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第 5章 物 位 的 测 量 本 章 介 绍 了 物 位 的 基 本 概 念 ， 以 及 物 位 测 量的 特 点 ， 详 细 分 析 了 一 些 典 型 物 位 计 的 工 作 原 理 ，介 绍 了 它 们 的 优 缺 点 、 应 用 场 合 及 使 用 的 注 意 事 项 。 返 总 目 录 教 学 目 录 ：5.15.25.35.4 5.5 5.65.75.8 返 总 目 录 5.1 概 述5.1.1 物 位 测 量 的 一 般 概 念5.1.2物 位 测 量 的 工 艺 特 点 和 主 要 问 题重 点 ： 物 位 测 量 的 基 本 概 念 。重 点 ： 液 位 测 量 的 工 艺 特 点 。 难 点 ： 料 位 测 量 的 工 艺 特 点 。5.1.3 物 位 测 量 仪 表 的 分 类 返 本 章 目 录 物 位 检 测 是 对 设 备 和 容 器 中 物 料 储 量 多 少 的 度 量 。 物 位 检测 为 保 证 生 产 过 程 的 正 常 运 行 ， 如 调 节 物 料 平 衡 、 掌 握 物 料 消耗 数 量 、 确 定 产 品 产 量 等 提 供 可 靠 依 据 。 在 现 代 工 业 生 产 自 动化 过 程 监 测 中 物 位 检 测 占 有 重 要 的 地 位 。一 、 定 义 ：物 位 :储 物 在 容 器 中 的 积 存 高 度 。 即 液 位 、 料 位 和 界 位 的 位 置 统 称 为 物 位 。 检 测界 面 计不 同 液 体 的 界 面 位 置界 位 料 位 计固 体 物 料 的 堆 积 高 度料 位 液 位 计表 面 高 低 液体介质液位 物 位 是 液 位 、 料 位 、 界 位 的 总 称 。 对 物 位 进 行 测 量 、 指 示 和 控 制的 仪 表 ， 称 物 位 检 测 仪 表 。5.1.1物 位 测 量 的 一 般 概 念 5.1.2物 位 测 量 的 工 艺 特 点 和 主 要 问 题 1.液 位 测 量 的 工 艺 特 点 液 面 是 一 个 规 则 的 表 面 ， 但 当 物 料 流 进 、 流出 时 ， 会 有 波 浪 ， 或 者 在 生 产 过 程 中 出 现 沸 腾或 起 泡 沫 的 现 象 。大 型 容 器 中 常 会 出 现 液 体 各 处 温 度 、 密 度 和 粘度 等 物 理 量 不 均 匀 的 现 象 。容 器 中 常 会 有 高 温 、 高 压 ， 或 液 体 粘 度 很 大 ，或 含 有 大 量 杂 质 、 悬 浮 物 等 。 返 本 节 目 录 返 本 章 目 录 2.料 位 测 量 的 工 艺 特 点物 料 自 然 堆 积 时 ， 有 堆 积 倾 斜 角 ， 因 此 料 面 是 不 平 的 ,难 以 确 定 料 位 高 度 。物 料 进 出 时 ， 又 存 在 着 滞 留 区 （ 由 于 容 器 结 构 而 使 不易 流 动 的 死 角 处 ， 叫 做 滞 留 区 ） ， 影 响 到 物 位 最 低 位 置的 测 准 。储 仓 或 料 斗 中 ， 物 料 内 部 可 能 存 在 大 的 孔 隙 ， 或 粉 料之 中 存 在 小 的 间 隙 ， 前 者 影 响 对 物 料 储 量 的 计 算 ， 而 后者 则 在 振 动 或 压 力 、 湿 度 变 化 时 物 位 也 随 之 变 化 。3.界 位 测 量 中 最 常 见 的 问 题 是 界 面 位 置 不 明 显 ，浑 浊 段 的 存 在 也 影 响 测 准 。5.1.2物 位 测 量 的 工 艺 特 点 和 主 要 问 题 返 本 节 目 录 返 本 章 目 录 5.1.3 物 位 测 量 仪 表 的 分 类 物 位 测 量 仪 表 的 种 类 很 多 ， 而 且 还 在 不 断 发展 。 按 其 工 作 原 理 可 归 纳 为 以 下 几 种 ： 直 读 式 物 位 测 量 仪 表 、 浮 力 式 物 位 测 量 仪 表 、 静 压 式 物 位 测 量 仪 表 、 电 磁 式 物 位 测 量 仪 表 、 电 容 式 物 位 测 量 仪 表 、 超 声 波 式 物 位 测 量 仪 表 核 辐 射 式 物 位 测 量 仪 表 等 。 此 外 ， 还 有 声 学 式 、 称 重 式 、 重 锤 式 、 旋 翼 式等 。 返 本 节 目 录 返 本 章 目 录 5.2 直 读 式 液 位 计直 读 式 液 位 计 是 一 种 简 单 而 常 用 的 液 位 测 量 仪表 。 其 中 最 简 单 的 就 是 直 接 用 直 尺 插 入 介 质 中 来测 量 液 位 ， 另 外 就 是 用 玻 璃 液 位 计 进 行 测 量 。重 点 ： 玻 璃 液 位 计 的 原 理 、 结 构 、 特 点 。难 点 ： 玻 璃 液 位 计 的 分 类 ， 以 及 使 用 注 意 事 项 。 返 本 章 目 录 5.2 直 读 式 液 位 计 玻 璃 液 位 计 的 工 作 原 理 ： 按 照连 通 器 液 柱 静 压 平 衡 的 原 理 工 作 的。 优 点 ： 结 构 简 单 、 价 格 便 宜 ，一 般 用 在 温 度 及 压 力 不 太 高 的 场 合就 地 指 示 液 位 的 高 低 。 缺 点 ： 不 能 测 量 深 色 或 粘 稠 的 介 质 的 液 位 ， 另外 玻 璃 易 碎 ， 且 信 号 不 能 远 传 和 自 动 记 录 。 