物位测量仪表
物位仪表的分类
物位仪表的分类
物位仪表是一种用来测量物料的液位、固位或其他状态的设备。
根据其原理和使用方法，可以将物位仪表分为多种类型。
1. 超声波物位仪表：利用超声波的传播速度和反射原理来确定液位或物料高度。
2. 雷达物位仪表：利用雷达波的传播速度和反射原理来确定液位或物料高度，适用于高温、高压、强腐蚀等恶劣环境。
3. 差压物位仪表：通过测量物料高度上下两点的压力差来计算液位或物料高度，适用于密度变化较小和液位高度变化不大的情况。
4. 磁翻板物位仪表：通过磁翻板的翻转来指示液位或物料高度，适用于小型装置和低温低压环境。
5. 振荡物位仪表：利用物料振动的原理来测量液位或物料高度，适用于固体物料的测量。
6. 电容式物位仪表：通过物料与电容板之间的电容变化来测量液位或物料高度，适用于高粘度、强腐蚀、易结晶等物料的测量。
不同类型的物位仪表具有不同的优缺点和适用范围，在选择时需要考虑物料特性、工艺要求、环境条件等因素。
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物位测量仪表
课题：物位测量仪表和仪表选用一、课题：物位测量仪表和仪表选用二、教学目的：通过物位测量仪表和仪表选用课程的学习，使大家了解目前测量物位仪表的种类及特点。
对于常用用差压变送器测量容器液位，熟悉液位测量的原理及计算方法。
初步了解物位仪表在选型时所注意的要点。
三、教学重点：1、各种物位仪表工作原理及特点介绍；2、差压变送器测量容器液位工作原理及计算。
四、教学难点：1、物位仪表选用所遵循的要点。
五、布置作业：1、用差压变送器测量容器液位计算。
如图所示，通过双法兰差压变送器测量容器液位，已知P0=3.0MPa,ρ液=900kg/m3,ρ硅=930kg/m3,h1=1m,h2=2.5m,H=1m求差压变送器的量程和迁移量.解：差压液位计的量程△P△P=Hρ液g=1*900*9.8=8820Pa当液位最低时,正压室受力为:P+=P0+ρ硅h1g=3*1000000+1*930*9.8=9114+3*1000000负压室所受压力:P-=P0+h2ρ硅g=3*1000000+2.5*930*9.8=22785+3*1000000于是迁移量:P=P+-P-=-13671Pa,因P+<P-故为负迁移仪表的测量范围为-13671-----(-13671+8820)=-4851Pa2、在选用物位测量仪表时，应注意对测量要求的要点有哪些？答：1、要根据测量范围，需要的精度及测量功能来选择。
2、测量仪表面对的环境，如石油化工的工业环境，有可燃（有毒）和爆炸危险气氛的存在，高的环境温度等。
3、被测介质的物理化学性质和状态，如强酸，强碱，粘稠，易凝固结晶和气化等工况。
4、操作条件的变化，如介质温度，压力，浓度的变化。
还有时考虑到从开车到参数达到正常生产时，气相和液相浓度和密度的变化。
5、被测对象容器的结构、形状，尺寸，容器内的设备附件及各种进出料管口都要考虑，如塔、溶液槽、反应器、锅炉汽包、立罐、球罐等6、其他要求，如环保及卫生等要求。
物位检测仪表
内容
概述 差压式物位仪表 浮力式物位仪表 电容式物位仪表 辐射式物位仪表 超声波物位计
1 概述
几个概念
在容器中液体介质的高低叫液位， 容器中固体或颗粒状物质的堆积高度叫料位 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 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
理 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。 光学式物位仪表：利用物位对光波的遮断和反射原理工作 ……
2 差压式液位计 基本工作原理 Δ P=ρ gH
零点迁移的目的：使H＝0时，变送器输出为Iomin（如4mA）
Δ P=ρ 1gH Δ P=ρ 1gH -ρ 2g（h2-h1）Δ P=ρ 1gH +ρ 1gh1
无迁移
负迁移
正迁移
迁移量：-ρ 2g（h2-h1） 迁移量：ρ 1gh1
3 浮筒式液位计
输出指示器
