第八講 液位檢測(cè)儀表

1、第八講第八講 液位檢測(cè)儀表液位檢測(cè)儀表1 1、液位檢測(cè)方法、液位檢測(cè)方法 液位檢測(cè)總體上可分為直接檢測(cè)和間接檢測(cè)兩種方法。 直接測(cè)量是一種最為簡(jiǎn)單、直觀的測(cè)量方法，它是利用連通器的原理，將容器中的液體引入帶有標(biāo)尺的觀察管中，通過(guò)標(biāo)尺讀出液位高度。 間接測(cè)量，是將液位信號(hào)轉(zhuǎn)化為其它相關(guān)信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，如壓力法、浮力法、電學(xué)法、熱學(xué)法等。 1.11.1直接測(cè)量法直接測(cè)量法 直接測(cè)量是一種最為簡(jiǎn)單、直觀的測(cè)量方法，它是利用連通器的原理，將容器中的液體引入帶有標(biāo)尺的觀察管中，通過(guò)標(biāo)尺讀出液位高度。下圖所示的是玻璃管液位計(jì)。 玻璃管液位計(jì)1.2 1.2 壓力法液位壓力法液位 壓力法依據(jù)液體重量所產(chǎn)生的壓力

2、進(jìn)行測(cè)量。由于液體對(duì)容器底面產(chǎn)生的靜壓力與液位高度成正比，因此通過(guò)測(cè)容器中液體的壓力即可測(cè)算出液位高度。 對(duì)常壓開(kāi)口容器，液位高度H與液體靜壓力P之間有如下關(guān)系： gPH 下圖為用于測(cè)量開(kāi)口容器液位高度的三種壓力式液位計(jì)。(a) 壓力表式液位計(jì) (b)法蘭式液位變送器 (c)吹氣式液位計(jì) 對(duì)于密閉容器中的液位測(cè)量，可用差壓法進(jìn)行測(cè)量，它可在測(cè)量過(guò)程中消除液面上部氣壓及氣壓波動(dòng)對(duì)示值的影響，下圖示出差壓式液位計(jì)測(cè)量原理。 引壓導(dǎo)管易被腐蝕或堵塞，影響測(cè)量精度，應(yīng)用法蘭式壓力（差壓）變送器。敏感元件為金屬膜盒，它直接與被測(cè)介質(zhì)接觸，省去引壓導(dǎo)管，從而克服導(dǎo)管的腐蝕和阻塞問(wèn)題。膜盒經(jīng)毛細(xì)管與變送器的

3、測(cè)量室相通，它們所組成的密閉系統(tǒng)內(nèi)充以硅油，作為傳壓介質(zhì)。為了毛細(xì)管經(jīng)久耐用，其外部均套有金屬蛇皮保護(hù)管。對(duì)于具有腐蝕性或含有結(jié)晶顆粒以及粘度大、易凝固的介質(zhì)法蘭式壓力（差壓）變送器量程遷移量程遷移無(wú)論是壓力檢測(cè)法還是差壓法，均要求零液位與檢測(cè)儀表在同一水平無(wú)論是壓力檢測(cè)法還是差壓法，均要求零液位與檢測(cè)儀表在同一水平高度，否則會(huì)產(chǎn)生附加靜壓誤差。高度，否則會(huì)產(chǎn)生附加靜壓誤差。處理方法處理方法對(duì)壓力變送器進(jìn)行零點(diǎn)調(diào)整，對(duì)壓力變送器進(jìn)行零點(diǎn)調(diào)整，使在只受附加靜壓力時(shí)輸出使在只受附加靜壓力時(shí)輸出為為“ “零零” ”。量程遷移量程遷移量程遷移量程遷移無(wú)遷移無(wú)遷移負(fù)遷移負(fù)遷移正遷移正遷移Hhn無(wú)遷移無(wú)遷

