第八講 液位檢測儀表

1、第八講第八講 液位檢測儀表液位檢測儀表1 1、液位檢測方法、液位檢測方法 液位檢測總體上可分為直接檢測和間接檢測兩種方法。 直接測量是一種最為簡單、直觀的測量方法，它是利用連通器的原理，將容器中的液體引入帶有標(biāo)尺的觀察管中，通過標(biāo)尺讀出液位高度。 間接測量，是將液位信號轉(zhuǎn)化為其它相關(guān)信號進行測量，如壓力法、浮力法、電學(xué)法、熱學(xué)法等。 1.11.1直接測量法直接測量法 直接測量是一種最為簡單、直觀的測量方法，它是利用連通器的原理，將容器中的液體引入帶有標(biāo)尺的觀察管中，通過標(biāo)尺讀出液位高度。下圖所示的是玻璃管液位計。 玻璃管液位計1.2 1.2 壓力法液位壓力法液位 壓力法依據(jù)液體重量所產(chǎn)生的壓力

2、進行測量。由于液體對容器底面產(chǎn)生的靜壓力與液位高度成正比，因此通過測容器中液體的壓力即可測算出液位高度。 對常壓開口容器，液位高度H與液體靜壓力P之間有如下關(guān)系： gPH 下圖為用于測量開口容器液位高度的三種壓力式液位計。(a) 壓力表式液位計 (b)法蘭式液位變送器 (c)吹氣式液位計 對于密閉容器中的液位測量，可用差壓法進行測量，它可在測量過程中消除液面上部氣壓及氣壓波動對示值的影響，下圖示出差壓式液位計測量原理。 引壓導(dǎo)管易被腐蝕或堵塞，影響測量精度，應(yīng)用法蘭式壓力（差壓）變送器。敏感元件為金屬膜盒，它直接與被測介質(zhì)接觸，省去引壓導(dǎo)管，從而克服導(dǎo)管的腐蝕和阻塞問題。膜盒經(jīng)毛細管與變送器的

3、測量室相通，它們所組成的密閉系統(tǒng)內(nèi)充以硅油，作為傳壓介質(zhì)。為了毛細管經(jīng)久耐用，其外部均套有金屬蛇皮保護管。對于具有腐蝕性或含有結(jié)晶顆粒以及粘度大、易凝固的介質(zhì)法蘭式壓力（差壓）變送器量程遷移量程遷移無論是壓力檢測法還是差壓法，均要求零液位與檢測儀表在同一水平無論是壓力檢測法還是差壓法，均要求零液位與檢測儀表在同一水平高度，否則會產(chǎn)生附加靜壓誤差。高度，否則會產(chǎn)生附加靜壓誤差。處理方法處理方法對壓力變送器進行零點調(diào)整，對壓力變送器進行零點調(diào)整，使在只受附加靜壓力時輸出使在只受附加靜壓力時輸出為為“ “零零” ”。量程遷移量程遷移量程遷移量程遷移無遷移無遷移負遷移負遷移正遷移正遷移Hhn無遷移無遷

4、移保證正壓室與零液位等高保證正壓室與零液位等高gHP1當(dāng)當(dāng)H H為零時，差壓輸為零時，差壓輸出為零。出為零。差壓變送器的作用是將輸入的差壓信號轉(zhuǎn)化為統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號輸出。差壓變送器的作用是將輸入的差壓信號轉(zhuǎn)化為統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號輸出。n負遷移負遷移形成原因：加隔離罐或采形成原因：加隔離罐或采用法蘭式測壓差。用法蘭式測壓差。1210ghgHPP正壓室：正壓室：220ghPP負壓室：負壓室：BgHhhggHPPP11221)(差壓：差壓：當(dāng)當(dāng)H=0H=0時，差壓的輸出并不為零，而是時，差壓的輸出并不為零，而是-B-B。為使。為使H=0H=0時，差變的輸出時，差變的輸出為為4mA4mA，就要消除，就要消除

5、-B-B的影響。稱之為量程遷移。由于要遷移的時為負的影響。稱之為量程遷移。由于要遷移的時為負值，所以稱為負遷移。值，所以稱為負遷移。量程遷移實例量程遷移實例 例如：已知例如：已知31/1200mkg32/950mkgmh0 . 11mh0 . 52m0 . 30mL 液位高度變化形成的差壓值為：液位高度變化形成的差壓值為： 所以可選擇差壓變送器量程為所以可選擇差壓變送器量程為40kPa40kPaPagH3528038 . 912001PaghhB372408 . 9950) 15()(212所以負遷移量為所以負遷移量為37.240kPa37.240kPa，即將差壓變送器的零點調(diào)為，即將差壓變送

