液位的测量的实现

液位测量的实现
c)
非导电溶液电容液位计
4.新式光纤液位计
光纤具有绝缘性好， 防爆性好， 不会产生电火花、 高温、 漏电等不安全因素， 奶腐蚀性好， 体积小，易弯曲等特点，在工业上得到了越来越广泛的应用。 在两根光纤的端部粘上（或烧结加工而成）石英棱镜，其中一根与光源相连，另一根与光 电元件相连。 当探头置于空气中，光线在棱镜中发生全反射，光源所发出的光沿着光纤传播，再被棱镜 反射，从另一根光纤传到光电元件。当探头接触到液面时，由于液体的折射率与空气不同， 一般均大于空气，则临界角α 0 增大，从而破坏了棱镜中的全反射，部分光线漏射在水中， 这样送至光电元件的光强将大大减小。若探头深入界面时，由于二者折射率不同，从而临界 角α 0 又一次发生变化，同样送至光电元件的光强会再一次发生变化。从上述分析看来，探 头每进入不同的介质时，送至光电元件的信号就要发生变化，从而确定液面位置。 由以上原理可知，光纤液位计主要可用于以下几种情况： i. 易燃易爆的液体报警 ii. 不同介质分界面的测定 iii. 监控液位，防止液体的泄露 此外，也可以用单根光纤制成单光纤液位计。其反射光路与入射光路为同一根光纤，靠近 光纤靠近光源处加一半反半透膜，使得反射光线能传递至光电元件。其他原理均上述相同， 就不敖叙了。 光纤液位计的特点是仪表用光纤传递信息， 可以做到现场无电源及电传送信号， 传送能力 小，属于本质安全仪表。
3.电容式液位计
电容式液位计是由电容式液位传感器和测量电路两部分组成的， 它的传感器内部构造简单， 动态响应快，能够连续的、及时的测量液位的变化。电容式液位计应用广泛，适用于各种导 电、非导电的液位测量。 a) 电容法测液位原理 电容器由两个同轴金属圆筒组成，两圆筒半径分别为 R、r，高为 L。当两圆筒之间充满介 电常数为ε 的介质时，则两圆筒的电容量可用下式表示
液位测量的实现
大连理工大学本科论文
液位测试的实现
学院（系） ：化工与环境生命学部 专业：过程装备与控制工程 学生姓名：黄翔 学号：201142052 指导教师： 评阅教师： 完成日期：
大连理工大学
Dalian University of Technology
液位测量的实现
液位的测量的实现
黄翔 （大连理工大学化工与环境生命学部过程装备与控制过程系， 201142052）
摘要：液位测量是化工操作中重要的环节，尤其是对于具有危险属性的液体。液位测量的由来 已久，也随处可见，简单的可以是锅炉房的连通器液位计，复杂的有根据各种原理的测量。在本文 中，将对其中常见的液位计做简单分析。 关键词：传感器；液位测量；液位检测技术；
引言
由于笔者能力有限， 故在本文中， 本文仅仅是讨论液位测量方面的基本概念以及一些简单 的理论。 说起测量，首先必须说说他的定义。在测试技术课本上，其定义是：测量以确定被测对象 量值为目的实验过程。这个定义很清晰的给出了测量的目的以及其定性：是一个实验过程。 而与之相关的概念是测试，而课本给出的定义是：测试是利用某种专门的测试装置，通过检 测、试验、分析而获取有用的信息的方法。 本文将沿用上述定义。
因此在ε 1、ε 、R、r 均为常数时，电容的变化量Δ C 与液位高度 h 成正比。当测得电 容变化量后，可以测得 h 的大小。 电容式液位计就是根据这个原理制成的。 当液位上升时， 电容两圆筒电极的介电常数发生 变化，引起电容量的变化，根据变化量的大小求得液位高度的变化。 b) 导电溶液电容液位计
ห้องสมุดไป่ตู้
式中 W——浮筒重量； K——弹簧的刚度； X——弹簧由于浮简重力被压缩所产生的位移。 当浮筒的一部分被浸没时，浮筒受到液体对它的浮力作用 而向上移动，当浮力与弹力和浮筒的重力平衡时，浮筒停 止移动。设液位高度为 H，浮筒由于向上移动实际浸没在 液体中的高度为 h，浮简移动的距离即弹簧的位移改变量 △X △X=H-h (7-19) 根据力平衡可知 W=Ahp+K(X-△X) 式中 p——浸没浮筒的液体密度。 由式(7-18)、(7-20)．可得 Ahp=K△X 即 h=K△X／Ap (7-21) 一般情况下。h》△X，由式(7-19)可得，H=h，从而被测液位 H 可表示为 H=K△X／Ap (7-22) 由式(7-22)可知。当液位变化时，使浮简产生位移，其位移量△X 与液位高度成正比关系。因 此浮力物位检测方法实质上就是将液位转换成敏感元件浮简的位移变化。 可应用信号变换技 术进一步将位移转换成电信号， 配上显示仪表在现场或控制室进行液位指示和控制。 图 7-12
小结
近年来新出现的仪表还有利用回声测距的原理的超声波液位计， 利用光电效应的激光液位 计等。我相信随着科技的发展，一定有越来越多的液位计的出现。这些液位计的出现将会给 工程师们越来越多的选择，也更能应对不同的测试环境，测试要求。
