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自动检测技术--物位测量(及课后答案).ppt 56页
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图3-44 法兰式差压变送器测量液位示意图 1—隔离法兰；2—毛细管；3—变送器
当被测介质粘度很大或具有腐蚀性以及含有结晶颗粒时，应在差压变送器导压管入口处加装隔离法兰，在法兰膜盒，毛细管和测量室组成的封闭系统内充有硅油，作为传压介质。 思考题： 迁移量是多少？ 变送器在上下法兰间的位置是否影响测量结果？ 7.3 电容式液位测量 1.测量原理 电容器的组成 1—内电极；2—外电极 两圆筒间的电容量C 当 D 和 d 一定时，电容量 C 的大小与极板的长度 L 和介质的介电常数ε的乘积成比例。
通过测量电容量的变化可以用来检测液位、料位和两种不同液体的分界面。
将电容传感器（探头）插入被测物料中，电极浸入物料中的深度随物位高低变化，必然引起电容量的变化，从而可以检测出物位。 7.3.1 导电液体的液位测量
在液体中插入一根带绝缘套管的电极。由于液体是导电的，导电容器和液体可看作为电容器的一个电极，插入的金属电极作为另一电极，绝缘套管为中间介质，三者组成圆筒形电容器。当液位变化时，就改变了电容器两极覆盖面积的大小，液位越高覆盖面积就越大，电容器的电容量就越大。
测量原理：利用传感器两电极的覆盖面积随被测液体液位的变化而变化，从而引起电容量变化的关系进行液位测量的。
设聚四氟乙烯套管和容器内气体的等效介电常数为ε’0，液位测量范围为L，容器内径为D0，不锈钢棒直径为d，当液位H=0，容器内实际液位低于非测量区h时，电容量为 式中：ε:聚四氟乙烯的介电常数; D:聚四氟乙烯套管外径 当液位高H时，电容量为 则，电容变化量为 故只要ε，D,d数值稳定，被测液位就与电容变化量呈线性关系。 一般，容器内径D0要远远大于聚四氟乙烯套管外径D，聚四氟乙烯的介电常数为ε要大于聚四氟乙烯套管和容器内气体的等效介电常数ε’0，即 有 7.3.2 非导电液体的液位测量
利用被测液体液位变化时，可变电容传感器两极之间充填介质的介电常数发生变化，从而引起电容量变化这一特性进行液位测量的。 当测量较稀的非导电液体，如轻油、某些有机液体以及液态气体的液位时，可采用一个光电极（内电极），外部套上一根金属管（外电极），两者彼此绝缘，以被测介质为中间绝缘物质构成同轴套筒形电容器，如图所示。绝缘垫上有小孔，外套管上也有孔和槽，以便被测液体自由地流进或流出。 非导电介质的液位测量 1—内电极；2—外电极；3—绝缘套；4—流通小孔 由两个同轴圆柱极板组成的电容器，当液位为零时，两电极间介质是空气，初始电容为
对非导电介质液位测量的电容式液位传感器原理如下图所示。 当液位上升为H 时，电容量变为 电容量的变化为
电容量的变化与液位高度H成正比。该法是利用被测介质的介电系数ε与空气介电系数ε0不等的原理进行工作，（ε-ε0）值越大，仪表越灵敏。电容器两极间的距离越小，仪表越灵敏。
结论 优点：结构简单、可靠；精确度高；检测端消耗电能小，动态响应快；维护方便，寿命长。 缺点：被测液体的介电常数不稳定会引起误差。一般用于调节池、清水池的测量。
用电容法可以测量固体块状颗粒体及粉料的料位。由于固体间磨损较大，容易“滞留”，可用电极棒及容器壁组成电容器的两极来测量非导电固体料位。 1—金属电极棒；2—容器壁 左图所示为用金属电极棒插入容器来测量料位的示意图。
电容量变化与料位升降的关系为 料位检测
当测量粉状非导电固体料位和黏滞性非导电液体液位时，可采用光电极直接插入圆筒形容器的中央，将仪表地线与容器相连，以容器作为外电极，料或液体作为绝缘物质构成圆筒形电容器，其测量原理与上述相同。 7.4 超声波物位测量 原理：利用声波阻断和声波反射原理测量物位。 优点：无机械可动部分，可靠性高，安装简单、方便，属于非接触测量，且不受液体的粘度、密度等影响。 缺点：精度比较低，测试容易有盲区。不可以测量压力容器，不适合真空、蒸汽或液面有泡沫的情况。 不能测量易挥发性介质。 7.4.1 测量原理 设超声探头至物位的垂直距离为Ｈ，由发射到接收所经历的时间为ｔ，超声波在介质中传播的速度为ｖ，则 对于一定的介质v是已知的，只要测出时间t就可以确定距离H，即得知被测物位的高度了。 7.4.2 测量方法 根据传声介质的不同，有气介式、液介式和固介式；根据探头的工作方式，有自发自收的单探头方式和收发分开的双探头方式。 （a）液介式，探头固定在液体中最低处，探头发出的超声脉冲在液体中，由探头传至液面，反射后再从液面返回到同一探头而被接收。测量所用的时间即可知液位高度。 （b）气介式，探头安装在最高液位之上的气体中，测量气体中声波传播所用的时间即可知液位高度。 （c）固介式，将一根传声的固体棒插入液体中，上端要高出最高液位，探头安装在传声固