弹簧 磁钢
室
浮 筒
F浮 F弹
浮 筒
G
内置式 静井
外置式
基本工作原理 主要由四个基本部分组成：浮筒、弹簧、磁钢室和输出指示器
6 超声波物位计
利用声波在介质中传播速度 不变的原理，通过检测声波 发射和反射全过程的时间间 隔可以计算出物料界面到探 头的距离，从而得到物位的 高低。
注意事项：
确保反射波能回到探头；
防止物料对声波的吸收（如表 面泡沫漂浮）。
当电容器的几何尺寸和介电常数保持不变时，电容变化量就与物位高度H成正比。
物位测量仪表简要概述
物 位 测 量物位是指存放在容器或工业设备中物质的高度或位置。
液体介质液面的高低称为液位；液体——液体或液体——固体的分界面成为界位；固体粉末或颗粒状物质的堆积高度称为料位。
液位、界位及料位的测量统称为物位测量。
物位测量的目的在于正确的测知容器或设备中储藏物质的容量或质量。
第一章 浮力式液位计第一节 测量原理浮力式液位计是应用浮力原理测量液位的。
它是利用漂浮于液面上的浮子升降位移反映液位的变化；或利用浮子浮力随液位浸没高度而变化。
前者称为恒浮力法，后者称为变浮力法。
1、 恒浮力法液位测量H F∆∆=ρg A （2-1-2）式中ΔH ——浮子高度的变化量；ΔF ——浮力变化量；ρ——被测液体密度；g ——重力加速度；A ——浮子的截面积。
2、 变浮力法液位测量Cx=W-AH ρg （2-1-3）Δx=gA c g A ρρ+ΔH=K ΔH （2-1-5）式中H——浮筒被液体浸没的高度；ΔH——液位的变化量；c——弹簧刚度；x——弹簧压缩位移；Δx——浮筒产生的位移；ρ——被测液体密度；g——重力加速度；A——浮子的截面积。
变浮力法液位测量是通过检测元件把液位的变化转换为力的变化，然后再将力的变化转化为机械位移，并通过转换将机械位移转换为标准信号，以便远传和显示。
第二节恒浮力式液位1、浮球式液位计浮球式液位计平衡关系式为（W-F）l1=Gl2（2-1-6）式中W——浮球的重力；F——浮球所受的浮力；G——平衡重物的重力；l1———转动轴到浮球的垂直距离；l2———转动轴到重物中心的垂直距离；2、磁翻转式液位计磁翻转式液位计在与容器连同的非导磁管内，带有磁铁的浮子随管内液位的升降，利用磁性的吸引，使得带有磁铁的红白两面的翻板产生翻转。
有液体的位置红色朝外，无液体的位置白色朝外，根据红色指示的高度可以读得液位的具体数值。
3、浮子钢带式液位计浮子钢带式液位计整个系统采用了力平衡原理。
当浮子浸没在液体中某一个高度时，液体对浮子产生的浮力为F，若浮子本身的重力为W，恒力弹簧对浮子的拉力为T，整个系统平衡时应满足T=W-F （2-1-7）如果液位升高，则在瞬间会使浮力F增加，恒力弹簧会通过钢带将浮子向上拉升，钢带上的小孔和钉轮上的钉状齿啮合，从而刚带的线位移变为钉轮的角位移。
物位仪表相关定义
一、什么是物位测量？测量两相物料的分界面的位置，叫物位测量（例如测量气相液相间分界面称液体测量），完成这种测量任务的仪表叫做物位计。
二、什么是物位变送器?把物位传感器输出物位信号转换成适合单元组合仪表要求的电信号（例如4～20mA或1~5V)装置，叫物位变送器。
国家标准是这样定义“变送器"的：使输出为规定标准信号的装置称变送器。
三、什么是液位计？测量容器中液体界面（液—气，液—液）高度的测量仪表。
四、什么叫电容式物位计？利用两电极间电容量随被测介质物位高低变化而变化的原理构成的物位测量仪表，叫电容式物位计。
五、什么是传感器?传感器是一种以测量为目的，以一定精度把被测量转换为与之有确定关系的、易于处理的电量信号输出的装置。
如果传感器进一步对此输出信号进行处理，转换成标准统一信号（例如：4—20mA或1-5V;0—10mA或0—5V等）时，此时的传感器一般称为变送器。
国家标准是这样定义“传感器"的：能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。