4、移保證正壓室與零液位等高保證正壓室與零液位等高gHP1當(dāng)當(dāng)H H為零時(shí)，差壓輸為零時(shí)，差壓輸出為零。出為零。差壓變送器的作用是將輸入的差壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出。差壓變送器的作用是將輸入的差壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出。n負(fù)遷移負(fù)遷移形成原因：加隔離罐或采形成原因：加隔離罐或采用法蘭式測(cè)壓差。用法蘭式測(cè)壓差。1210ghgHPP正壓室：正壓室：220ghPP負(fù)壓室：負(fù)壓室：BgHhhggHPPP11221)(差壓：差壓：當(dāng)當(dāng)H=0H=0時(shí)，差壓的輸出并不為零，而是時(shí)，差壓的輸出并不為零，而是-B-B。為使。為使H=0H=0時(shí)，差變的輸出時(shí)，差變的輸出為為4mA4mA，就要消除，就要消除

5、-B-B的影響。稱之為量程遷移。由于要遷移的時(shí)為負(fù)的影響。稱之為量程遷移。由于要遷移的時(shí)為負(fù)值，所以稱為負(fù)遷移。值，所以稱為負(fù)遷移。量程遷移實(shí)例量程遷移實(shí)例 例如：已知例如：已知31/1200mkg32/950mkgmh0 . 11mh0 . 52m0 . 30mL 液位高度變化形成的差壓值為：液位高度變化形成的差壓值為： 所以可選擇差壓變送器量程為所以可選擇差壓變送器量程為40kPa40kPaPagH3528038 . 912001PaghhB372408 . 9950) 15()(212所以負(fù)遷移量為所以負(fù)遷移量為37.240kPa37.240kPa，即將差壓變送器的零點(diǎn)調(diào)為，即將差壓變送

6、器的零點(diǎn)調(diào)為-37.240kPa-37.240kPa。遷。遷移后差變的測(cè)量范圍為移后差變的測(cè)量范圍為-37.242.76kPa-37.242.76kPa。n正遷移正遷移011pgHghP正壓室：正壓室：負(fù)壓室：負(fù)壓室：0pP 壓差：壓差：gHghPPP11當(dāng)當(dāng)H=0H=0時(shí)，差壓輸出并不為零，其時(shí)，差壓輸出并不為零，其值為值為ghC1其遷移量為正值，所以稱為正遷移。其遷移量為正值，所以稱為正遷移。綜上所述：正負(fù)遷移的實(shí)質(zhì)是改變變送器的零點(diǎn)，同時(shí)改變量程的上綜上所述：正負(fù)遷移的實(shí)質(zhì)是改變變送器的零點(diǎn)，同時(shí)改變量程的上下限，而量程范圍不變。下限，而量程范圍不變。1.3 1.3 浮力法浮力法 恒浮力

7、式檢測(cè)的基本原理是通過(guò)測(cè)量漂浮于被測(cè)液恒浮力式檢測(cè)的基本原理是通過(guò)測(cè)量漂浮于被測(cè)液面上的浮子（也稱浮標(biāo)）隨液面變化而產(chǎn)生的位移。面上的浮子（也稱浮標(biāo)）隨液面變化而產(chǎn)生的位移。 變浮力式檢測(cè)是利用沉浸在被測(cè)液體中的浮筒（也變浮力式檢測(cè)是利用沉浸在被測(cè)液體中的浮筒（也稱沉筒）所受的浮力與液面位置的關(guān)系檢測(cè)液位稱沉筒）所受的浮力與液面位置的關(guān)系檢測(cè)液位 。 浮力式液位檢測(cè)分為恒浮力式檢測(cè)與變浮力式檢測(cè)。浮力式液位檢測(cè)分為恒浮力式檢測(cè)與變浮力式檢測(cè)。1.3.1 鋼帶浮子式液位計(jì)鋼帶浮子式液位計(jì) 右圖為直讀式鋼帶右圖為直讀式鋼帶浮子式液位計(jì)，這是一浮子式液位計(jì)，這是一種最簡(jiǎn)單的液位計(jì)，一種最簡(jiǎn)單的液位計(jì)

