过程检测技术 第5章_物位的测量

二、浮力式液位计 2、浮筒式液位计：是一种变浮力式液位计。 ②.基本原理： 设浮筒质量为m ，截面积为A ，弹簧的刚度 为c，压缩位移为 x0，被测液体密度为 入液体高度为H 起始位置弹性力与重力、浮力相平衡，有： ，浮筒没
弹性力
重力
浮力
二、浮力式液位计 2、浮筒式液位计：是一种变浮力式液位计。 ②.基本原理： 当液位变化时，浮筒所受浮力改变，弹簧的 变形亦有变化。
5.2
5.3
5.4
5.5
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5.1.1物位测量的一般概念
5.1 概述
5.1.1 物位测量的一般概念
重点：物位测量的基本概念。
物位检测是对设备和容器中物料储量多少的度量。物位检 测为保证生产过程的正常运行，如调节物料平衡、掌握物料消 耗数量、确定产品产量等提供可靠依据。在现代工业生产自动 化过程监测中物位检测占有重要的地位。
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5.3 浮力式液位计
5.3.1 浮子式液位计
重点：各种浮子式液位计的特点、原理、结构和使用。 难点：各种浮子式液位计的使用。
5.3.2 浮筒式液位计
重点：各种浮筒式液位计的特点、原理和结构。 难点：浮筒式液位计的校验。
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5.3.1 浮子式液位计
1、浮子式液位计：是一种恒浮力式液位计。 （1）钢丝绳（或钢带）式浮子液位计 ① 基本原理： 通过测量漂浮于被测液面上的浮子（浮
但由于液体的黏性、传动系统的摩擦等
因素，液位变化△H只有达到一定的值时（即 浮子浸入液体深度h变化到一定值时△h ）， 造成浮力发生△F的变化时，浮子才会动作， 才可能带动悬锤指示变化。这表明了液位计存在不灵敏区。
1、浮子式液位计：是一种恒浮力式液位计。
（2）杠杆浮球式液位计
杠杆浮球式液位计分为内浮式和外浮式。使用时若有沉 淀物或凝结物附在浮球上，要重新调整平衡锤的位置，校正 零位。这类仪表变化灵活，容易适应介质的温度、压力、粘 度等条件。但受机械杠杆长度的限制，测量范围较小。
4
H1 g
D 2
4
[ L 2 g H ( 1 2 ) g ]
5.3.2 浮筒式液位计
例5-1 设一浮筒式液位计中浮筒的重力G1＝14.41N，挂链 重力G2＝0.46N，浮筒的外径D＝13mm，浮筒的长度L＝ 4600mm，液相介质的密度ρ1= 0.85g/cm3，气相介质的密 度ρ2= 0.00165g/cm3，用挂重法校验时所用托盘重力G3＝ 2.59N，现求：当校验点为全量程的0%、50%、100%时， 应分别加多重的砝码？ 解：当液位为50%时，浮筒所受浮力F50为 D 2 132 10 6 F50 H 50 1 g 0.85 103 9.8 2.3 2.54 N
翻板式液位计工作原理动画演示
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二、浮力式液位计 2、浮筒式液位计：是一种变浮力式液位计。 （1）带有差动变压器的浮筒式液位计 ①.原理图： 结构：圆柱形的检测元件的浮筒部分沉浸于 液体中，由弹簧悬挂，弹簧下端固定，上端受浮 筒重力而拉伸。 ②.基本原理： 利用浮筒（敏感元件）由于被液体浸没高度 不同，以至所受浮力不同来检测液位。
1、浮子式液位计：是一种恒浮力式液位计。 ① 基本原理：
浮子所受浮力为：F
D 2
4
hg
D 2 浮子所受浮力为：F hg 4 浮力变化△F和液位变化△H的关系：
F D 2 g H 4
当△F等于系统的摩擦力时，浮力才开始 移动，该式表明了液位计的不灵敏区为： F H D2 g 4 从此式可知，选择合适的浮子直径及减少摩擦阻力，可以改 善液位计的灵敏度。
液位高度变化H 假设 弹簧变形变化x（即浮筒位移变化） 达到新的力平衡时则有以下关系：
二、浮力式液位计 2、浮筒式液位计：是一种变浮力式液位计。 ②.基本原理：
结论：只要检测弹簧的变形△x（即浮筒的 位移量），即可确定液位的变化△H ,进而确定液体的液位高度。
H x H H H x H H
5.1.3 物位测量仪表的分类
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物位是液位、料位、界位的总称。对物位进行测量、指示和控制 的仪表，称物位检测仪表。
