检测技术课程设计资料

课程设计报告物位检测学院学科专业姓名学号指导教师起止周次提交日期关键词：物位测量仪，原理，应用简介：物位测量仪表按所使用的物理原理可分为直读式物位仪表、差压式物位仪表（包括压力式）、浮力式物位仪表、电测式（电阻式，电容式与电感式）物位仪表、超声式物位仪表、核辐射式物位仪表等。

直读式物位仪表。

从测量机构上可直接读出液位，玻璃管（或玻璃板）液位计就是利用连通器原理，用旁通玻璃管（或玻璃板）读数。

根据测量要求，有透光式和反射式等型式。

浮力式物位仪表，利用液面上的浮子或沉浸在液体中浮筒（也称沉筒）受到浮力作用而工作。

这类仪表分为两种：一种是在测量过程中浮力维持不变，如浮球液位计、浮标液位计，工作时浮标随液面高低变化，通过杠杆或钢丝绳等机构将浮标位移传递出去，再经电位器、数码盘等转换为模拟或数字信号；另一种是在测量过程中浮力发生变化，如浮筒式液位计，液位改变时浮筒在液体内浸没的程度不同，所受的浮力也不同，将浮力的变化量转换成差动变压器铁芯的位移，就可输出相应的电信号，供指示、记录、报警和调节之用，也可远距离传送。

在工业生产过程中测量液位、固体颗粒和粉粒位，以及液-液、液-固相界面位置的仪表。

一般测量液体液面位置的称为液位计，测量固体、粉料位置的称为料位计,测量液-液、液固相界面位置的称为相界面计。

在工业生产过程中广泛应用物位测量仪表，测量锅炉水位的液位计就是一例。

发电厂大容量锅炉水位是十分重要的工艺参数，水位过高、过低都会引起严重安全事故，因此要求准确地测量和控制锅炉水位。

水塔的水位、油罐的油液位、煤仓的煤块堆积高度、化工生产的反应塔溶液液位等，都需要采用物位测量仪表测量。

第一章物位测量仪概述 (3)第二章静压式液位测量仪 (5)2.1 测量原理 (5)2.2测量方法 (6)2.3测量应用 (7)第三章浮力式液位测量仪 (8)3.1测量原理 (8)3.2浮力式类测位仪 (9)3.3浮力式液位测量仪应用 (11)第四章电容式液位测量仪 (11)4.1 测量原理 (12)4.2测量类型 (12)4.3应用 (14)第五章微波法物位测量仪 (14)5.1 测量原理 (14)5.2雷达式物位计 (14)5.3应用 (15)第六章核辐射物位测量仪 (16)6.1测量原理 (16)6.2测量仪基本结构 (16)6.3基本应用 (17)第七章其他物位测量仪 (18)7.1激光式物位测量仪表 (18)7.2机械式物位测量仪表 (19)总结 (20)参考文献 (21)第一章物位测量仪概述1.1物位基本定义物位是指物料相对于某一基准的位置，是液位、料位和相界面的总称。

液位：容器、河道、水库等中液体的表面位置（相对于某一指定位置）料位：容器、堆场、仓库等所储固体颗粒、粉料等的堆积高度。

相界面：同一容器中储存的两种密度不同且互不相溶的液体之间或两种介质之间的分界面位置。

相界面位置分为液-液相界面、液-固相界面1.2物位测量的目的和意义1、为进行经济核算提供可靠依据；确定容器内的原料、半成品或成品的数量，以保证生产过程物料平衡。

2、了解物位是否在规定范围内，对维持正常生产、保证产品的产量和质量、保证安全生产具有重要的意义。

例如，火力发电厂锅炉汽包水位的测量与控制，水位过高，造成蒸汽带水，蒸汽品质降低，轻则加重管道和汽机的积垢，降低压力和效率；重则使汽机发生故障。

水位过低，则对水循环不利，可能使水冷壁管局部过热甚至爆炸。

1.3物位测量的工艺特点及主要问题1、物位测量传感器的安装位置液体：液位水平，液位计只对安装高度有要求，可以在同一高度上选择任何安装地点；流动性差的粉粒物料：料面不水平，料面的局部高低与进出料口位置有关，也和进出料的流量有关。

