培訓課件物位

檢修工程部儀表作業(yè)區(qū)

青工技術培訓課件（初級）物位測量主講：尚衍偉主要內容概述直讀式液位計浮力式液位測量靜壓式液位測量電容式液位測量超聲波物位測量雷達物位測量磁致伸縮液位測量主要內容概述直讀式液位計浮力式液位測量靜壓式液位測量電容式液位測量超聲波物位測量雷達物位測量磁致伸縮液位測量概述在熱工檢測中，我們常把開口容器或密封容器中液體介質液面的高低稱為液位；把兩種液體介質分界面的高低稱為界面；把固體粉狀或顆料物在容器中堆積的高度稱為料位。而物位則是液位、界面和料位的總稱。什么叫物位什么叫物位計

將用來檢測液位的儀表稱為液位計；把檢測分界面的儀表稱為界面計；把用來檢測固體料位的儀表稱為料位計，它們統(tǒng)稱為物位計。概述物位檢測的目的

物位檢測為保證生產過程的正常運行，如調節(jié)物料平衡、掌握物料消耗數量、確產品產量等提供可靠依據。在現代工業(yè)生產自動化過程監(jiān)測中物位檢測占有重要的地位。概述液位測量的工藝特點液面是一個規(guī)則的表面，但當物料流進、流出時，會有波浪，或者在生產過程中出現沸騰或起泡沫的現象。大型容器中常會出現液體各處溫度、密度和粘度等物理量不均勻的現象。容器中常會有高溫、高壓，或液體粘度很大，或含有大量雜質、懸浮物等。概述物料自然堆積時，有堆積傾斜角，因此料面是不平的,難以確定料位高度。物料進出時，又存在著滯留區(qū)（由于容器結構而使不易流動的死角處，叫做滯留區(qū)），影響到物位最低位置的測準。儲倉或料斗中，物料內部可能存在大的孔隙，或粉料之中存在小的間隙，前者影響料位測量的工藝特點概述界位測量中最常見的問題

是界面位置不明顯，渾濁段的存在也影響測準。

對物料儲量的計算，而后者則在振動或力、濕度變化時物位也隨之變化。概述物位測量儀表的分類

按測量方式：

連續(xù)測量（直讀式、電傳式）

定點測量（物位開關）

按其工作原理可分為以下幾種：直讀式物位測量儀表浮力式物位測量儀表概述

概述靜壓式：物位測量儀表電磁式：物位測量儀表電容式：物位測量儀表超聲波：式物位測量儀表核輻射：式物位測量儀表等此外，還有：聲學式、稱重式、重錘式、旋翼式、光纖式等。主要內容概述直讀式液位計浮力式液位測量靜壓式液位測量電容式液位測量超聲波物位測量雷達物位測量磁致伸縮液位測量直讀式液位計

直讀式液位計是一種簡單而常用的液位測量儀表。其中最簡單的就是直接用直尺插入介質中來測量液位，另外就是用玻璃液位計進行測量。玻璃液位計的原理：按照連通器液柱靜壓平衡的原理工作的。直讀式液位計玻璃液位計的工作原理連通閥，用于切斷玻璃液位計與容器的原理圖直讀式液位計優(yōu)點：結構簡單、價格便宜，一般用在溫度及壓力不太高的場合就地指示液位的高低。

缺點：不能測量深色或粘稠的介質的液位，另外玻璃易碎，且信號不能遠傳和自動記錄。玻璃液位計按照結構：分為玻璃管式和玻璃板式液位計兩種。使容器和儀器中的介質具有相同的溫度，以免因密度不同而引起示值誤差。玻璃液位計管徑不宜太小，以免因毛細現象而引起示值誤差。應盡量減小連通管上的流動阻力，以減小液位快速變化時產生的動態(tài)誤差。直讀式液位計應用玻璃液位計進行測量時應注意事項實物圖直讀式液位計主要內容概述直讀式液位計浮力式液位測量靜壓式液位測量電容式液位測量超聲波物位測量雷達物位測量磁致伸縮液位測量浮力式液位測量工作原理：基于阿基米德定律，液體浮力原理而工作的。浮力式液位計：分為浮子式和浮筒式液位計兩種。優(yōu)點：不容易受到外界環(huán)境的影響；浮子或浮筒直接受浮力推動，比較直觀、可靠，結構簡單、維修方便等。浮力式液位測量缺點：由于具有可動部件，故容易受摩擦而影響它的靈敏度和增大誤差，而且可動部件易被污垢、銹蝕卡死而影響可靠性。另外，由于浮筒或浮子要垂直或橫伸于容器中，故所占空間較大。浮子式液位計：是一種恒浮力式液位計。浮力式液位測量

