第09章物位测量

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1、第第9章章 物位测量物位测量9.1 液位检测（重点）液位检测（重点） 9.2 料位检测料位检测 9.3 相界面检测相界面检测 9.1 液位检测方法液位检测方法 n液位检测：液位检测：1.直接检测直接检测2.间接检测间接检测;n测量状况及条件复杂多样，决定了间接测量更测量状况及条件复杂多样，决定了间接测量更加常用，将液位信号转化为其它相关信号，有加常用，将液位信号转化为其它相关信号，有压力法、浮力法、电学法、热学法压力法、浮力法、电学法、热学法等。等。 9.1.1 直接测量法直接测量法 n直接测量是一种最为简单、直观的测量方法，利用直接测量是一种最为简单、直观的测量方法，利用连通器的原理，将容器

2、中的液体引入带有标尺的观连通器的原理，将容器中的液体引入带有标尺的观察管中，通过标尺读出液位高度。察管中，通过标尺读出液位高度。图图9.1 9.1 玻璃管液位计玻璃管液位计9.1.2 压力法压力法 n压力法依据液体重量所产生的压力进行测量。压力法依据液体重量所产生的压力进行测量。n由于液体对容器底面产生的静压力与液位高度成正由于液体对容器底面产生的静压力与液位高度成正比，通过测比，通过测容器中液体的压力容器中液体的压力即可得到液位高度。即可得到液位高度。 n对常压开口容器，液位高度对常压开口容器，液位高度H与液体静压力与液体静压力P之间有之间有如下关系：如下关系： 式中，式中， 被测液体的密度

3、被测液体的密度(kg/m3)。gPH测量开口容器液位高度测量开口容器液位高度图图9.2 用于测量开口容器液位高度的用于测量开口容器液位高度的3种压力式液位计种压力式液位计(a)压力表式液位计压力表式液位计 (b)法兰式液位变送器法兰式液位变送器 (c)吹气式液位计吹气式液位计 差压法差压法n对于密闭容器中的对于密闭容器中的液位测量，除可应液位测量，除可应用上述三种液位计用上述三种液位计外，还可用差压法外，还可用差压法进行测量进行测量;n优点：消除优点：消除液面上液面上部气压部气压及及气压波动气压波动对示值的影响。对示值的影响。 图图9.3 差压式液位计差压式液位计P1、P2引入变送器正压室和负

4、压室的压力引入变送器正压室和负压室的压力(Pa)；H 液位高度液位高度(m)；h1、h2容器底面和工作液面距变送器高度容器底面和工作液面距变送器高度(m)。 Z0为为零点迁移量零点迁移量，它与差压计安装情况有关。，它与差压计安装情况有关。一般的差压计都有一般的差压计都有零点迁移量调节机构零点迁移量调节机构，通过调节可使，通过调节可使Z00，这时差压计的读数直接反映液面高度这时差压计的读数直接反映液面高度H。一般在低压管中充满隔离液体。若隔离液体密度为一般在低压管中充满隔离液体。若隔离液体密度为 2，被测，被测液体密度为液体密度为 1 ， 1 2 ，得压力平衡方程：，得压力平衡方程：PhHgP1

5、11PghP222012211121ZgHghghgHPPP11220ghghZ9.1.3 浮力法浮力法 n浮力法测液位依据浮力法测液位依据力平衡原理力平衡原理，借助浮子一类的，借助浮子一类的悬浮物，浮子做成空心刚体，在平衡时能够浮于悬浮物，浮子做成空心刚体，在平衡时能够浮于液面。液面。n当液位高度发生变化时，浮子就会跟随液面上下当液位高度发生变化时，浮子就会跟随液面上下移动。因此测出浮子的位移就可知液位变化量。移动。因此测出浮子的位移就可知液位变化量。n分类：分类：1.按浮子形状不同，可分为按浮子形状不同，可分为浮子式浮子式、浮筒式浮筒式等；等；2.按机构不同可分为按机构不同可分为钢带式钢带

6、式、杠杆式杠杆式等。等。 1. 钢带浮子式液位计钢带浮子式液位计n如图如图9.4为直读式钢为直读式钢带浮子式液位计，带浮子式液位计，这是一种最简单的这是一种最简单的液位计，一般只能液位计，一般只能当地显示。当地显示。图图9.4 9.4 直读式钢带浮子式液位计直读式钢带浮子式液位计2. 浮筒式液位计浮筒式液位计 n浮筒式液位计属于变浮力液位浮筒式液位计属于变浮力液位计计;n当被测液面位置变化时，浮筒当被测液面位置变化时，浮筒浸没体积变化，所受浮力也变浸没体积变化，所受浮力也变化，通过测量浮力变化确定出化，通过测量浮力变化确定出液位的变化量。液位的变化量。n原理分析（原理分析（pgdn）图图9.5