6、器的零點調(diào)為-37.240kPa-37.240kPa。遷。遷移后差變的測量范圍為移后差變的測量范圍為-37.242.76kPa-37.242.76kPa。n正遷移正遷移011pgHghP正壓室：正壓室：負壓室：負壓室：0pP 壓差：壓差：gHghPPP11當(dāng)當(dāng)H=0H=0時，差壓輸出并不為零，其時，差壓輸出并不為零，其值為值為ghC1其遷移量為正值，所以稱為正遷移。其遷移量為正值，所以稱為正遷移。綜上所述：正負遷移的實質(zhì)是改變變送器的零點，同時改變量程的上綜上所述：正負遷移的實質(zhì)是改變變送器的零點，同時改變量程的上下限，而量程范圍不變。下限，而量程范圍不變。1.3 1.3 浮力法浮力法 恒浮力

7、式檢測的基本原理是通過測量漂浮于被測液恒浮力式檢測的基本原理是通過測量漂浮于被測液面上的浮子（也稱浮標(biāo)）隨液面變化而產(chǎn)生的位移。面上的浮子（也稱浮標(biāo)）隨液面變化而產(chǎn)生的位移。 變浮力式檢測是利用沉浸在被測液體中的浮筒（也變浮力式檢測是利用沉浸在被測液體中的浮筒（也稱沉筒）所受的浮力與液面位置的關(guān)系檢測液位稱沉筒）所受的浮力與液面位置的關(guān)系檢測液位 。 浮力式液位檢測分為恒浮力式檢測與變浮力式檢測。浮力式液位檢測分為恒浮力式檢測與變浮力式檢測。1.3.1 鋼帶浮子式液位計鋼帶浮子式液位計 右圖為直讀式鋼帶右圖為直讀式鋼帶浮子式液位計，這是一浮子式液位計，這是一種最簡單的液位計，一種最簡單的液位計

8、，一般只能就地顯示。般只能就地顯示。1.3.21.3.2浮球液位計浮球液位計 電動浮球液位變送器的測量部分由浮球與平衡桿和平衡錘組成力矩平衡機構(gòu)，因此浮球可以自由地隨液位的變化而升降。當(dāng)液位改變時，浮球的位置發(fā)生相應(yīng)的變化，通過球桿帶動主軸轉(zhuǎn)動，表頭內(nèi)角位移傳感器與主軸通過齒輪嚙合，將液位的變化轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號浮球液位計浮球液位計1.3.31.3.3磁浮子液位計磁浮子液位計 磁性浮子、浮球式液位計主要由本體部分、就地指示器、遠傳變送器以及上、下限液位報警器等幾部分組成。磁性浮子式液位計通過與工藝容器相連的筒體內(nèi)浮子隨液面（或界面）的上下移動，由浮子內(nèi)的磁鋼利用磁耦合原理驅(qū)動磁性翻板指示器，用

9、紅藍兩色（液紅氣藍）明顯直觀地指示出工藝容器內(nèi)的液位或界位。1.3.4 1.3.4 浮筒式液位計浮筒式液位計 浮筒式液位計屬于變浮力液位計，當(dāng)被測液面位置變化時，浮筒浸沒體積變化，所受浮力也變化，通過測量浮力變化確定出液位的變化量。圖中： 1-浮筒；2-彈簧；3-差動變壓器 。電動浮筒液位計電動浮筒液位計 杠桿的末端吊有內(nèi)筒，浮筒隨介質(zhì)的浮力F1變化而升降，這個浮力作用在杠桿1上，使杠桿系統(tǒng)以軸封膜片為支點而產(chǎn)生微小偏轉(zhuǎn)（軸封膜片一方面作為杠桿的支點，另一方面起密封作用）。帶動杠桿2轉(zhuǎn)動 ，傳感器將偏移量經(jīng)信號處理及轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成420mA標(biāo)準(zhǔn)信號輸出，即完成變換過程。 智能浮筒液位（界位）變

