物位
物位测量
设动臂转角变化用 Δθ 表示，则：
K
=
Δθ Δθ max
100%
当动臂的短路环转至中舌最左端时，K=0;当动臂的短路环转至中舌的 最右端时，K=1;
由此可得：Φ01=KΦ0，Φ02=(1-K) Φ0;
27
由于次级线圈感应的电压与穿过线圈的交流磁通成正比，铁心左右两
臂及两次级线圈完全对称。因此：u1=ZΦ01=KZΦ0,u2=ZΦ02=(1-K)ZΦ0;
32
七、微波物位计 一定条件下，微波传播速度一定。 原理与超声波物位计相似：向被测介质发射微波，接收目标反射波，从
而测量探头到目标的距离。 与超声波物位计的差异（P168 表 3.7）
八、射线物位计 九、磁致伸缩式物位计
33
练习： 1．浮力式液位计可分为(
)浮力式液位计和(
)浮力式液位计两
大类。前者是根据(
密闭容器：差压变送器
图 3.99，3.100
工业现场常见形式：法兰式差压变送器
6
用差压变送器实现液位测量的量程迁移问题： 1 产生原因：取压口与压力检测仪表的入口不在同一水平高度，从而产生 附加静压误差。 2 对策：对压力变送器进行零点调整，使它在只受附加静压时输出为“零”， 称为“量程迁移”。 3 量程迁移实质：通过调节迁移弹簧，改变差压变送器的零点，从而改变 变送器测量范围的上、下限，而量程的大小不会改变。
16
（2）浮球式液位计 浮球式液位计是一种最典型的利用恒浮力法制作的液位计。它主要由
浮球、连杆、转动轴、平衡重物和杠杆五部分组成。
适用环境: 温度、粘度较高，压力不太高的密闭容器的液位测量。
17
分类： 内浮式：用于直径较大的容器液位的测量， 可用于粘稠、易结晶、易凝固的液体液位的 测量。
物位的测量
七、超声波物位计
• 利用声波在空气中传播速度 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）。
2.4.1.4
温度的测量
• 温度是化工过程中最普遍而重要的操作 参数。
2.4.3.2
电动执行机构——概念
2.4.3.3
气动执行机构——概念
2.4.3.4
调节机构——概念
调节机构——结构
调节机构——结构
调节机构——结构
调节机构——结构
调节机构——结构
调节机构——结构
调节机构——结构
2.4.4
2.4.1.3
物位的测量
• 物位：
– 液位：容器中液体表面的高低； – 料位：容器中固体的堆积高度； – 界面：两相物质的交界面。
物位计的分类
• • • • • • • 直读式物位计 浮力式物位计 压差式物位计 电磁式物位计 核辐射式物位计 超声波物位计 光电式物位计
一、直读式物位计
• 用带有刻度的透明物质（如玻璃、有机玻 璃）作为容器壁的一部分或连通管，可以 直接显示容器内液位的高低。
• 2.气压传动的缺点 气压传动的缺点
• 1)由于空气具有可压缩性,因此工作速度稳定性稍差.但采 用气液联动装置会得到较 满意的效果. • 2)因工作压力低(一般为 0.310MPa),又因结构尺寸不宜过 大,总输出力不宜大于 1 0～40kN. • 3)噪声较大,在高速排气时要加消声器. • 4)气动装置中的气信号传递速度在声速以内比电子及光速 慢,因此,气动控制系统不宜用于元件级数过多的复杂回路.
7.物位
4 20 >4(例：10.4mA)
正迁移
迁 移 前
0
Hmax
迁 移 后 负迁移 迁 移 前 迁 移 后
>20 4~20
0~Hmax (h0=
<△pmax
--ρ1g( h1-- h0)～ ρgHmax--ρ1g( h1-- h0)
<20
4~20
（2）液位测量的负迁移－介质有可凝结蒸汽或腐蚀性时
7.2常有物位检测仪表
7.2.1静压式液位计 1.测量原理－根据液体的液位与液柱高度产生的静压力成正比的原理。
图（a）为敞口容器，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=Hρ g ，H=P/ρ g 图(b)为密闭容器，差压液位传感器的高压侧与容器底部的取压管相连，低压侧 与液面上方容器的顶部相连。差压传感器高、低压侧所感受的压力分别为 P高=P气+Hρ g ， P低= P气，压差为Δ P= P高- P低= Hρ g ，H=Δ P/ρ g 综上所述，利用静压原理测液位，就是把液位测量转化为压力或差压测量，所以 各种压力或差压式测量传感器都可以用来测量液位。
C0
2 1 2 H ln R
r
C 0 C
电容式物位计可以测量液位、料位和界位
1—内电极；2—外电极
2.液位的检测
对非导电介质的液位测量：
当液位为零时，其电容为 。 ε0为空气介电常数
当液位上升为H时，电容量变为
ε为液体介电常数，电容量的变化为
1—内电极；2—外电极； 3—绝缘套；4—流通小孔
1-浮筒，2-弹簧，3-差动变压器
7.2.3其它物位计
