建筑环境测试技术第六章 物位测量
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化。 2. 分类：电阻式、电容式、电感式 二、电容式物位计
平板电容器的电容量随平板间的介质量不同而变化；改
变平板间介质量C 将电容器两壁当作两极板，容器中贮存物一定时，贮存
量影响其电容大小。
∵ C F
l
——介电常数
∴ C 0(0 w w b b h h 0aa b b a .a ( h a)bh)
h ——液面高
w ——液体相对介电常数
a —C —C 空0 0 气[a相0b(对w (介 w1 )电b1)常h b 数h]C 0ak1h
当w b 为常数时， k const
则 Cf(h)
特点：结构简单，使用方便。
但测量线路复杂，易受干扰（电场、温、湿度）
§6-5 声学式物位检测
一、超声波检测原理 超声波:20KH以上频率的机械波 1. 性质 ① 超声波可以在气体、液体、固体中传播，并有各自 的传播速度。 a. 介质不同,声速不同 常温下： 空气中334m/s
二、开口容器的液位测量
1. 用压力表测量液位
2. 通过导压管与容器底部相连压力表指示值公式
3. 液位H。
2. 用压力变送器测量液位 法兰式压力变送器适用：粘度大，有沉淀易结晶、易凝
固、腐蚀液体 传感器：金属膜盒直接与被测介质接触 测量室：沸点高、膨胀系数小、
凝固点低的液体硅油。 硅油作用：被测介质与测量系统隔离。 作用：液位信号电
水中1440m/s 钢铁中5000m/s b. 温度不同，声速不同。
测量范围为： 3.2 7 K 4~ P (4 a 0 3.2 7 ) 4 2 .7K 6P
对应： I4mA时， H0 I 20mA, H 403.03.4m
3528
§6-3 浮力式物位检测
一、分类
1. 恒浮力式物位计——浮子、浮球漂浮在液面，浮力
一定，液位 位移
滑 轮
2. 变浮力液位计——浮筒浸在液体里
变化。 声学法、微波法、光学法。 3. 某强度性物理量随物位升高而变化的原理 如：射线的吸收强度。
电容器的电容量。
§6-2 静压式物位检测
一、原理
A点静压PA， B点：PB 液位高度H，密闭容器
PP BP AgH
H PB PA
g
若为开口容器： H PB Pa P
P —表压 Pa —大气压 g g
例变化。
负迁移量 Bg(h2h1)
即当H＝0时， PB I 4mA
当 H Hmax时， PHmax 1gB
I 20mA
3. 正迁移
变送器位置低于液位基准面
则：正负压室的差压为：
h
Pg(Hh) -+
① H＝0时， Pgh0 I输出4mA
② HHmax时，I输出20mA
③ 调整迁移量同时增大变送器输入的上、下限
+-
∴ P P 1 P 2 g H g ( h 2 h 1 )
① 当H＝0时， P g (h 2 h 1 ) 0
∴ 电动差压变送器的输出<下限值4mA。
实际工作中， ，当 HHmax时，可能 I 4mA
变送器无法正常工作变送器上调整迁移量。 即负迁移——维持原来量程不变的条件下，同时减小 变送器输入的上、下限，使变送器的输出与液位成比
建筑环境测试技术第六章 物位测量
§6-1 概述
一、物位
液体介质液面的高低（液位）
容器中： 两种液体介质的分界面的高低（界面） 物位
固体、粒状物质的堆积高度（料位）
二、物位检测的主要方法
1. 静压式：利用静力学原理——液位检测
利用容器静止液内任一点所受静压力与高度的关系
2. 浮力式：利用浮力作用 浮球式 恒浮力法
（液位检测）
浮标式
浮筒式—变浮力法
3. 电气式：液位电量（R，C）
用于液位、料位检测
4. 超声波式：超声波在介质中的传播速度及在不同
相界面之间的反射特征 测液位、料位
5. 辐射式：
放射性同位素放出的射线穿过其被测介质吸收而衰减 随物位的关系。
三、物位检测的基本原理 1. 力学原理
FKx：静压式、浮力式、重锤式 2. 相对变化原理 物位与容器底部（或顶部）的距离距离的相对
④ 使H＝0时I，4mA
⑤ HHmax 时，I20mA
⑥ ④ 正迁移量 Agh
⑦ 即 H＝0时P，A I4mA
HHmaxPgH ma xA I20mA