玻 璃 液 位 计 按 照 结 构 可 以 分 为 玻 璃 管 式 和 玻璃 板 式 液 位 计 两 种 。 返 本 章 目 录 当 用 玻 璃 液 位 计 进 行 精 确 测 量 时 应 注 意 ：应 使 容 器 和 仪 器 中 的 介 质 具 有 相 同 的 温 度 ， 以 免 因 密 度不 同 而 引 起 示 值 误 差 。玻 璃 液 位 计 管 径 不 宜 太 小 ， 以 免 因 毛 细 现 象 而 引 起 示 值误 差 。应 尽 量 减 小 连 通 管 上 的 流 动 阻 力 ， 以 减 小 液 位 快 速 变 化时 产 生 的 动 态 误 差 。为 了 改 善 仪 表 的 动 态 性 能 ， 也 不 能 把 连 通 管 上 的 阀 门 省掉 。 当 玻 璃 管 或 玻 璃 板 一 旦 发 生 损 坏 时 ， 可 利 用 连 通 管 上的 阀 门 进 行 切 断 ， 以 免 事 故 扩 大 。5.2 直 读 式 液 位 计 返 本 章 目 录 5.3 浮 力 式 液 位 计 工 作 原 理 ： 基 于 液 体 浮 力 原 理 而 工 作 的 。 浮 力 式 液 位 计 分 为 浮 子 式 和 浮 筒 式 液 位 计 两 种 。 优 点 ： 不 容 易 受 到 外 界 环 境 的 影 响 ； 浮 子 或 浮 筒直 接 受 浮 力 推 动 ， 比 较 直 观 、 可 靠 ， 结 构 简 单 、 维 修方 便 等 。 缺 点 ： 由 于 具 有 可 动 部 件 ， 故 容 易 受 摩 擦 而 影 响它 的 灵 敏 度 和 增 大 误 差 ， 而 且 可 动 部 件 易 被 污 垢 、 锈蚀 卡 死 而 影 响 可 靠 性 。 另 外 ， 由 于 浮 筒 或 浮 子 要 垂 直或 横 伸 于 容 器 中 ， 故 所 占 空 间 较 大 。 返 本 章 目 录 5.3.1 浮 子 式 液 位 计重 点 ： 各 种 浮 子 式 液 位 计 的 特 点 、 原 理 、 结 构 和 使 用 。难 点 ： 各 种 浮 子 式 液 位 计 的 使 用 。5.3 浮 力 式 液 位 计5.3.2 浮 筒 式 液 位 计重 点 ： 各 种 浮 筒 式 液 位 计 的 特 点 、 原 理 和 结 构 。难 点 ： 浮 筒 式 液 位 计 的 校 验 。 返 本 章 目 录 1、 浮 子 式 液 位 计 ： 是 一 种 恒 浮 力 式 液 位 计 。（ 1） 钢 丝 绳 （ 或 钢 带 ） 式 浮 子 液 位 计 基 本 原 理 ： 通 过 测 量 漂 浮 于 被 测 液 面 上 的 浮 子 （ 浮标 ） 随 着 液 面 的 变 化 而 上 下 移 动 而 产 生 的 位移 来 检 测 液 位 高 低 ， 其 所 受 浮 力 的 大 小 一 定 。即 检 测 浮 子 所 在 位 置 可 知 液 面 高 低 。 浮 子 形 状 常 见 有 圆 盘 形 、 圆 柱 形 和 球 形 等 。 下 面 以 圆 柱 形 为 例来 作 分 析 。 如 图 ： 浮 子 通 过 滑 轮 和 绳 带 与 平 衡 重 锤 连 接 ， 绳 带 的 拉 力 与 浮 子 的 重量 及 浮 力 相 平 衡 ， 以 维 持 浮 子 处 于 平 衡 状 态 而 漂 在 液 面 上 ， 平 衡重 锤 位 置 即 反 映 浮 子 的 位 置 ， 从 而 测 知 液 位 。5.3.1 浮 子 式 液 位 计 基 本 原 理 ： 理 想 情 况 下 ， 浮 子 浸 入 液 体 的 高 度 h是 不 变 的 ， 将 来 液 位 变 化时 ， 浮 子 随 液 位 上 、 下 移 动 ， 通 过 滑 轮 使 悬 锤 上 、 下 移 动 ， 指示 液 位 高 低 。 ghDFdD 42 浮 子 所 受 浮 力 为 ：液 体 密 度 为浮 子 浸 入 液 体 高 度 为设 园 柱 形 浮 子 外 径 为5.3.1 浮 子 式 液 位 计 1、 浮 子 式 液 位 计 ： 是 一 种 恒 浮 力 式 液 位 计 。 基 本 原 理 ： 但 由 于 液 体 的 黏 性 、 传 动 系 统 的 摩 擦 等因 素 ， 液 位 变 化 H 只 有 达 到 一 定 的 值 时 （ 即浮 子 浸 入 液 体 深 度 h变 化 到 一 定 值 时 h ） ，造 成 浮 力 发 生 F的 变 化 时 ， 浮 子 才 会 动 作 ，才 可 能 带 动 悬 锤 指 示 变 化 。 这 表 明 了 液 位 计 存 在 不 灵 敏 区 。ghDF 42浮 子 所 受 浮 力 为 ： 1、 浮 子 式 液 位 计 ： 是 一 种 恒 浮 力 式 液 位 计 。 基 本 原 理 ： 浮 力 变 化 F和 液 位 变 化 H 的 关 系 ： 当 F等 于 系 统 的 摩 擦 力 时 ， 浮 力 才 开 始移 动 ， 该 式 表 明 了 液 位 计 的 不 灵 敏 区 为 ： 从 此 式 可 知 ， 选 择 合 适 的 浮 子 直 径 及 减 少 摩 擦 阻 力 ， 可 以 改善 液 位 计 的 灵 敏 度 。 ghDF 42浮 子 所 受 浮 力 为 ： gDHF 42 gD FH 42 杠 杆 浮 球 式 液 位 计 分 为 内 浮 式 和 外 浮 式 。 使 用 时 若 有 沉淀 物 或 凝 结 物 附 在 浮 球 上 ， 要 重 新 调 整 平 衡 锤 的 位 置 ， 校 正零 位 。 