六、什么是电容式传感器？电容式传感器是将被测物理量变化转换为电容量变化的一种传感器.七、什么叫测量？通过一定的实验方法，求出某个量大小的过程.八、什么叫电导率？电阻率的倒数叫电导率，它的单位是:米/欧姆.平方毫米九、环境温度的变化，对“哲士”仪表有什么影响?电子元件，即使品质很好的元件,在环境温度变化时，它的参数都会有变化，绝对不变是没有的,这就是我们常说的“温度漂移",所以由电子元件组成的仪表的工作状态也一定会受环境温度影响，关键在于人们有多大智慧，掌握多少手段去减少和补偿这种变化,使其限制在可以接受的水平，所以环境温度变化对哲士仪表是有影响,但无碍：连续测量的品种不会因温度变化而丧失精度，物位开关类不会因温度变化而误动作。
但高寒地区使用,换季时最好重新标定一次。
十、为什么哲士仪表在标定、投运前要上电预热30—40分钟?这是一个十分重要的程序！由于仪表刚上电时,电路参数并未稳定，尤其温度参数，上电预热一段时间后，电路元件的温度会从刚上电时的环境温度变成了处于动态平衡状态下的工作温度，就稳定了，就可标定或投运了.十一、探极外套装的聚丙烯、氟塑料管用于食品医药行业是否可以?可以！其实聚丙烯管就是食用自来水管.十二、选用“哲士"物位仪表时要考虑哪些因素?（1）是物位连续测量还是物位高度报警；（2）是检测液态物料还是固态物料；（3）介质温度、压力；（4）物料是否有腐蚀性;(5）用什么电源?是AC220V还是DC24V(6)是否有防爆要求?级别如何?（7）现场是否有剧烈机械振动?.。
物位测量仪表的类别
物位测量仪表的类别在工业生产过程中测量液位、固体颗粒和粉粒位，以及液-液、液-固相界面位置的仪表。
一般测量液体液面位置的称为液位计，测量固体、粉料位置的称为料位计,测量液-液、液固相界面位置的称为相界面计。
差压式物位仪表差压式仪表利用液体的静态压力测量液位。
液体底部压力与容器内的液面高度和液体表面上的气压有关。
如果测量敞口容器内液位，则可用压力测量仪表或压力变送器间接测出液面高度；如果在有压力的密封容器内测量液位,则采用测量压差的方法,消除液面上压力的影响，将容器底部与差压变送器正压室相连，液面上的空间与负压室相连，就可以测量出液面的高低电测式物位仪表将物位变化转换为电参数（如电阻、电容、电感）的变化，再变成电信号输出。
这类仪表又分为电阻式、电容式和电感式三种。
电阻式物位仪表利用物位变化时引起电极电阻变化的原理工作（图3）。
物位变化引起电阻逐渐变化的，可用于连续测量物位；只有当物位变化到接触电极时才引起电阻突变的，可用来定点报警控制物位。
电阻式物位仪表在工作时电极接触被测介质（一般为导电液体）②电容式物位仪表物位变化时引起电极的电容量变化，利用这个原理构成的电容式物位计可以测量导电液和非导电液的液位、非导电颗粒状固体的料位。
两同轴相互绝缘的导电金属圆柱中间隔以不导电的介质，就构成电容器，其电容量为：测出这个变化值就可测出物位。
根据这个道理,用各种不同形状的电容测量头,可构成多种电容式物位仪表（图4）。
现代电容式物位仪表采用安全防爆、隔爆的措施，应用范围已扩大到一些化工、石油、轻工部门。
电容式物位仪表是电测式物位仪表中应用最广泛的一种。
③电感式物位仪表利用物位变化时引起自感量、互感量或感应电流等的变化来测定物位，常用的有感应式高频液位计或谐振式液位计。
也可用带导磁材料的浮子与电磁感应线圈制成液位信号报警器。
采用电感式测量可实现完全不接触测量。
超声波式物位仪表超声波在液体中传播有较好的方向性，遇到分界面时能反射，因此通过测定超声波从发射利用超声物位仪表进行测量的优点是检测元件可以不与被测液体接触，因而适合于强腐蚀性、高压、有毒、高粘度液体液位的测量。
仪表基础知识——液位检测及仪表
3.液位检测及仪表在容器或工业设备中液体介质的高度叫液位；固体粉末或颗粒状物质的堆积高度叫料位；液体－液体或液体－固体的分界面叫界面。
液位、料位和界面的测量统称为物位测量。
液位，料位和界面的测量仪表分别称为液位计，料位计和界面计，统称为物位计。
3.1物位检测仪表的分类物位测量的目的在于正确地知道容器或工业设备中所储藏物质的容量或质量。
为了满足生产过程中各种条件和要求，测量物位的仪表种类很多。
而且随着科技的进步，还会不断产生新的检测方法和检测仪表。
按工作原理的不同，物位仪表主要有以下几种类型：（1）直读式物位仪表。
利用连通管原理制成。
