7物位检测

（Co60）或铯（Cs137）。
射线检测器将射线强度转换为电信号输出。电子电路接收 检测器输出的脉冲信号，进行转换处理后输出与被测物位 相应的标准信号。 主要检测方式有固定安装式和随动式两种，射线源和射线
检测器不通布置，构成不同的测量方式。
核辐射式物位计测量方式
自动跟踪方式 通过电机带动射线源和接收器沿导轨随物 位变化而升降，实现自动跟踪物位。
V p H 1 g (h2 h1 )2 g
被测液体
仪表零点负迁移
H 0时， p (h2 h1 ) 2 g
引压液体
吹气式液位计
将一根吹气管插入至被测液体最低位，
使吹气管通入一定的气体，使吹气管
中的压力与管口处液柱静压力相等。 用压力计测量吹气管上端压力，就可 测得液位。 特点：可将压力检测点移至顶部，其 使用和维修均很方便。很适合于地下 储罐、深井等场合。 精度影响：取决于测压仪表的精度， 以及液体的温度对其密度的影响。 （前两种液位计亦如此）
1——容器 2——差压计 3——液位零面 4——法兰 5——毛细管
原理：仪表是用法兰直接与容 器上的法兰相连，金属感压膜 盒安装在法兰中，与测量室间 用充满硅油的带保护套的毛细 管相连。在这个密闭系统中充 满硅油用以传递压力。 金属感应膜 注意：差压读数要修正
内含充满硅油 毛细管
压力、差压式液位计
7.2.2 浮力式物位检测仪表
浮筒式液位计 变浮力式液位计，检测元件的浮 筒为圆柱形，部分沉浸于液体中， 利用浮筒被液体浸没高度不同引 起的浮力变化而检测液位。 原理：浮筒由弹簧悬挂，下端固 定的弹簧受浮筒重力而压缩，由 弹簧的弹性力平衡浮筒的重力。 通过检测弹簧的变形即浮筒的位 移 x 即可求出相应的液位高 度。差动变压器铁芯移动距离 x
接收回波所需的时间，可以求出从探头到分界面的距离， 进而测得物位。
根据超声波传播介质的不同，超声式物位计可以分为固介
式、液介式和气介式。它的组成主要有超声换能器和电子 装置。
超声液位检测原理
超声液位检测原理 置于容器底部的超声波换能器向液面发射 短促的超声波脉冲，经时间t后，液面处 产生的反射回波又被超声波换能器接收。 则由超声波换能器到液面的距离H可用下 式求出：
伺服平衡式浮子液位计
初始状态：传动轴力矩平衡
步进电机 鼓轮
浮子由钢丝绳牵引，钢丝张力 平衡浮子重力与浮力影响。
液面变化瞬间引 起浮力变化 鼓轮的旋转量即步 进电机的驱动步数 反映液位的变化量
钢丝绳张力 发生变化
传动轴转矩 改变
张力传感器 输出变化
浮子移动至浮力 恢复原值
步进电 机转动
输出偏 差信号
固定发射接收方式
在容器外部的相应位置上安装射线源与接
收器，射线通过容器中的介质时被吸收，
当物位变化时其衰减程度将发生变化，测 得辐射强度可知物位。
核辐射式物位计测量方式
射线源多点组合方式
接收多点组合
多点射源多点接收方式
特点：核辐射物位计具有非接触测量特点，可用于高温、高压、真空密封 等各种容器或固体物料的物位测量，可以适应腐蚀、有毒、高粘度、爆炸 性等各种困难介质和高温、高湿、多粉尘、强干扰的恶劣工作条件。 放射性安全保护措施需按有关规定操作。
连续测量方式能持续测量物位的变化。
定点测量方式只能检测物位是否达到上限、下限或某个特
定的位置，定点测量仪表一般称为物位开关。
7.1 物位的定义及物位检测仪表的分类
物位检测仪表的分类
按工作原理，物位检测仪表可分为： 直读式：采用侧壁开窗口或旁通管方式，直接显示容器中的物 位高度。主要用于液位检测和压力较低的场合。 静压式：基于静力学原理液位检测，有压力式、吹气式和差压 式。 浮力式：基于阿基米德定律进行液位检测，有浮筒式和浮子式 液位计。 机械式：通过测量物位探头与物料面接触时的机械力实现物位 的测量。 有重锤式、音叉式。 电气式：将电气敏感元件置于被测介质中，根据物位变化与电 气参数变化关系来测量物位。 其他方法 如声学式、射线式、光纤式等，见表7－1