10、送器智能浮筒液位（界位）變送器 被測液位的變化引起內(nèi)筒位置的變化，該變化被傳遞到扭力管組件上，使扭力管與芯軸同步轉(zhuǎn)動。同時固定在扭力管芯軸上的磁鐵發(fā)生旋轉(zhuǎn)位移，改變了由霍爾效應(yīng)傳感器檢測的磁場。該傳感器將磁場信號轉(zhuǎn)換為電信號。1.4 1.4 電學(xué)法電學(xué)法 電學(xué)法按工作原理不同又可分為電阻式、電感式和電電學(xué)法按工作原理不同又可分為電阻式、電感式和電容式。容式。用電學(xué)法測量無摩擦件和可動部件，信號轉(zhuǎn)換、傳送方便，便于遠傳，工作可靠，且輸出可轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的電信號，與電動單元組合儀表配合使甩，可方便地實現(xiàn)液位的自動檢測和自動控制。 1. 1. 電阻式液位計電阻式液位計 電阻式液位計既可進行定點液位控制，

11、也可進行連續(xù)測量。所謂定點控制是指液位上升所謂定點控制是指液位上升或下降到一定位置時引起電路的接通或斷開，或下降到一定位置時引起電路的接通或斷開，引發(fā)報警器報警。引發(fā)報警器報警。電阻式液位計的原理是基于液位變化引起電極間電阻變化，由電阻變化反映液位情況。 為用于連續(xù)測量的電阻式液位計原理圖。圖中： 1-電阻棒； 2-絕緣套； 3-測量電橋 該液位計的兩根電極是由兩根材料、截面積相同的具有大電阻率的電阻棒組成，電阻棒兩端固定并與容器絕緣。整個傳感器電阻為 該傳感器的材料、結(jié)構(gòu)與尺寸確定后，K1、K2均為常數(shù)，電阻大小與液位高度成正比。電阻的測量可用圖中的電橋電路完成。 hKKhAHAhHAR21

12、222 2.2.電感式液位計電感式液位計 電感式液位計利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象，液位變化電感式液位計利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象，液位變化引起線圈電感變化，感應(yīng)電流也發(fā)生變化。引起線圈電感變化，感應(yīng)電流也發(fā)生變化。電感式液位計既可進行連續(xù)測量，也可進行液位定點控制。 電感式液位控制器的原理圖。傳感器由不導(dǎo)磁管子不導(dǎo)磁管子、導(dǎo)磁性浮子導(dǎo)磁性浮子及線圈線圈組成。管子與被測容器相連通，管子內(nèi)的導(dǎo)磁性浮子浮在液面上，當(dāng)液面高度變化時，浮子隨著移動。線圈固定在液位上下限控制點，當(dāng)浮子隨液面移動到控制位置時，引起線圈感應(yīng)電勢變化，以此信號控制繼電器動作，可實現(xiàn)上、下液位的報警與控制。圖中：1、3-上下限線圈； 2-浮子 3.

13、 3. 電容式液位計電容式液位計 電容式液位計利用液位高低變化影響電容器電容量大小的電容式液位計利用液位高低變化影響電容器電容量大小的原理進行測量。原理進行測量。 電容式液位計的結(jié)構(gòu)形式很多，有平極板式平極板式、同心圓柱式同心圓柱式等等。 它的適用范圍非常廣泛，對介質(zhì)本身性質(zhì)的要求不象其它方法那樣嚴(yán)格，對導(dǎo)電介質(zhì)導(dǎo)電介質(zhì)和非導(dǎo)電介質(zhì)非導(dǎo)電介質(zhì)都能測量，此外還能測量有傾斜晃動及高速運動的容器的液位。不僅可作液位控制器。還能用于連續(xù)測量。(1)(1)檢測原理檢測原理 在液位的連續(xù)測量中，多用同心圓柱式電容器，如右圖所示。同心圓柱式電容器的電容量：式中： D、d外電極內(nèi)徑和內(nèi)電極外徑 (m)； 極板

