化工测量及仪表第4章

忽略绳索的重力影响，W和G可认为是常数，因此浮子 停留在任何高度的液面上时，F的值也应为常数，故称此方 法为恒浮力法。这种方法实质上是通过浮子把液位的变化 转换为机械位移的变化。
4.1.1 浮子式液位计

测量原理
在这种转换方式中，绳索两端垂直长度l1和l3不等时绳重 以及滑轮的摩擦力会使平衡条件受到影响，因而引起读数的 误差。绳重引起的误差是有规律的，能够在刻度分度时予以 修正。摩擦力引起的误差最大，且与运动方向有关，无法修 正，惟有加大浮子的定位能力来减小其影响。浮子的定位能 力是指浸没浮子高度的变化量Δ H所引起的浮力变化量Δ F， 而Δ F=ρgAΔ H，则得表达式为
4.1.2 浮筒式液位计

变浮力液位计实例——轴封膜片式浮筒液位计
轴封膜片式浮筒液位计是 的结构如图所示，它也是由 测量和转换两部分组成。测 量部分包括浮筒、主杠杆； 转换部分包括主杠杆、矢量 机构、副杠杆、反馈机构、 差动变压器及放大器等，其 作用是将测量部分产生的力 矩转换为相应的电信号。 当液位升高时，作用于浮筒上的浮力随之增大，此力作为输入力F1作用 在主杠杆的一端，使主杠杆以轴封膜片为支点产生顺时针方向的转动。转 换部分结构原理与电动差压变送器的转换部分相同，此处不再详述。
p pB pA Hg
如果图中的容器为敞口容器，则pA为 大气压，则上式可写为
p pB Hg
式中 pB —— B点的表压力。
4.2.1 静压法液位测量的原理

测量原理
由前式可知，液体任何一点的压力等于其表面压力加上液 体密度与重力加速度及液柱高度的乘积。液体的静压力是液位 高度和液体密度的函数，当液体的密度为常数时，A、B两点的 压力或压差仅与液位高度有关。因此可以通过测量p或Δp来实 现液位高度的测量。 同时还可以看出，根据上述原理还 可以直接求得容器内所储存液体的质量。 因为p或Δp 代表了单位面积上一段高度 为 H 的液柱所具有的质量。所以测得 p 或Δp再乘以容器的截面积，即可得到容 器中全部液体的质量。
4.1.1 浮子式液位计

应用实例
实例二:磁翻转式液位计
在与容器连通的非导磁 ( 一般
为不锈钢)管内，带有磁铁的浮子 随管内液位的升降，利用磁性的 吸引，使得带有磁铁的红白两面 分明的翻板或翻球产生翻转。有
液体的位置红色朝外，无液体的
位Βιβλιοθήκη Baidu白色朝外，根据红色指示的 高度可以读得液位的具体数值，
4.1.2 浮筒式液位计
W F G
式中 W —— 浮子所受重力； F —— 浮子所受浮力； G —— 平衡重物的重力。 一般使浮子浸没一半时，满足上述平衡关系。
4.1.1 浮子式液位计

测量原理
当液位上升时，浮子被浸没的体积 增加，因此浮子所受的浮力F增加，则 W－F<G，使原有的平衡关系破坏，则 平衡重物会使浮子向上移动。直到重 新满足上式为止，浮子将停留在新的 液位高度上；反之亦然。
F gAH H H
式中A为浮子的截面积，ρ 为液体密度，g为重力加速 度。可见增加浮子的截面积能显著地增大定位能力，这是 减小摩擦阻力误差的最有效的途径。
4.1.1 浮子式液位计

应用实例
实例一 : 浮球式液位计
浮球 1是由金属 ( 一般为不锈钢 ) 制成的空心 球。它通过连杆2与转动轴3相连，转动轴3的另 一端与容器外侧的杠杆 5 相连，并在杠杆 5 上加 上平衡重物 4 ，组成以转动轴 3 为支点的杠杆力 矩平衡系统。一般要求浮球的一半浸没于液体 之中时，系统满足力矩平衡。 当液位升高时，浮球被浸没的体积增加，所受的浮力增加，破坏了原 有的力矩平衡状态，平衡重物使得杠杆5作顺时针方向转动，浮球位置抬高， 直到浮球的一半浸没在液体中时，重新恢复杠杆的力矩平衡为止，浮球停 留在新的平衡位置上。如果在转动轴的外侧安装一个指针，便可以由输出 的角位移知道液位的高低。
过程中各种不同条件或要求的物位测量，物位计的种类有很
多，测量方法也各不相同，本章将对常用的物位测量方法及 典型的物位计进行介绍。
4.1 浮力式液位计
4.1.1 浮子式液位计
4.1.2 浮筒式液位计
4.1.1 浮子式液位计

测量原理
浮子式液位计是应用浮力原理测量液 位的。它是利用漂浮于液面上的浮子升 降位移反映液位的变化，浮子在测量中 所受浮力为恒定值，故称为恒浮力法 如图所示，将浮子由绳索经滑轮与 容器外的平衡重物相连，利用浮子所受 重力和浮力之差与平衡重物的重力相平 衡，使浮子漂浮在液面上。则平衡关系 为
第4章 物位测量
化学工业出版社
物位是指存放在容器或工业设备中物质的高度或位置。 如液体介质液面的高低称为液位；液体 —液体或液体 —固 体的分界面称为界位；固体粉末或颗粒状物质的堆积高度 称为料位。液位、界位及料位的测量统称为物位测量。 测量液位、界位或料位的仪表称为物位计。根据测量对 象的不同，可分为液位计、界位计及料位计。为了满足生产
c( x x) W A( H H x) g
又因为 cx W AHg
所以有 cx A(H x) g
Ag x H c Ag
浮筒产生的位移Δx与液位变化ΔH成比例。 如果在浮筒的连杆上安装一个位移-电气转换装置 ，便可输出相应的电 信号，实现液位的信号的远传和标准化处理。
cx W AHg
式中c——弹簧刚度； x——弹簧压缩位移； A——浮筒的截面积 H——浮筒被液体浸没的高度 ρ——被测液体密度；g——重力加速度。
4.1.2 浮筒式液位计

测量原理
当液位变化时，由于浮筒所受的浮力发生变化，浮筒的位置也要发生变 化。例如液位升高Δ H，则浮筒要向上移动Δ x，此时的平衡关系为
4.2 静压式液位计
4.2.1 静压法液位测量的原理 4.2.2 压力式液位计 4.2.3 差压式液位计
4.2.1 静压法液位测量的原理

测量原理
静压式液位的测量方法是通过测得液柱高度产生的静压 实现液位测量的。其原理如图所示，pA为密闭容器中A点的 静压(气相压力)，pB为B点的静压，H为液柱高度，ρ为液体 密度。根据流体静力学的原理可知，A、B两点的压力差为

测量原理
浮筒式液位计利用浸没在液体中的浮筒测量液位的变化，浮筒在测量中 所受浮力随液位浸没高度而变化，因此称为变浮力法。 测量原理如图所示，将一个截面相同、重力 为W 的圆筒形金属浮筒悬挂在弹簧上，浮筒的 重力被弹簧的弹性力所平衡。当浮筒的一部分 被液体浸没时，由于受到液体的浮力作用而使 浮筒向上移动，当浮力 F 与弹性力达到平衡时 ，浮筒停止移动，此时满足如下关系