建筑环境测试技术之物位测量
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PP12g2h
P 1 g H 2 g ( h 2 h 1 )1 g H B
为了使变送器的输出不受固定压差的影响，采用零点迁移法，进行负迁移，迁移量为B。
• 例如：已知 ，
， ，11，，2k0g/0m3 295k0g/m3
h1 1.0m
h2 5.0m Hm03.0m
求：1）计算差压的变化量？2）选择差压变送器量程？3）计算差压变送器迁移量？4）计算迁移后差 压变送器的压差测量范围？5）计算迁移后差压变送器的液位测量范围？
±0.5% ❖ 被测介质温度：
-25℃～125℃ ❖ 负载能力： 0～10mA输出时0～1500Ω 4～20mA输出时0～750Ω ❖ 变送器供电电源：
二线制、三线制时：DC24V(12～48V) 四线制时：AC220V(170～250V)
携手共进，齐创精品工程
Thank You
世界触手可及
负迁移后，差压变送器的最小测量量为：
P m in 0 3.2 7 4 3.2 7k4Pa
负迁移后，差压变送器的最大测量量为：
P m in4 0 3.2 7 4 2 .7k6Pa
差压变送器的测量范围为：－37.24～2.76kPa
实际液位测量范围为： 实际可测量液位范围为0－3.4m
H m a4 x 3 0 .0 /3.2 5 8 3 .4 m
所以测得表压力p即可求得液位高度h。
二．压力式液位计 （开口容器得液位测量）
1．用压力表测量液位：
2．法兰式压力变送器测量液位：用于粘度大、有沉淀、易结晶、易凝固或具有腐蚀性的介 质，为防止导压管堵塞或腐蚀仪表，采用法兰式压力变送器。
三．差压式液位计 （密闭容器的液位测量）
P p1gh
P p1
C0
2 1 L
ln R
r
圆筒形金属导 体
•如果圆筒形电极间的一部分被介电常数为ε2的液体所浸没，被浸没的电极长度为H，此时的 电容量为：
C CC C 11 CC 22 221l(nL 1lR ( nLR H )H )2l2 nl2 R H n2 R H
rr
rr
21L2(2 1)H
R
R
C0
C
ln
ln
r
r
当圆筒形电容器几何尺寸一定，电容器电容增量与液位高度H成正比。同时，两种介质的介电常 数的差值越大， 越大，灵敏度高。
C
适用对象：非导电液体或固体。 对于导电液体，电极要用绝缘物覆盖作为中间介质，而液体和外圆筒一起作为外电极。
第四节 声学式物位检测 一．超声波检测原理： ❖ 20kHz以上频率的机械波称为超声波。
❖当声波从一种介质向另一种介质传播时，因为两种介质 的密度不同和声波在其中的传播速度不同，在分界面上声 波会产生反射和折射。反射系数与声阻抗（ ）有关，
v
❖超声波物位检测方法通过测量声波从发射至接受反射回波的时间间隔来确定物位高低。
H
1 2
vt
当超声波传播速度已知，可根据时间求得物位。
二．超声波物位计的接收和发射
❖ 基于压电效应、和逆压电效应。 ❖ 发射器：将交变电压转换成向外发射的机械波。 ❖ 接收器：把声能转换成电能。 ❖ 实现方法：检测时一般采用较高频率的超声脉冲。这样可减少了单位
时间超声波的发射能量，又可提高超声脉冲的幅值 ❖ 好处：前者有利于减少空化效应，温升效应，后者可提高测量精度。
超声波传播速度的补偿方法 ❖温度补偿 ❖设置校正具
据浮子的位置实现液位的检测。 例如：浮球式水位控制器：
调整箱组件
磁钢 下限水 银开关
非导 磁管
连杆
浮球
浮筒
二．变浮力式液位检测（浮筒式液位计） 将一横截面积为A，质量为m的空心金属浮筒悬挂在弹簧上，
弹簧的下端被固定，当测量桶内无水时，浮筒的重力与弹 簧力达到平衡时，有：
mgCx0
当测量筒内有一定高度的液位H时，浮筒受到液体的浮力上 浮
图6.2.6差压变送器的正负迁移示意图
3．正迁移：变送器位置低于液面基准面。