这 类 仪 表 变 化 灵 活 ， 容 易 适 应 介 质 的 温 度 、 压 力 、 粘度 等 条 件 。 但 受 机 械 杠 杆 长 度 的 限 制 ， 测 量 范 围 较 小 。（ 2） 杠 杆 浮 球 式 液 位 计 返 本 节 目 录 返 本 章 目 录 1、 浮 子 式 液 位 计 ： 是 一 种 恒 浮 力 式 液 位 计 。 1-浮 球 2-连 杆 3-转 动 轴 4-平 衡 锤 5-杠 杆 6-指 针 7-标 尺 5.3.1 浮 子 式 液 位 计 翻 板 由 极 薄 的 导磁 金 属 制 成 ， 每 片 宽10mm， 垂 直 排 列 ，并 各 自 能 绕 框 架 上 的小 轴 旋 转 。 翻 板 的 一面 涂 有 红 漆 ， 另 一 面涂 银 灰 漆 。 （ 3） 翻 板 式 液 位 计 返 本 节 目 录 返 本 章 目 录 翻 板 式 液 位 计 工 作 原 理 动 画 演 示返 本 节 目 录 返 本 章 目 录 5.3.2 浮 筒 式 液 位 计 浮 筒 式 液 位 计 的 检 测 元 件 是 浸 没 于 液 体 中 的 浮筒 。 浮 筒 所 受 浮 力 随 位 移 发 生 变 化 。 此 浮 力 变 化再 以 力 或 位 移 变 化 的 形 式 ， 带 动 电 动 或 气 动 元 件发 出 信 号 给 显 示 仪 表 以 显 示 液 位 ， 也 可 以 实 现 液位 的 报 警 或 调 节 。这 种 液 位 计 主 要 由 变 送 器 和 显 示 仪 表 两 部 分 组成 。 浮 筒 的 长 度 就 是 仪 表 的 量 程 ， 一 般 为 3002000mm。 返 本 节 目 录 返 本 章 目 录 二 、 浮 力 式 液 位 计2、 浮 筒 式 液 位 计 ： 是 一 种 变 浮 力 式 液 位 计 。（ 1） 带 有 差 动 变 压 器 的 浮 筒 式 液 位 计 .原 理 图 ： 结 构 ： 圆 柱 形 的 检 测 元 件 的 浮 筒 部 分 沉 浸 于液 体 中 ， 由 弹 簧 悬 挂 ， 弹 簧 下 端 固 定 ， 上 端 受 浮筒 重 力 而 拉 伸 。 .基 本 原 理 ： 利 用 浮 筒 （ 敏 感 元 件 ） 由 于 被 液 体 浸 没 高 度不 同 ， 以 至 所 受 浮 力 不 同 来 检 测 液 位 。 二 、 浮 力 式 液 位 计2、 浮 筒 式 液 位 计 ： 是 一 种 变 浮 力 式 液 位 计 。 .基 本 原 理 ： 设 浮 筒 质 量 为 m ， 截 面 积 为 A ， 弹 簧 的 刚 度为 c， 压 缩 位 移 为 x0， 被 测 液 体 密 度 为 ， 浮 筒 没入 液 体 高 度 为 H 起 始 位 置 弹 性 力 与 重 力 、 浮 力 相 平 衡 ， 有 ：弹 性 力 重 力 浮 力 二 、 浮 力 式 液 位 计2、 浮 筒 式 液 位 计 ： 是 一 种 变 浮 力 式 液 位 计 。 .基 本 原 理 ： 当 液 位 变 化 时 ， 浮 筒 所 受 浮 力 改 变 ， 弹 簧 的变 形 亦 有 变 化 。 达 到 新 的 力 平 衡 时 则 有 以 下 关 系 ： （ 即 浮 筒 位 移 变 化 ）弹 簧 变 形 变 化液 位 高 度 变 化假 设 xH 二 、 浮 力 式 液 位 计2、 浮 筒 式 液 位 计 ： 是 一 种 变 浮 力 式 液 位 计 。 .基 本 原 理 ： 结 论 ： 只 要 检 测 弹 簧 的 变 形 x（ 即 浮 筒 的位 移 量 ） ， 即 可 确 定 液 位 的 变 化 H ,进 而 确 定 液 体 的 液 位 高 度 。 HHxHxHHH 二 、 浮 力 式 液 位 计2、 浮 筒 式 液 位 计 ： 是 一 种 变 浮 力 式 液 位 计 。 .位 移 检 测 方 法 ： 弹 簧 变 形 量 的 检 测 可 通 过 差 动 变 压 器 实 现 。如 图 ， 在 浮 筒 顶 部 的 连 杆 上 装 一 铁 心 ， 铁 心 随浮 筒 而 上 下 移 动 ， 其 位 移 经 差 动 变 压 器 转 换 为与 位 移 成 比 例 的 电 压 输 出 ， 从 而 给 出 相 应 的 液 位指 示 。 .采 用 弹 簧 结 构 的 好 处 ： 液 位 高 度 的 变 化 范 围 可 能 很 宽 ， 但 浮 筒 只 有 很 小 的 位 移 ， 对应 差 动 式 变 压 器 铁 芯 位 移 很 小 ， 实 现 起 来 方 便 。 5.3.2 浮 筒 式 液 位 计 3.浮 筒 式 液 位 计 的 校 验 （ 1） 挂 重 法 （ 又 称 干 法 ） 挂 重 法 校 验 浮 筒 式 液 位 计 ， 是 将 浮 筒 取 下 后 ， 加上 与 各 校 验 点 对 应 的 某 一 砝 码 重 力 来 校 验 的 。 该 重 力为 浮 筒 重 力 （ 包 括 挂 链 重 力 ） 与 液 面 在 该 校 验 点 时 浮筒 所 受 浮 力 之 差 。 )(44)(4 21221222H gHgLDgHDgHLDF 返 本 节 目 录 返 本 章 目 录 5.3.2 浮 筒 式 液 位 计例 5-1 设 一 浮 筒 式 液 位 计 中 浮 筒 的 重 力 G1 14.41N， 挂 链重 力 G2 0.46N， 浮 筒 的 外 径 D 13mm， 浮 筒 的 长 度 L4600mm， 液 相 介 质 的 密 度 1= 0.85g/cm3， 气 相 介 质 的 密 度2= 0.00165g/cm3， 用 挂 重 法 校 验 时 所 用 托 盘 重 力 G32.59N， 现 求 ： 当 校 验 点 为 全 量 程 的 0%、 50%、 100%时 ，应 分 别 加 多 重 的 砝 码 ？