基本原理：通過測量漂浮于液面上的浮子或浮標隨著液面的變化上下移動產生的位移檢測液位高低其所受浮力的大小一定。即檢測浮子所在位置可知液面高低。鋼絲繩或鋼帶式浮子液位計浮力式液位測量浮子式液位計：是一種恒浮力式液位計。W:浮子重力；F:浮子所受浮力；G:平衡物重力。G=W-F213

恒浮力法測量液位原理圖1—浮子2—滑輪3—平衡重物基本原理浮力式液位測量理想情況下，浮子浸入液體的高度h是不變的，將來液位變化時，浮子隨液位上、下移動，通過滑輪使懸錘上、下移動，指示液位高低。

浮子式液位計：是一種恒浮力式液位計。DbhH基本原理浮力式液位測量浮子式液位計：是一種恒浮力式液位計。但由于液體的黏性、傳動系統(tǒng)的摩擦等因素，液位變化

△H只有達到一定的值時（即浮子浸入液體深度h變化到一定值時△h

）造成浮力發(fā)生△F的變化時，浮子才會動作，才可能帶動懸錘指示變化。這表明了液位計存在不靈敏區(qū)。Db△hH△基本原理：當△F等于系統(tǒng)的摩擦力時，浮力才開始移動，該式表明了液位計的不靈敏區(qū)為：從此式可知，選擇合適的浮子直徑及減少摩擦阻力，可以改善液位計的靈敏度。浮力式液位測量浮子式液位計：是一種恒浮力式液位計?；驹恚焊×ψ兓鱂和液位變化△H的關系：浮力式液位測量浮子式液位計：是一種恒浮力式液位杠桿浮球式液位：為內浮式和外浮式。使用時若有沉淀物或凝結物附在浮球上，要重新調整平衡錘的位置，校正零位。這類儀表變化靈活，容易適應介質的溫度、壓力、粘度等條件。但受機械杠桿長度的限制，測量范圍較小。

1-浮球2-連桿3-轉動軸4-平衡錘5-杠桿6-指針7-標尺小磁針水平軸紅色NNN翻板寬：10ｍｍNS白色罐外磁浮子式液位計——磁翻板SN輕、薄徑向充磁浮力式液位測量干簧管鐵片磁浮子式液位計—磁浮子舌簧管液位變送器浮力式液位測量浮力式液位測量磁浮子式液位測量防漏防磁浮力式液位測量磁浮子式液位計應用原理圖結構原理圖

浮筒式液位計的檢測元件是浸沒于液體中的浮筒。浮筒所受浮力隨位移發(fā)生變化。此浮力變化再以力或位移變化的形式，帶動電動或氣動元件發(fā)出信號給儀表以顯示液位，也可以實現液位的報警或調節(jié)。這種液位計主要由變送器和顯示儀表兩部分組成。

浮力式液位測量浮筒式液位計：是一種變浮力式液位計。浮力式液位測量浮筒式液位計：是一種變浮力式液位計。帶有差動變壓器的浮筒式液位計原理圖：結構：圓柱形的檢測元件的浮筒部分沉浸于液體中，由彈簧懸掛，彈簧下端固定，上端受浮筒重力而拉伸?；驹恚豪酶⊥玻舾性┯捎诒灰后w浸沒高度，以至所受浮力不同來檢測液位。原理結構圖

浮力式液位測量浮筒式液位計：是一種變浮力式液位計。基本原理：起始位置彈性力與重力、浮力相平衡，得；c—彈性剛度系數，N/m；x—彈簧拉伸位移，m；A—浮筒的截面積，m2；H—浮筒被液體浸沒的高度,m，ρ—被測液體的密度，kg/m3;g—重力加速度，m/s2。浮力式液位測量浮筒式液位計：是一種變浮力式液位計?；驹恚寒斠何蛔兓瘯r，浮筒所受浮力改變，彈簧的變形亦有變化。液位變化△H彈簧變化△χ；即浮筒位移變化。達到新的力平衡時則有以下關系：浮力式液位測量浮筒式液位計：是一種變浮力式液位計。－得：目的：測出較小的Δx，得到較大的液位變化ΔHΔH>>Δx液位變化力的變化機械位移位移傳感器電信號

