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； 监视或控制容器的物位，使它保持在规定的范围内； 对它的上下极限位置进行报警，以保证生产安全、正常进行。,物位检测,7.1 物位定义及物位检测仪表的分类7.2 常用物位检测仪表7.3 影响物位检测的因素,7.1 物位的定义及物位检测仪表的分类,物位的基本概念,物位指容器中的液体介质的液位、固体的料位或颗粒物的料位和两种不同液体介质分界面的总称,液位容器中的液体介质的高低 料位容器中固体或颗粒状物质的堆积高度 界位两种不溶液体介质的分界面的高低,物位检测仪表的分类,按测量方式分： 连续测量和定点测量,按其工作原理分：,直读式：有玻璃管、玻
2、璃板式 浮力式：基于阿基米德定律，适用于液位检测。浮子式，浮筒式，翻板式。 差压式（静压式）：基于流体静力学原理，适用于液位检测。压力式、吹气式、和差压式等。机械接触式：有重锤式、旋翼式、音叉式等 电气式：电阻、电容式 其它：声学式、光纤式核辐射式,3基于某物理量随物位的升高而增加原理,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获得物位的信息。这种检测原理包括声学法、微波法和光学法等；,例如对射线的吸收强度，电容器的电容量等。,物位检测的基本原理,1基于力学原理,敏感元件所受到的力（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检测等；,2基于相对变
3、化原理,7.2 常用物位检测仪表,静压式液位检测仪表浮力式物位检测仪表其它物位检测仪表,静压式液位传感器,P测压仪表指示值，H液位的高度 液体的密度，g重力加速度,压力表测量液位原理,原理：通过液柱静压的方法对液位进行测量的。,敞口容器：多用直接测量容器底部压力的方法。如图所示，测压仪表通过导压管与容器底部相连，由测压仪表的压力指示值，便可推知液位的高度 。,式中,P0、P+分别是液面上部介质压力和液面以下H深度的液体压力。,密闭容器：测量容器底部压力，除与液面高度有关外，还与液面上部介质压力有关，其关系为,引压导管易被腐蚀或堵塞，影响测量精度，应用法兰式压力（差压）变送器。 敏感元件为金属膜
4、盒，它直接与被测介质接触，省去引压导管，从而克服导管的腐蚀和阻塞问题。膜盒经毛细管与变送器的测量室相通，它们所组成的密闭系统内充以硅油，作为传压介质。为了毛细管经久耐用，其外部均套有金属蛇皮保护管。,对于具有腐蚀性或含有结晶颗粒以及粘度大、易凝固的介质,量程迁移,无论是压力检测法还是差压法，均要求零液位与检测仪表在同一水平高度，否则会产生附加静压误差。,处理方法 对压力变送器进行零点调整，使在只受附加静压力时输出为“零”。,量程迁移,迁移,无迁移 负迁移 正迁移,差压变送器的作用是将输入的差压信号转化为统一的标准信号输出。,无迁移,保证正压室与零液位等高,当H为零时，差压输出为零。,负迁移,正
5、压室：,差压：,当H=0时，差压的输出并不为零，而是-B。为使H=0时，差变的输出为4mA，就要消除-B的影响。称之为量程迁移。由于要迁移的值为负值，所以称为负迁移。,负压室：,正迁移,正压室：,负压室：,压差：,当H=0时，差压输出并不为零，其值为,其迁移量为正值，所以称为正迁移。,综上所述：正负迁移的实质是改变变送器的零点，同时改变量程的上下限，而量程范围不变。,（a）无迁移 （b）负迁移 （c）正迁移,例1如下图所示是双法兰式差压变送器测量密闭容器中有结晶液体的液位，已知被测液体的密度=1200kg/m3，液位变化范围为H为0950mm，变送器的正、负压法兰中心线距离H0=1800mm，
6、变送器毛细管硅油密度1=950kg/m3，试确定变送器的量程和迁移量。,根据差压变送器的量程系列，可选16kPa的量程。,差压变送器需要进行负迁移，负迁移量为16.758kPa。,解：液位的变化范围为0950mm时，差压的变化量为,当H=0时,例2：有两种密度分别为1=0.8g/cm3，2=1.1g/cm3的液体置于闭口容器中，它们的界面经常发生变化。试考虑能否利用差压变送器来连续测量其界面，若可以利用差压变送器来测量，试问： （1）仪表的量程如何选择； （2）迁移量是多少？,解：可以利用差压变送器来连续测量其界面，如右图。,因2密度比较高，所以用采用法兰液面计测量1、2的界位。液位计毛细管内