可动部件，安装方便，工作
可靠。 对于敞口容器 pA 为大气压力，
在容器底部或侧面液位零点
处引出压力信号，仪表指示 的表压力即反映相应的液柱 静压。
压力、差压式液位计 对于密闭容器，可用差压计测量液位，差压计 的正压侧与容器底部相连，负压侧与容器上部 的气空间相连。
压力、差压式液位计
压力信号的引出方式：法兰式 适用于有腐蚀性或有结晶颗粒、粘度大、易凝固的介质。
液位变化 H
（上升）
H (1
c A g
)x
线性关系
容器液位高度 H H H
7.2.3 其他物位测量仪表
重锤料位计
原理：料位计传感器安装在料仓顶部，探测过程由控 制显示仪表发出的信号控制。传感器由可逆电机、绕 线筒、灵敏杠杆等组成。
传感器接到探测命令时：电机正转，带动齿轮轴和绕 线筒转动，使钢丝绳下放，带动重锤由仓顶下降。当 重锤降至料面时被料面托起而失重，钢丝绳松弛，灵 敏杠杆动作使微动开关接触，控制显示器得到该信号 立即发出电机反转命令，重锤上升返回，直到绕线筒 碰上到顶开关，电机停转，重锤回到仓顶原始位置， 完成一次探测过程。 在此过程中，控制显示仪表通过检测绕线筒的转数计 算出重锤从仓底到料面间的距离，在面板上进行数字 显示，并在后面板端子上输出4~20mA电流信号。
1 H ct 2
其中：c为超声波介质传播速度 t为测量时间 H为测量距离即液位 特点：超声波在介质中传播速度易受温度、成份影响，需进行补偿 超声波物位计构成形式多样，安装维修方便，可实现非接触测量，能用于有毒、高 粘度及密封容器物位测量，环境适应性强，应用广泛。
核辐射式物位计
核辐射式物位计是利用核辐射线在穿透物质时将被衰减 的现象来确定物位。射线射入一定厚度的介质时，其强 度随所通过介质厚度的增加呈指数规律衰减，有如下关 系：
I I 0e
H
I 0、I 分别为射线穿透介质前后辐射强度
为介质对射线的吸收系数；H 为介质厚度
当射线源与被测介质确定后，利用物位高度 不同而改变射线吸收厚度的原理，测量射线
辐射强度的变化即可测得物位。
核辐射式物位计
核辐射式物位计主要由射线源及其防护容器、射线检测器 及电子转换、指示电路组成。 射线源多选用穿透能力较强的γ射线源，通常选用钴
液位：指设备和容器中液体介质表面的高低。 料位：指设备和容器中所存储的块状、颗粒或粉末状固体 物料的堆积高度。 界位：指相界面的位置，液-液界面、液-固界面，分界面
不够清楚，有浑浊段。
7.1 物位的定义及物位检测仪表的分类
7.1.2 物位检测仪表的分类 物位检测仪表按测量方式可以分为连续测量和定点测量两 大类。
7.2.2 浮力式物位检测仪表
浮子重锤液位计原理 浮子通过滑轮、绳带与平 衡锤连接，绳带拉力与浮
F
D2
4
h g
子重量和浮力相平衡，平
衡锤位置反映浮子位置， 可测液位。
圆柱浮子，
F
D2
4
4
h g
h浸没高度 浮力、重力、拉 力平衡 液位的变化只有克服了仪表的摩擦阻力 之后达到一定的值时浮子才能运动，这 是浮力式液位计存在不灵敏区的原因。
k
被测 介质
2 1
ln( D / d )
H
一定条件下，△C与H成正比，测 量电容变化可知物位
电容式物位计
Biblioteka Baidu
( 2 1 )
值越大，灵敏度越高。
由于电容变化量比较小，所以对于电容式物位检测的关 键是要检测出电容量。
测量电路（电容的检测）：有交流电桥法、充放电法和谐
振电路法，可以输出标准电流信号，实现远距离传送。 特点：电容式物位计一般不受真空、压力、温度等环境条 件的影响；安装方便、结构牢固，易维修；价格较低。但 不适合于以下介质：介电常数随温度等影响而变化、介质 在电极上有沉积或附着、介质中有气泡产生等。
研究：液面上升（下降）△H→浮筒上升（下降）△x 磁芯
固定托板
7.2.2 浮力式物位检测仪表
原理分析：
液面变化△H→浮筒位移△x 起始位置
cx0 mg AH g