2、物位测量的另一个普遍性问题是盲区浮子法测液位：受容器底面、容器顶面限制，有盲区；超声波测量物位：受到距离太小无法分辨的限制，也存在盲区。

3、物位测量中存在的死角问题容器的几何形状和传感器安装位置配合不当会出现死角。

4、分粒体料位还有滯留区流动性差，在堆积状态下有不滑坡的最大倾角，叫做“安息角”。

大小与颗粒形状、表面粗糙程度、潮湿程度、是否带静电、是否吸附气体等因素有关。

料仓的设计也要考虑这一特性，否则会有物料残留。

第二章 静压式液位测量仪2.1测量原理测液柱高产生的静压实现液位测量。

如图4.1，设A p 密封容器中A 点的静压(气相压力)，b p B 点的静压，H 液位高度,液体密度。

则： 若为敞口容器，则PA 大气压， PB B 点的表压力。

当ρ为常数，压力或差压只与液位高有关。

测出P 或ΔP 可知液位。

量程合适的压力或差压的仪表皆可用于液位测量。

P 或ΔP 乘以容器的截面积，可得到容器中液体的质量—测总量。

2.2测量方法2.2.1压力式液位计测量原理：测压表所测压力来反映液位,如下图所示：1、用测压表测量如图4.2(a)，引压管把压力计与容器底部连通，仪表示值反映液位高低。

测压基准点与最低液位一致。

若不一致，要考虑附加液柱影响，进行修正。

适合黏度较小、洁净液体液位测量。

测量黏稠、易结晶或含有颗粒液体的液位，采用法兰式压力变送器，如图4.2(b) 。

15-=-=∆g H P P P A B ρ25-==g H P P Bρ2、 吹气法适于腐蚀性、高黏度或有悬浮颗粒液位测量，如图5.3 。

①由液位变化范围，调节减压阀2，使压缩空气压力为P1；②调节流元件3 ，使压力为P2，保证最高液位仍有微量气泡从导管下端口逸出；③P1变化不大，当满足P2≤0.528 P1时，气源流量恒定不变⑤液位↑↓→管内压力↑↓→从导管下端逸出的气量↑↓ 。

管内压力与液体静压约相等，表5示值即反映液位高H 。

2.2.2差压式液位计1 、零点迁移问题压力、差压检测要求：取压口(零液位)与压力/差压仪表的入口在同一水平面，否则有附加静压差；① 无迁移 图5.4 (a)差压变送器正、负压室分别与容器下部和上部的取压点相连通，正压室与零液位等高；压力分别为P+ 和P- ，则：H ＝0，ΔP ＝0，无需迁移。

②负迁移 图5.4(b)上方气体可凝，或介质有腐蚀性，为防腐，差变正、负室与取压点间装有隔离罐，并充满隔离液。

其密度为 2ρ，正、负压室所受压力为：当＝0， ＝－B ＜0，有一固定值（输出I ＜4mA ）；0P P ,g H ρP P =+=-+g H ρP P ΔP =-=-+0121P g H ρg ρh P ++=+022p g ρh P +=-45122121⋅-=-+=-=∆-+B gH gh gh gH P P P ρρρρg )ρh (h B 212-=p ∆要H ＝0，输出I ＝4mA ，需消去－B 的作用——零点迁移。

