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(jì)4.3浮力式液位計(jì)4.4靜壓式液位計(jì)4.5電容式物位計(jì)4.6雷達(dá)液位計(jì)4.7其他物位計(jì)4.8實(shí)訓(xùn)電容式液位計(jì)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(shí)現(xiàn)計(jì)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(jì)4.2.1檢測原理連通器原理。圖4-1直讀式液位計(jì)檢測原理4.2直讀式液位計(jì)4.2.2直讀式液位計(jì)結(jié)構(gòu)類型1.玻璃管液位計(jì)圖4

2、-2石英玻璃管液位計(jì)的結(jié)構(gòu)及外形4.2直讀式液位計(jì)2.玻璃板液位計(jì)圖4-3玻璃板液位計(jì)4.3浮力式液位計(jì)4.3.1恒浮力式液位計(jì)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(jì)有浮子式液位計(jì)、浮球式液位計(jì)和磁翻轉(zhuǎn)式液位計(jì)等。1.浮子式液位計(jì)圖4-4浮子式液位計(jì)4.3浮力式液位計(jì)(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浮力式液位計(jì)圖4-6編碼鋼帶式液位計(jì)(2)浮子式液位計(jì)類型1)浮子鋼帶式液位計(jì)2)

3、編碼鋼帶式液位計(jì)圖4-5浮子鋼帶式液位計(jì)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(jì)數(shù)器4.3浮力式液位計(jì)圖4-7浮球式液位計(jì)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(jì)4.3浮力式液位計(jì)(2)浮球式液位計(jì)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(jì)3.磁翻轉(zhuǎn)式液位計(jì)圖4-9磁翻轉(zhuǎn)式液位計(jì)4.3浮力式液位計(jì)4.3.2變浮力式液位計(jì) 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(jì)測量部分示意圖4.

4、3浮力式液位計(jì)2.浮筒式液位計(jì)類型及應(yīng)用圖4-12內(nèi)浮筒和外浮筒液位計(jì)外形圖4.3浮力式液位計(jì)圖4-13內(nèi)浮筒液位計(jì)安裝方式安裝方式：4.3浮力式液位計(jì)圖4-14外浮筒液位計(jì)安裝方式4.3浮力式液位計(jì)注意事項(xiàng)：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(jì)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(jì)要安裝排污閥，并定期打開排污閥清洗浮筒室。5) 根據(jù)液位測量范圍正確選擇液位計(jì)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(jì)4.4.1檢測原理圖4-15靜壓式液位計(jì)檢測原理4.4靜壓式液位計(jì)4.4.

5、2靜壓式液位計(jì)類型圖4-16壓力式液位計(jì)工作原理1.壓力式液位計(jì)4.4靜壓式液位計(jì)圖4-17差壓式液位計(jì)工作原理2.差壓式液位計(jì)4.4靜壓式液位計(jì)3.法蘭式液位計(jì)圖4-18單法蘭式液位計(jì)4.4靜壓式液位計(jì)圖4-19雙法蘭式液位計(jì)4.4靜壓式液位計(jì)圖4-20吹氣式液位計(jì)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(jì)7針形閥8減壓閥9過濾器4.吹氣式液位計(jì)4.4靜壓式液位計(jì)注意問題：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(diǎn)遷移問題4.4靜壓式液位計(jì)1. 無遷移2.負(fù)遷移3.正遷移圖4-21差壓式液位計(jì)的安裝情況4.4靜壓式液位計(jì)圖4-22差壓變送器特性曲

6、線a無遷移b負(fù)遷移c正遷移4.5電容式物位計(jì)4.5.1檢測原理圖4-23圓筒形電容器結(jié)構(gòu)（4-144-14）dDLCln24.5電容式物位計(jì)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)HdDCCCHln20（4-204-20）4.5電容式物位計(jì)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）dDHCCCHln)(2004.5電容式物位計(jì)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）dDHCln)(204.5電容式物位計(jì)圖

7、4-27電容式物位計(jì)外形圖4.5電容式物位計(jì)4.5.3電容式物位計(jì)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(jì)安裝完畢后，對零點(diǎn)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(jì)4.6.1檢測原理圖4-28雷達(dá)液位計(jì)檢測原理示意圖4.6雷達(dá)液位計(jì)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(jì)圖4-30調(diào)頻脈沖波4.6雷

8、達(dá)液位計(jì)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(jì)圖4-32雷達(dá)液位計(jì)構(gòu)成框圖4.6.2雷達(dá)液位計(jì)的構(gòu)成及類型4.6雷達(dá)液位計(jì)圖4-33天線式雷達(dá)液位計(jì)外形圖(1)天線式(非接觸式)天線式雷達(dá)液位計(jì)外形如圖4-33所示。4.6雷達(dá)液位計(jì)圖4-34導(dǎo)波式雷達(dá)液位計(jì)外形圖(2)導(dǎo)波式(接觸式)導(dǎo)波式雷達(dá)液位計(jì)外形圖如圖4-34所示。4.6雷達(dá)液位計(jì)4.6.3雷達(dá)液位計(jì)的特點(diǎn)及應(yīng)用1.雷達(dá)液位計(jì)特點(diǎn)1)測量部分無位移、無傳動部件，工作可靠性高。2)可實(shí)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(jì)量級產(chǎn)品可達(dá)1mm。4)分辨率高，目

9、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(jià)格的影響不大。6)使用、維護(hù)費(fèi)用低。4.6雷達(dá)液位計(jì)2.雷達(dá)液位計(jì)應(yīng)用1)正確選擇安裝位置。 不要將儀表安裝在進(jìn)料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(jì)安裝位置的確定4.6雷達(dá)液位計(jì)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)

10、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(jì)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(jì)應(yīng)在使用說明書規(guī)定的范圍內(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(jì)4.7.1超聲波物位計(jì)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(jì)的基本檢測原理（4-284-28）tLH24.7其他物位計(jì)圖4-38超聲波物位計(jì)組成框圖2.超聲波物位計(jì)組成4.7其他物位計(jì)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(jì)(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

11、壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)實(shí)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、整形放大電路、計(jì)時運(yùn)算電路、指示器等組成。圖4-40超聲波物位計(jì)外形圖4.7其他物位計(jì)3.超聲波物位計(jì)特點(diǎn)及應(yīng)用(1)超聲波物位計(jì)特點(diǎn)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(jì)(2)超聲波物位計(jì)應(yīng)用1)選擇合適的安裝位置。2)物位計(jì)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

12、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(bào)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(jì)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(jì)4.7.2磁致伸縮液位計(jì)1.組成及工作原理圖4-41磁致伸縮液位計(jì)測量元件結(jié)構(gòu)示意圖4.7其他物位計(jì)4.7其他物位計(jì)圖4-42磁致伸縮液位計(jì)外形圖2.磁致伸縮液位計(jì)類型及特點(diǎn)4.7其他物位計(jì)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0.5m

13、m)；重復(fù)性好，重復(fù)性誤差0.002%FS；分辨率高，可達(dá)0.1mm。3)可同時測量液位、界面、多點(diǎn)溫度，若配以壓力變送器和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可構(gòu)成儲罐計(jì)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(diǎn)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(jì)3.磁致伸縮液位計(jì)安裝方式圖4-43磁致伸縮液位計(jì)安裝示意圖4.7其他物位計(jì)1)安裝前核對被測容器實(shí)際安裝高度與液位計(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(shí)