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20 余种液位测量方法分析[J]任开春.doc 8页
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20余种液位测量方法分析
任开春，涂亚庆
（后勤工程学院，重庆400016）
　　［摘　要］　该文对磁致伸缩法、核辐射法、光纤传感器法和雷达法等20余种液位测量方法进行了分类归纳，并对各自的原理、特点等进行了较系统的比较分析。??? ［关键词］　液位；测量方法；分析
　　物位包括液位和料位两类。液位又包括液位信号器和连续液位测量两种。液位信号器是对几个固定位置的液位进行测量，用于液位的上、下限报警等。连续液位测量是对液位连续地进行测量，它广泛地应用于石油、化工、食品加工等诸多领域，具有非常重要的意义。文中对20余种连续液位测量方法进行比较分析。 1　玻璃管法、玻璃板法、双色水位法、人工检尺法　　玻璃管法：该方法利用连通器原理工作，如图1—1所示［1］。图中1－被测容器；2－玻璃管；3－指示标度尺；4、5－阀；6、7－连通管。液位直接从指示标度尺读出。
　　玻璃板法：玻璃板可通过连通器安装，也可在容器壁上开孔安装，并可串联几段玻璃板以增大量程。液位数值直接从玻璃板刻度尺读出。　　双色水位计法：该方法利用光学原理，使水显示绿色，而使水蒸汽显示红色，从而指示出水位［2］。　　人工检尺法：该方法用于测量油罐液位。测量时，测量员把量油尺投入油品中，并在尺砣与罐底接触时提起量油尺。根据量油尺上的油品痕迹，读出油面高度；根据量油尺末端试水膏颜色的变化确定水垫层的高度，从而确定油高和水高［3］。　　以上4种方法都是人工测量方法，具有测量简单、可靠性高、直观、成本低的优点。 2　吹气法、差压法、HTG法　　吹气法：该方法的工作原理如图2—1所示［4］。图中，1－过滤器；2－减压阀；3－节流元件；4－转子流量计；5－变送器。因吹气管内压力近似等于液柱的静压力，故　P＝ρgH
　　式中，ρ－液体密度；H－液位。故由静压力P即可测量液位H。吹气法适用于测量腐蚀性强、有悬浊物的液体，主要应用在测量精度要求不高的场合。??? 差压法：该方法的工作原理如图2-2所示[4]。图中，1、2-阀门；3-差压变送器。对于开口容器或常压容器，阀门1及气相引压管道可以省掉。压力差与液位的关系为　ΔP＝P2－P1＝ρgH
式中：ΔP－变送器正、负压室压力差；P2、P1－引压管压力；H－液位。差压变送器将压力差变换为4～20 mA的直流信号。如果压力处于测量范围下　　限时对应的输出信号大于或小于4 mA，则都需要采用调整迁移弹簧等零点迁移技术，使之等于4 mA。
　　HTG法：该方法应用于油罐差压液位测量中，如图2—3所示。图中：P1、P2、P3－高精度压力传感器；RTD－温度检测元件；HIU－接口单元。P1位于罐底附近　　的罐壳处，P2比P1高8英尺，P3位于罐顶附近的罐壳处。对于常压油罐，压力传感器P3可以省去。设压力传感器P1、P2、P3测得的压力分别为p1、p2、p3，则　　式中：G－油品重量；Sav－油罐平均截面积；ρav－介于压力传感器P1、P2之间油品平均密度；g是重力加速度；H是压力传感器P1、P2之间的距离；h是油品高度；h0是压力传感器P1的高度。RTD用于测量油品温度，以对测量数值进行温度补偿。HTG测量系统价格较低，但液位测量精度较低，安装须在罐壁开孔。　　以上3种方法都是利用液体的压力差来测量液位的。 3　浮子法、浮筒法、浮球法、伺服法、沉筒法??? 浮子法：该方法采用浮子作为液位测量元件，并驱动编码盘或编码带等显示装置，或连接电子变送器以便远距离传输测量信号。
??? 浮筒法：该方法采用中间带孔的磁浮筒作为液位敏感元件，如图3—1所示。不锈钢套管从浮筒中间孔穿过，固定在罐顶和罐底之间。液位变化带动空心磁浮筒（内藏永久磁铁）沿套管上下移动，并吸引套管内的磁铁沿套管内壁上下移动，二次仪表根据磁铁的移动量计算出液位。　　浮球法：该方法利用杠杆原理工作，如图3—2所示［4］。图中：1－浮球；2－连杆；3－转轴；4－平衡重；5－杠杆。浮球跟随液位变化而绕转轴旋转，带动转轴上的指针转动，并与杠杆另一端的平衡重平衡，同时在刻度盘上指示出液位数值。浮球法有内浮球式和外浮球式两种，如图3—2所示。浮球法主要用于测量温度高、粘度大的液位，但量程较小。
　　伺服法：该方法采用波动积分电路，消除抖动、延长寿命、提高液位测量精度。现代伺服液位仪的测量精度较高，已达到40 m量程内小于1 mm的精度，且一般都具有测量密度分布和平均密度的功能。
　　沉筒法：沉筒的位置随着液位的变化而变化，但其变化量并不与液位变化量相等。在图3－3a中［4］，液位与浮筒位置的关系如下：　　上式中：ΔH－液位变化量；C－弹簧的弹性系数；A－沉筒截面积；ρ液体密度；ΔX－沉筒位置变化量。通常情况下，浮筒位置变化量ΔX远小于液位变化量ΔH。图3—3b是扭力
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