解 ： 当 液 位 为 50%时 ， 浮 筒 所 受 浮 力 F50为 NgHDF 54.23.28.91085.04 10134 362150250 所 以 ， 应 加 砝 码 重 力 为W50 G1 G2 G3 F50 14.41 0.46 2.54 2.59 9.74N返 本 节 目 录 返 本 章 目 录 5.3.2 浮 筒 式 液 位 计 （ 2） 水 校 法 （ 又 称 湿 法 ） 这 是 现 场 常 用 的 方 法 。 当 被 测 介 质 是 水 时 ， 可 直 接 用 水 校验 ， 若 不 是 水 ， 也 可 通 过 换 算 用 水 代 校 。浮 筒 的 指 示 重 力 （ 即 浮 筒 重 力 与 所 受 浮 力 的 差 值 ） 相 同 ，指 示 值 相 同 。 用 水 代 校 时 浮 筒 应 被 水 浸 没 的 相 应 长 度 为 xx ll 水水 在 校 验 满 量 程 时 ， 浮 筒 应 被 水 浸 没 的 长 度 为 Ll 水水 x返 本 节 目 录 返 本 章 目 录 5.3.2 浮 筒 式 液 位 计例 5-2 已 知 浮 筒 的 长 度 为 300mm， 水 的 密 度 为 1.0 g/cm3， 被 测 液 体 的 密 度 为 0.82 g/cm3， 如 何 用 水 校法 进 行 校 验 ？解 ： 用 水 代 校 时 ， 浮 筒 应 被 水 浸 没 的 最 大 长 度 为mmLl 2463000.182.0 x 水水 校 验 时 再 将 246分 为 五 等 分 ， 调 整 液 位 计 使 相 应 输 出为 全 量 程 的 20%、 40%、 60%、 80%、 100%即 可 。应 用 浮 筒 液 位 计 测 量 两 种 液 体 的 界 位 时 ， 用 水 代 校 的方 法 与 上 述 基 本 相 同 。 返 本 节 目 录 返 本 章 目 录 5.3.2 浮 筒 式 液 位 计 适 用 范 围 ： 适 用 于 测 量 范 围 在 200mm以 内 ， 密 度 在0.5 1.5g/cm3的 液 体 液 面 连 续 测 量 测 量 范 围 在 1200mm以 内 ， 密 度 差 为 0.10.5g/cm3的 液 体 界 面 的 连 续 测 量 。 真 空 对 象 、 易 汽 化 的 液 体 宜 选 用 浮 筒 式 仪 表 。 返 本 节 目 录 返 本 章 目 录 5.4 静 压 式 液 位 计 静 压 式 液 位 计 ： 通 过 测 静 压 力 或 静 压 差 来 测 量液 位 的 仪 表 。 静 压 式 液 位 计 的 工 作 原 理 ： 容 器 中 盛 有 液 体 或固 体 物 料 时 ， 物 体 对 容 器 的 底 部 或 侧 壁 会 产 生 一 定的 静 压 力 。 当 液 体 的 密 度 均 匀 ， 或 固 体 颗 粒 及 物 料的 密 度 与 疏 密 程 度 均 匀 时 ， 此 静 压 力 与 物 料 的 物 位高 度 成 正 比 。 测 出 这 个 静 压 力 的 变 化 就 可 知 道 物 位的 变 化 。 在 测 量 液 面 上 部 空 间 气 相 压 力 有 波 动 的 密闭 容 器 的 液 位 时 ， 则 采 用 测 量 差 压 的 方 法 。 返 本 章 目 录 5.4 静 压 式 液 位 计 介 质 密 度 度零 液 位 至 液 面 的 液 体 高设 定 的 零 液 位 处 的 压 力 力容 器 上 部 空 间 的 气 体 压HppBA 静 压 式 液 位 计 是 根 据 液 柱 静 压与 液 柱 高 度 成 正 比 的 原 理 来 实 现 的 。如 图 所 示 ， 根 据 流 体 静 力 学 原 理 可 得A、 B两 点 之 间 的 压 力 差 为p pB pA gH 返 本 章 目 录ppgH 1液 位 高 度 5.4 静 压 式 液 位 计5.4.1 压 力 计 式 液 位 计5.4.2 差 压 式 液 位 计5.4.3 法 兰 式 压 力 变 送 器 的 应 用5.4.4 静 压 式 液 位 计 的 零 点 迁 移5.4.5 静 压 式 液 位 计 的 特 点 及 选 型重 点 ： 各 种 静 压 式 压 力 计 的 原 理 、 特 点 、 应 用 。难 点 ： 零 点 迁 移 。 返 本 章 目 录 5.4.1 压 力 计 式 液 位 计压 力 计 式 液 位 计 是 根 据 测 压 仪 表 测 量 液 位 的原 理 制 成 的 ， 用 来 测 量 敞 口 容 器 中 的 液 位 高 度 。测 压 仪 表 通 过 取 压 导 管 与 容 器 底 部 相 连 ， 当液 体 密 度 为 常 数 ， 由 测 压 仪 表 的 指 示 值 便 可 知道 液 位 的 高 度 。 返 本 节 目 录 返 本 章 目 录压 力 式 仪 表敞 口 容 器 ：容 器 底 部 或 侧 面 液 位 零 点 处 引出 压 力 信 号 ， 仪 表 指 示 的 表 压力 即 反 映 相 应 的 液 柱 静 压 。 5.4.1 压 力 计 式 液 位 计 压 力 计 式 液 位 计 的 特 点 ： 优 点 ： 比 较 简 单 ， 而 且 测 量 范 围 不 受 限 制 ， 信 号 可 以远 传 。 