第八章-液位測(cè)量課件

第八章液位測(cè)量學(xué)習(xí)要求：

☆要求掌握常用的液位測(cè)量方法及相關(guān)測(cè)量?jī)x表的組成及測(cè)量原理?！钫莆针娙菔揭何挥?jì)的測(cè)量原理☆電阻式液位計(jì)的測(cè)量原理理。7/31/20231第八章液位測(cè)量學(xué)習(xí)要求：7/31/202318.1差壓式液位測(cè)量法

1.液位測(cè)量

1）液位測(cè)量:

是一門測(cè)量液—液、氣—液和液—固分界面的技術(shù)。從原理上講，液位測(cè)量主要基于相界面兩側(cè)物質(zhì)的物性差異或液位改變時(shí)引起有關(guān)物理參數(shù)的變化。在工程應(yīng)用中，它包括對(duì)液位、液位差、相界面的連續(xù)監(jiān)測(cè)，定點(diǎn)信號(hào)報(bào)警、控制等。

2）分類:

主要的有沉浮式液位測(cè)量法(浮子液位計(jì))、差壓式液位測(cè)量法(差壓式液位計(jì))、電容式液位測(cè)量法(電容式液位計(jì))、電阻式液位測(cè)量法(電阻式液位計(jì))等。7/31/202328.1差壓式液位測(cè)量法

1.液位測(cè)量

1）液位測(cè)量:

是8.1差壓式液位測(cè)量法

1.液位測(cè)量3）測(cè)量方法的選擇:

選擇合適的測(cè)量方法不僅要求能夠獲得最大信號(hào)量，同時(shí)還應(yīng)該考慮信號(hào)傳送過程對(duì)被測(cè)液體安全性等方面的影響(如電源、光輻射可能加熱低溫液體或引爆易燃液體等)，考慮被測(cè)液體對(duì)敏感元件的污染、腐蝕以及所需儀表的成本、用戶的使用條件等具體情況。7/31/202338.1差壓式液位測(cè)量法

1.液位測(cè)量3）測(cè)量方法的選擇:8.1差壓式液位測(cè)量法

2.差壓式液位測(cè)量法

基本原理其原理是運(yùn)用流體靜力學(xué)平衡方程,即液體中任一點(diǎn)的靜壓力與其自由表面上的壓力，原理圖如下。

8-1-1

對(duì)于開口容器,其平衡方程如下:由此可得:

7/31/202348.1差壓式液位測(cè)量法

2.差壓式液位測(cè)量法基本原理由此8.1差壓式液位測(cè)量法

2.差壓式液位測(cè)量法對(duì)于閉口容器,其平衡方程如下:由此可得:

7/31/202358.1差壓式液位測(cè)量法

2.差壓式液位測(cè)量法對(duì)于閉口容器,8.1差壓式液位測(cè)量法

3.用差壓式液位計(jì)測(cè)量鍋爐汽包水位

由于差壓式液位計(jì)測(cè)量受水、汽密度變化影響，需要采取補(bǔ)償措施.常采用雙室平衡容器,其結(jié)構(gòu)包括：汽包，寬容器（水位高度L恒定），差壓計(jì)。

1）水位—壓差轉(zhuǎn)換原理雙室平衡容器工作原理圖如下:7/31/202368.1差壓式液位測(cè)量法

3.用差壓式液位計(jì)測(cè)量鍋爐汽包水位8.1差壓式液位測(cè)量法

3.用差壓式液位計(jì)測(cè)量鍋爐汽包水位7/31/202378.1差壓式液位測(cè)量法

3.用差壓式液位計(jì)測(cè)量鍋爐汽包水位8.1差壓式液位測(cè)量法

3.用差壓式液位計(jì)測(cè)量鍋爐汽包水位根據(jù)流體靜力學(xué)原理可得方程:采用保溫措施，ρ1=ρ2=ρw,那么有

即得:

7/31/202388.1差壓式液位測(cè)量法

3.用差壓式液位計(jì)測(cè)量鍋爐汽包水位8.1差壓式液位測(cè)量法

3.用差壓式液位計(jì)測(cè)量鍋爐汽包水位2）誤差分析

汽包壓力p的影響:

汽包壓力p上升,(pw-ps)下降,下降.于是會(huì)出現(xiàn)以下情況:①同樣的水位H產(chǎn)生的Δp↘,液位計(jì)指示的液位高于實(shí)際液位液位計(jì)在鍋爐額定壓力下進(jìn)行刻度。②當(dāng)鍋爐運(yùn)行壓力高于額定壓力時(shí)，液位計(jì)指示的液位高于實(shí)際液位；③當(dāng)鍋爐運(yùn)行壓力低于額定壓力時(shí)，液位計(jì)指示的液位低于實(shí)際液位。7/31/202398.1差壓式液位測(cè)量法

