第4章 物 位 檢 測

1、檢測技術及儀表 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雷達液位計 4.7其他物位計 4.8實訓電容式液位計調校 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、保證產品質量和產量。 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、式液位計結構類型 1.玻璃管液位計 圖4-2石英玻璃管液位計的結構及外形 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：預緊發(fā)條對浮子的拉力（：預緊發(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導向鋼絲 5導向輪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浮球式、外浮球式。 (3)浮球液位控制器（液位開關） 圖4-8浮球液位控制器 4.3浮力式液位計 3.磁翻轉式液位計 圖4-9磁翻轉式液位計 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用 圖4-12內浮筒和外浮筒液位計外形圖 4.3浮力式液位計 圖4-13內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)安裝變送器時不應受到強烈振動和沖擊，并且局部不能過熱。 3)對內浮筒液位計要正確安裝浮筒，當被測介質波動較大時，應配 備導向管。 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導壓管 6轉子流量計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圓筒形電容器結構 （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)導電液體的液位檢測 圖4-24電容式液位傳感器 結構原理(測量導電液體) 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 結構原理(測量非導電液體) (2)非導電液體的液位檢測 （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 結構原理(測量非導電固體物料) 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電容式物位計的應用 1)傳感器應垂直安裝。 2)當電極外有絕緣層時，要注意保護好絕緣層。 3)變送器的外殼或接線盒下部的不銹鋼連接部件應接地，電纜入口 應密封良好。 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，安裝時應注意防堵。 6)電容式物位計安裝完畢后，對零點和量程進行調整。 7)測量具有一定粘滯性的介質，需要定期清洗電極外壁，保證其測 量準確性。 4.6雷達液位計 4.6.1檢測原理 圖4-28雷達液位計 檢測原理示意圖 4.6雷達液位計 1.微波脈沖法 圖4-29微波脈沖法檢測原理示意圖 4.6雷達液位計 圖4-30調頻脈沖波 4.6雷達液位計 圖4-31連續(xù)波調頻法檢測原理示意圖 2.連續(xù)波調頻法(FMCW) 4.6雷達液位計 圖4-32雷達液位計構成框圖 4.6.2雷達液位計的構成及類型 4.6雷達液位計 圖4-33天線式雷達液位計外形圖 (1)天線

9、式(非接觸式)天線式雷達液位計外形如圖4-33所示。 4.6雷達液位計 圖4-34導波式雷達液位計外形圖 (2)導波式(接觸式)導波式雷達液位計外形圖如圖4-34所示。 4.6雷達液位計 4.6.3雷達液位計的特點及應用 1.雷達液位計特點 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) 測量準確度高，過程測量級產品準確度可達3mm、5mm，計 量級產品可達1mm。 4)分辨率高，目前大多數(shù)產品的分辨率可達1mm。 5)傳播損耗小，量程大小對價格的影響不大。 6)使用、維護費用低。 4.6雷達液位計 2.雷達液位計應用 1)正確選擇安裝位置。 不要將儀表安裝在進料

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，應避免有能產生反射信號的障礙物，。 儀表安裝位置與罐壁之間保持適當?shù)木嚯xS，S的大小一般為罐直 徑的1/6，不同產品可根據(jù)廠家使用說明書規(guī)定執(zhí)行。 圖4-35雷達液位計安裝位置的確定 4.6雷達液位計 2)天線必須伸出安裝短管，否則應使用天線延伸管。 3)當在波束范圍內存在有障礙物，或容器的形狀可能導致多重回波 產生而帶來干擾影響，或液面波動較大，或被測介質相對介電常數(shù) 較小時，可采用導波管。 4) 導波式雷達液位計的導波桿必須向下懸垂，并完全伸開貫穿于需 要液位讀數(shù)的整個距離范圍內。 5)液位計應在使用說明書規(guī)定

11、的范圍內使用。 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超聲波換能器結構形式 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和逆壓電效應實現(xiàn)超聲波的接收和發(fā)射。 (2)主機主機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用 (1)超聲波物位計特點 1) 結構簡單，無活動部件。 2)適用介質多。 3)儀表不受介質介電常數(shù)、電導率、熱導率等性質的影響。 4) 對介質特性(腐蝕性、黏度、毒性)適應能力強。 5)使用方便，維護工作量小。 6)由于換能器不耐高溫，故不能用于高溫介質的測量。 7)存在測量盲區(qū)。 4.7其他物位計 (2)超聲波物位計應用 1)選擇合適的安裝位置。 2)物位計的安裝高度應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)射方向與被測介質表面垂直。 4) 避免

13、日曬和雨淋，室外安裝時應加裝防護罩。 5)物位開關一般橫向水平安裝，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，可向容器內加入 導波管。 7)物位計固定應牢固可靠。 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構示意圖 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)測量準確度高，可達0.05%FS(或0.5mm)；重復性好，重復性 誤差0.002%

14、FS；分辨率高，可達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 系統(tǒng)可構成儲罐計量系統(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)場調校，無需維護。 5)適應性強。 6)零點全量程任意可調，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，傾斜度不得超過產品使用說明中的規(guī)定要求。 3)安裝時應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)液位計的安裝應保證最高和最低液位在其測量范圍內。 5)對介質有輕微攪拌或進出液體時有沖擊的場合，可安裝防護管； 對介質攪拌程度比較劇烈或介質溫度較高的應用場合，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