7、充有硅油，其密度为=0.95g/cm3。,（1）仪表的量程是指当界位由最低升到最高时，液面计上所增加的压力。故量程为,（2）当界面最低时，仪表正、负室压的压力+、-分别为,所以仪表的迁移量,浮力式液位传感器,利用漂浮于液面上的浮标或浸没于液体中的浮筒测量液位。,(1) 恒浮力式液位传感器,根据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。,恒浮力法液位测量示意图,将一个浮子置于液体中，它受到浮力的作用漂浮在液面上，当液面变化时，浮子随之同步移动，其位置就反映了液面的高低。,水塔里的水位常用这种方法指示,恒浮力式物位检测包括浮标式、浮球式和翻板式等各种方法。,浮球用不锈钢制作，安装在
8、浮筒内，其上端连接有连杆，连杆顶端置有磁钢。当水位发生变化时，浮球带动连杆顶端磁钢在调整箱组件中非导磁的管道中上、下移动，当磁钢移动到上下限水银开关处，与水银开关上装有的磁钢相作用，带动水银开关动作，从而实现开关量控制。,调整箱组件,浮筒,浮球,连杆,非导 磁管,下限水银开关,磁钢,上限水银开关,(2) 变浮力式液位传感器,根据沉浸在被测液体中的浮筒所受的浮力与液面位置的关系进行测量。,mg=Cx0,C 弹簧的刚度； x0弹簧由于浮筒重力产生的位移,变浮力法液位测量示意图,将一质量为m的浮筒悬挂在弹簧上，弹簧的下端被固定，当测量桶内无水时，浮筒的重力与弹簧力达到平衡时，有：,当测量筒内有一定高
9、度的液位H时，浮筒受到液体的浮力上浮，,根据力平衡：,一般,即,被测液位H可表示为:,即弹簧的位移量与液位成正比。弹簧的顶端连接有一铁芯，铁芯随着弹簧的位移在差动变压器内上下移动输出位移信号。,浮球式液位计,浮筒液位计,练习题1,用单个差压计测量液位高度时，测量结果易受介质密度变化的影响。解决的方案是用两个差压计，如下图所示，其中差压计1测量固定液位高度H1上的差压p1，压计2测量容器上下的总差压p2。试求液位H与差压p1和p2之间的关系。,练习题2,用双法兰液位计测量容器内的液位。开始时差压计安装在与容器下部引压口同一水平线上，并调整好差压变送器的零点和量程。后来因为维护需要将变送器的安装位
10、置上移了h1距离，则该变送器是否需要重新调整零点和量程，才能保证液位测量的正确性？,(1)电容式传感器,、S和r中的某一项或几项有变化时，就改变了电容C, 或S的变化可以反映线位移或角位移的变化，也可以间接反映压力、加速度等的变化；r的变化则可反映液面高度、材料厚度等的变化。,三种基本类型： 变极距(变间隙)()型 变面积型(S)型 变介电常数(r)型,其它物位检测仪表,如果两圆筒形电极间的一部分被介电常数为2的液体所浸没，设被浸没的电极长度为H，此时的电容量为,由两个长度L，半径分别为R和r的圆筒金属导体组成。当两圆筒间充以介电常数为1的气体时，则由该圆筒组成的电容器的电容量为：,当圆筒形电
11、容器的几何尺寸L、R和r保持不变，且介电常数也不变时，电容器电容增量C与电极被介电常数为2的介质所浸没的高度H成正比关系。另外，两种介质的介电常数的差值（21）越大，则C也越大，说明相对灵敏度越高。,当圆筒形电容器几何尺寸一定，电容器电容增量与液位高度H成正比。同时，两种介质的介电常数的差值越大， 越大，灵敏度高。,对于被测介质为导电性液体，则电极将被导电的液体短路。因此，电极要用绝缘材料覆盖。,可导出：,电容式物位检测的基本原理是将物位的变化转换为由插入电极所构成的电容器的电容量的改变。 电容式物位计主要由电极（敏感元件）和电容检测电路组成。由于电容的变化量较小，因此准确检测电容量是物位检测