浮力式液位測量浮筒式液位計：是一種變浮力式液位計。位移檢測方法：彈簧變形量的檢測可通過差動變壓器實現。如圖，在浮筒頂部的連桿上裝一鐵心，鐵心隨浮筒而上下移動，其位移經差動變壓器轉換為與位移成比例的電壓輸出，從而給出相應的液位指示。采用彈簧結構的好處：

液位高度的變化范圍可能很寬，但浮筒只有很小的位移，對應差動式變壓器鐵芯位移很小，實現起來方便。浮力式液位測量浮筒式液位計的校驗掛重法（又稱干法）

掛重法校驗浮筒式液位計，是將浮筒取下后，加上與各校驗點對應的某一砝碼重力來校驗的。該重力為浮筒重力（包括掛鏈重力）與液面在該校驗點時浮筒所受浮力之差。浮力式液位測量浮筒式液位計的校驗例：設一浮筒式液位計中浮筒的重力G1＝14.41N，掛鏈重力G2＝0.46N，浮筒的外徑D＝13mm，浮筒的長度L＝4600mm，液相介質的密度ρ1=0.85g/cm3，氣相介質的密度ρ2=0.00165g/cm3，用掛重法校驗時所用托盤重力G3＝2.59N，現求：當校驗點為全量程的0%、50%、100%時，應分別加多重的砝碼？解：當液位為50%時，浮筒所受浮力F50為所以，應加砝碼重力為W50＝G1＋G2－G3－F50＝14.41＋0.46－2.54－2.59＝9.74N浮力式液位測量浮筒式液位計的校驗水校法（又稱濕法）在校驗滿量程時，浮筒應被水浸沒的長度為用水代校時浮筒應被水浸沒的相應長度為這是現場常用的方法。當被測介質是水時，可直接用水校驗，若不是水，也可通過換算用水代校。浮筒的指示重力（即浮筒重力與所受浮力的差值）相同，指示值相同。浮力式液位測量例

已知浮筒的長度為300mm，水的密度為1.0g/cm3，被測液體的密度為0.82g/cm3，如何用水校法進行校驗？浮筒式液位計的校驗解：用水代校時，浮筒應被水浸沒的最大長度為校驗時再將246分為五等分，調整液位計使相應輸出為全量程的20%、40%、60%、80%、100%即可。應用浮筒液位計測量兩種液體的界位時，用水代校的方法與上述基本相同。浮力式液位測量浮筒式液位計：是一種變浮力式液位計。適用范圍：

適用于測量范圍在200mm以內，密度在0.5-1.5g/cm3的液體液面連續(xù)測量測量范圍在1200mm以內，密度差為0.1-0.5g/cm3的液體界面的連續(xù)測量。

真空對象、易汽化的液體宜選用浮筒式儀表。浮力式液位測量浮筒式液位計：是一種變浮力式液位計。浮力式液位測量浮筒式液位計：是一種變浮力式液位計。浮力式液位測量浮筒式液位計：是一種變浮力式液位計。主要內容概述直讀式液位計浮力式液位測量靜壓式液位測量電容式液位測量超聲波物位測量雷達物位測量磁致伸縮液位測量靜壓式液位測量

靜壓式液位計的工作原理：容器中盛有液體或固體物料時，物體對容器的底部或側壁會產生一定的靜壓力。當液體的密度均勻，或固體顆粒及物料的密度與疏密程度均勻時，此靜壓力與物料的物位高度成正比。測出這個靜壓力的變化就可知道物位的變化。在測量液面上部空間氣相壓力有波動的密閉容器的液位時，則采用測量差壓的方法。靜壓式液位計：通過測靜壓力或靜壓差來測量液位的儀表。靜壓式液位測量靜壓式液位計：測量原理：通過測得容器內液柱高度產生的靜壓實現液位測量。靜壓法液位測量原理如圖所示，根據流體靜力學原理可得A、B兩點之間的壓力差為靜壓式液位測量壓力計式液位計壓力計式液位計：是根據測壓儀表測量液位的原理制成的，用來測量敞口容器中的液位高度。測壓儀表通過取壓管與容器底部相連，當液體密度ρ為常數，由測壓力儀表的指示值便可知道液位的高度。靜壓式液位測量壓力計式液位計壓力計式液位計的特點：

