测量技术 物位检测
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4、电磁式物位仪表：使物位的变化转换为 一些电量的变化，如电容式、电极式。
5、核辐射物位仪表：利用射线透过物料时 其强度随物质层的厚度而变化的原理。
6、声波式物位仪表：由于物位的变化引起 声阻抗的变化、声波的遮断和声波反射距离 的不同，测出这些变化就可测知物位。根据 工作原理分为声波遮断式、反射式和阻尼式 。
C 2 (2 1)H KH
ln(D d )
1
2
L H
当电容器的几何尺寸和介电
物位检测
第一节 物位检测的意义及主要类型
物位测量在工业生产中具有重要的地位。例如 蒸汽锅炉运行时，如果汽包水位过低，就会危及锅 炉的安全，造成严重事故。
一、物位的基本概念 液位：容器中液体介质的高低 料位：容器中固体物质的堆积高度 界面：两种密度不同液体介质的分界面的高度
测量液位的仪表叫液位计，测量料位 的仪表叫料位计，测量两种密度不同液体 介质的分界面的仪表叫界面计。
全、正常进行。
三、检测方法分类 物位传感器种类较多, 按其工作原理可分为下列
几种类型:
1、直读式物位仪表：根据流体的连通性原 理测量液位。如玻璃管液位计、玻璃板液位 计等。
2、差压式物位仪表：利用液柱或物料堆积 对某定点产生压力的原理而工作。
3、浮力式物位仪表：利用浮子高度或浮力 随液位高度而变化的原理工作。
二、零点迁移问题 差压变送器安装位置条件不同存在着仪表零点迁
移问题。 1．无迁移 理想测量条件下，液位H=0时，变送器的输入压
差信号∆P=0，差压变送器的输出为零点信号4mA。 零点是对齐的：
H＝0时
p = Hg =0
I0=4mA 这种情况称为无迁移。
实际应用时，由于差压变送器安装位置的限制， 测量零点很难对齐，需要对变送器的零点进行迁移。
7、光学式物位仪表：利用物位对光波的遮 断和反射原理工作。
8、其它形式： 如微波式、 激光式、 射流 式、 光纤维式传感器等等。
浮球液位变送器
静压式液位变送器 静压式液位变送器
浮球液位变送器
超声波物位变送器
电容式物位变送器
第二节 差压式液位计
一、工作原理
利用容器内的液位改变时，由液柱产生的静压 也相应变化的原理而工作的，如图所示。
ΔP＝ h1（ρ液－ρ汽）g
＝0.6（800.4-19.7）×9.807
＝4593.8 Pa
当液位最低时，差压液位计的正、负压室的受力为
P+＝P1+ h1ρ汽g+ h2ρ水g
＝3.82×106+0.6×19.6×9.807+ h2ρ水g＝3820115.3+ h2ρ水g
P-＝P1+ h1ρ冷g+ h2ρ水g
相应变化的原理测量物位，可测量液位、料位和两
种不同液体的分界面。
D
d
1、工作原理
由两个同轴圆柱极板组成的
电容器，当两极板之间填充介电
常数为ε1的介质时，其电容量为： 1
L
C 21L
ln(D d )
当极板之间一部分介质被介电常
D
数 为 ε2 的 另 一 种 介 质 填 充 时 ， 可 推
d
导出电容变化量：
❖ 零点迁移的方法是，另加＋ ( h2- h1)2g 信号，抵 消－( h2- h1)2g的影响。使：H =0 时， Δp =0
迁移前 ∆p
迁移后 ∆p
0
H
0
H
20 I/mA
I/mA 20
4
4
∆p
∆p
这种迁移改变了测量范围的上、下限，相当 于测量范围的平移，它不改变量程的大小。
这种迁移是向负方向迁移了一个固定压差值， 故称之为负迁移。
＝3.82×106+0.6×915.8×9.807+ h2ρ水g
＝3825388.8+ h2ρ水g
于是迁移量P＝P+－P-＝-5273.5 Pa
因P+＜P-，故为负迁移。
仪表的测量范围为-5273.5～-679.7 Pa（-5273.5+4593.8）
第三节 其他物位计
一、电容式物位计
利用电容器的极板之间介质变化时，电容量也
插入式法兰
平法兰
ρ汽
ρ冷 差压式物位检测例题
ρ液