Pg(Hh)
正迁移量为
gh
正、负迁移是通过迁移 弹簧改变变送器零 点；
量程调节是通过满度调 节螺钉改变变送器 满度值来实现
图6.2.6差压变送器的正负迁移示意图
第二节 浮力式液位检测
上限水银开 关
Hale Waihona Puke Baidu
一．恒浮力式液位检测： 基本原理：浮于液面上的浮子随着液位上升或下降，根
油水界面计
浮球液位计
高精度金属色带液位计
物位测量方法分类
主要分类
静压式物位检测 浮力式液位检测 电气式物位检测 声学式物位检测 射线式物位检测
第一节 静压式物位检测
一．静压法测量原理 若液位的高度位h，则液体底部的压力为： h
PBgh
pPBgh h p g
浮球式液位控制器
与电机启动控制装置配套，用以控制工业或民用水槽、水箱、 水塔和各种酸碱、贮液槽的液位
控制范围：200～8000mm（超出4000mm时分节装） 输出信号：干簧触点AC380V、2A，寿命5×104次
UDM-30 系列静压式液位变送器
❖ 测量范围：0～0.5m至0～200m ❖ 测量精度：±0.2%，
液位高度变化形成的差压值为
1gH 12 9 0 .8 0 335P 2a 80
2 9 0 .8 0 335P 2a 80
•所以可选择差压变送器量程为40kPa
B ( h 2 h 1 )2 g ( 5 1 ) 9 5 9 .8 0 37 P2 a4
所以负迁移量为37.240kPa，即将差压变送器的零点调为-37.240kPa。
PP P gh
抵消了容器上部压力变化对测量的影响。
安装方式:导压管、法兰式。
四、静压式的“量程迁移”
原理 要求：取压点与压力检测仪表在同一水平高度 限制：安装位置及实际条件，产生附加静压误差
方法 受附加压力时仪表输出为“0”
无迁移
PgH
负迁移
P 1 g H 2 g (h 2 h 1 )1 g H B
Hhx
根据力平衡：
mA g g h C (x 0 x)
mA g g h C (x 0 x)
一般
hx
即 Hh
从而被测液位H可表示为
H C x Ag
•即弹簧的位移量与液位成正比。弹簧的顶端连接有一 铁芯，铁芯随着弹簧的位移在差动变压器内上下移动 输出位移信号。
浮球式液位计
浮筒液位计
第三节 电气式物位检测 以电容式液位检测为例： 当两圆筒间充以介电常数为ε1的气体时，圆筒的 电容量为：
正迁移
Pg(Hh)
图6.2.6差压变送器的正负迁移示意图
实质：通过迁移弹簧改变变送器零点，从而同时改变量程的下限和上限而量程保持不变。 1．无迁移：
PgH
2．负迁移： 形成原因：容器中液体上方空间气体可凝，或为防腐加隔离罐或采用法兰式测压差。
正压室： 负压室： 差压：
P P 11gH 2g1h
压阻式压力传感器示意图
核心部件－圆形单晶扩散硅膜片 布置四个扩散电阻，形成电桥
结构－相对封闭两个腔 分别接测量端和参考端 压力差形成单晶硅膜片变形 电桥失去平衡 测量输出电压
第六章 物位测量
两种物位测量要求：
点式物位测量： 在一个离散的预先设定的物位点上进行监测。
连续式物位测量 监测全量程的物位连续变化。为了达到控制目的，控制点可以设定在全量程0％到100％ 之间的任何一个点。
二、电极式液位计
• 利用液体导电原理制成，是一种简易液位 计。工作原理见图
BW25浮筒式液位计
产品特点
全金属结构，简洁耐用
使用M7指示器线性指示被测液位
最高使用温度可达400℃
最高工作压力可达70MPa
最多可安装两个限位开关
4
～
20mA
电
流
输
出
主要技术参数
测量范围：0.3～6 m
测量精度：±1.5% F.S
建筑环境测试技术之物位 测量
压力测量回顾
压力测量概念
三种测量方法
平衡法
变形法
电气法
电气式压力检测－－－应变式
应变片 在受压时形状发生变化，电阻因而变化
结构：弹性元件+应变片 弹性元件：金属膜片，弹簧管等 应变片：金属丝或铂 之间粘接