5.1.2物位测量的工艺特点和主要问题 1.液位测量的工艺特点
液面是一个规则的表面，但当物料流进、流 出时，会有波浪，或者在生产过程中出现沸腾 或起泡沫的现象。 大型容器中常会出现液体各处温度、密度和粘 度等物理量不均匀的现象。 容器中常会有高温、高压，或液体粘度很大， 或含有大量杂质、悬浮物等。
浮筒式液位计的检测元件是浸没于液体中的浮 筒。浮筒所受浮力随位移发生变化。此浮力变化 再以力或位移变化的形式，带动电动或气动元件 发出信号给显示仪表以显示液位，也可以实现液 位的报警或调节。 这种液位计主要由变送器和显示仪表两部分组 成。 浮筒的长度就是仪表的量程，一般为300～ 2000mm。
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4 4
5.3.2 浮筒式液位计
• （2）水校法（又称湿法）
这是现场常用的方法。当被测介质是水时，可直接用水校 验，若不是水，也可通过换算用水代校。 浮筒的指示重力（即浮筒重力与所受浮力的差值） 相同， 指示值相同。 用水代校时浮筒应被水浸没的相应长度为
l水＝
在校验满量程时，浮筒应被水浸没的长度为
x l 水 x
第
5章 物位的测量
5.1
教学目录：
概述 直读式液位计 浮力式液位计 静压式液位计 电容式物位计
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5.6 5.7 5.8
导电式液位计 超声波式物位计 核辐射式物位计
本章介绍了物位的基本概念，以及物位测量 的特点，详细分析了一些典型物位计的工作原理， 介绍了它们的优缺点、应用场合及使用的注意事项。
校验时再将246分为五等分，调整液位计使相应输出 为全量程的20%、40%、60%、80%、100%即可。 应用浮筒液位计测量两种液体的界位时，用水代校的 方法与上述基本相同。
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5.4 静压式液位计
静压式液位计：通过测静压力或静压差来测量 液位的仪表。 静压式液位计的工作原理：容器中盛有液体或 固体物料时，物体对容器的底部或侧壁会产生一定 的静压力。当液体的密度均匀，或固体颗粒及物料 的密度与疏密程度均匀时，此静压力与物料的物位 高度成正比。测出这个静压力的变化就可知道物位 的变化。在测量液面上部空间气相压力有波动的密 闭容器的液位时，则采用测量差压的方法。
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5.3 浮力式液位计
工作原理：基于液体浮力原理而工作的。 浮力式液位计分为浮子式和浮筒式液位计两种。 优点：不容易受到外界环境的影响；浮子或浮筒 直接受浮力推动，比较直观、可靠，结构简单、维修 方便等。 缺点：由于具有可动部件，故容易受摩擦而影响 它的灵敏度和增大误差，而且可动部件易被污垢、锈 蚀卡死而影响可靠性。另外，由于浮筒或浮子要垂直 或横伸于容器中，故所占空间较大。
5.3.1 浮子式液位计
① 基本原理：
设园柱形浮子外径为D 浮子浸入液体高度为d 液体密度为 浮子所受浮力为：F
D 2
4
hg
理想情况下，浮子浸入液体的高度h是不变的，将来液位变化 时，浮子随液位上、下移动，通过滑轮使悬锤上、下移动，指 示液位高低。
1、浮子式液位计：是一种恒浮力式液位计。 ① 基本原理：
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5.3.2 浮筒式液位计
3.浮筒式液位计的校验
（1）挂重法（又称干法） 挂重法校验浮筒式液位计，是将浮筒取下后，加 上与各校验点对应的某一砝码重力来校验的。该重力 为浮筒重力（包括挂链重力）与液面在该校验点时浮 筒所受浮力之差。
FH
D 2
4
(L H )2 g
D 2
5.1.2物位测量的工艺特点和主要问题
重点：液位测量的工艺特点。 难点：料位测量的工艺特点。
一、定义：
物位:储物在容器中的积存高度。即液位、料位和界位的位置 统称为物位。
液 位 液 体 介 质表面高低 液位计 料位计 检测 料位 固体物料的堆积高度 界面计 界位 不同液体的界面位置
标）随着液面的变化而上下移动而产生的位 移来检测液位高低，其所受浮力的大小一定。 即检测浮子所在位置可知液面高低。 浮子形状常见有圆盘形、圆柱形和球形等。下面以圆柱形为例来 作分析。如图： 浮子通过滑轮和绳带与平衡重锤连接，绳带的拉力与浮子的重量 及浮力相平衡，以维持浮子处于平衡状态而漂在液面上，平衡重 锤位置即反映浮子的位置，从而测知液位。