这类仪表中主要有玻璃管液位计、玻璃板液位计等。
（2）浮力式物位仪表。
应用浮力原理制成。
液位测量仪表是对漂浮在液体上的浮子高度的测量或对浸没在液体中的浮子所受浮力的测量。
前者称为恒浮力法，后者称为变浮力法。
（3）差压式物位仪表。
它是利用物位的变化对某定点所产生的压力也发生变化的原理进行物位测量。
可以分为静压力式物位仪表和差压式物位仪表两种。
（4）电磁式物位仪表。
将物位的变化转换成电量的变化，通过测量这些电量的变化来测知物位。
（5）核辐射式物位仪表。
核辐射线透过物料时，其强度会随着介质层厚度而变化，利用这一特性实现物位的测量。
（6）声波式物位仪表。
物位的变化会引起声阻抗的变化，因此声波的遮断和声波反射距离也会不同，测出这些变化就可以测知物位。
（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的物位仪表。
3.2 浮力式液位计浮力式液位计是利用浮力原理测量液位的，根据浮子所受浮力的不同又分为恒浮力式液位计和变浮力式液位计两种。
1.恒浮力式液位计恒浮力式液位计是利用被测介质对浮子的浮力不随液位的变化而变化的原理工作的。
根据恒浮力的原理，结合生产的不同需要，有浮球液位计，磁浮子液位计及浮子钢带液位计等。
浮球液位计有内浮式和外浮式之分。
内浮式是将浮球直接安装于容器内部，而外浮式是在容器外安装一个与容器连通的浮球室进行测量。
第三章-物位测量仪表
第三章物位测量仪表第一节：概述在化工生产中，对某些设备内的物位进行测量和调节也是十分重要的。
它能为正常生产和质量管理以及经济核算，提高经济效益提供可靠的依据。
在连续生产过程中，维持某些设备内的稳定（如锅炉、蒸发器、吸收塔)等,对保证生产安全、优质、高产等也是必不可少的。
一、物位测量的概念我们把存在于罐、塔、槽以及自然界中的江、湖、水库等中的液体或水积存的相对高度或表面位置叫做液位；把存在于料斗、罐、储仓，堆场等处的固体块、颗粒、粉料等堆积的相对高度或表面位叫做料位；把在同一容器中，两种密度不同且互不相溶的液体之间或液体和固体之间的分界面（亦称相界面）位置叫做界位。
上述液位、料位、界位总称为物位。
用来对物位进行测量、报警和自动调节的自动化仪表称物位测量仪表。
二、物位测量仪表的分类按工作原理分，物位测量仪表可分成直读式（包括玻管式、玻板式两类，而玻板式又可分为透光式和折光式两种），浮力式（包括恒浮力式，变浮力式两类，而恒浮力式又可分为浮标式与浮球式，其中浮球式还可分为内浮式和外浮式）、静压式（包括压力式和差压式）、电磁式（包括电阻式、电容式、电感应式等）、声波式、核辐射式等。
第二节：浮力式液位计浮力式液位计分为恒浮力式液位计和变浮力式液位计，以飘浮在液面上的浮子（浮标）将跟随液位的变化而产生位移来测量液位制成的仪表为恒浮力式液位计。
未完全浸沉于液体中的浮筒（沉筒）所受的浮力将随液位的变化来进行液位测量的而标志的仪表称变浮力式液位计。
浮力式或浮筒是这类仪表的敏感元件，它能将液位的变化转换成位移或力的变化，然后通过机械或电气或其它形式将液位的变化进行就地或远传显示，以实现对液位的测量。
浮力式液位计的主要特点是结构简单，工作可靠，不易受外界环境的影响，维修也较简便。
一、恒浮力液位计恒浮力式液位计是利用浮子本身的重力和所受的浮力均为定值，浮子始终漂浮在液面上，并跟随液面的变化而变化来进行测量液位的。
常见的浮子式液位计可分为带有钢丝绳（或钢带）的浮子式液位计、杠杆带浮子式液位计和依靠浮子电磁性能传递的液伴计（如：磁翻板式液位计）。
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物位测量仪表的分类
• 按工作原理分，物位测量仪表可分成直读 式（包括玻管式、玻板式两类，而玻板式 又可分为透光式和折光式两种），浮力式 （包括恒浮力式，变浮力式两类，而恒浮 力式又可分为浮标式与浮球式，其中浮球 式还可分为内浮式和外浮式）、静压式 （包括压力式和差压式）、电磁式（包括 电阻式、电容式、电感应式等）、声波式、 核辐射式等。