迁移的量为－B ，故为负迁移。

③ 正迁移实际安装时，常不能保证变送器和零液位在同一水平面H ＝0，＝C ，有一固定值，使输出I ＞4mA ；要H ＝0，I ＝4mA ，需消去C 的作用。

迁移量 C ＞0，故需正迁移。

方法与负迁移相似。

2.2.3 特殊液位测量① 腐蚀性、易结晶或高黏度介质液位测量。

采用法兰式差变：防引压管腐蚀或堵塞，如图4.6。

ρ— 毛细管中硅油密度，kg ／m3。

② 锅炉汽包水位测量关键环节:平衡容器粗管，粗管正压容室与汽包连通，进入平衡容器的蒸汽不断凝结成水，因溢流而保持恒定水位。

细管，负压容室与汽包水连通。

汽包为正常水位时，平衡容器差压。

2.3 静压式液位测量仪应用 1、功能特点 a 、稳定性好，满度、零位长期稳定性可达 0.1%FS/ 年。

在补偿温度 0 ～ 70 ℃范围内，温度飘移低于 0.1%FS ，在整个允许工作温度范围内低于 0.3%FS 。

b 、具有反向保护、限流保护电路，在安装时正负极接反不会损坏变送器，异常时送器会自动限流在 35MA 以内。

c 、固态结构，无可动部件，高可靠性，使用寿命长。

d 、安装方便、结构简单、经济耐用。

2、测量选择a 、分体式一体式可选b 、量程: 0---0.5---200米c 、输出: 4---20mA (2线制)d 供电电:7.5---36VDC 推荐24VDCe 、可靠防腐并带有陶瓷测量单元的探头，用于净水、污水及盐水的物位测量011P g h g H P ++=+ρρ0P P =-55111⋅+=+=-=∆-+C g H g h g H P P Pρρρp ∆650211⋅-=∆g h g h P ρρ性能和优点①其机械结构对过载及腐蚀性介质具有高抵抗性②高精度、长期稳定的陶瓷电容和进口扩散硅测量单元③密封的电子模块及双滤波压力补偿系统可抵抗气候现场变化的影响电子模块可输出4...20mA 信号并同时带有过压保护的模块④选择集成的温度传感器Pt100可同时进行物位及温度的测量 ⑤相应的附件可提供完整的测量方案第三章 浮力式液位测量仪3.1测量原理力或力矩平衡原理。

①恒浮力法：浮子升降反映液位的变化； ②变浮力法：浮力随液位浸没高度变化。

1、恒浮力法 ，如图浮子所受重力、浮力与平衡重物的重力相平衡，使浮子漂浮在液面上。

关系为：W － F ＝ GW — 浮子所受重力，N ； F — 浮子所受浮力，N ；G — 平衡重物的重力，N 。

W 、G —常数；F —也为常数（停留在任何高度），故称恒浮力法。

实质：浮子把液位↓↑→机械位移↓↑ 。

图5.10b ，设浮子扁圆柱形，直径D 、高度b 、重量W ，浸没部分高度 △h ，介质密度，液面高H 。

当浮力F=W 时，浮子停在某一位置，则： 当H ↓↑，浮子位置↓↑ ，△h 不变化（准确测量）。

误差分析：温度或成分↓↑→介质密度↓↑ ；黏性液体黏附，腐蚀液体浸蚀→浮子的重量或直径↓↑。

三种不同形状的浮子：g h D W ρπ∆=42i 扁平形：空心大直径扁圆盘形，不灵敏区较小，测量精度高；可测重度较小的介质液位；抗波浪性好（对高频小变化的波浪）。

但对液面的大波动比较敏感，易随之漂动。

ii 高圆柱形：高度大、直径小，抗波浪性好。

但对液面变动不敏感，精度差，不灵敏区较大。

iii 扁圆柱形：抗波浪性和不灵敏区在上述两者之间，结构简单，易于加工制作，广泛应用。

2、变浮力法 如图所示：在弹簧上悬挂圆筒形金属，浮筒重力W 与弹簧的弹性力平衡；当部分浮筒被浸没，浮力使浮筒上移，与弹性力平衡时，移动停止，满足关系：（c — 弹簧刚度，N ／m ；x — 弹簧压缩位移，m ；A — 浮筒的截面积，m ； H — 浮筒被液体浸没的高度，m ；ρ— 被测液体密度，kg ／m ；g — 重力加速度，m ／s液位升高△H ，则浮筒上移△x ，平衡式: 浮筒位移△x ∝ △H ；在浮筒的连杆上安上差动变压器铁心，输出电信号，反映液位变化。

3.2浮力式类测位仪3.1.1恒浮力式液位计I 、浮球式液位计，如图力矩平衡：浮球1连杆2与转动轴3相连，另一端与容器外侧的杠杆5（加有平衡重物4）相连组成。