第4章 物 位 檢 測

1、檢測技術(shù)及儀表 主編毛徐辛 第4章物 位 檢 測 4.1物位檢測簡介 4.2直讀式液位計 4.3浮力式液位計 4.4靜壓式液位計 4.5電容式物位計 4.6雷達(dá)液位計 4.7其他物位計 4.8實訓(xùn)電容式液位計調(diào)校 4.1物位檢測簡介 4.1.1物位及物位檢測目的 確定容器中物體的存儲量，實現(xiàn)計量、保證物料平衡; 控 制物位保證安全生產(chǎn)、保證產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量。 4.1.2物位檢測方法 (1)直讀式 (2)靜壓式 (3)浮力式 (4)電氣式 (5)微波式 (6)聲波式 (7)輻射式 4.2直讀式液位計 4.2.1檢測原理 連通器原理。 圖4-1直讀式液位計檢測原理 4.2直讀式液位計 4.2.2直讀

2、式液位計結(jié)構(gòu)類型 1.玻璃管液位計 圖4-2石英玻璃管液位計的結(jié)構(gòu)及外形 4.2直讀式液位計 2.玻璃板液位計 圖4-3玻璃板液位計 4.3浮力式液位計 4.3.1恒浮力式液位計 漂浮于液面上的浮子(或浮球)的位置始終跟隨液位的變化而變 化。常見的恒浮力式液位計有浮子式液位計、浮球式液位計和磁翻 轉(zhuǎn)式液位計等。 1.浮子式液位計 圖4-4浮子式液位計 4.3浮力式液位計 (1)工作原理 TFW（4-24-2） W：浮子所受的重力（：浮子所受的重力（N N）；）； F：浮子所受的浮力（浮子所受的浮力（N N）；）； T：預(yù)緊發(fā)條對浮子的拉力（：預(yù)緊發(fā)條對浮子的拉力（N N）。）。 4.3浮力式液

3、位計 圖4-6編碼鋼帶式液位計 (2)浮子式液位計類型 1)浮子鋼帶式液位計 2)編碼鋼帶式液位計 圖4-5浮子鋼帶式液位計 1浮子2鋼帶3滑輪4導(dǎo)向鋼絲 5導(dǎo)向輪6釘輪7收帶輪 8卷簧輪9恒力盤簧10盤簧輪 11傳動齒輪12指針13計數(shù)器 4.3浮力式液位計 圖4-7浮球式液位計 1浮球2連桿3轉(zhuǎn)動軸4平衡錘5杠桿6指針7浮球室 (1)工作原理 2.浮球式液位計 4.3浮力式液位計 (2)浮球式液位計類型內(nèi)浮球式、外浮球式。 (3)浮球液位控制器（液位開關(guān)） 圖4-8浮球液位控制器 4.3浮力式液位計 3.磁翻轉(zhuǎn)式液位計 圖4-9磁翻轉(zhuǎn)式液位計 4.3浮力式液位計 4.3.2變浮力式液位計

4、沉浸在液體中的浮筒(也稱沉筒)上所受的浮力隨液位的變化而 變化。 1.檢測原理 圖4-11扭力管式浮筒液位 計測量部分示意圖 4.3浮力式液位計 2.浮筒式液位計類型及應(yīng)用 圖4-12內(nèi)浮筒和外浮筒液位計外形圖 4.3浮力式液位計 圖4-13內(nèi)浮筒液位計安裝方式 安裝方式： 4.3浮力式液位計 圖4-14外浮筒液位計安裝方式 4.3浮力式液位計 注意事項： 1)儀表必須垂直安裝，且牢固可靠。 2)安裝變送器時不應(yīng)受到強(qiáng)烈振動和沖擊，并且局部不能過熱。 3)對內(nèi)浮筒液位計要正確安裝浮筒，當(dāng)被測介質(zhì)波動較大時，應(yīng)配 備導(dǎo)向管。 4)對外浮筒液位計要安裝排污閥，并定期打開排污閥清洗浮筒室。 5) 根

5、據(jù)液位測量范圍正確選擇液位計的量程。 6) 使用時注意介質(zhì)的物理特性。 4.4靜壓式液位計 4.4.1檢測原理 圖4-15靜壓式液 位計檢測原理 4.4靜壓式液位計 4.4.2靜壓式液位計類型 圖4-16壓力式液位計工作原理 1.壓力式液位計 4.4靜壓式液位計 圖4-17差壓式液位計工作原理 2.差壓式液位計 4.4靜壓式液位計 3.法蘭式液位計 圖4-18單法蘭式液位計 4.4靜壓式液位計 圖4-19雙法蘭式液位計 4.4靜壓式液位計 圖4-20吹氣式液位計工作原理 1吹氣管2吹氣切斷閥3三通4壓力表5導(dǎo)壓管 6轉(zhuǎn)子流量計7針形閥8減壓閥9過濾器 4.吹氣式液位計 4.4靜壓式液位計 注意