8、，一般只能就地顯示。般只能就地顯示。1.3.21.3.2浮球液位計(jì)浮球液位計(jì) 電動(dòng)浮球液位變送器的測(cè)量部分由浮球與平衡桿和平衡錘組成力矩平衡機(jī)構(gòu)，因此浮球可以自由地隨液位的變化而升降。當(dāng)液位改變時(shí)，浮球的位置發(fā)生相應(yīng)的變化，通過(guò)球桿帶動(dòng)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，表頭內(nèi)角位移傳感器與主軸通過(guò)齒輪嚙合，將液位的變化轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)浮球液位計(jì)浮球液位計(jì)1.3.31.3.3磁浮子液位計(jì)磁浮子液位計(jì) 磁性浮子、浮球式液位計(jì)主要由本體部分、就地指示器、遠(yuǎn)傳變送器以及上、下限液位報(bào)警器等幾部分組成。磁性浮子式液位計(jì)通過(guò)與工藝容器相連的筒體內(nèi)浮子隨液面（或界面）的上下移動(dòng)，由浮子內(nèi)的磁鋼利用磁耦合原理驅(qū)動(dòng)磁性翻板指示器，用

9、紅藍(lán)兩色（液紅氣藍(lán)）明顯直觀地指示出工藝容器內(nèi)的液位或界位。1.3.4 1.3.4 浮筒式液位計(jì)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(cè)液面位置變化時(shí)，浮筒浸沒(méi)體積變化，所受浮力也變化，通過(guò)測(cè)量浮力變化確定出液位的變化量。圖中： 1-浮筒；2-彈簧；3-差動(dòng)變壓器 。電動(dòng)浮筒液位計(jì)電動(dòng)浮筒液位計(jì) 杠桿的末端吊有內(nèi)筒，浮筒隨介質(zhì)的浮力F1變化而升降，這個(gè)浮力作用在杠桿1上，使杠桿系統(tǒng)以軸封膜片為支點(diǎn)而產(chǎn)生微小偏轉(zhuǎn)（軸封膜片一方面作為杠桿的支點(diǎn)，另一方面起密封作用）。帶動(dòng)杠桿2轉(zhuǎn)動(dòng) ，傳感器將偏移量經(jīng)信號(hào)處理及轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成420mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出，即完成變換過(guò)程。 智能浮筒液位（界位）變

10、送器智能浮筒液位（界位）變送器 被測(cè)液位的變化引起內(nèi)筒位置的變化，該變化被傳遞到扭力管組件上，使扭力管與芯軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)。同時(shí)固定在扭力管芯軸上的磁鐵發(fā)生旋轉(zhuǎn)位移，改變了由霍爾效應(yīng)傳感器檢測(cè)的磁場(chǎng)。該傳感器將磁場(chǎng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。1.4 1.4 電學(xué)法電學(xué)法 電學(xué)法按工作原理不同又可分為電阻式、電感式和電電學(xué)法按工作原理不同又可分為電阻式、電感式和電容式。容式。用電學(xué)法測(cè)量無(wú)摩擦件和可動(dòng)部件，信號(hào)轉(zhuǎn)換、傳送方便，便于遠(yuǎn)傳，工作可靠，且輸出可轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的電信號(hào)，與電動(dòng)單元組合儀表配合使甩，可方便地實(shí)現(xiàn)液位的自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制。 1. 1. 電阻式液位計(jì)電阻式液位計(jì) 電阻式液位計(jì)既可進(jìn)行定點(diǎn)液位控制，

11、也可進(jìn)行連續(xù)測(cè)量。所謂定點(diǎn)控制是指液位上升所謂定點(diǎn)控制是指液位上升或下降到一定位置時(shí)引起電路的接通或斷開(kāi)，或下降到一定位置時(shí)引起電路的接通或斷開(kāi)，引發(fā)報(bào)警器報(bào)警。引發(fā)報(bào)警器報(bào)警。電阻式液位計(jì)的原理是基于液位變化引起電極間電阻變化，由電阻變化反映液位情況。 為用于連續(xù)測(cè)量的電阻式液位計(jì)原理圖。圖中： 1-電阻棒； 2-絕緣套； 3-測(cè)量電橋 該液位計(jì)的兩根電極是由兩根材料、截面積相同的具有大電阻率的電阻棒組成，電阻棒兩端固定并與容器絕緣。整個(gè)傳感器電阻為 該傳感器的材料、結(jié)構(gòu)與尺寸確定后，K1、K2均為常數(shù)，電阻大小與液位高度成正比。電阻的測(cè)量可用圖中的電橋電路完成。 hKKhAHAhHAR21