cx0 mg AH g
c为弹性系数，A为浮筒截面积
c( x0 x) mg A( H H x) g
7.2.3 其他物位测量仪表
音叉料位计
音叉式料位开关是一种新型的液位限位开关。音叉 由晶体激励产生振动，当音叉被液体浸没时振动频 率发生变化，这个频率变化由电子线路检测出来并 输出一个开关量。 又被称作“电气浮子”，凡使用浮球限位开关和由 于结构、湍流、搅动、气泡、振动等原因不能使用 浮球液位开关的场合均可使用“音叉式液位限位开 关”。 适应性强，被测物料不同的电参数、密度对测量均 不产生影响。结垢、搅动、湍流、气泡、振动、中 等粘度、高温、高压等恶劣条件对检测也无影响， 便于维护。
第7章 物位检测
Contents
7.1 物位的定义及物体检测仪表的分类 7.2 常用物位检测仪表 7.3 影响物位检测的因素
7.1 物位的定义及物位检测仪表的分类
物位检测是对设备和容器中物料储量多少的度量。 7.1.1 物位的定义 物位统指设备和容器中液体和固体物料的表面位置，是液
位、料位、界位的总称。
7.2 常用物位检测仪表 7.2.1静压式液位检测仪表 将液位的检测转化为静压力的检测：
V p pB pA H g
当被测介质密度不变时，测量 差压值 p 和液位零点位置 pB ， 即可得知液位
压力、差压式液位计
测压力和差压的仪表，选择 合适量程，均可检测液位。 仪表特点是测量范围大，无
F
D2
g h
△F 需克服摩擦力，注意改善液位计灵敏度
7.2.2 浮力式物位检测仪表
舌簧管式液位计结构原理图 环形磁铁使浮子中央舌簧管导通，测电阻知液位。
浮子
固定导管
俯视图 特点：结构简单、采用两个舌簧管可提高可靠性。但连续性差、量程不能太大
张力传感器
7.2.2 浮力式物位检测仪表
7.2.3 其他物位测量仪表
电容式物位计 原理：圆筒形电容器的电容值随 物位而变化，其检查元件是两 个同轴圆筒电极组成的电容器。 2 1 L C0 ln( D / d ) 当圆筒形电极的一部分被物料 侵没时，两个电极之间的介电 常数随物位的变化而变化。
原有 介质
L
C C C0
电容式物位计
电容式物位计可以测量液位、料位和界位，由测量电极 和测量电路组成。 根据不同被测介质，电容测量电极有多种型式。
电容器
非导电液体液位测量 非导电固体料位测量 同心套筒电极，外电极 1-内设的金属棒内电极 开许多孔 1-内电极 2-金属容器壁作外电极 2-外电极 3-绝缘套 构成同心电容器
核辐射式物位检测原理（动画）
物位开关
进行定点测量，用于检测物位
是否达到预定高度（位置）， 并发出相应的开关量信号。 针对不同的被测对象，物位开 关有多种型式，可以测量液位、 料位、固-液分界面、液-液分 界面，以及判断物料的有无等。
7.2.2 浮力式物位检测仪表
浮子式液位计 浮子式液位计是一种恒浮力式液位计。作为检测元件的浮 子漂浮在液面上，浮子随着液面的变化而上下移动，其所
受浮力的大小保持一定，检测浮子所在位置可知液面高低。
浮子的形状常见有圆盘形、圆柱形和球形等，其结构要根 据使用条件和使用要求来设计。 浮子位置的检测方式：直接指示和信号远传。
导电液体液位测量 1-带绝缘套的金属棒作 内电极 2-绝缘套管 3-外电极 4-导电液体
超声式物位计
性质：超声波在介质中传播时会被吸收而衰减，在穿过两 种不同介质的分界面时会产生反射和折射。 回波反射式超声波物位计的工作原理，就是利用发射的超
声波脉冲将由被测物料的表面反射，测量从发射超声波到
由于仪表安装位置的关系，仪表量程会出现一个附加值， 需对读数进行修正：
V p H 1 g h1 g
修正原因：由于安装高度h所产生的静压使液位计的输出
不与零液位相对应。
仪表零点正迁移
H 0时，p h1 g
压力、差压式液位计
对于有可凝结蒸汽或采用隔离介质液位测量系统， 压力计负压测通常有一个固定的压力偏置量。