6、問題： 1) 正確選擇吹氣量大?。?2) 保證吹氣流量恒定不變。 4.4.3零點遷移問題 4.4靜壓式液位計 1. 無遷移 2.負(fù)遷移 3.正遷移 圖4-21差壓式液位計的安裝情況 4.4靜壓式液位計 圖4-22差壓變送器特性曲線 a無遷移b負(fù)遷移c正遷移 4.5電容式物位計 4.5.1檢測原理 圖4-23圓筒形電容器結(jié)構(gòu) （4-144-14） d D L C ln 2 4.5電容式物位計 4.5.2電容式物位傳感器 1.電容式液位傳感器 (1)導(dǎo)電液體的液位檢測 圖4-24電容式液位傳感器 結(jié)構(gòu)原理(測量導(dǎo)電液體) H d D CCC H ln 2 0 （4-204-20） 4.5電容式物位

7、計 圖4-25電容式液位傳感器 結(jié)構(gòu)原理(測量非導(dǎo)電液體) (2)非導(dǎo)電液體的液位檢測 （4-234-23） d D H CCC H ln )(2 0 0 4.5電容式物位計 圖4-26電容式料位傳感器 結(jié)構(gòu)原理(測量非導(dǎo)電固體物料) 2.電容式料位傳感器 （4-244-24） d D H C ln )(2 0 4.5電容式物位計 圖4-27電容式物位計外形圖 4.5電容式物位計 4.5.3電容式物位計的應(yīng)用 1)傳感器應(yīng)垂直安裝。 2)當(dāng)電極外有絕緣層時，要注意保護(hù)好絕緣層。 3)變送器的外殼或接線盒下部的不銹鋼連接部件應(yīng)接地，電纜入口 應(yīng)密封良好。 4)纜式傳感器有拉緊砝碼式和地腳螺栓固定

8、式。 5)桿式傳感器且為同軸式電極時，安裝時應(yīng)注意防堵。 6)電容式物位計安裝完畢后，對零點和量程進(jìn)行調(diào)整。 7)測量具有一定粘滯性的介質(zhì)，需要定期清洗電極外壁，保證其測 量準(zhǔn)確性。 4.6雷達(dá)液位計 4.6.1檢測原理 圖4-28雷達(dá)液位計 檢測原理示意圖 4.6雷達(dá)液位計 1.微波脈沖法 圖4-29微波脈沖法檢測原理示意圖 4.6雷達(dá)液位計 圖4-30調(diào)頻脈沖波 4.6雷達(dá)液位計 圖4-31連續(xù)波調(diào)頻法檢測原理示意圖 2.連續(xù)波調(diào)頻法(FMCW) 4.6雷達(dá)液位計 圖4-32雷達(dá)液位計構(gòu)成框圖 4.6.2雷達(dá)液位計的構(gòu)成及類型 4.6雷達(dá)液位計 圖4-33天線式雷達(dá)液位計外形圖 (1)天線

9、式(非接觸式)天線式雷達(dá)液位計外形如圖4-33所示。 4.6雷達(dá)液位計 圖4-34導(dǎo)波式雷達(dá)液位計外形圖 (2)導(dǎo)波式(接觸式)導(dǎo)波式雷達(dá)液位計外形圖如圖4-34所示。 4.6雷達(dá)液位計 4.6.3雷達(dá)液位計的特點及應(yīng)用 1.雷達(dá)液位計特點 1)測量部分無位移、無傳動部件，工作可靠性高。 2)可實現(xiàn)非接觸測量。 3) 測量準(zhǔn)確度高，過程測量級產(chǎn)品準(zhǔn)確度可達(dá)3mm、5mm，計 量級產(chǎn)品可達(dá)1mm。 4)分辨率高，目前大多數(shù)產(chǎn)品的分辨率可達(dá)1mm。 5)傳播損耗小，量程大小對價格的影響不大。 6)使用、維護(hù)費用低。 4.6雷達(dá)液位計 2.雷達(dá)液位計應(yīng)用 1)正確選擇安裝位置。 不要將儀表安裝在進(jìn)料

10、口上方或儲罐中心位置，以避免虛假回波 或信號衰減帶來的影響。 在信號波束范圍內(nèi)，應(yīng)避免有能產(chǎn)生反射信號的障礙物，。 儀表安裝位置與罐壁之間保持適當(dāng)?shù)木嚯xS，S的大小一般為罐直 徑的1/6，不同產(chǎn)品可根據(jù)廠家使用說明書規(guī)定執(zhí)行。 圖4-35雷達(dá)液位計安裝位置的確定 4.6雷達(dá)液位計 2)天線必須伸出安裝短管，否則應(yīng)使用天線延伸管。 3)當(dāng)在波束范圍內(nèi)存在有障礙物，或容器的形狀可能導(dǎo)致多重回波 產(chǎn)生而帶來干擾影響，或液面波動較大，或被測介質(zhì)相對介電常數(shù) 較小時，可采用導(dǎo)波管。 4) 導(dǎo)波式雷達(dá)液位計的導(dǎo)波桿必須向下懸垂，并完全伸開貫穿于需 要液位讀數(shù)的整個距離范圍內(nèi)。 5)液位計應(yīng)在使用說明書規(guī)定