解：用水代校时，浮筒应被水浸没的最大长度为
5.3.2 浮筒式液位计
适用范围：
适用于测量范围在200mm以内，密度在 0.5～1.5g/cm3的液体液面连续测量 测量范围在1200mm以内，密度差为0.1～ 0.5g/cm3的液体界面的连续测量。 真空对象、易汽化的液体宜选用浮筒式仪表。
l水＝
x 0.82 L 300 246mm 水 1.0
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5.2 直读式液位计
直读式液位计是一种简单而常用的液位测量仪 表。其中最简单的就是直接用直尺插入介质中来 测量液位，另外就是用玻璃液位计进行测量。
重点：玻璃液位计的原理、结构、特点。 难点：玻璃液位计的分类，以及使用注意事项。
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5.2 直读式液位计
玻璃液位计的工作原理：按照连 通器液柱静压平衡的原理工作的。 优点：结构简单、价格便宜， 一般用在温度及压力不太高的场合 就地指示液位的高低。 缺点：不能测量深色或粘稠的介质的液位，另 外玻璃易碎，且信号不能远传和自动记录。 玻璃液位计按照结构可以分为玻璃管式和玻 璃板式液位计两种。
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5.2 直读式液位计
当用玻璃液位计进行精确测量时应注意： 应使容器和仪器中的介质具有相同的温度，以免因密度 不同而引起示值误差。 玻璃液位计管径不宜太小，以免因毛细现象而引起示值 误差。 应尽量减小连通管上的流动阻力，以减小液位快速变化 时产生的动态误差。 为了改善仪表的动态性能，也不能把连通管上的阀门省 掉。当玻璃管或玻璃板一旦发生损坏时，可利用连通管上 的阀门进行切断，以免事故扩大。
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5.1.2物位测量的工艺特点和主要问题
2.料位测量的工艺特点
物料自然堆积时，有堆积倾斜角，因此料面是不平的, 难以确定料位高度。 物料进出时，又存在着滞留区（由于容器结构而使不 易流动的死角处，叫做滞留区），影响到物位最低位置 的测准。 储仓或料斗中，物料内部可能存在大的孔隙，或粉料 之中存在小的间隙，前者影响对物料储量的计算，而后 者则在振动或压力、湿度变化时物位也随之变化。
3.界位测量中最常见的问题是界面位置不明显，
浑浊段的存在也影响测准。
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5.1.3 物位测量仪表的分类
物位测量仪表的种类很多，而且还在不断发 展。按其工作原理可归纳为以下几种： 直读式物位测量仪表、浮力式物位测量仪表、 静压式物位测量仪表、电磁式物位测量仪表、 电容式物位测量仪表、超声波式物位测量仪表 核辐射式物位测量仪表等。 此外，还有声学式、称重式、重锤式、旋翼式 等。
5.3.1 浮子式液位计
（3）翻板式液位计
翻板由极薄的导 磁金属制成，每片宽 10mm，垂直排列， 并各自能绕框架上的 小轴旋转。翻板的一 面涂有红漆，另一面 涂银灰漆。
1-浮球 2-连杆 3-转动轴 4-平衡锤 5-杠杆 6-指针 7-标尺
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5.3.2 浮筒式液位计
所以，应加砝码重力为
W50＝G1＋G2－G3－F50＝14.41＋0.46－2.54－2.59＝9.74N
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l水＝
x L 水
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5.3.2 浮筒式液位计
例5-2 已知浮筒的长度为300mm，水的密度为1.0 g/cm3，被测液体的密度为0.82 g/cm3，如何用水校 法进行校验？
二、浮力式液位计 2、浮筒式液位计：是一种变浮力式液位计。 ③.位移检测方法： 弹簧变形量的检测可通过差动变压器实现。 如图，在浮筒顶部的连杆上装一铁心，铁心随 浮筒而上下移动，其位移经差动变压器转换为 与位移成比例的电压输出，从而给出相应的液位 指示。 ④.采用弹簧结构的好处： 液位高度的变化范围可能很宽，但浮筒只有很小的位移，对 应差动式变压器铁芯位移很小，实现起来方便。