7、 浮筒式液位计浮筒式液位计1-浮筒；浮筒；2-弹簧；弹簧；3-差动变压器差动变压器 。浮筒式浮筒式液位计是用弹簧平衡浮力，用差动变压器测量浮筒位移，液位计是用弹簧平衡浮力，用差动变压器测量浮筒位移，平衡时压缩弹簧的弹力与浮筒浮力及重力平衡时压缩弹簧的弹力与浮筒浮力及重力G平衡。即平衡。即GgAHkx式中式中 k：弹簧刚度弹簧刚度(N/m)； x：弹簧压缩量弹簧压缩量(m)； ：液体密度液体密度(kg/m3)； H：浮筒浸入深度浮筒浸入深度(m)； A：浮筒截面积浮筒截面积(m2)。液位高度变化与弹簧变形量成正比。液位高度变化与弹簧变形量成正比。弹簧变形量可用多种方法测量，既可当地指示，也可用变

8、换弹簧变形量可用多种方法测量，既可当地指示，也可用变换器器（如差动变压器如差动变压器）变换成电信号进行远传控制。变换成电信号进行远传控制。 9.1.4 电学法电学法n电学法按工作原理不同又可分为电学法按工作原理不同又可分为电阻式电阻式、电感式电感式、电容式电容式等。等。n电学法的优点：电学法的优点：n无无摩擦件摩擦件和和可动部件可动部件，信号转换、传送方便，便于远，信号转换、传送方便，便于远传，与电动单元组合仪表配合使用传，与电动单元组合仪表配合使用，可方便地实现液可方便地实现液位的自动检测和自动控制。位的自动检测和自动控制。 1. 电阻式液位计电阻式液位计n原理：液位变化原理：液位变化电极间

9、电阻变化电极间电阻变化反映液位情况。反映液位情况。n优点：既可进行定点液位控制，也可进行连续测量。优点：既可进行定点液位控制，也可进行连续测量。n定点控制定点控制n指液位上升或下降到一定位置时引起电路的接通或断指液位上升或下降到一定位置时引起电路的接通或断开，引发报警器报警。开，引发报警器报警。图图9.6 电阻式液位计电阻式液位计1-电阻棒；电阻棒；2-绝缘套；绝缘套；3-测量电桥测量电桥 电阻式液位计的两根电极是由两根电阻式液位计的两根电极是由两根材料、截面积相同材料、截面积相同的具有的具有大电阻率大电阻率的电阻棒组成，电阻棒两端固定并与容器绝缘。整的电阻棒组成，电阻棒两端固定并与容器绝缘。

10、整个传感器电阻为：个传感器电阻为：式中式中 H、h：电阻棒全长及液位高度电阻棒全长及液位高度(m)； ：电阻棒的电阻率电阻棒的电阻率( m)； A：电阻棒截面积电阻棒截面积(m2)。该传感器的材料、结构与尺寸确定后，该传感器的材料、结构与尺寸确定后，K1、K2均为常数；均为常数；电阻大小与液位高度成正比。电阻大小与液位高度成正比。电阻的测量可用图中的电桥完成。电阻的测量可用图中的电桥完成。 hKKhAHAhHAR212222.电感式液位计电感式液位计n原理：原理：n利用电磁感应现象，液位变化引起线圈电感变化，感利用电磁感应现象，液位变化引起线圈电感变化，感应电流也发生变化。应电流也发生变化。n

11、既可进行连续测量，也可进行液位定点控制。既可进行连续测量，也可进行液位定点控制。 电感式液位控制器的原理图电感式液位控制器的原理图n组成：组成：不导磁管字不导磁管字、导磁性浮子导磁性浮子及及线线圈圈。n管子与被测容器相连通，管子内的管子与被测容器相连通，管子内的导导磁性浮子磁性浮子浮在液面上，当液面高度变浮在液面上，当液面高度变化时，浮子随着移动。化时，浮子随着移动。n线圈固定在液位上下限控制点；线圈固定在液位上下限控制点；n当浮子随液面移动到控制位置时，引当浮子随液面移动到控制位置时，引起线圈起线圈感应电势感应电势变化，此信号控制继变化，此信号控制继电器动作，可实现上、下液位的报警电器动作，