⑧
正负迁移的实质——通过迁移改变变送器的零点，即 同时改变量程的上、下限，而不改变量程的大小。
例6-1 已知： '
120k0g/m3 ' 950kg/m3
气 信号
三、密闭容器的液位测量
附加静压误差:取压点（零液位）与压力（差压）检测仪表 的入口不在同一水平高度产生的压力
量程迁移：通过计算进行校正，对变送器零位调整， 使它在只受附加静压时输出为“零”
分：无迁移，负迁移，正迁移
1. 无迁移：差压变送器正负压室
负正
相连通 容器下部（液面基准面） 上部（气相压力）
PgH
将变送器安装在与容器底部在同一 水平面上，压差与电流的关系 如图所示。
2. 负迁移 变送器正负室与取压点之间分 别装有隔离罐，充隔离液防 止被测介质堵塞或腐蚀导压管， 保持负压室的液柱高度恒定。 正负压室压力：
'
P 1g1h gH P g
隔离罐
g
Leabharlann Baidu
P2gh2Pg
h2
'
h1
P g — 容器中气相压力
当浮筒的一部分被液体浸没时： 浮 筒
则 Hhx
m A gg h C (x 0 x )
h
则 C 0 x Ag h C (x 0 x )
AhgCx
∵ hx ∴ Hh
则
H C x
Ag
液位x H~x成正比关系
图中，浮筒铁芯 差压变压器中的电压
§6-4 电气式物位检测
一、定义与分类 1. 定义：利用敏感元件把物位变化转换为电参数的变
隔离罐
g
h1 1.0m h2 5.0m h2
g 9.8m/s2
' h1
液位变化0~3.0m
+-
求变送器量程、迁移量。
解： ① 液位变化0~3.0m时
PgH ma x9.8120 3.00
35P 28 a 0
选量程 40KPa ② 当H=0时，迁移量
PB(h2h1)'g
(51)9509.8372P4a0
液位 浮筒浸入程度 浮力 液位。 二、浮球式液位计
指 针
浮 子
通常用机械连接，也可以用电气
和气动装置，转变为指针位移， 电信号或气压信号。
标 尺 标 尺
液面浮子指针标尺读数 W浮F浮W平衡锤
三、浮筒式物位检测
弹簧下端固定，W浮使弹簧压缩
没有液体时：
铁 芯
差 动 变 压 器
W重与F弹平衡时， mgCx0
平板电容器的电容量随平板间的介质量不同而变化；改
变平板间介质量C 将电容器两壁当作两极板，容器中贮存物一定时，贮存
量影响其电容大小。
∵ C F
l
——介电常数
∴ C 0(0 w w b b h h 0aa b b a .a ( h a)bh)
h ——液面高
w ——液体相对介电常数
a —C —C 空0 0 气[a相0b(对w (介 w1 )电b1)常h b 数h]C 0ak1h
当w b 为常数时， k const
则 Cf(h)
特点：结构简单，使用方便。
但测量线路复杂，易受干扰（电场、温、湿度）
§6-5 声学式物位检测
一、超声波检测原理 超声波:20KH以上频率的机械波 1. 性质 ① 超声波可以在气体、液体、固体中传播，并有各自 的传播速度。 a. 介质不同,声速不同 常温下： 空气中334m/s
二、开口容器的液位测量
1. 用压力表测量液位
2. 通过导压管与容器底部相连压力表指示值公式
3. 液位H。
2. 用压力变送器测量液位 法兰式压力变送器适用：粘度大，有沉淀易结晶、易凝
固、腐蚀液体 传感器：金属膜盒直接与被测介质接触 测量室：沸点高、膨胀系数小、
凝固点低的液体硅油。 硅油作用：被测介质与测量系统隔离。 作用：液位信号电
水中1440m/s 钢铁中5000m/s b. 温度不同，声速不同。
测量范围为： 3.2 7 K 4~ P (4 a 0 3.2 7 ) 4 2 .7K 6P
对应： I4mA时， H0 I 20mA, H 403.03.4m
3528
§6-3 浮力式物位检测
一、分类
1. 恒浮力式物位计——浮子、浮球漂浮在液面，浮力
一定，液位 位移
滑 轮
2. 变浮力液位计——浮筒浸在液体里
变化。 声学法、微波法、光学法。 3. 某强度性物理量随物位升高而变化的原理 如：射线的吸收强度。
电容器的电容量。
§6-2 静压式物位检测
一、原理
A点静压PA， B点：PB 液位高度H，密闭容器
