原理一、超声波检测原理（1 1）超声波可以在气体、液体及固体内传播，）超声波可以在气体、液体及固体内传播，并有各自的传播速度。并有各自的传播速度。（2 2）声波在介质中传播时会被吸收而衰减。）声波在介质中传播时会被吸收而衰减。（3 3）声波传播时的方向性随声波的频率的升）声波传播时的方向性随声波的频率的升高而变强。可近似为直线传播，具有很好高而变强。可近似为直线传播，具有很好的方向性。的方向性。（4 4）当声波从一种介质向另一种介质传播时，）当声波从一种介质向另一种介质传播时，会发生发射和折射。会发生发射和折射。10/28/202228二、超声波物位检测计二、超声波物位检测计通过测量声波从发射至接受到被测物位界面通过测量声波从发射至接受到被测物位界面所反射的回波的时间间隔来确定物位的高低。所反射的回波的时间间隔来确定物位的高低。vv超声波传播的速度超声波传播的速度tt超声脉冲从发射到接收所经过的时间。超声脉冲从发射到接收所经过的时间。H H超声发生器和接受器到液面的距离超声发生器和接受器到液面的距离10/28/202229