缺 点 ： 精 度 受 到 压 力 表 精 度 的 限 制 ， 而 且 只 适 用 于 敞口 容 器 的 测 量 ， 当 液 体 密 度 发 生 变 化 时 ， 会 引 入 一 定 的 误差 。 如 果 被 测 介 质 具 有 腐 蚀 性 ， 应 在 仪 表 与 被 测 液 体 之 间加 装 隔 离 罐 。 但 是 应 注 意 隔 离 液 与 被 测 液 体 之 间 不 能 发 生互 溶 现 象 。 注 意 ： 当 压 力 仪 表 与 取 压 点 （ 零 液 位 ） 不 在 同 一 水 平位 置 时 ， 应 对 其 位 置 高 度 差 引 起 的 固 定 压 力 进 行 修 正 。 返 本 节 目 录 返 本 章 目 录 5.4.2 差 压 式 液 位 计 用 压 力 式 液 位 计 测 量 密 闭 容 器 的 液 位 时 ， 压 力表 的 示 值 包 含 了 液 面 上 部 的 气 相 压 力 ， 而 此 压 力 不一 定 是 定 值 ， 所 以 用 这 种 液 位 计 测 量 液 位 时 会 引 起较 大 的 误 差 。 为 消 除 气 相 压 力 的 影 响 ， 需 采 用 差 压式 液 位 计 。 返 本 节 目 录 返 本 章 目 录密 闭 容 器 ： 差 压 计 的 正 压 侧 与 容 器 底部 相 通 ， 负 压 侧 连 接 容 器 上 部的 大 气 空 间 。 由 式可 求 液 位 高 度差 压 式 仪 表 5.4.3 法 兰 式 压 力 变 送 器 的 应 用 法 兰 式 差 压 变 送 器 的 法 兰 直 接与 容 器 上 的 法 兰 相 连 接 ， 作 为 敏 感元 件 的 测 量 头 （ 金 属 膜 盒 ） 经 毛 细管 与 变 送 器 的 测 量 室 相 通 。 在 膜 盒、 毛 细 管 和 测 量 室 所 组 成 的 密 闭 系统 内 充 有 硅 油 ， 作 为 传 压 介 质 ， 毛细 管 外 套 以 金 属 蛇 皮 管 保 护 ， 法 兰测 头 的 结 构 形 式 分 为 平 法 兰 和 插 入式 法 兰 两 种 。 返 本 节 目 录 返 本 章 目 录1-毛 细 管 2-变 送 器 3-平 法 兰 测 量 头 4-插 入 式 法 兰 测 量 头 法 兰 式 差 压 变 送 器 适 宜 于 测 量 腐 蚀 性 、 结 晶 性、 粘 稠 性 和 含 有 悬 浮 物 的 液 体 的 液 位 和 界 位 测 量 。 法 兰 式 差 压 变 送 器 缺 点 ： 比 普 通 的 差 压 变 送 器贵 ， 而 且 有 的 毛 细 管 内 的 充 灌 液 很 容 易 渗 漏 掉 。 反应 比 普 通 的 差 压 变 送 器 迟 缓 ， 特 别 是 天 冷 的 时 候 ，仪 表 的 灵 敏 度 更 低 。 法 兰 式 液 位 计 的 测 量 范 围 还 受毛 细 管 长 度 的 限 制 。 因 此 ， 使 用 哪 一 种 液 位 计 进 行测 量 ， 要 视 具 体 的 情 况 而 定 。5.4.3 法 兰 式 压 力 变 送 器 的 应 用 返 本 节 目 录 返 本 章 目 录 5.4.4 静 压 式 液 位 计 的 零 点 迁 移 无 论 是 压 力 检 测 法 还 是 差 压 检 测 法 都 要 求 取 压 口 （ 零 液位 ） 与 压 力 （ 差 压 ） 检 测 仪 表 的 入 口 在 同 一 水 平 高 度 上 ， 否则 就 会 产 生 附 加 静 压 误 差 。 1.无 迁 移 两 个 不 同 形 式 的 液 位 测 量 系 统 中 ， 将 差 压 变 送 器 的 正 、负 压 室 分 别 与 容 器 下 部 和 上 部 的 取 压 点 相 连 通 ， 作 为 测 量 仪表 的 差 压 变 送 器 的 输 入 差 压 p和 液 位 H之 间 的 关 系 都 可 以 用p p B pA gH表 示 。 当 H 0时 ， 差 压 变 送 器 的 输 入 p=0， 差 压 变 送 器 的输 出 也 为 0（ 下 限 值 ） ， 相 应 地 显 示 仪 表 指 示 为 0， 这 时 不 存在 零 点 迁 移 问 题 。 返 本 节 目 录 返 本 章 目 录 5.4.4 静 压 式 液 位 计 的 零 点 迁 移 无 迁 移 液 位 测 量 系 统1 容 器 2 变 送 器 3 液 位 零 面返 本 节 目 录 返 本 章 目 录 2、 正 迁 移 ： 如 图 。 差 压 计 安 装 在 最 低 液 面 以 下 ， 和零 位 的 高 度 差 为 h。 则 差 压 变 送 器 正 、负 压 室 所 受 压 力 为 ： 的 作 用 。， 需 要 设 法 消 去时 ， ， 为 使时 ，可 见 ， 当 液 面 高 度 为 差 压 计 两 侧 压 力 为 压 力容 器 内 液 面 上 方 的 气 体 cpH cpH cgH ghgHppppp pghgHp 00 00 )(0 0 为 此 ， 在 一 般 的 差 压 计 中 ， 均 有 调 整 零 点 的 位 置 机 构 ，通 过 调 整 迁 移 弹 簧 ， 改 变 变 送 器 的 零 点 即 可 实 现 。 由 于 要 迁 移 c值 为 正 ， 正 迁 移 3、 负 迁 移 ： 如 图 。 当 容 器 中 液 体 上 方 气 体 是 可 凝 性 的（ 如 水 蒸 汽 ） ， 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 防 腐 ， 常 常 在 差 压 变 送 器 的 正 负 压 室 与 限 压 点 之 间 装有 隔 离 罐 ， 并 充 以 隔 离 液 。 