PP BP AgH
H PB PA
g
若为开口容器： H PB Pa P
P —表压 Pa —大气压 g g
例变化。
负迁移量 Bg(h2h1)
即当H＝0时， PB I 4mA
当 H Hmax时， PHmax 1gB
I 20mA
3. 正迁移
变送器位置低于液位基准面
则：正负压室的差压为：
h
Pg(Hh) -+
① H＝0时， Pgh0 I输出4mA
② HHmax时，I输出20mA
③ 调整迁移量同时增大变送器输入的上、下限
+-
∴ P P 1 P 2 g H g ( h 2 h 1 )
① 当H＝0时， P g (h 2 h 1 ) 0
∴ 电动差压变送器的输出<下限值4mA。
实际工作中， ，当 HHmax时，可能 I 4mA
变送器无法正常工作变送器上调整迁移量。 即负迁移——维持原来量程不变的条件下，同时减小 变送器输入的上、下限，使变送器的输出与液位成比
建筑环境测试技术第六章 物位测量
§6-1 概述
一、物位
液体介质液面的高低（液位）
容器中： 两种液体介质的分界面的高低（界面） 物位
固体、粒状物质的堆积高度（料位）
二、物位检测的主要方法
1. 静压式：利用静力学原理——液位检测
利用容器静止液内任一点所受静压力与高度的关系
2. 浮力式：利用浮力作用 浮球式 恒浮力法
（液位检测）
浮标式
浮筒式—变浮力法
3. 电气式：液位电量（R，C）
用于液位、料位检测
4. 超声波式：超声波在介质中的传播速度及在不同
相界面之间的反射特征 测液位、料位
5. 辐射式：
放射性同位素放出的射线穿过其被测介质吸收而衰减 随物位的关系。
三、物位检测的基本原理 1. 力学原理
FKx：静压式、浮力式、重锤式 2. 相对变化原理 物位与容器底部（或顶部）的距离距离的相对
④ 使H＝0时I，4mA
⑤ HHmax 时，I20mA
⑥ ④ 正迁移量 Agh
⑦ 即 H＝0时P，A I4mA
HHmaxPgH ma xA I20mA
⑧
正负迁移的实质——通过迁移改变变送器的零点，即 同时改变量程的上、下限，而不改变量程的大小。
例6-1 已知： '
120k0g/m3 ' 950kg/m3
气 信号
三、密闭容器的液位测量
附加静压误差:取压点（零液位）与压力（差压）检测仪表 的入口不在同一水平高度产生的压力
量程迁移：通过计算进行校正，对变送器零位调整， 使它在只受附加静压时输出为“零”
分：无迁移，负迁移，正迁移
1. 无迁移：差压变送器正负压室
负正
相连通 容器下部（液面基准面） 上部（气相压力）
PgH
将变送器安装在与容器底部在同一 水平面上，压差与电流的关系 如图所示。
2. 负迁移 变送器正负室与取压点之间分 别装有隔离罐，充隔离液防 止被测介质堵塞或腐蚀导压管， 保持负压室的液柱高度恒定。 正负压室压力：
'
P 1g1h gH P g
隔离罐
g
Leabharlann Baidu
P2gh2Pg
h2
'
h1
P g — 容器中气相压力
当浮筒的一部分被液体浸没时： 浮 筒
则 Hhx
m A gg h C (x 0 x )
h
则 C 0 x Ag h C (x 0 x )
AhgCx
∵ hx ∴ Hh
则
H C x
Ag
液位x H~x成正比关系
图中，浮筒铁芯 差压变压器中的电压
§6-4 电气式物位检测
一、定义与分类 1. 定义：利用敏感元件把物位变化转换为电参数的变
隔离罐
g
h1 1.0m h2 5.0m h2
g 9.8m/s2
' h1
液位变化0~3.0m
+-
求变送器量程、迁移量。
解： ① 液位变化0~3.0m时
PgH ma x9.8120 3.00
35P 28 a 0
选量程 40KPa ② 当H=0时，迁移量
PB(h2h1)'g
(51)9509.8372P4a0
液位 浮筒浸入程度 浮力 液位。 二、浮球式液位计
指 针
浮 子
通常用机械连接，也可以用电气
和气动装置，转变为指针位移， 电信号或气压信号。
标 尺 标 尺
液面浮子指针标尺读数 W浮F浮W平衡锤
三、浮筒式物位检测
弹簧下端固定，W浮使弹簧压缩
没有液体时：
铁 芯
差 动 变 压 器
W重与F弹平衡时， mgCx0