12、222 2.2.電感式液位計(jì)電感式液位計(jì) 電感式液位計(jì)利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象，液位變化電感式液位計(jì)利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象，液位變化引起線圈電感變化，感應(yīng)電流也發(fā)生變化。引起線圈電感變化，感應(yīng)電流也發(fā)生變化。電感式液位計(jì)既可進(jìn)行連續(xù)測(cè)量，也可進(jìn)行液位定點(diǎn)控制。 電感式液位控制器的原理圖。傳感器由不導(dǎo)磁管子不導(dǎo)磁管子、導(dǎo)磁性浮子導(dǎo)磁性浮子及線圈線圈組成。管子與被測(cè)容器相連通，管子內(nèi)的導(dǎo)磁性浮子浮在液面上，當(dāng)液面高度變化時(shí)，浮子隨著移動(dòng)。線圈固定在液位上下限控制點(diǎn)，當(dāng)浮子隨液面移動(dòng)到控制位置時(shí)，引起線圈感應(yīng)電勢(shì)變化，以此信號(hào)控制繼電器動(dòng)作，可實(shí)現(xiàn)上、下液位的報(bào)警與控制。圖中：1、3-上下限線圈； 2-浮子 3.

13、 3. 電容式液位計(jì)電容式液位計(jì) 電容式液位計(jì)利用液位高低變化影響電容器電容量大小的電容式液位計(jì)利用液位高低變化影響電容器電容量大小的原理進(jìn)行測(cè)量。原理進(jìn)行測(cè)量。 電容式液位計(jì)的結(jié)構(gòu)形式很多，有平極板式平極板式、同心圓柱式同心圓柱式等等。 它的適用范圍非常廣泛，對(duì)介質(zhì)本身性質(zhì)的要求不象其它方法那樣嚴(yán)格，對(duì)導(dǎo)電介質(zhì)導(dǎo)電介質(zhì)和非導(dǎo)電介質(zhì)非導(dǎo)電介質(zhì)都能測(cè)量，此外還能測(cè)量有傾斜晃動(dòng)及高速運(yùn)動(dòng)的容器的液位。不僅可作液位控制器。還能用于連續(xù)測(cè)量。(1)(1)檢測(cè)原理檢測(cè)原理 在液位的連續(xù)測(cè)量中，多用同心圓柱式電容器，如右圖所示。同心圓柱式電容器的電容量：式中： D、d外電極內(nèi)徑和內(nèi)電極外徑 (m)； 極板

14、間介質(zhì)介電常數(shù)(F/m)； L 極板相互重疊的長(zhǎng)度(m)。 液位變化引起等效介電常數(shù)變化，從而使電容液位變化引起等效介電常數(shù)變化，從而使電容器的電容量變化，這就是電容式液位計(jì)的檢測(cè)原理。器的電容量變化，這就是電容式液位計(jì)的檢測(cè)原理。圖中：1-內(nèi)電極；2-外電極 。dDLCln2(2)(2)安裝形式安裝形式 為用來(lái)測(cè)量導(dǎo)電介質(zhì)導(dǎo)電介質(zhì)的單電極電容液位計(jì)，它只用一根電極作為電容器的內(nèi)電極，一般用紫銅或不銹鋼，外套聚四氟乙烯塑料管或涂搪瓷作為絕緣層，而導(dǎo)電液體和容器壁構(gòu)成電容器的外電極。 1-內(nèi)電極；2-絕緣套 右圖為用于測(cè)量非導(dǎo)電非導(dǎo)電介質(zhì)介質(zhì)的同軸雙層電極電容式液位計(jì)。內(nèi)電極和與之絕緣的同軸金屬