優(yōu)點：比較簡單，而且測量范圍不受限制，信號可以遠傳。

缺點：精度受到壓力表精度的限制，而且只適用于敞口容器的測量，當液體密度發(fā)生變化時，會引入一定的誤差。如果被測介質具有腐蝕性，應在儀表與被測液體之間加裝隔離罐。但是應注意隔離液與被測液體之間不能發(fā)生互溶現象。

注意：當壓力儀表與取壓點（零液位）不在同一水平位置時，應對其位置高度差引起的固定壓力進行修正。靜壓式液位測量壓力計式液位計壓力儀表測量敞口容器注意：測壓基準點與最低液位一致適合粘度較小、潔凈液體的液位測量。靜壓式液位測量差壓式液位計用壓力式液位計測量密閉容器的液位時，壓力表的示值包含了液面上部的氣相壓力，而此壓力不一定是定值，所以用這種液位計測量液位時會引起較大的誤差。為消除氣相壓力的影響，需采用差壓式液位計。密閉容器：差壓計的正壓側與容器底部相通，負壓側連接容器上部的大氣空間。由式可求液位高度Δｐ＝ｐ+－ｐ-＝Ｈρ1g靜壓式液位測量無論是壓力檢測法還是差壓檢測法都要求取壓口（零液位）與壓力（差壓）檢測儀表的入口在同一水平高度上，否則就會產生附加靜壓誤差。靜壓式液位計的零點遷移零點遷移問題：三種情況:無遷移、負遷移和正遷移零點遷移：液面高度為零時，即便受附加靜壓差，輸出仍為“零”。無遷移：差壓變送器正、負壓室分別與容器下部和上部的取壓點相連通，并保證正壓室與零液位等高。靜壓式液位測量P+＝P０＋Ｈρ１gP-＝P０Δｐ＝ｐ+－ｐ-＝Ｈρ１g（A）無遷移靜壓式液位計的零點遷移靜壓式液位測量

靜壓式液位計的零點遷移（B）負遷移:當容器中液體上方氣體是可凝性的（如水蒸汽），為保持負壓室所受的液柱高度恒定，或者被測介質有腐蝕性，為了引壓管防腐，常常在差壓變送器的正負壓室與限壓點之間裝有隔離罐，并充以隔離液。設隔離液密度為ρ2。靜壓式液位測量靜壓式液位計的零點遷移（B）負遷移ｐ＋＝ｈ１ρ２ｇ＋Ｈρ１ｇ＋ｐ０ｐ－＝ｈ２ρ２ｇ＋ｐ０Δｐ＝ｐ＋－ｐ－＝Ｈρ1ｇ＋ｈ1ρ2ｇ－ｈ2ρ2ｇ＝Ｈρ1ｇ－ＢＢ＝(h2-h1)ρ2g>0靜壓式液位測量靜壓式液位計的零點遷移（B）負遷移:△P=Hρ1g－Ｂ

