過程檢測技液位測量

1、3.6 液位測量,3.6.1 概述 液位指容器內液體介質液面的高低。物位測量的目的主要在于測知容器中物料的存儲量，以便對物料進行監(jiān)控，保證順利和安全生產。 液位計按工作原理可分為直讀式、浮力式、靜壓式、電容式、光纖式、激光式、核輻射式。,3.6.2 浮力式液位計,浮力式液位計是根據(jù)浮力原理對液位進行測量，可分為恒浮力式和變浮力式兩種。 （1）恒浮力式液位計 它是利用漂浮在液面上的浮子來實現(xiàn)測量。浮子因浮力作用漂浮在液面上，其位置代表了液面的位置。當液面變化時，浮子隨液面一起運動，從而產生位移，然后通過傳遞、放大系統(tǒng)顯示出液位的變化和液面高度。浮子所受浮力的大小不發(fā)生改變。,測量原理 一圓柱形浮

2、子，密度 ，液體密度 ，浮子直徑D，受力情況如下： 自身重力,所受浮力 所受外力， 則 有液位上升 ，則浮力增加： 因此， 從而迫使浮子上浮，即浮子的升降是隨液面的升降而變化的。重新平衡后，浮子的靜止位置就是新液面的位置。,浮子的結構形式 浮子式液位計的不靈敏區(qū)=。 與D的平方反正比，直徑越大，靈敏度越高。 因此，浮子一般均制成扁平空心圓盤或圓柱形。,恒浮力式液位計結構形式 它們結構上的主要差異在于它們對浮力位移的傳遞、放大和顯示方式，主要有機械式和電氣式兩種。 教材P102Fig.ad四種結構。,誤差分析 引起恒浮力液位計的測量誤差的因素有： 儀器靈敏度高低； 在腐蝕性工作環(huán)境中，浮力被浸蝕

3、而造成質量減輕； 當測量粘度較大的液體時，由于浮子上粘有液體，使浮子質量增加； 由于溫度變化引起液面各處密度不同。,浮筒存在以下平衡關系： 當液位發(fā)生變化時，假設升高 ，則浮筒位置發(fā)生變化，上升，則平衡關系為： 兩式相減得,（2）變浮力式液位計是通過感受元件將液位變化轉化為力的變化，再將力的變化轉化為機械位移，然后通過轉換裝置將位移轉換為電信號。,因此，液位變化量與浮筒位移成正比。,若在浮筒連桿上裝上指針，可直接指示液位；若在浮筒連桿上裝上鐵芯，通過差動變送器，可輸出信號，從而間接測出液位。,3.6.3 靜壓式液位計,（1）靜壓式液位計是通過測量某點壓力或該點與另一參考點的壓差來間接測量液位的

4、儀表。 一般選容器底面的某一點做為參考點，該點所受壓力的大小取決于液面的高低。若容器是開口容器，則參考點的壓力等于該點表壓。若非開口容器，可通過測量液面上方與參考點的壓差來求出葉面高度。,（2）靜壓式液位計結構形式,玻璃管液位計 利用連通器原理制成，通過玻璃管來顯示液注高度，直接觀察液位。 壓力式液位計 是利用測壓儀表來測量液位的儀器。 壓力表測液位系統(tǒng)： 由于一般壓力表默認氣壓為大氣壓，該測量系統(tǒng)只適用于敞口容器。,法蘭式壓力變送測量系統(tǒng),當待測液體粘度大、易結晶，不便于或不能用管路輸送時，可用法蘭壓力變送器將測壓元件直接連接在容器上進行測量。 法蘭壓力變送器將被測介質與工作介質分開，排除被

5、測介質對于測量的影響。,吹氣式液位測量計,對于易腐蝕、高粘度或密度不均的液體，應使用吹氣式液位測量計。將一根導管插入敞口容器液面下，壓縮空氣經(jīng)減壓閥和節(jié)流元件，最后從導管下端開口逸出。由于有節(jié)流元件的穩(wěn)壓作用，根據(jù)流體力學原理，供氣量幾乎是恒定的。當導管的氣壓與液封壓力相等時，導管下僅有微量氣體逸出。此時壓力表的讀數(shù)就可反映出液位高度,壓差式液位計,對于密閉容器，當液位變化時，液面處的氣壓也隨之發(fā)生變化。此時氣壓對壓力計指示有影響，只能用差壓計來測量氣、液兩相的壓差。壓差大小通過氣動或電動差壓變送器傳送，并轉化為電信號，最終顯示出液位的大小及其變化。,3.6.4電容式液位計,它是由電容式液位傳

6、感器和測量電路組成。 （1）電容法測液位原理 電容器由兩個同軸的金屬圓筒組成，兩筒半徑分別為R、r，高為L。當兩筒之間充滿介電常數(shù)的介質時，則兩筒間電容量表述為：,若圓筒電極的一部分被介電常數(shù)（設 ）的另一種介質充滿，在保證電容不放電的情況下，電容發(fā)生變化，則,電容變化量,與液位h成正比，測得電容變化量，可以測得h的大小。,（2）導電液體電容液位計,圖中1表示金屬內電極，外套聚由氟乙烯塑料套管或涂以搪瓷作為電介質和絕緣層。高絕緣套管的介電常數(shù)為 ，電極的絕緣層和容器內氣體的等效介電常數(shù)為 ，當容器內設有液體 H=0時，則金屬容器壁作為外電極，電容大小為：,1,當 時，外電極就是液體，其直徑等于

7、絕緣直徑等于絕緣直徑 而未被液體侵潤的地方外電極仍是容器，此時電容大小為： 此式可寫成 其中,（3）非導電介質電容液位計,該液位計有專門的外電極，并在外電極上開了很多小孔。 。,同理，測得電容變化量，即可算出液位化量。 當 越大， D/d0值越接近1，則靈敏度越高,3.6.5光纖液位計,在兩根石英光纖的端部粘上石英棱鏡，其中一根與光源相連，另一根與光電元件相連。 當探頭置于空氣中時，光線在棱鏡中發(fā)生全反射，光源所發(fā)出的光經(jīng)過一定光路傳到光電元件，當探頭接觸液面時，液體的折射率與空氣不同，破壞了棱鏡中全反射，部分光線漏射至液體中這樣送至光電元件的光強度極大地被削弱了。從而確定出液面位置。,光纖液位計應用于以下情況：,易燃易爆液體的液面報警 ；監(jiān)控液位，防止液體的泄漏 不同介質分界面的測定 光纖液位計特點是儀表用光纖傳遞，可做到現(xiàn)場無電源及電傳送信