原理 弹性元件产生形变，应变片随形变而电阻变化
P 1 g H 2 g ( h 2 h 1 )1 g H B
为了使变送器的输出不受固定压差的影响，采用零点迁移法，进行负迁移，迁移量为B。
• 例如：已知 ，
， ，11，，2k0g/0m3 295k0g/m3
h1 1.0m
h2 5.0m Hm03.0m
求：1）计算差压的变化量？2）选择差压变送器量程？3）计算差压变送器迁移量？4）计算迁移后差 压变送器的压差测量范围？5）计算迁移后差压变送器的液位测量范围？
±0.5% ❖ 被测介质温度：
-25℃～125℃ ❖ 负载能力： 0～10mA输出时0～1500Ω 4～20mA输出时0～750Ω ❖ 变送器供电电源：
二线制、三线制时：DC24V(12～48V) 四线制时：AC220V(170～250V)
携手共进，齐创精品工程
Thank You
世界触手可及
负迁移后，差压变送器的最小测量量为：
P m in 0 3.2 7 4 3.2 7k4Pa
负迁移后，差压变送器的最大测量量为：
P m in4 0 3.2 7 4 2 .7k6Pa
差压变送器的测量范围为：－37.24～2.76kPa
实际液位测量范围为： 实际可测量液位范围为0－3.4m
H m a4 x 3 0 .0 /3.2 5 8 3 .4 m
所以测得表压力p即可求得液位高度h。
二．压力式液位计 （开口容器得液位测量）
1．用压力表测量液位：
2．法兰式压力变送器测量液位：用于粘度大、有沉淀、易结晶、易凝固或具有腐蚀性的介 质，为防止导压管堵塞或腐蚀仪表，采用法兰式压力变送器。
三．差压式液位计 （密闭容器的液位测量）
P p1gh
P p1
C0
2 1 L
ln R
r
圆筒形金属导 体
•如果圆筒形电极间的一部分被介电常数为ε2的液体所浸没，被浸没的电极长度为H，此时的 电容量为：
C CC C 11 CC 22 221l(nL 1lR ( nLR H )H )2l2 nl2 R H n2 R H
rr
rr
21L2(2 1)H
R
R
C0
C
ln
ln
r
r
当圆筒形电容器几何尺寸一定，电容器电容增量与液位高度H成正比。同时，两种介质的介电常 数的差值越大， 越大，灵敏度高。
C
适用对象：非导电液体或固体。 对于导电液体，电极要用绝缘物覆盖作为中间介质，而液体和外圆筒一起作为外电极。
第四节 声学式物位检测 一．超声波检测原理： ❖ 20kHz以上频率的机械波称为超声波。
❖当声波从一种介质向另一种介质传播时，因为两种介质 的密度不同和声波在其中的传播速度不同，在分界面上声 波会产生反射和折射。反射系数与声阻抗（ ）有关，
v
❖超声波物位检测方法通过测量声波从发射至接受反射回波的时间间隔来确定物位高低。
H
1 2
vt
当超声波传播速度已知，可根据时间求得物位。
二．超声波物位计的接收和发射
❖ 基于压电效应、和逆压电效应。 ❖ 发射器：将交变电压转换成向外发射的机械波。 ❖ 接收器：把声能转换成电能。 ❖ 实现方法：检测时一般采用较高频率的超声脉冲。这样可减少了单位
时间超声波的发射能量，又可提高超声脉冲的幅值 ❖ 好处：前者有利于减少空化效应，温升效应，后者可提高测量精度。
超声波传播速度的补偿方法 ❖温度补偿 ❖设置校正具
据浮子的位置实现液位的检测。 例如：浮球式水位控制器：
调整箱组件
磁钢 下限水 银开关
非导 磁管
连杆
浮球
浮筒
二．变浮力式液位检测（浮筒式液位计） 将一横截面积为A，质量为m的空心金属浮筒悬挂在弹簧上，
弹簧的下端被固定，当测量桶内无水时，浮筒的重力与弹 簧力达到平衡时，有：
mgCx0
当测量筒内有一定高度的液位H时，浮筒受到液体的浮力上 浮
图6.2.6差压变送器的正负迁移示意图
3．正迁移：变送器位置低于液面基准面。
Pg(Hh)
正迁移量为
gh