Ｂ＝(h2-h1)ρ2g當Ｈ＝０時△P＝－Β＜０Ｉ＜4ｍＡ調節(jié)變送器上的遷移機構，實現

△P＝－ＢＩ＝4ｍＡH=0當Ｈ＝Ｈmax時

△

P＝Ｈmaxρ1ｇ－ＢＩ＝20ｍＡ說明:調整的壓差Δｐ是作用于負壓室且附加靜壓<0負遷移！靜壓式液位測量靜壓式液位計的零點遷移（C）正遷移差壓計安裝在最低液面以下，和零位的高度差為h。則差壓變送器正、負壓室所受壓力為：靜壓式液位測量靜壓式液位計的零點遷移（C）正遷移:Ｃ=hρ1gΔｐ＝Ｈρ1ｇ＋Ｃ當Ｈ=０時ΔP=C>０Ｉ>４ｍＡ調節(jié)遷移機構:當ΔP=C時Ｉ=４ｍＡＨ=0。當Ｈ=Ｈmax時ΔP=Ｈmaxρ1ｇ+CI=20mA說明:調整的壓差Δｐ是作用于正壓室且附加靜壓>0正遷移！靜壓式液位測量差壓式液位計求解界位密閉容器注：負壓室要處于上層介質中，且不高于上表面舉例：用差壓變送器檢測液位，已知、、液位變化范圍為0~3m，重力加速度，求差壓變送器的量程和遷移量，若選用DDZ-Ⅲ型儀表，其測量范圍是多少？解：當液位在0~3m變化時，測量液體差壓變化量為：根據差壓變送器，選擇量程為：40KPa。因此需進行負遷移，其遷移量為：37.24kPa。遷移后的測量范圍為：若選用DDZ-Ⅲ型儀表，輸出為4~20mA電流，則有：實際可測液位范圍為0~3.4m。靜壓式液位測量靜壓式液位計的特點差壓式儀表的性能穩(wěn)定、精度高，是應用最廣泛的一種儀表。利用差壓式液位計測量液位具有如下特點：檢測元件不占容器空間，而只需在容器側壁上開兩個引壓孔。檢測元件無可動部件，安裝方便，使用可靠。采用法蘭式結構還可以解決黏度大、易結晶、有懸浮物的介質液位的測量。在冬季使用時，須采用保溫措施，以防止隔離罐、導壓管及儀表內的液體凍結，影響正常的測量。靜壓式液位測量腐蝕性、結晶性、粘稠性、易汽化和含懸浮物的液體，宜選用平法蘭式差壓式液位計。高結晶、高粘性、結膠性和沉淀性液體，宜選用插入式法蘭差壓式液位計。對于在環(huán)境溫度下，氣相可能冷凝，液相可能汽化，或氣相有液體分離的對象，在使用普通差壓式液位計進行測量時，應視具體情況分別設置隔離器、分離器、汽化器、平衡容器等部件，或對測量管線保溫、伴熱。用差壓式液位計測量鍋爐汽包液面時，所采用的雙室平衡容器應為溫度補償型的。靜壓式液位計的選型靜壓式液位測量

法蘭式差壓變送器的法蘭直接與容器上的法蘭相連接，作為敏感元件的測量頭（金屬膜盒）經毛細管與變送器的測量室相通。在膜盒、毛細管和測量室所組成的密閉系統(tǒng)內充有硅油，作為傳壓介質，毛細管外套以金屬蛇皮管保護，法蘭測頭的結構形式分為平法蘭和插入式法蘭兩種。法蘭式壓力變送器的應用1-毛細管2-變送器3-平法蘭測量頭4-插入式法蘭測量頭靜壓式液位測量法蘭式壓力變送器的應用法蘭式差壓變送器適宜于測量腐蝕性、結晶性、粘稠性和含有懸浮物的液體的液位和界位測量。法蘭式差壓變送器缺點：比普通的差壓變送器貴，而且有的毛細管內的充灌液很容易滲漏掉。反應比普通的差壓變送器遲緩，特別是天冷的時候，儀表的靈敏度更低。法蘭式液位計的測量范圍還受毛細管長度的限制。因此，使用哪一種液位計進行測量，要視具體的情況而定。主要內容概述直讀式液位計浮力式液位測量靜壓式液位測量電容式液位測量超聲波物位測量雷達物位測量磁致伸縮液位測量電容式物位計電容物位計：將物位的變化轉換成電容量的變化來進行物位測量的儀表。

組成：傳感器、電容檢測兩大部分。電容式物位計適用于各種導電、非導電液體的液位或粉狀料位的遠距離連續(xù)測量和指示，也可以和電動單元組合儀表配套使用，以實現液位或料位的自動記錄、控制和調節(jié)。由于它的結構簡單，沒有可動部分，因此應用范圍較廣。電容式物位計結構：

兩個同軸圓筒電極組成的電容器。導電介質用電容式物位計當液位高度為0時，傳感器電容量C0為電容式物位計導電介質用電容式物位計原理：基于圓筒形電容器的電容值隨物位而變化。當液位變化，園筒形電極一部份被物料浸沒，浸沒深度H，