4、如图所示，通过双室平衡容器来测量锅炉汽包水位。已知P1＝ 3.82 MPa ,ρ汽＝19.7 kg/m3,ρ液＝800.4 kg/m3，ρ冷＝915.8 kg/m3， h1＝0.6 m ，h2=1.5 m，求差压变送器的量程及迁移量。
解：差压液位计的量程ΔP
3、正迁移 有时变送器不能和容器底部安装在同一水平面
上。如图所示，有：∆P = Hρg ＋hρg
H=0 时，∆P =＋hρg
∆p
I/mA
0
H
20
4 ∆p
此时需要迁移＋hρg
∆p
∆p
0
H
0
H
迁移的目的： 使变送器输出的起点与被测量起点相对应。
例如，某差压变送器的测量范围为0～50KPa， 对应输出从4mA变化到20mA，这是无迁移的情况， 如图中曲线a所示。若因安装的原因：
2、负迁移 如图所示，变送器和容器之间用隔离罐隔离时：
Δp = p1-p2 = ( h12g + H1g + p0 ) －( h22g + p0 ) = H1g - ( h2- h1)2g
当 H =0时，
Δp = - ( h2 - h1)2g
此时，变送器应输 出4mA以下，但变送器 的输出只能是4~20mA
在物位检测中，有时需要对物位进行 连续检测，有时只需要测量物位是否达到 某一特定位置，用于定点物位测量的仪表 称为物位开关 。
二、物位检测的作用 1、确定容器中的贮料数量，以保证连续生产的需
要或进行经济核算； 2、为了 3、对它的上下极限位置进行报警，以保证生产安
I0/mA 20
负迁移
无迁移
ba c
4
正迁移
-10 0 10
50 ∆P/KPa
H=0时， ∆ P=－10 KPa， 则需负迁移。 H=0时， ∆ P=10 KPa， 则需正迁移。
三、用法兰式差压变送器测量液位 在测量含有结晶颗粒、有腐蚀性、粘度大、易凝
固等液体液位时，引压管线可能被腐蚀、被堵塞。可 使用加隔离膜盒的法兰式差压变送器。
设容器上部空间为干燥气体，其压力为p2，下 部取压点压力为p2 ，则：
p1= H g + p2 Δp = p1-p2= H g
式中：
H—液位高度； —介质密度； g—重力加速度。
p2 p1
若被测容器是敞口的，则气相压力为大气压， 只需将差压变送器的负压室通大气，或用压力变送 器，或用压力表即可测量。
5、核辐射物位仪表：利用射线透过物料时 其强度随物质层的厚度而变化的原理。
6、声波式物位仪表：由于物位的变化引起 声阻抗的变化、声波的遮断和声波反射距离 的不同，测出这些变化就可测知物位。根据 工作原理分为声波遮断式、反射式和阻尼式 。
C 2 (2 1)H KH
ln(D d )
1
2
L H
当电容器的几何尺寸和介电
物位检测
第一节 物位检测的意义及主要类型
物位测量在工业生产中具有重要的地位。例如 蒸汽锅炉运行时，如果汽包水位过低，就会危及锅 炉的安全，造成严重事故。
一、物位的基本概念 液位：容器中液体介质的高低 料位：容器中固体物质的堆积高度 界面：两种密度不同液体介质的分界面的高度
测量液位的仪表叫液位计，测量料位 的仪表叫料位计，测量两种密度不同液体 介质的分界面的仪表叫界面计。
全、正常进行。
三、检测方法分类 物位传感器种类较多, 按其工作原理可分为下列
几种类型:
1、直读式物位仪表：根据流体的连通性原 理测量液位。如玻璃管液位计、玻璃板液位 计等。
2、差压式物位仪表：利用液柱或物料堆积 对某定点产生压力的原理而工作。
3、浮力式物位仪表：利用浮子高度或浮力 随液位高度而变化的原理工作。
二、零点迁移问题 差压变送器安装位置条件不同存在着仪表零点迁
移问题。 1．无迁移 理想测量条件下，液位H=0时，变送器的输入压
差信号∆P=0，差压变送器的输出为零点信号4mA。 零点是对齐的：
H＝0时
p = Hg =0
I0=4mA 这种情况称为无迁移。
实际应用时，由于差压变送器安装位置的限制， 测量零点很难对齐，需要对变送器的零点进行迁移。
7、光学式物位仪表：利用物位对光波的遮 断和反射原理工作。
8、其它形式： 如微波式、 激光式、 射流 式、 光纤维式传感器等等。
浮球液位变送器
静压式液位变送器 静压式液位变送器
浮球液位变送器
超声波物位变送器
电容式物位变送器