7.2.3.1电容式物位计 1.测量原理－利用敏感元件直接把物位变化转换为电容量变化 组成－敏感元件＋电容检测电路 圆筒形电容器构成－两个长度为L，半径为R和r圆筒形金属导体组 成； 2L 当两圆筒间充以介电常数为ε的介质时，则电容量为： C0
第六章 物位测量
2 1 L 2 ( 2 1 ) H C C 0 R R ln ln r r
r
r
当圆筒形电容器几何尺寸一定，电容器电容 增量与液位高度H成正比。同时，两种介质的 介电常数的差值越大，△C越大，灵敏度高。
• 测量非导电液体的电容液位传感器如图所示。它是由 金属棒做成的内电极和由外壁带孔的金属圆筒做成的 外电极两部分构成的圆筒形电容器。测量时，将其竖 直放在被测液体中，若设空气的介电常数为 1 ，当液 位为零时，该圆筒形电容器的电容量为
4、吹气式液位计 当测量具有腐蚀性、高黏度或 含有悬浮颗粒的敞口容器液位， 且准确度要求不很高时，常选用 吹气式液位计。 吹气式液位计的原理如图， 在敞口容器中插入一根导管，压 缩空气作为气源首先经过滤器过 滤，再通过减压阀使压力降至某 一恒定值，并由气源压力计指示， 该恒定压力的大小按被测液位高 度而定。具有恒定压力的洁净压 缩空气再流经起限流、恒流作用 的节流阀，其流量大小由浮子流 量计指示。最后恒流气体从导管 下端敞口处逸出，鼓泡并通过液 体进入大气。
物位检测的主要方法
• • • • •
静压式物位检测 浮力式液位检测 电气式物位检测 声学式物位检测 射线式物位检测
第一节 静压式物位检测
静压法测量原理 若液位的高度位h， 则液体底部的压力为：
P B gh
p P B gh p h 所以测得表压力p即可求得 g 液位高度h。
正压室： P P 1 gH 2 gh1 1 负压室： P P 2 gh2 1 差压：
P 1 gH 2 g (h2 h1 )
第二节 浮力式液位检测
上限水银 开关
磁钢 下限 水银 开关 非导 磁管
一．恒浮力式液位检测： 基本原理：浮于液面上的浮子随 着液位上升或下降，根据浮子的 调整箱组件 位置实现液位的检测。 既可测量液位，也可测密度不等 的两种液体的界面，但密度差应 足够大。浮子式和浮球式是典型 的恒浮力式液位计 有：浮子重锤液位计、浮子钢带 液位计、浮顶罐、浮球式。
物位检测
四．量程迁移：
为了使变送器的 输出不受固定压 差的影响，采用 零点迁移法，进 行负迁移，迁移 量为Pg。
• 例如：已知 h1 1.0m ，
3 1 1200 kg / m3 ， 2 950kg / m，
h2 5.0m ， Lm 0 3.0m，
四．量程迁移：
液位高度变化形成的 差压值为：
一．恒浮力式液位检测： 基本原理：浮于液面上的浮 子随着液位上升或下降， 根据浮子的位置实现液位 的检测。 例如：浮球式水位控制器：
上限 水银 开关 调整箱 组件
磁钢
下限 水银 开关 非导 磁管
连杆
浮球 浮筒
二．变浮力式液位检测（浮筒式液位计）
将一质量为 m的浮筒悬挂在弹簧 上，弹簧的下端被固定，当测量 桶内无水时，浮筒的重力与弹簧 力达到平衡时，有：
2、超声波的应用 超声探伤所用的频率一般在0.5-10MHz之间，对钢等金属材料 的检验，常用的频率为1-5MHz。 (1)超声波方向性好：超声波是频率很高、波长很短的机械波， 在无损探伤中使用的波长为毫米数量级。超声波像光波一样具 有良好的方向性，可以定向发射。 (2)越声波能量高：超声波探伤频率远高于声波，而能量(声强) 与频率平方成正比。
主要分类
静压式物位检测
浮力式液位检测
电气式物位检测
声学式物位检理
若液位的高度位h，则液 体底部的压力为：
P B gh
p P B gh p h g
h
所以测得表压力p即可求得液位高度h。
二．压力式液位计 （开口容器的液位测量） 1．用压力表测量液位：
(3)能在界面上产生反射、折射和波型转换；在超声波探伤中。
(4)超声波穿透能力强：超声波传播能量损失小，传播距离大， 穿透能力强。
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。
请简述物位的概念。
请简述物位的概念。
物位是物理学中一个重要的概念,用于描述物体在空间中的位置。
它通常用符号“p”表示,单位为千克/米2(kg/m2)或米3/秒3(m3/s3)。
物位的定义可以从不同的角度来解释。
从物体运动的角度来看,物位是指物体在空间中的位置;从水文水资源的角度来看,物位是指水流中物体在管道或渠道中的位置;从城市规划的角度来看,物位是指建筑物在空间中的位置。
物位的计算通常使用公式“物位=质量×密度×距离”进行计算。
其中,物位的质量是指物体的质量,密度是指物体的密度,距离是指物体到参考点的距离。
物位在物理学、水文水资源、城市规划和建筑设计等领域都有着广泛的应用。