物存在于罐、塔、槽以及自然界中的江、 湖、水库等中的液体或水积存的相对高度或表 面位置叫做液位；把存在于料斗、罐、储仓， 堆场等处的固体块、颗粒、粉料等堆积的相对 高度或表面位叫做料位；把在同一容器中，两 种密度不同且互不相溶的液体之间或液体和固 体之间的分界面（亦称相界面）位置叫做界位。 上述液位、料位、界位总称为物位。用来对物 位进行测量、报警和自动调节的自动化仪表称 物位测量仪表。
浮力式液位计
• 浮力式液位计分为恒浮力式液位计和变浮力式液位 计，以飘浮在液面上的浮子（浮标）将跟随液位的 变化而产生位移来测量液位制成的仪表为恒浮力式 液位计。未完全浸沉于液体中的浮筒（沉筒）所受 的浮力将随液位的变化来进行液位测量的而标志的 仪表称变浮力式液位计。 浮力式或浮筒是这类仪表 的敏感元件，它能将液位的变化转换成位移或力的 变化，然后通过机械或电气或其它形式将液位的变 化进行就地或远传显示，以实现对液位的测量。 • 浮力式液位计的主要特点是结构简单，工作可靠， 不易受外界环境的影响，维修也较简便。
浮筒式液位计的选用，应符合下列规定： • （1）在密度、操作压力范围比较宽的场合，一般介质的液位界 面测量，宜选用浮筒式液位计，但在密度变化较大的场合，不 宜选用浮筒式液位计。下列场合宜选用浮筒式液位计: a测量范 围在2000mm以内，比密度差为0.5--1.5的液体的液位连续测 量;b 测量范围1200mm 以内，比密度差为0.1-0.5的液体界面的 连续测量;c 真空、负压或易气化的液体的液位测量。 • （2）对于清洁液体，宜选用外浮筒式液位计，并优先采用“侧 一侧”法兰连接型。 • （3）对于粘稠、易凝、易结晶的介质，宜选用内浮筒式液位计， 也可选用带蒸汽夹套式的外浮筒式液位计。 • （4）内浮筒式液位计用于被测液体扰动较大的场合，应加装防 扰动影响的平稳套管。 • （5）电动浮筒液位计用于被测液位波动频繁的场合，其输出信 号应加阻尼器。 • （6）电动浮筒液位计在被测介质温度高于200℃时应带散热片， 温度低于 0℃时应带延伸管。
物位仪表的选用
• 差压式液位计的选用，应符合下列规定: • （1）液位(界面)测量，宜选用差压变送器; • （2）对于腐蚀性液体、粘稠性液体、熔融性液体、沉淀性液体等， 当采取灌隔离液、吹气或冲液等措施时，亦可选用差压变送器; • （3）对于腐蚀性介质、粘稠性液体、易气化液体、含悬浮物液体等， 宜选用平法兰式差压变送器; • （4）对于易结晶的液体、高粘度的液体、结胶性液体、沉淀性液体 等，宜选用插人式法兰差压变送器; • （5）当被测对象有大量冷凝物或沉淀物析出时，宜选用双法兰式差 压变送器; • （6）用差压式仪表测量锅炉汽包液位时，应采用双室平衡容器; • （7）测液位的差压变送器宜带有迁移机构，其正、负迁移量应在选 择仪表量程时确定; • （8）对于正常工况下液体密度发生明显变化介质，不宜选用差压式 变送器。
静压式液位计
• 利用静压原理测量液位，根据液体 在容器内的液位与液柱高度产生的 静压力成正比的原理进行工作。将 压力计与容器底部相连，根据流体 静力学原理，所测压力与液位的关 系为： P=ρgH。
• 下图为用于测量开口容器液位高度的三种压力式液位计。 • 高低压侧所受到的压力为： • P+=P0+ Hgρ P-=P0 用差压变送器测量时所受的压差为： ΔP=P+ —P-= ρgH。 • 当测量有腐蚀性或粘度大、含有颗粒、易凝固等液体的液位时， 为避免引压管被腐蚀和堵塞，此时用法兰式差压变送器来测量。 通过隔离膜片来感受容器内的压力，然后以硅油作为传递压力 的介质，经毛细管与变送器的测量室相通。采用硅油传递的好 处是它的体积膨胀系数小，凝固点低，适用于寒冷天气和户外 安装条件；常温下流动性好，无腐蚀性，性能稳定。这种使用 方式需要进行零点迁移。
超声式物位计
• 超声波在气体，液体及固体中传播，具有 一定的传播速度。超声波在介质中传播时 会被吸收而衰减，在气体中传播的衰减最 大，在固体中传播的衰减最小。超声波在 穿过两种不同介质的分界面时会产生反射 和折射，对于声阻抗（声速和介质密度的 乘积）差别较大的相界面，几乎为全反射。 从反射超声波至收到反射回波的时间间隔 与分界面位置有关，利用这一比例关系可 以进行物位测量。