11、的范圍內(nèi)使用。 圖4-36上、下部盲區(qū) 及最大測量范圍 4.7其他物位計 4.7.1超聲波物位計 利用回聲測距原理進(jìn)行檢測。 1.檢測原理 圖4-37超聲波液位計的基本檢測原理 （4-284-28） tLH 2 4.7其他物位計 圖4-38超聲波物位計組成框圖 2.超聲波物位計組成 4.7其他物位計 圖4-39超聲波換能器結(jié)構(gòu)形式 1晶片2托板3彈簧4隔板 5墊片6外殼7頂蓋8插頭 超聲波換能器 4.7其他物位計 (1)超聲波換能器常用的超聲波換能器是壓電式換能器，它利用 壓電晶體的壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)實現(xiàn)超聲波的接收和發(fā)射。 (2)主機(jī)主機(jī)部分由超聲波振蕩器、輸出電路、時鐘電路、整形 放大電

12、路、計時運算電路、指示器等組成。 圖4-40超聲波物位計外形圖 4.7其他物位計 3.超聲波物位計特點及應(yīng)用 (1)超聲波物位計特點 1) 結(jié)構(gòu)簡單，無活動部件。 2)適用介質(zhì)多。 3)儀表不受介質(zhì)介電常數(shù)、電導(dǎo)率、熱導(dǎo)率等性質(zhì)的影響。 4) 對介質(zhì)特性(腐蝕性、黏度、毒性)適應(yīng)能力強(qiáng)。 5)使用方便，維護(hù)工作量小。 6)由于換能器不耐高溫，故不能用于高溫介質(zhì)的測量。 7)存在測量盲區(qū)。 4.7其他物位計 (2)超聲波物位計應(yīng)用 1)選擇合適的安裝位置。 2)物位計的安裝高度應(yīng)保證換能器表面與最高物位之間的距離大于 盲區(qū)距離。 3) 盡可能使換能器的聲波發(fā)射方向與被測介質(zhì)表面垂直。 4) 避免

13、日曬和雨淋，室外安裝時應(yīng)加裝防護(hù)罩。 5)物位開關(guān)一般橫向水平安裝，安裝位置為需要報警的高度。 6)被測液體液面波動大，或有阻擋聲波的物體時，可向容器內(nèi)加入 導(dǎo)波管。 7)物位計固定應(yīng)牢固可靠。 8) 注意液體表面的懸浮物及氣泡對測量帶來的影響。 4.7其他物位計 4.7.2磁致伸縮液位計 1.組成及工作原理 圖4-41磁致伸縮液位計測量元件結(jié)構(gòu)示意圖 4.7其他物位計 4.7其他物位計 圖4-42磁致伸縮液位計外形圖 2.磁致伸縮液位計類型及特點 4.7其他物位計 1) 可靠性高，平均無故障工作時間長。 2)測量準(zhǔn)確度高，可達(dá)0.05%FS(或0.5mm)；重復(fù)性好，重復(fù)性 誤差0.002%

14、FS；分辨率高，可達(dá)0.1mm。 3)可同時測量液位、界面、多點溫度，若配以壓力變送器和計算機(jī) 系統(tǒng)可構(gòu)成儲罐計量系統(tǒng)，與其他方法組成的同類系統(tǒng)相比，成本 低，安裝方便快捷，工作可靠性高。 4)儀表使用方便，無需現(xiàn)場調(diào)校，無需維護(hù)。 5)適應(yīng)性強(qiáng)。 6)零點全量程任意可調(diào)，方便解決使用中的零位變更問題。 7)存在測量盲區(qū)。 4.7其他物位計 3.磁致伸縮液位計安裝方式 圖4-43磁致伸縮液位計安裝示意圖 4.7其他物位計 1)安裝前核對被測容器實際安裝高度與液位計測桿長度是否一致。 2) 垂直安裝，傾斜度不得超過產(chǎn)品使用說明中的規(guī)定要求。 3)安裝時應(yīng)使液位計測桿末端距容器底部有一定距離(約210mm)， 以防止測桿彎曲。 4)液位計的安裝應(yīng)保證最高和最低液位在其測量范圍內(nèi)。 5)對介質(zhì)有輕微攪拌或進(jìn)出液體時有沖擊的場合，可安裝防護(hù)管； 對介質(zhì)攪拌程度比較劇烈或介質(zhì)溫度較高的應(yīng)用場合，需采用旁通 管方式安裝。 6)液位計的屏蔽電纜線必須避開大功率電源、射頻信號源和其他有 噪聲的傳輸線等。 4.8實訓(xùn)