设 隔 离 液 密 度 为 B )( )( 1 2121022 0121 gH ghhgHppppghp pgHghp 差 压 计 两 侧 压 力 为 压 力容 器 内 液 面 上 方 的 气 体 负 迁 移 量 为 负 值的 作 用 ， 由 于 要 迁 移 的， 需 要 消 去时 ，使 附 加 的 差 压 作 用 ， 为， 差 压 变 送 器 受 到 一 个时 ，当 B00 00 pH pH 总 结 ： 量 程 迁 移 一 般 通 过 调 整 仪 表 上 上 的 迁 移 弹 簧 即 可 实 现 ， 这 种调 整 同 时 改 变 了 量 程 的 上 、 下 限 ， 而 不 改 变 量 程 大 小 。 .举 例 ： 用 差 压 变 送 器 检 测 液 位 ， 已 知 、 、 液 位 变 化 范 围 为 03m， 重 力加 速 度 ， 求 差 压 变 送 器 的 量 程 和 迁 移 量 ， 若 选用 DDZ- 型 仪 表 ， 其 测 量 范 围 是 多 少 ？31 /1200 mkg 32 /950 mkg mh 0.11 mh 0.52 2/8.9 smg 解 ： 当 液 位 在 03m变 化 时 ，测 量 液 体 差 压 变 化 量 为 ：根 据 差 压 变 送 器 量 程 系 列 ， 选 择 量程 为 ： 40K Pa。 agH P352808.912003 1max 37240 8.99505)-(1 )(0H 221 ， 有当 ghhp .举 例 ： 用 差 压 变 送 器 检 测 液 位 ， 已 知 、 、 液 位 变 化 范 围 为 03m， 重 力加 速 度 ， 求 差 压 变 送 器 的 量 程 和 迁 移 量 ， 若 选用 DDZ- 型 仪 表 ， 其 测 量 范 围 是 多 少 ？31 /1200 mkg 32 /950 mkg mh 0.11 mh 0.52 2/8.9 smg 解 ： 因 此 需 进 行 负 迁 移 ， 其 迁 移 量为 ： 37.24kPa。 迁 移 后 的 测 量 范 围为 ： aKP76.237240 若 选 用 DDZ- 型 仪 表 ， 输 出 为 420mA电 流 ， 则 有 ： ；时 ， 对 应 测 量 液 位 高 度输 出 ；时 ， 对 应 测 量 液 位 高 度输 出 mmm 4.3335.2840HA20I 0HA4I实 际 可 测 液 位 范 围 为 03.4m。 5.4.5 静 压 式 液 位 计 的 特 点 及 选 型1.静 压 式 液 位 计 的 特 点 差 压 式 仪 表 的 性 能 稳 定 、 精 度 高 ， 是 应 用 最 广 泛 的 一 种仪 表 。 利 用 差 压 式 液 位 计 测 量 液 位 具 有 如 下 特 点 ：检 测 元 件 不 占 容 器 空 间 ， 而 只 需 在 容 器 侧 壁 上 开 两 个 引压 孔 。检 测 元 件 无 可 动 部 件 ， 安 装 方 便 ， 使 用 可 靠 。采 用 法 兰 式 结 构 还 可 以 解 决 黏 度 大 、 易 结 晶 、 有 悬 浮 物的 介 质 液 位 的 测 量 。在 冬 季 使 用 时 ， 须 采 用 保 温 措 施 ， 以 防 止 隔 离 罐 、 导 压管 及 仪 表 内 的 液 体 冻 结 ， 影 响 正 常 的 测 量 。 返 本 节 目 录 返 本 章 目 录 5.4.5 静 压 式 液 位 计 的 特 点 及 选 型2.静 压 式 液 位 计 的 选 型 腐 蚀 性 、 结 晶 性 、 粘 稠 性 、 易 汽 化 和 含 悬 浮 物 的 液 体 ， 宜选 用 平 法 兰 式 差 压 式 液 位 计 。高 结 晶 、 高 粘 性 、 结 胶 性 和 沉 淀 性 液 体 ， 宜 选 用 插 入 式 法兰 差 压 式 液 位 计 。对 于 在 环 境 温 度 下 ， 气 相 可 能 冷 凝 ， 液 相 可 能 汽 化 ， 或 气相 有 液 体 分 离 的 对 象 ， 在 使 用 普 通 差 压 式 液 位 计 进 行 测 量 时 ，应 视 具 体 情 况 分 别 设 置 隔 离 器 、 分 离 器 、 汽 化 器 、 平 衡 容 器等 部 件 ， 或 对 测 量 管 线 保 温 、 伴 热 。用 差 压 式 液 位 计 测 量 锅 炉 汽 包 液 面 时 ， 所 采 用 的 双 室 平 衡容 器 应 为 温 度 补 偿 型 的 。 返 本 节 目 录 返 本 章 目 录 5.5 电 容 式 物 位 计 电 容 物 位 计 ： 将 物 位 的 变 化 转 换 成 电 容 量 的 变化 来 进 行 物 位 测 量 的 仪 表 。 组 成 ： 传 感 器 、 电 容 检 测 两 大 部 分 。 电 容 式 物 位 计 适 用 于 各 种 导 电 、 非 导 电 液 体 的液 位 或 粉 状 料 位 的 远 距 离 连 续 测 量 和 指 示 ， 也 可 以和 电 动 单 元 组 合 仪 表 配 套 使 用 ， 以 实 现 液 位 或 料 位的 自 动 记 录 、 控 制 和 调 节 。 由 于 它 的 结 构 简 单 ， 没有 可 动 部 分 ， 因 此 应 用 范 围 较 广 。 返 本 章 目 录 5.5 电 容 式 物 位 计5.5.1 导 电 介 质 用 电 容 式 物 位 计5.5.2 非 导 电 介 质 用 电 容 式 物 位 计重 点 ： 不 同 介 质 用 电 容 式 物 位 计 的 原 理 、 特 点 与 使 用 。