12、的关键。目前在物位检测中，常见的电容检测方法主要有交流电桥法、充放电法和谐振电路法等。,工作原理： 基于液位变化引起电极间电阻变化，通过检测电阻变化反映液位的情况。 两根电极由两根材料、截面积相同的，具有大电阻率的电阻棒组成，电阻棒两端固定并与容器绝缘。则其阻值为,电阻大小与液位高度成正比。,（2）电阻式液位计,（1）超声波可以在气体、液体及固体中传播，并有各自的传播速度。例如在常温下空气中的声速约为334m/s，在水中的声速约为1440 m/s，而在钢铁中约为5000 m/s。声速不仅与介质有关，而且还与介质所处的状态（如温度）有关。,超声波性质,(3)超声波物位传感器,（2）声波在介质中传
13、播时会被吸收而衰减，气体吸收最强而衰减最大，液体其次，固体吸收最小而衰减最小，因此对于一给定强度的电波，在气体中传播的距离会明显比在液体和固体中传播的距离短。另外声波在介质中传播时衰减的程度还与声波的频率有关，频率越高，声波的衰减也越大，因此超声波比其他声波在传播时的衰减更明显。,（3）声波传播时的方向性随声波的频率的升高而变强，发射的声束也越尖锐，超声波可近似为直线传播，具有很好的方向性。,超声波检测原理,声学式物位检测方法就是利用超声波的性质，通过测量声波从发射至接收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。,超声波发射器被置于容器底部，当它向液面发射短促的脉冲时，在液面处产生
14、反射，回波被超声接收器接收。若超声发射器和接收器到液面的距离为H，声波在液体中的传播速度为v，则有如下简单关系：,（a）液介式，探头固定安装在液体中最低液位之下。 （b）气介式，探头安装在最高液位之上的空气或其它气体中。 （c）固介式，把一根传声固体棒插入液体中，上端要高出最高液位之上，探头安装在传声固体棒的上端。,采用自发自收单探头方式测量时的几种基本方案,基本方案,采用一发一收双探头测量方式测量时的几种基本方案,（d）双探头液介式,如果两探头的中心距为2a，声波从探头至液面的斜向路径为S，探头至液面的垂直高度为L，则,一般情况下，两个探头安装很近，即a较小，所以在高液位时L值近似地与S相等
15、，因此仍可用S公式计算L值，不会产生较大的误差，但在低液位时会产生较大的计算误差。,采用一发一收双探头测量方式测量时的几种基本方案,（e）双探头气介式,如果两探头的中心距为2a，声波从探头至液面的斜向路径为S，探头至液面的垂直高度为L，则,一般情况下，两个探头安装很近，即a较小，所以在高液位时L值近似地与S相等，因此仍可用S公式计算L值，不会产生较大的误差，但在低液位时会产生较大的计算误差。,采用一发一收双探头测量方式测量时的几种基本方案,（f）双探头固介式,采用两根传声固体，超声波从发射探头经第一根固体传至液面，再经液体传至第二根固体，然后沿第二根固体传至接收探头。,根据传声介质的不同可以分
16、为：液介式、气介式、固介式三种。,超声波物位计由超声波发射、接收器（探头）及显示仪表组成。,超声波物位计原理框图,超声波物位计的原理 物位计以微处理机8031单片机为核心，进行超声波的发射、接收控制和数据处理，具有声速温度补偿功能及自动增益控制功能。,(4)辐射式物位计,利用射线穿透物质时，部分能量会被介质吸收，强度的变化与物体的厚度有关。可以应用射线检测物位。,(a)定点测量,(b)连续测量，但是测量范围小,(c)多个射线源，一个探测器,(d)一个射线源，多个探测器,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。,(4)物位开关,实际生产过程中很少有静止不动的情况，这样就会影响物位测量。主要是液位、料位和界位的特点引起的。 液位测量的特点： 当物料流进流出时，液面就会波动，还可能出现沸腾或泡沫，使液面模糊； 大型容器中常会有各处液面的温度、密度和黏度等物理量不均匀的影响； 料位测量的特点： 料面不规则，存在自然堆积的角度； 物料排出后存在滞留区； 物料间的空隙不稳定，会影响对容器中实际储料量的计量 界位测量的特点： 在界面出可能存在浑浊段，不易分清,7.3 影响测量物位的因素,