第二节 差压式液位计
一、工作原理
利用容器内的液位改变时，由液柱产生的静压 也相应变化的原理而工作的，如图所示。
ΔP＝ h1（ρ液－ρ汽）g
＝0.6（800.4-19.7）×9.807
＝4593.8 Pa
当液位最低时，差压液位计的正、负压室的受力为
P+＝P1+ h1ρ汽g+ h2ρ水g
＝3.82×106+0.6×19.6×9.807+ h2ρ水g＝3820115.3+ h2ρ水g
P-＝P1+ h1ρ冷g+ h2ρ水g
相应变化的原理测量物位，可测量液位、料位和两
种不同液体的分界面。
D
d
1、工作原理
由两个同轴圆柱极板组成的
电容器，当两极板之间填充介电
常数为ε1的介质时，其电容量为： 1
L
C 21L
ln(D d )
当极板之间一部分介质被介电常
D
数 为 ε2 的 另 一 种 介 质 填 充 时 ， 可 推
d
导出电容变化量：
❖ 零点迁移的方法是，另加＋ ( h2- h1)2g 信号，抵 消－( h2- h1)2g的影响。使：H =0 时， Δp =0
迁移前 ∆p
迁移后 ∆p
0
H
0
H
20 I/mA
I/mA 20
4
4
∆p
∆p
这种迁移改变了测量范围的上、下限，相当 于测量范围的平移，它不改变量程的大小。
这种迁移是向负方向迁移了一个固定压差值， 故称之为负迁移。
＝3.82×106+0.6×915.8×9.807+ h2ρ水g
＝3825388.8+ h2ρ水g
于是迁移量P＝P+－P-＝-5273.5 Pa
因P+＜P-，故为负迁移。
仪表的测量范围为-5273.5～-679.7 Pa（-5273.5+4593.8）
第三节 其他物位计
一、电容式物位计
利用电容器的极板之间介质变化时，电容量也
插入式法兰
平法兰
ρ汽
ρ冷 差压式物位检测例题
ρ液
4、如图所示，通过双室平衡容器来测量锅炉汽包水位。已知P1＝ 3.82 MPa ,ρ汽＝19.7 kg/m3,ρ液＝800.4 kg/m3，ρ冷＝915.8 kg/m3， h1＝0.6 m ，h2=1.5 m，求差压变送器的量程及迁移量。
解：差压液位计的量程ΔP
3、正迁移 有时变送器不能和容器底部安装在同一水平面
上。如图所示，有：∆P = Hρg ＋hρg
H=0 时，∆P =＋hρg
∆p
I/mA
0
H
20
4 ∆p
此时需要迁移＋hρg
∆p
∆p
0
H
0
H
迁移的目的： 使变送器输出的起点与被测量起点相对应。
例如，某差压变送器的测量范围为0～50KPa， 对应输出从4mA变化到20mA，这是无迁移的情况， 如图中曲线a所示。若因安装的原因：
2、负迁移 如图所示，变送器和容器之间用隔离罐隔离时：
Δp = p1-p2 = ( h12g + H1g + p0 ) －( h22g + p0 ) = H1g - ( h2- h1)2g
当 H =0时，
Δp = - ( h2 - h1)2g
此时，变送器应输 出4mA以下，但变送器 的输出只能是4~20mA
在物位检测中，有时需要对物位进行 连续检测，有时只需要测量物位是否达到 某一特定位置，用于定点物位测量的仪表 称为物位开关 。
二、物位检测的作用 1、确定容器中的贮料数量，以保证连续生产的需
要或进行经济核算； 2、为了 3、对它的上下极限位置进行报警，以保证生产安
I0/mA 20
负迁移
无迁移
ba c
4
正迁移
-10 0 10
50 ∆P/KPa
H=0时， ∆ P=－10 KPa， 则需负迁移。 H=0时， ∆ P=10 KPa， 则需正迁移。
三、用法兰式差压变送器测量液位 在测量含有结晶颗粒、有腐蚀性、粘度大、易凝
固等液体液位时，引压管线可能被腐蚀、被堵塞。可 使用加隔离膜盒的法兰式差压变送器。
设容器上部空间为干燥气体，其压力为p2，下 部取压点压力为p2 ，则：
p1= H g + p2 Δp = p1-p2= H g
式中：
H—液位高度； —介质密度； g—重力加速度。
p2 p1
若被测容器是敞口的，则气相压力为大气压， 只需将差压变送器的负压室通大气，或用压力变送 器，或用压力表即可测量。