难 点 ： 导 电 介 质 用 、 非 导 电 介 质 用 电 容 式 物 位 计 的 比 较 。5.5.4 油 箱 油 量 检 测 系 统5.5.3 固 体 物 料 用 电 容 式 物 位 计 返 本 章 目 录 1、 结 构 ： 如 图 ， 两 个 同 轴 圆 筒 电 极 组 成 的 电 容 器 。2、 原 理 ： 基 于 圆 筒 形 电 容 器 的 电 容 值 随 物 位 而 变 化 。 当 液 位 变 化 ， 园 筒 形 电 极 一 部 份 被 物 料 浸 没 ， 浸 没 深 度 H ， 极 板 间 存 在 两 种 介 质 的 介 电 常 数 1 (原 设 有 中 间 介 质 介 电 常 数 )、 2 (被 测 物 料 的 介 电 常 数 ) ,将 引 起 电 容 量 的 变 化 。 )/ln(2: 101 dD LCdDL 电 容 量 极 板 间 介 电 常 数同 轴 园 筒 外 内 电 极 直 径极 板 长 度 )/ln(2)/ln( )(2: 2121 dD HdD HLCCC 新 的 电 容 量 H dD HCCC 一 定 条 件 下 ）（电 容 变 化 量 )/ln(2: 120 相 对 灵 敏 度 越 高也 越 大越 大 ，差 值 ， 即 可 知 液 位根 据结 论 ： C HC 12 )/ln(2 10 dD LC )/ln(2)/ln( )(2: 2121 dD HdD HLCCC 新 的 电 容 量 三 、 电 容 式 液 位 计3、 实 现 形 式 ： .测 量 导 电 液 体 液 位 时 ： 等 效 电 路 如 图 。 c11 c12c2 电 容导 电 液 和 内 电 极 构 成 的 电 容容 器 和 绝 缘 套 管 构 成 的 极 构 成 的 电 容绝 缘 套 管 外 表 面 和 内 电)/ln(2 )/ln( )(2 )/ln( )(2 22 121 211 rR HC RR HLC rR HLC i 绝 缘 套 管 的 介 电 常 数 常 数被 测 液 位 上 方 空 气 介 电为 容 器 内 径设 21 iR 1112 12 ,CC RRi 且 三 、 电 容 式 液 位 计3、 实 现 形 式 ： .测 量 导 电 液 体 液 位 时 ： 等 效 电 路 如 图 。 c11 c12c2 )/ln(2)/ln(2)/ln(2 211 221 rR HRR HRR LCCC ii 总 电 容 rRRRi ， 12 加随 液 位 的 升 高 而 线 性 增电 容 增 量总 电 容 kHCC kHCrR HRR LC i 0 021C )/ln(2)/ln(2 三 、 电 容 式 液 位 计4、 检 测 电 路 ： 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 变 化 量 小 ， 因 此 准 确 检 测 电 容 量 是 物 位 检 测 的 关 键 。 常 见 的 电 容 检 测 方 法 有 交 流 电 桥 法 、 充 放 电 法 、 谐 振 电 路 法 。可 以 输 出 标 准 电 流 信 号 ， 实 现 远 距 离 传 送 。 注 意 ： 电 容 量 的 检 测 一 般 须 用 交 流 电 源 ， 电 源 频 率 高 ， 有 利 于 比 较容 抗 间 的 差 别 ， 但 若 频 率 过 高 ， 寄 生 电 容 影 响 大 ， 反 而 不 利 于 检测 。 以 单 臂 桥 式 电 路 为 例 ： 三 、 电 容 式 液 位 计4、 检 测 电 路 ： 如 图 ： C UCKCCCCC UCC CjCj UCjCjCj UCjU CCCCCCC x xxx 则 电 桥 平 衡 ， 输 出 电 压 时 ， 有为 电 容 检 测 元 件 ， 设 当 0321 2 3 321 20 x0231x0 11 111 1 为 常 数时 ， 当电 容 增 量说 明 ： K)(K 00321 20 xxxx CCCCCCC CCCC C1 C2 C3 Cx uo交流 三 、 电 容 式 液 位 计5： 特 点 电 容 式 物 位 计 一 般 不 受 真 空 、 压 力 、 温 度 等 环 境 条 件 的 影 响 ；安 装 方 便 ， 结 构 牢 固 ， 易 维 修 ； 价 格 较 低 。 但 是 不 适 合 于 以 下 介 质 ： 如 介 质 的 介 电 常 数 随 温 度 等 影 响 而变 化 、 介 质 在 电 极 上 有 沉 积 或 附 着 、 介 质 中 有 气 泡 产 生 等 情 况 。 非 导 电 介 质 用 电 容 式 物 位 计 若 被 测 介 质 是 粘性 非 导 电 液 体 ，其 测 量 结 果 也 会受 到 虚 假 液 位 的影 响 ， 但 一 般 很小 ， 可 以 忽 略 。 HKdD HCCC i00 )/ln( )(2 返 本 节 目 录 返 本 章 目 录 5.5.3 固 体 物 料 用 电 容 式 物 位 计 因 为 固 体 摩 擦 较 大 ， 容 易 “ 滞 留 ” ， 所 以 一 般 不 用 双层 式 电 极 。 对 于 非 导 电 固 体 料 位 ， 可 采 用 以 电 极 棒 和 容 器壁 为 两 电 极 、 以 被 测 物 料 作 为 电 介 质 的 电 容 器 来 测 量 。 