15、套組成電容的兩極，外電極上開(kāi)有很多流通孔使液體流入極板間。 圖中： 1、2-內(nèi)、外電極； 3-絕緣套； 4-流通孔。1.5 1.5 熱學(xué)法熱學(xué)法 在冶金行業(yè)中常遇到高溫熔融金屬液位的測(cè)量。由于測(cè)量條件的特殊性，目前除使用核幅射法外，還常用熱學(xué)方法進(jìn)行檢測(cè)。它利用了高溫熔融液體本身它利用了高溫熔融液體本身的特性，即在空氣和高溫液體的分界面處溫度場(chǎng)出現(xiàn)的特性，即在空氣和高溫液體的分界面處溫度場(chǎng)出現(xiàn)突變的特點(diǎn)，用測(cè)量溫度的方法間接獲得高溫金屬熔突變的特點(diǎn)，用測(cè)量溫度的方法間接獲得高溫金屬熔液液位。液液位。熱學(xué)法按溫度測(cè)量轉(zhuǎn)換原理的不同，通常又分為熱電法熱電法和熱磁感應(yīng)法熱磁感應(yīng)法。 1.6 1.6

16、超聲波法超聲波法超聲波液位計(jì)利用波在介質(zhì)中的傳播特性。超聲波液位計(jì)利用波在介質(zhì)中的傳播特性。 因此，在容器底部或頂部安裝超聲波發(fā)射器和接收器，發(fā)射出的超聲波在相界面被反射。并由接收器接收，測(cè)出超聲波從發(fā)射到接收的時(shí)間差，便可測(cè)出液位高低。 超聲波液位計(jì)按傳聲介質(zhì)不同，可分為氣氣介式介式、液介式液介式和固介式固介式三種；按探頭的工作方式可分為自發(fā)自收的單探自發(fā)自收的單探頭方式頭方式和收發(fā)分開(kāi)的雙探頭方式收發(fā)分開(kāi)的雙探頭方式。相互組合可以得到六種液位計(jì)的方案。(a)氣介式 (b) 液介式 (c)固介式單探頭超聲波液位計(jì) 由上圖看出，超聲波傳播距離為L(zhǎng)，波的傳播速度為C，傳播時(shí)間為t ，則： L是與

17、液位有關(guān)的量，故測(cè)出L便可知液位， L的測(cè)量一般是用接收到的信號(hào)觸發(fā)門電路對(duì)振蕩器的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。tCL21單探頭液位計(jì)使用一個(gè)換能器，由控制電路控制它分時(shí)交替作發(fā)射器與接收器。 雙探頭式則使用兩個(gè)換能器分別作發(fā)射器和接收器，對(duì)于固介式，需要有兩根金屬棒或金屬管分別作發(fā)射波與接收波的傳輸管道。1.71.7導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì) 導(dǎo)波雷達(dá)液（界）位變送器運(yùn)用了 TDR（時(shí)域反射原理）技術(shù)，發(fā)射的電磁波脈沖沿著桿或纜傳送當(dāng)遇到比先前傳導(dǎo)介質(zhì)（空氣或蒸發(fā)汽）介電常數(shù)大的介質(zhì)表面時(shí)，脈沖波被反射回來(lái)。用超高速計(jì)來(lái)計(jì)算脈沖波的傳導(dǎo)時(shí)間，從而達(dá)到精確的液位測(cè)量。 雷達(dá)式液位計(jì)示意圖cHt02雷達(dá)波由天線發(fā)出到接收到由液面來(lái)的反射波的時(shí)間t由下式確定 0HLH由于tcLH2故雷達(dá)探測(cè)器對(duì)時(shí)間的測(cè)量有微波脈沖法及連續(xù)波調(diào)頻法兩種方式。雷達(dá)探測(cè)器對(duì)時(shí)間的測(cè)量有微波脈沖法及連續(xù)波調(diào)頻法兩種方式。微波脈沖法原理示意圖1.8 1.8 射線式物位檢測(cè)射線式物位檢測(cè)q放射性同位素在蛻變過(guò)程中會(huì)放射出放射性同位素在蛻變過(guò)程中會(huì)放射出 、 、 三種射線。三種射線。 射線的電離本領(lǐng)最強(qiáng)，但穿透能力最弱。射線的電離本領(lǐng)最強(qiáng)，但穿透能力最弱。 射線是電子流，電離本領(lǐng)比射線是電子流，電離本