3.用差壓式液位計(jì)測(cè)量鍋爐汽包水位8.1差壓式液位測(cè)量法

3.用差壓式液位計(jì)測(cè)量鍋爐汽包水位水位高度的影響:

水位高度H下降，L-H上升，上升

又

所以低水位時(shí)，上述汽包壓力對(duì)指示液位的影響更大。

7/31/2023108.1差壓式液位測(cè)量法

3.用差壓式液位計(jì)測(cè)量鍋爐汽包水位8.2電容式液位測(cè)量法

1.測(cè)量導(dǎo)電液體的電容式液位傳感器

結(jié)構(gòu)：不銹鋼棒（帶聚四氟乙烯絕緣套）電極，導(dǎo)電液體，容器。工作原理：原理圖如下。

8-2-1

不銹鋼棒和導(dǎo)電液體構(gòu)成電容器的兩極，電容與液體高度成正比。

當(dāng)時(shí)，分布電容：

當(dāng)時(shí)，電容量：

7/31/2023118.2電容式液位測(cè)量法

1.測(cè)量導(dǎo)電液體的電容式液位傳感8.2電容式液位測(cè)量法

1.測(cè)量導(dǎo)電液體的電容式液位傳感器那么：

又

故可得：

——絕緣套介電常數(shù)。

7/31/2023128.2電容式液位測(cè)量法

1.測(cè)量導(dǎo)電液體的電容式液位傳感8.2電容式液位測(cè)量法

2.測(cè)量非導(dǎo)電液體的電容式液位傳感器結(jié)構(gòu)：互相絕緣的內(nèi)外不銹鋼電極，不導(dǎo)電液體在電極間起絕緣作用。外電極上有孔便于液體進(jìn)出。工作原理：原理圖如下7/31/2023138.2電容式液位測(cè)量法

2.測(cè)量非導(dǎo)電液體的電容式液位傳8.2電容式液位測(cè)量法

2.測(cè)量非導(dǎo)電液體的電容式液位傳感器7/31/2023148.2電容式液位測(cè)量法

2.測(cè)量非導(dǎo)電液體的電容式液位傳8.2電容式液位測(cè)量法

2.測(cè)量非導(dǎo)電液體的電容式液位傳感器液位變化，電極間充填液體的介電常數(shù)發(fā)生變化，引起電容變化。當(dāng)H=0時(shí)，分布電容：當(dāng)H>0時(shí)，電容量：

7/31/2023158.2電容式液位測(cè)量法

2.測(cè)量非導(dǎo)電液體的電容式液位傳8.2電容式液位測(cè)量法

2.測(cè)量非導(dǎo)電液體的電容式液位傳感器即有：——液體，空氣的介電常數(shù)。

7/31/2023168.2電容式液位測(cè)量法

2.測(cè)量非導(dǎo)電液體的電容式液位傳8.3電阻式液位測(cè)量法

1.電接點(diǎn)液位計(jì)

結(jié)構(gòu)：測(cè)量筒，電接點(diǎn)，指示燈，電源。工作原理：利用物質(zhì)液態(tài)和氣態(tài)的電阻率相差懸殊的特性指示液位，原理圖如下：

8-3-1

特點(diǎn)：不受被測(cè)液體的壓力、溫度、密度的影響，非連續(xù)測(cè)量。

應(yīng)用：鍋爐、太陽(yáng)能熱水器等。7/31/2023178.3電阻式液位測(cè)量法

1.電接點(diǎn)液位計(jì)結(jié)構(gòu)：測(cè)量筒，8.3電阻式液位測(cè)量法

2.熱電阻液位計(jì)

工作原理：利用熱電阻絲在液體和氣體中的換熱系數(shù)不同溫度不同導(dǎo)致電阻改變來(lái)指示液位。

如圖9—10所示，在存貯液體的容器內(nèi)，將熱絲安置于液面下預(yù)定檢測(cè)高度點(diǎn)A處，并在其通電電路中并聯(lián)一個(gè)電阻為R。的小燈泡。選擇正溫度系數(shù)較大的熱絲材料和合適的電源E燈泡R。，使得熱絲露出液面時(shí)的電阻值RS》R0。7/31/2023188.3電阻式液位測(cè)量法