正、负迁移是通过迁移 弹簧改变变送器零 点；
量程调节是通过满度调 节螺钉改变变送器 满度值来实现
图6.2.6差压变送器的正负迁移示意图
第二节 浮力式液位检测
上限水银开 关
Hale Waihona Puke Baidu
一．恒浮力式液位检测： 基本原理：浮于液面上的浮子随着液位上升或下降，根
油水界面计
浮球液位计
高精度金属色带液位计
物位测量方法分类
主要分类
静压式物位检测 浮力式液位检测 电气式物位检测 声学式物位检测 射线式物位检测
第一节 静压式物位检测
一．静压法测量原理 若液位的高度位h，则液体底部的压力为： h
PBgh
pPBgh h p g
浮球式液位控制器
与电机启动控制装置配套，用以控制工业或民用水槽、水箱、 水塔和各种酸碱、贮液槽的液位
控制范围：200～8000mm（超出4000mm时分节装） 输出信号：干簧触点AC380V、2A，寿命5×104次
UDM-30 系列静压式液位变送器
❖ 测量范围：0～0.5m至0～200m ❖ 测量精度：±0.2%，
液位高度变化形成的差压值为
1gH 12 9 0 .8 0 335P 2a 80
2 9 0 .8 0 335P 2a 80
•所以可选择差压变送器量程为40kPa
B ( h 2 h 1 )2 g ( 5 1 ) 9 5 9 .8 0 37 P2 a4
所以负迁移量为37.240kPa，即将差压变送器的零点调为-37.240kPa。
PP P gh
抵消了容器上部压力变化对测量的影响。
安装方式:导压管、法兰式。
四、静压式的“量程迁移”
原理 要求：取压点与压力检测仪表在同一水平高度 限制：安装位置及实际条件，产生附加静压误差
方法 受附加压力时仪表输出为“0”
无迁移
PgH
负迁移
P 1 g H 2 g (h 2 h 1 )1 g H B
Hhx
根据力平衡：
mA g g h C (x 0 x)
mA g g h C (x 0 x)
一般
hx
即 Hh
从而被测液位H可表示为
H C x Ag
•即弹簧的位移量与液位成正比。弹簧的顶端连接有一 铁芯，铁芯随着弹簧的位移在差动变压器内上下移动 输出位移信号。
浮球式液位计
浮筒液位计
第三节 电气式物位检测 以电容式液位检测为例： 当两圆筒间充以介电常数为ε1的气体时，圆筒的 电容量为：
正迁移
Pg(Hh)
图6.2.6差压变送器的正负迁移示意图
实质：通过迁移弹簧改变变送器零点，从而同时改变量程的下限和上限而量程保持不变。 1．无迁移：
PgH
2．负迁移： 形成原因：容器中液体上方空间气体可凝，或为防腐加隔离罐或采用法兰式测压差。
正压室： 负压室： 差压：
P P 11gH 2g1h
压阻式压力传感器示意图
核心部件－圆形单晶扩散硅膜片 布置四个扩散电阻，形成电桥
结构－相对封闭两个腔 分别接测量端和参考端 压力差形成单晶硅膜片变形 电桥失去平衡 测量输出电压
第六章 物位测量
两种物位测量要求：
点式物位测量： 在一个离散的预先设定的物位点上进行监测。
连续式物位测量 监测全量程的物位连续变化。为了达到控制目的，控制点可以设定在全量程0％到100％ 之间的任何一个点。
二、电极式液位计
• 利用液体导电原理制成，是一种简易液位 计。工作原理见图
BW25浮筒式液位计
产品特点
全金属结构，简洁耐用
使用M7指示器线性指示被测液位
最高使用温度可达400℃
最高工作压力可达70MPa
最多可安装两个限位开关
4
～
20mA
电
流
输
出
主要技术参数
测量范围：0.3～6 m
测量精度：±1.5% F.S
建筑环境测试技术之物位 测量
压力测量回顾
压力测量概念
三种测量方法
平衡法
变形法
电气法
电气式压力检测－－－应变式
应变片 在受压时形状发生变化，电阻因而变化
结构：弹性元件+应变片 弹性元件：金属膜片，弹簧管等 应变片：金属丝或铂 之间粘接
原理 弹性元件产生形变，应变片随形变而电阻变化