液位测量的实现
1.浮力式液位计
浮力式液位计是利用浮力原理对液位进行测量，可分为恒浮力式和变浮力式两种。 （1） 恒浮力式液位计 浮力式液位计是通过漂浮在液体表面上的浮子进行测量。 浮子因浮力作用漂浮在液面上时， 其位置也就相当于液面的位置。当液面发生变化时，浮子随液面一起运动，从而产生位移， 但浮子产生的浮力大小不变，然后通过传递、放大系统显示出液位的变化和液面高度。 根据阿基米德定律，悬浮物体排开水的重量等于自重。因此在整个过程中，浮子的浸没状 态不会发生改变。 故而浮子的位置在一定程度上等同于液位， 通过对浮子位置的测量就可以 得到所需的液面信息。 其中测量浮子位置的方式常见方式有滑轮式、鼓轮式、磁力式以及浮球式。 （2） 变浮力式液位计 变浮力式液位计是通过感受元件将液位变化转化为力的变化， 再将力的变化转化为机械位 移，然后通过转换装置将位移转换为电信号。 最为常见的是通过弹簧将力转化为机械位移，如下面例子 图为浮筒式液位计检测原理，它是利用浮筒所受浮力检测液位的。液位高度不同。浮筒被液 体浸没高度就不同，对应不同的液位高度浮筒所受的浮力就不同。将一横截面积为 A，质量 为 m 的圆筒形空心金属浮筒挂在弹簧上，由于弹簧的下端被固定，因此弹簧因浮筒的重力 被压缩，当液位高度 H 为零时，浮筒的重力与弹簧弹力达到平衡时，浮筒停止移动，平衡 条件为 KX=W (7-18)
C=
2πε L ln ⁡ (R/r)
若圆筒电极的的一部分被介电常数ε 1（设ε 1>ε ）的另一种介质充满，在保证电容不 放电的情况下，电容值发生变化，则
C=
两式相减，得
2π ε L
ln ⁡ (R/r)
+
2π （ε 1−ε ）h ln ⁡ (R/r)
Δ
C=
2π （ε 1−ε ）h ln ⁡ (R/r)
综述
“工欲善其事，必先利其器” ，测量的实现必须通过的一定的测量方式来实现。并将得到 的信号与规定的单位进行比较， 其比值就是测量值的大小。 因为测量的进行都或多或少需要 借助特定的测量器具。 由于测量采用的比较对象的差异， 又将测量分为直接测量与间接测量。 其中被测量直接与标准量比较而得到测量值的出来方法， 叫直接测量。 在本文研究的测量对 象中， 直接测量在液位测量中对应的是直读式。 利用一根硬质玻璃管将内外两部分构成连通 器，通过目测或者硬质玻璃管的水位估计内部液位。直观简单，原理也无甚冗述。下面重点 阐述的是利用传感器为媒介进行测量的间接测量技术。 间接测量的定义是： 由已知被测量与某一个或若干个其它量具有一定的函数关系， 通过直 接测量这些量值用函数式计算出被测量值的测量方法，叫间接测量。在间接测量过程中，往 往需要借助传感器。 所谓的传感器是能够感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输 出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。 感受被测物理量的变化，并将参 量功能转换的元件（或装置）如应变、噪音、压力、温度等非电量信号转换成与之有对应关 系和易于精确处理的电信号或其它形式的信号。 在使用传感器的间接测量过程中， 测量是通过传感器作用于被测量， 并按一定规律将被测 量转换成同种或别种量值输出。 在测量过程中传感器起的是信号转换的作用， 相当于人的感 觉器官的延伸和扩展，它用于信息的获取和变换。 在液位测量中，间接测量常见的手段有浮力式、静压式、电容式以及利用光纤技术制成的 新式光纤液位计。下面逐一对上述液位传感器做简单的原理分析：
液位测量的实现
是在浮简的连杆上安装一铁心， 可随浮筒一起上下移动， 通过差动变压器使输出电压与位移 成正比关系，从而检测液位。 常用的浮筒式液位计还有将浮筒所受的浮力通过扭力管变换成扭力管的角位移， 由变送器把 角位移转换为电信号，指示液位。
2.静压式液位计
静压式液位计是通过测量某点的压力或该点与另一参考点的压力差来间接测量液位的仪 表。 由流体静力学可知， 当液体在容器中有一定的高度时， 会对容器的底部和侧面产生一定 的压力。在密闭容器取两点 A 和 B，设 B 为参考点，则有： Δ P=pA-pB=ρ gH 若为开口容器，则液面自由表面处压力等于大气压，上式可变为： P=pA-pB=ρ gH 在测量中若溶液密度不变， 则液面的高低直接影响液体对侧边和底面的压力。 由公式可 知，A、B 两点的高度差与密闭容器的压差Δ P 成正比或与开口容器的表压 P 成正比。因此， 在选定测量点后，可以通过测量 p 或Δ P 将液位测量转换为压力测量，进而由压力的大小间 接测出液位的高低。