14、間介質(zhì)介電常數(shù)(F/m)； L 極板相互重疊的長度(m)。 液位變化引起等效介電常數(shù)變化，從而使電容液位變化引起等效介電常數(shù)變化，從而使電容器的電容量變化，這就是電容式液位計的檢測原理。器的電容量變化，這就是電容式液位計的檢測原理。圖中：1-內(nèi)電極；2-外電極 。dDLCln2(2)(2)安裝形式安裝形式 為用來測量導(dǎo)電介質(zhì)導(dǎo)電介質(zhì)的單電極電容液位計，它只用一根電極作為電容器的內(nèi)電極，一般用紫銅或不銹鋼，外套聚四氟乙烯塑料管或涂搪瓷作為絕緣層，而導(dǎo)電液體和容器壁構(gòu)成電容器的外電極。 1-內(nèi)電極；2-絕緣套 右圖為用于測量非導(dǎo)電非導(dǎo)電介質(zhì)介質(zhì)的同軸雙層電極電容式液位計。內(nèi)電極和與之絕緣的同軸金屬

15、套組成電容的兩極，外電極上開有很多流通孔使液體流入極板間。 圖中： 1、2-內(nèi)、外電極； 3-絕緣套； 4-流通孔。1.5 1.5 熱學(xué)法熱學(xué)法 在冶金行業(yè)中常遇到高溫熔融金屬液位的測量。由于測量條件的特殊性，目前除使用核幅射法外，還常用熱學(xué)方法進行檢測。它利用了高溫熔融液體本身它利用了高溫熔融液體本身的特性，即在空氣和高溫液體的分界面處溫度場出現(xiàn)的特性，即在空氣和高溫液體的分界面處溫度場出現(xiàn)突變的特點，用測量溫度的方法間接獲得高溫金屬熔突變的特點，用測量溫度的方法間接獲得高溫金屬熔液液位。液液位。熱學(xué)法按溫度測量轉(zhuǎn)換原理的不同，通常又分為熱電法熱電法和熱磁感應(yīng)法熱磁感應(yīng)法。 1.6 1.6

16、超聲波法超聲波法超聲波液位計利用波在介質(zhì)中的傳播特性。超聲波液位計利用波在介質(zhì)中的傳播特性。 因此，在容器底部或頂部安裝超聲波發(fā)射器和接收器，發(fā)射出的超聲波在相界面被反射。并由接收器接收，測出超聲波從發(fā)射到接收的時間差，便可測出液位高低。 超聲波液位計按傳聲介質(zhì)不同，可分為氣氣介式介式、液介式液介式和固介式固介式三種；按探頭的工作方式可分為自發(fā)自收的單探自發(fā)自收的單探頭方式頭方式和收發(fā)分開的雙探頭方式收發(fā)分開的雙探頭方式。相互組合可以得到六種液位計的方案。(a)氣介式 (b) 液介式 (c)固介式單探頭超聲波液位計 由上圖看出，超聲波傳播距離為L，波的傳播速度為C，傳播時間為t ，則： L是與

17、液位有關(guān)的量，故測出L便可知液位， L的測量一般是用接收到的信號觸發(fā)門電路對振蕩器的脈沖進行計數(shù)來實現(xiàn)。tCL21單探頭液位計使用一個換能器，由控制電路控制它分時交替作發(fā)射器與接收器。 雙探頭式則使用兩個換能器分別作發(fā)射器和接收器，對于固介式，需要有兩根金屬棒或金屬管分別作發(fā)射波與接收波的傳輸管道。1.71.7導(dǎo)波雷達液位計導(dǎo)波雷達液位計 導(dǎo)波雷達液（界）位變送器運用了 TDR（時域反射原理）技術(shù)，發(fā)射的電磁波脈沖沿著桿或纜傳送當(dāng)遇到比先前傳導(dǎo)介質(zhì)（空氣或蒸發(fā)汽）介電常數(shù)大的介質(zhì)表面時，脈沖波被反射回來。用超高速計來計算脈沖波的傳導(dǎo)時間，從而達到精確的液位測量。 雷達式液位計示意圖cHt02雷達波由天線發(fā)出到接收到由液面來的反射波的時間t由下式確定 0HLH由于tcLH2故雷達探測器對時間的測量有微波脈沖法及連續(xù)波調(diào)頻法兩種方式。雷達探測器對時間的測量有微波脈沖法及連續(xù)波調(diào)頻法兩種方式。微波脈沖法原理示意圖1.8 1.8 射線式物位檢測射線式物位檢測q放射性同位素在蛻變過程中會放射出放射性同位素在蛻變過程中會放射出 、 、 三種射線。三種射線。 射線的電離本領(lǐng)最強，但穿透能力最弱。射線的電離本領(lǐng)最強，但穿透能力最弱。 射線是電子流，電離本領(lǐng)比射線是電子流，電離本