2.熱電阻液位計(jì)工作原理：利用8.3電阻式液位測(cè)量法

2.熱電阻液位計(jì)7/31/2023198.3電阻式液位測(cè)量法

2.熱電阻液位計(jì)7/31/2028.3電阻式液位測(cè)量法

2.熱電阻液位計(jì)在這樣的參數(shù)匹配條件下，當(dāng)液位正常時(shí)，熱絲浸沒于液體中，散熱量較大，溫度較低，因而其電阻值較小，對(duì)回路電流起分流作用，使流經(jīng)燈泡的電流減少，故燈泡較暗。而當(dāng)液位低于預(yù)定高度時(shí)，熱絲露出液面，散熱量減少，溫度升高，電阻值增加至RS(RS》R0)，這時(shí)回路電流主要從R。通過，即燈泡變亮。因此，可以根據(jù)燈泡的亮度判斷液位是否低于預(yù)定的高度。在這種檢測(cè)回路中，當(dāng)燈泡由暗變亮?xí)r，表示液位已低于預(yù)定高度。

應(yīng)用：液位指示，報(bào)警。7/31/2023208.3電阻式液位測(cè)量法

2.熱電阻液位計(jì)在這樣的參數(shù)匹配8.4電阻式液位測(cè)量法

1.全反射型光纖液位計(jì)

結(jié)構(gòu)：棱鏡，光纖，光源，光電檢測(cè)器，兩根光纖一端燒結(jié)棱鏡，另一端分別光源和光電檢測(cè)器耦合構(gòu)成發(fā)射光纖和接受光纖。工作原理：原理圖如下.

8-4-1特點(diǎn)：靈敏度高；電絕緣性好，防爆。應(yīng)用：易燃易爆液體的定點(diǎn)液位報(bào)警器。適用范圍：對(duì)棱鏡無(wú)粘附性的液體。7/31/2023218.4電阻式液位測(cè)量法

1.全反射型光纖液位計(jì)

結(jié)構(gòu)8.4電阻式液位測(cè)量法

2.浮沉式光纖液位計(jì)

浮沉式光纖液位計(jì)包括三個(gè)部分，機(jī)械轉(zhuǎn)換部分，光纖光路部分，電子電路部分。圖9-12為其結(jié)構(gòu)原理圖。①機(jī)械轉(zhuǎn)換部分包括浮子，重錘，鋼索，計(jì)數(shù)齒盤。其作用是將浮子隨液位上下變動(dòng)的位移轉(zhuǎn)換成計(jì)數(shù)齒盤的轉(zhuǎn)動(dòng)齒數(shù)。當(dāng)液位上升時(shí)，浮子上升而重錘下降，經(jīng)鋼索帶動(dòng)計(jì)數(shù)齒盤順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)相應(yīng)的齒數(shù)；反之，若液位下降，則計(jì)數(shù)齒盤逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)相應(yīng)的齒。7/31/2023228.4電阻式液位測(cè)量法

2.浮沉式光纖液位計(jì)浮沉式光纖8.4電阻式液位測(cè)量法

2.浮沉式光纖液位計(jì)②光纖光路部分由光源，等強(qiáng)度分束器，光纖和光電檢測(cè)器組成。兩組光纖分別安裝在齒盤上下兩邊，每當(dāng)齒盤轉(zhuǎn)過一個(gè)齒，上下光纖光路就被切斷一次，各自產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的光脈沖信號(hào)。由于對(duì)兩組光纖的相對(duì)位置作了特別的安排，從而使得兩組光纖光路產(chǎn)生的光脈沖信號(hào)在時(shí)間上有一很小的相位差。通常，導(dǎo)先的脈沖信號(hào)用作可逆計(jì)數(shù)器的加、減指令信號(hào)，而另一光纖光路的脈沖信號(hào)用作計(jì)數(shù)信號(hào)。7/31/2023238.4電阻式液位測(cè)量法

2.浮沉式光纖液位計(jì)②光纖光路部8.4電阻式液位測(cè)量法

2.浮沉式光纖液位計(jì)③電子電路部分光電轉(zhuǎn)換及放大電路，邏輯控制電路，可逆計(jì)數(shù)器及顯示電路。光電轉(zhuǎn)換及放大電路主要是將光脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為電脈沖信號(hào)，再對(duì)信號(hào)加以放大。邏輯控制電路的功能是對(duì)兩路脈沖信號(hào)進(jìn)行判別，將先輸入的一路脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的“高電位”或“低電位”，并輸出送至可逆計(jì)數(shù)器的加減法控制端，同時(shí)將另一路脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)脈沖。每當(dāng)可逆計(jì)數(shù)器加1(或減1)，顯示電路則顯示液位升高(或降低)1個(gè)單位(1cm或lmm)高度。7/31/2023248.4電阻式液位測(cè)量法

2.浮沉式光