極板間存在兩種介質的介電常數ε1(原設有中間介質介電常數)、ε2(被測物料的介電常數),將引起電容量的變化CH。電容式物位計導電介質用電容式物位計電容式物位計導電介質用電容式物位計液位由0增加到H，傳感器電容變化量△C為：D0>>D，且ε＞ε0′電容式物位計導電介質用電容式物位計實現形式：①測量導電液體液位時：等效電路如圖。c11c12c2電容式物位計導電介質用電容式物位計實現形式：②測量導電液體液位時：等效電路如圖。c11c12c2電容式物位計檢測電路：電容式物位計主要由電極（敏感元件）和電容檢測電路組成，由于電容變化量小，因此準確檢測電容量是物位檢測的關鍵。常見的電容檢測方法有交流電橋法、充放電法、諧振電路法?？梢暂敵鰳藴孰娏餍盘?，實現遠距離傳送。注意：電容量的檢測一般須用交流電源，電源頻率高，有利于比較容抗間的差別，但若頻率過高，寄生電容影響大，反而不利于檢測。以單臂橋式電路為例：導電介質用電容式物位計電容式物位計導電介質用電容式物位計檢測電路：如圖：電容式物位計導電介質用電容式物位計特點

電容式物位計一般不受真空、壓力、溫度等環(huán)境條件的影響；安裝方便，結構牢固，易維修；價格較低。但是不適合于以下介質：如介質的介電常數隨溫度等影響而變化、介質在電極上有沉積或附著、介質中有氣泡產生等情況。電容式物位計非導電介質用電容式物位計若被測介質是粘性非導電液體，其測量結果也會受到虛假液位的影響，但一般很小，可以忽略。電容式物位計固體物料用電容式物位計因為固體摩擦較大，容易“滯留”，所以一般不用雙層式電極。對于非導電固體料位，可采用以電極棒和容器壁為兩電極、以被測物料作為電介質的電容器來測量。如果容器為圓筒形，電容變化量為

對于像鋼筋水泥料倉的料位測量，用鋼絲繩及倉庫鋼筋作為容器的兩極，以測量非導電物料的料位。鋼絲繩對地及鋼筋用絕緣材料加以絕緣。電容式物位計固體物料用電容式物位計在使用時主要應注意以下幾點：電極必須垂直安裝，安裝前要校直。注意不要把電極安裝在管口、孔、凹坑等里面，以防止介質停留而造成誤動作。儀表的同軸電纜芯線不允許進水，必須嚴格予以注意。同軸電纜不許切斷或加長，因為在校驗中已計入初始電容量，否則將影響零點和整個線性。當被測介質改變后，需重新調整儀表。當周圍溫度與調整時的溫度偏離過大時，則必須重新調整儀表。電容式物位計射頻導納液位計(去除掛料影響的電容式液位傳感器)電容式物位計射頻導納液位計掛料的等效阻抗為：通過分析傳輸電流的波動方程，得（射頻導納定理）：電容式物位計射頻導納液位計當：進行測量。主要內容概述直讀式液位計浮力式液位測量靜壓式液位測量電容式液位測量超聲波物位測量雷達物位測量磁致伸縮液位測量超聲波物位測量測量原理聲波遇到兩相界面時會發(fā)生反射高出最高液位單探頭氣介式氣介聲速測量盲區(qū)約1m基本測量方法超聲波物位測量測量方法設置聲速校正具方法聲波在介質中的傳播速度與介質的密度有關，而密度是溫度和壓力的函數

v——ρ——（P,T）eg.空氣

V0℃=331m/s；V100℃=387m/s帶有聲速校正桿的超聲波液位計tt0hh0超聲波物位測量主要內容概述直讀式液位計浮力式液位測量靜壓式液位測量電容式液位測量超聲波物位測量雷達物位測量磁致伸縮液位測量測量原理發(fā)射接收高頻電磁波，原理類似于超聲液位計。電磁波，波速與空氣溫度、濕度等無關。雷達液位計導波雷達液位計雷達物位測量德國E+HFMR230雷達液位計用于液體、顆粒及漿料物位的連續(xù)非接觸測量。測量不受介質變化、溫度變化、惰性氣體及蒸汽的影響；喇叭式天線，頻率6GHz；量程20m，精度±3mm；兩線制，HART協(xié)議；西門子SITRANSLR400雷達液位計適于