在物理学中,物位可以用来描述物体在空间中的位置和运动状态;在水文水资源中,物位可以用来测量水流中的质量和流量;在城市规划中,物位可以用来测量建筑物的位置和大小;在建筑设计中,物位可以用来设计建筑物的结构和材料。
物位的概念还可以拓展到其他领域,例如生物学、化学和经济学等。
在生物学中,物位可以用来描述生物在空间中的位置和分布;在化学中,物位可以用来描述化学物质在空间中的浓度和分布;在经济学中,物位可以用来描述资源的分布和交换。
物位是一个十分重要的概念,涉及到多个学科领域。
理解物位的概念可以帮助我们更好地应用物理学知识来解决其他问题,也可以为城市规划和建筑设计提供重要的参考。
物位检测
2.1.1.差压液位计应用实例 2.1.1.差压液位计应用实例1 差压液位计应用实例1
基本关系： dP=Hpg+hpg ; 1)当液位低于Hmin时，H=0 1)当液位低于Hmin时，H=0 ， dP=hpg 零点迁移值 2)液位测量正常工作于： 2)液位测量正常工作于： Hmin < H < Hmax 3)当液位等于Hmax时：H=Hmax 3)当液位等于Hmax时：H=Hmax dP=Hmaxpg+hpg=dPmax 出现最大值dPmax 出现最大值dPmax 问题：实际生产过程可能出现超 过上限液位，即H>Hmax, 过上限液位，即H>Hmax, 这时dP=? 这时dP=? 超液位后又回到正常状态， 这时dP=? 这时dP=? 结论：右图设计方案在实用中存 在无法复原的问题，不适合实际 应用。
6、雷达式液位计
雷达波由天线发射
天线
2H 0 t= c
H = L − H0 c = L− t 2
C---电磁波传播速度，300000km/s H0
L
H
7、超声波物位仪表
利用超声波，遇到相界面时， 利用超声波，遇到相界面时， 发生部分反射，部分折射入 相邻介质的原理，通过检测 相邻介质的原理，通过检测 超声波从发射到反射的全过 声波从发射到 程的时间间隔可以计算出物 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：
零点迁移：差压计的调整零点位置机构对感压元 件预加一个作用力将仪表的零点迁移到与液位零 点相重合的地方。 为使仪表零点指示液位的零点需要调整的迁移量 为正值的话那么这种迁移成为正迁移，反之，迁 移量为负值的话就叫负迁移。 对于有可凝结蒸汽或采用隔离介质的液位测量 系统，差压计的负压侧通 常有一个固定的压力偏置 量如图所示，这时加在两 侧的压力为：
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力PN63的安袋图，取消其他公称任压力的管路连接图。 2.5.2 吹气法/冲液法测量液位管路连接图也用得不太多，将其编入任选图。还新增加一种吹气管与测量管分 开的吹气方式。这种方式在国外设计普遍使用，取得较好的效果。
压力等级的分档与标识，遵循HG/T 20592-2009《钢制管法兰(PN系列)》和HG/T 20592-2009《钢制管法 (Class系列)》 2.4 采用新的变送器与管阀件的图形符号
新的图形符号更体现了变送器与管阀件图形符号的形象化、系列化和标准化，主次分明，图面清晰. 2.5 对原图册中管路连接图的主要修订内容如下:
1 适用范围 《物位仪表管路连接图册》适用于化工、石化、石油以及其他过程生产装置中物位测量中变送器管路连 接以及物位测量仪表安装设计。本分册包括测量液体液位的管路连接图和物位测量仪表安装图，稍作修改就可
作为自控(仪表〕专业工程设计图使用。
2 修订要点 《物位测量仪表管路连接图册》是《自控安装图册》（HG/T 21581-95 )中《物位测量仪表安装图册》的修 订版，本分册主要修订内容如下: 2.1 将物位测量仪表管路连接图分为推荐图和任选图 推荐图是在总结仪表安装设计经验基础上，从安装连接方式、安装材料选择规格上，对各种工况推出比较 合理、成熟、可靠的安装图。推荐图图号中加"T",如HK02-T107 任选图是从国情以及与国际接轨需要。提出的不常用的安装连接方式和安装材料规格，供设计人员按工程
项目需要选用的安装图。任选图图号加“R”，如HK02-R105 2装材料规格作出唯一性的规定，以便于设计人员选用，防止差错，也便于计 算机自动统计安装材料。提高设计效率。
2.3 压力等级确定为三档 推荐图部分公称压力等级采用PN63和PN160两档，任选图部分编制Class1500等级的高压管路连接图。公称
中华人民共和国行业标准
自控安装图册 INS.HOOK-UP
物位测量仪表管路安装图册 （HK02） 编制说明
页
标准号 STANDARD NO. 图册号 HOOK-UP NO. 安装图号 STALL NO. 图册页号 PAGE NO.
HG/T 21581-2010
HK02 HK02-002 第 sheet 1 页，共 1 of 第 1 页 共 4 页