如果 容 器 为 圆 筒 形 ， 电 容 变 化 量 为 对 于 像 钢 筋 水 泥 料 仓 的 料 位 测 量 ， 用 钢 丝 绳 及 仓 库 钢筋 作 为 容 器 的 两 极 ， 以 测 量 非 导 电 物 料 的 料 位 。 钢 丝 绳 对地 及 钢 筋 用 绝 缘 材 料 加 以 绝 缘 。 HKdD HCCC i00 )/ln( )(2 返 本 节 目 录 返 本 章 目 录 5.5.3 固 体 物 料 用 电 容 式 物 位 计电 容 式 物 位 计 在 使 用 时 主 要 应 注 意 以 下 几 点 ：电 极 必 须 垂 直 安 装 ， 安 装 前 要 校 直 。注 意 不 要 把 电 极 安 装 在 管 口 、 孔 、 凹 坑 等 里 面 ， 以 防 止 介质 停 留 而 造 成 误 动 作 。仪 表 的 同 轴 电 缆 芯 线 不 允 许 进 水 ， 必 须 严 格 予 以 注 意 。同 轴 电 缆 不 许 切 断 或 加 长 ， 因 为 在 校 验 中 已 计 入 初 始 电 容量 ， 否 则 将 影 响 零 点 和 整 个 线 性 。当 被 测 介 质 改 变 后 ， 需 重 新 调 整 仪 表 。当 周 围 温 度 与 调 整 时 的 温 度 偏 离 过 大 时 ， 则 必 须 重 新 调 整仪 表 。 返 本 节 目 录 返 本 章 目 录 5.5.4 油 箱 油 量 检 测 系 统 其 主 要 组 成 部 分 是 电 容 式 液 位 传 感 器 、 电 桥 、放 大 器 、 两 相 电 机 、 减 速 机 构 和 显 示 装 置 等 。 返 本 节 目 录 返 本 章 目 录 5.6 导 电 式 液 位 计重 点 ： 导 电 式 液 位 计 、 太 阳 能 热 水 器 水 位 报 警 器 的 工作 原 理 。难 点 ： 导 电 式 液 位 计 的 工 作 原 理 。 返 本 章 目 录 导 电 式 液 位 计 是 利用 某 些 液 体 的 导 电 特性 制 成 的 。 导 电 式 液 位 计 的 被测 介 质 必 须 是 导 电 的 ，在 抽 水 及 储 水 设 备 、工 业 水 箱 、 汽 车 水 箱等 方 面 均 被 采 用 。5.6 导 电 式 液 位 计 返 本 章 目 录 太 阳 能 热 水 器 水 位 报 警 器 的 工 作 原 理 1、 利 用 电 导 式 传 感 器 的 三 个 电 极 设 计 一 个 太 阳 能热 水 器 的 水 位 报 警 器 。 2、 当 水 位 处 在 1、 2极 之 间 时 ， 高 水 位 与 底 水 位的 指 示 灯 都 处 在 熄 灭 的 状 态 。 3、 当 水 位 低 于 电 极 二 时 ， VT3截 止 ， VT2导 通 ，低 水 位 指 示 灯 点 亮 ， 微 分 电 路 将 产 生 脉 冲 ， 触 发音 乐 集 成 电 路 工 作 。 随 之 扬 声 器 发 报 警 声 ， 告 之主 人 往 水 箱 注 水 。 4、 当 水 位 高 于 电 极 1时 ， VT1导 通 ， 高 水 位 指 示灯 导 通 微 分 电 路 将 产 生 脉 冲 ， 触 发 音 乐 集 成 电 路 ，随 之 扬 声 器 报 警 ， 告 知 主 人 水 箱 的 水 已 经 注 满 。 物 位 检 测 方 法 小 结1、 液 位 检 测 中 ： 静 压 式 、 浮 力 式 检 测 方 法 常 用 ， 具 有 结 构 简 单 、 工 作 可 靠 、精 度 较 高 等 优 点 ， 缺 点 ： 需 要 在 容 器 上 开 孔 安 装 引 压 管 或 在 介 质 中 插 入 浮 筒 ，因 此 ， 不 适 用 于 高 粘 度 介 质 ， 或 易 燃 、 易 爆 等 危 害 性 大 的 介 质 。 物 位 检 测 方 法 小 结2、 电 容 式 、 超 声 波 式 液 位 计 ： 用 于 液 位 或 料 位 的 检 测 电 容 式 ： 超 声 式 ： 影 响介 质 的 介 电 常 数 变 化 的 而 且 电 容 量 易 受 路 要 求 高 ，化 量 较 小 ， 对 于 电 子 线缺 点 ： 电 容 量 随 我 们 变 件 结 构 简 单 的 特 性具 有 检 测 原 理 、 敏 感 元 复 杂 ， 价 格 高受 到 一 定 的 限 制 ， 电 路 力 很 强某 些 介 质 对 声 波 吸 收 能声 速 与 介 质 的 温 度 有 关 的 温 度探 头 本 身 不 能 承 受 过 高缺 点 ： ， 可 实 现 非 接 触 式 测 量 的 物 位 均 可 测 量 粉 末 、 块 状的 声 阻 抗 不 同 ， 液 位 、应 用 范 围 广 ， 只 要 界 面 本 章 小 结 本 章 主 要 介 绍 了 直 读 式 物 位 测 量 仪 表 、 浮 力 式物 位 测 量 仪 表 、 静 压 式 物 位 测 量 仪 表 、 电 容 式 物 位测 量 仪 表 、 导 电 式 液 位 计 、 超 声 波 式 物 位 测 量 仪 表 、核 辐 射 式 物 位 测 量 仪 表 以 及 等 几 种 典 型 物 位 计 的 工作 原 理 、 它 们 的 优 缺 点 以 及 安 装 使 用 方 法 。 本 章 的 难 点 在 于 有 关 浮 力 式 物 位 测 量 仪 表 中 的浮 筒 式 物 位 计 的 知 识 。 学 习 本 章 内 容 时 ， 要 注 意 比 较 ， 明 确 各 种 物 位计 的 优 缺 点 。 要 能 够 根 据 测 量 条 件 ， 选 择 合 适 的 仪表 ， 并 正 确 安 装 和 使 用 。 返 本 章 目 录