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物位計(jì)的簡單介紹物位測量儀表按所使用的物理原理可分為直讀式物位儀表、差壓式物位儀表(包括壓力式)、浮力式物位儀表、電測式(電阻式,電容式與電感式)物位儀表、超聲式物位儀表、核輻射式物位儀表等。直讀式物位儀表從測量機(jī)構(gòu)上可直接讀出液位,玻璃管(或玻璃板)液位計(jì)就是利用連通器原理,用旁通玻璃管(或玻璃板)讀數(shù)。根據(jù)測量要求,有透光式和反射式等型式。浮力式物位儀表利用液面上的浮子或沉浸在液體中浮筒(也稱沉筒)受到浮力作用而工作。這類儀表分為兩種:一種是在測量過程中浮力維持不變,如浮球液位計(jì)、浮標(biāo)液位計(jì),工作時(shí)浮標(biāo)隨液面高低變化,通過杠桿或鋼絲繩等機(jī)構(gòu)將浮標(biāo)位移傳遞出去,再經(jīng)電位器、數(shù)碼盤等轉(zhuǎn)換為模擬或數(shù)字信號;另一種是在測量過程中浮力發(fā)生變化,如浮筒式液位計(jì),液位改變時(shí)浮筒在液體內(nèi)浸沒的程度不同,所受的浮力也不同,將浮力的變化量轉(zhuǎn)換成差動變壓器鐵芯的位移,就可輸出相應(yīng)的電信號,供指示、記錄、報(bào)警和調(diào)節(jié)之用,也可遠(yuǎn)距離傳送。差壓式物位儀表差壓式儀表利用液體的靜態(tài)壓力測量液位。液體底部壓力與容器內(nèi)的液面高度和液體表面上的氣壓有關(guān)。如果測量敞口容器內(nèi)液位,則可用壓力測量儀表或壓力變送器間接測出液面高度;如果在有壓力的密封容器內(nèi)測量液位,則采用測量壓差的方法,消除液面上壓力的影響,將容器底部與差壓變送器正壓室相連,液面上的空間與負(fù)壓室相連,就可以測量出液面的高低電測式物位儀表將物位變化轉(zhuǎn)換為電參數(shù)(如電阻、電容、電感)的變化,再變成電信號輸出。這類儀表又分為電阻式、電容式和電感式三種。①電阻式物位儀表利用物位變化時(shí)引起電極電阻變化的原理工作 (圖3)。物位變化引起電阻逐漸變化的,可用于連續(xù)測量物位;只有當(dāng)物位變化到接觸電極時(shí)才引起電阻突變的,可用來定點(diǎn)報(bào)警控制物位。電阻式物位儀表在工作時(shí)電極接觸被測介質(zhì)(一般為導(dǎo)電液體),電極表面接觸狀況改變(如出現(xiàn)污垢、生銹、腐蝕等現(xiàn)象)會引起表面接觸電阻變化,從而產(chǎn)生測量誤差。使用時(shí)間越長,誤差就越大。因此,這種儀表雖然結(jié)構(gòu)簡單,但應(yīng)用范圍不廣,主要用作液位定點(diǎn)報(bào)警和控制,很少用于連續(xù)測量。②電容式物位儀表物位變化時(shí)引起電極的電容量變化,利用這個(gè)原理構(gòu)成的電容式物位計(jì)可以測量導(dǎo)電液和非導(dǎo)電液的液位、非導(dǎo)電顆粒狀固體的料位。兩同軸相互絕緣的導(dǎo)電金屬圓柱中間隔以不導(dǎo)電的介質(zhì),就構(gòu)成電容器,其電容量為:式中ε為介質(zhì)介電系數(shù),L為圓筒電極的高度,D和d分別為外電極內(nèi)徑和內(nèi)電極外徑。物位變化引起ε,L,D/d變化,從而引起電容量變化。測出這個(gè)變化值就可測出物位。根據(jù)這個(gè)道理,用各種不同形狀的電容測量頭,可構(gòu)成多種電容式物位儀表(圖4)?,F(xiàn)代電容式物位儀表采用安全防爆、隔爆的措施,應(yīng)用范圍已擴(kuò)大到一些化工、石油、輕工部門。電容式物位儀表是電測式物位儀表中應(yīng)用最廣泛的一種。③電感式物位儀表利用物位變化時(shí)引起自感量、互感量或感應(yīng)電流等的變化來測定物位,常用的有感應(yīng)式高頻液位計(jì)或諧振式液位計(jì)。也可用帶導(dǎo)磁材料的浮子與電磁感應(yīng)線圈制成液位信號報(bào)警器。采用電感式測量可實(shí)現(xiàn)完全不接觸測量。超聲式物位儀表超聲波在液體中傳播有較好的方向性,遇到分界面時(shí)能反射,因此通過測定超聲波從發(fā)射出去到反射回來的時(shí)間就能確定液面的高度。一般采用電激勵(lì)使壓電換能器(常用的有鋯鈦酸鉛、鈮鎂酸鉛、鈦酸鋇等壓電換能器)發(fā)出聲波,從液面反射回來的聲脈沖經(jīng)壓電換能器轉(zhuǎn)換為電脈沖,用計(jì)時(shí)電路測定超聲波在液體中來回經(jīng)過的時(shí)間,根據(jù)超聲波在液體中的傳播速度即可算出液面高度。聲波的接受和發(fā)射可用同一個(gè)換能器,也可用兩個(gè)換能器。超聲式物位儀表根據(jù)聲波傳播的介質(zhì)不同分為液介式、氣介式和固介式(圖5)。利用超聲物位儀表進(jìn)行測量的優(yōu)點(diǎn)是檢測元件可以不與被測液體接觸,因而適合于強(qiáng)腐蝕性、高壓、有毒、高粘度液體液位的測量。此外它還不怕煙和光,不受電磁干擾,可測量各種液體的液位和粉粒狀固體料位,還可用于測量兩種液體界面、液位差、料位差等。固介式的測量方式能測沸騰介質(zhì)的液位,允許液面波動傾側(cè)、如測量火箭、飛機(jī)、輪船燃料倉內(nèi)的液位。液介式的測量方式應(yīng)用十分普遍,海水深度測量就采用這種方法。核輻射式物位儀表利用物質(zhì)(一定物位的液體或固體)對核輻射的吸收,使射線強(qiáng)度減弱的原理來測量物位。核輻射能穿透較厚的鋼板和其他固體,所以這類儀表可進(jìn)行不接觸測量,對容器不必開孔,能在強(qiáng)光、濃煙、高壓、高溫等惡劣的工作條件下對高粘度、易爆、腐蝕性強(qiáng)的介質(zhì)進(jìn)行液位測量,這是其他類型的物位儀表不能與之相比的優(yōu)點(diǎn)。但核輻射影響人體健康,需要采取現(xiàn)場勞動防護(hù)措施,這在一定程度上限制了核輻射物位儀表的推廣應(yīng)用。鋼帶浮子式液位計(jì)直讀式鋼帶浮子式液位計(jì),這是一種最簡單的液位計(jì),一般只能就地顯示浮筒式液位計(jì)浮筒式液位計(jì)屬于變浮力液位計(jì),當(dāng)被測液面位置變化
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