第六章 物位测量
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测量仪表基础知识—物位测量
测量原理
浮子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，浮子在测量中 所受浮力为恒定值，故称为恒浮力法 如图所示，将浮子由绳索经滑轮与 容器外的平衡重物相连，利用浮子所受 重力和浮力之差与平衡重物的重力相平 衡，使浮子漂浮在液面上。则平衡关系 为：
W = F −G
测量仪表基础知识— 测量仪表基础知识—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。 物位是指存放在容器或工业设备中物质的高度或位置。 如液体介质液面的高低称为液位；液体—液体或液体 液体或液体—固体 如液体介质液面的高低称为液位；液体 液体或液体 固体 的分界面称为界位； 的分界面称为界位；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。 料位。液位、界位及料位的测量统称为物位测量。 测量液位、界位或料位的仪表称为物位计。根据测量对 测量液位、界位或料位的仪表称为物位计。 象的不同，可分为液位计、界位计及料位计。为了满足生产 象的不同，可分为液位计、界位计及料位计。 过程中各种不同条件或要求的物位测量，物位计的种类有很 过程中各种不同条件或要求的物位测量， 多，测量方法也各不相同，本章将对常用的物位测量方法及 测量方法也各不相同， 典型的物位计进行介绍。 典型的物位计进行介绍。
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测量仪表基础知识— 测量仪表基础知识—物位测量
测量原理
在这种转换方式中，绳索两端垂直长度l 1 和l 3 不等时绳重 以及滑轮的摩擦力会使平衡条件受到影响，因而引起读数的误 差。绳重引起的误差是有规律的，能够在刻度分度时予以修正。 摩擦力引起的误差最大，且与运动方向有关，无法修正，惟有 加大浮子的定位能力来减小其影响。浮子的定位能力是指浸没 浮子高度的变化量ΔH所引起的浮力变化量ΔF，而 ΔF=ρgAΔH，则得表达式为 ∆F ρgA∆H = ∆H ∆H 式中A 式中A为浮子的截面积，ρ为液体密度，g为重力加速 为液体密度，g 度。可见增加浮子的截面积能显著地增大定位能力，这是 减小摩擦阻力误差的最有效的途径。
浮子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，浮子在测量中 所受浮力为恒定值，故称为恒浮力法 如图所示，将浮子由绳索经滑轮与 容器外的平衡重物相连，利用浮子所受 重力和浮力之差与平衡重物的重力相平 衡，使浮子漂浮在液面上。则平衡关系 为：
W = F −G
测量仪表基础知识— 测量仪表基础知识—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。 物位是指存放在容器或工业设备中物质的高度或位置。 如液体介质液面的高低称为液位；液体—液体或液体 液体或液体—固体 如液体介质液面的高低称为液位；液体 液体或液体 固体 的分界面称为界位； 的分界面称为界位；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。 料位。液位、界位及料位的测量统称为物位测量。 测量液位、界位或料位的仪表称为物位计。根据测量对 测量液位、界位或料位的仪表称为物位计。 象的不同，可分为液位计、界位计及料位计。为了满足生产 象的不同，可分为液位计、界位计及料位计。 过程中各种不同条件或要求的物位测量，物位计的种类有很 过程中各种不同条件或要求的物位测量， 多，测量方法也各不相同，本章将对常用的物位测量方法及 测量方法也各不相同， 典型的物位计进行介绍。 典型的物位计进行介绍。
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测量仪表基础知识— 测量仪表基础知识—物位测量
测量原理
在这种转换方式中，绳索两端垂直长度l 1 和l 3 不等时绳重 以及滑轮的摩擦力会使平衡条件受到影响，因而引起读数的误 差。绳重引起的误差是有规律的，能够在刻度分度时予以修正。 摩擦力引起的误差最大，且与运动方向有关，无法修正，惟有 加大浮子的定位能力来减小其影响。浮子的定位能力是指浸没 浮子高度的变化量ΔH所引起的浮力变化量ΔF，而 ΔF=ρgAΔH，则得表达式为 ∆F ρgA∆H = ∆H ∆H 式中A 式中A为浮子的截面积，ρ为液体密度，g为重力加速 为液体密度，g 度。可见增加浮子的截面积能显著地增大定位能力，这是 减小摩擦阻力误差的最有效的途径。
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.
测量技术 物位检测
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。
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。
测量学第六章—物位测量
解：1）差压变化量只与测量液柱高度有关： Pmax 1gHmax 35.28kPa
2）根据国标规定的差压变送器的量程系列，选择量程为40kPa；
3）迁移量－B B (h2 h1)1g 37.24kPa
4）根据所选变送器，进行负迁移后，测量范围为-37.24～2.76kPa 5）液位测量范围根据实际选择的差压变送器的量程进行换算：
Hmax 40 3.0 / 35.28 3.4m
17
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6.2.4 量程调节
1）：正负迁移的实质是改变变送器的零点，即同时改变量 程的上、下限，而不改变量程的大小；
2）：正负迁移即通过改变零点使得输出曲线进行平移； 3）：量程调节则改变变送器的满度值，即改变输出曲线的
斜率。
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6.5 声学式物位检测
超声波物位计：基于压电效应和逆压电效应 固介式、气介式、液介式 超声波接收：压电效应——机械能转化电能 超声波发射：逆压电效应——电能转换机械能
超声波物位计换能器结构 压电片 壳体
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6.5 声学式物位检测
超声速物位计的校正与补偿 传播时间t——可精确测量 传播速度v——易受介质温度、成分变化影响
1 1 1 C1 C11 C12
C1
C11C12 C11 C12
1 3 R Ri C12 C11
C11
C12
C2
ε1
ε3
L
C1 C12
C C12 C2
24
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h
6.4 电气式物位测量
电容式
整理后得电容增量：
C
C12
C2
2 1L
ln Ri
2）根据国标规定的差压变送器的量程系列，选择量程为40kPa；
3）迁移量－B B (h2 h1)1g 37.24kPa
4）根据所选变送器，进行负迁移后，测量范围为-37.24～2.76kPa 5）液位测量范围根据实际选择的差压变送器的量程进行换算：
Hmax 40 3.0 / 35.28 3.4m
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6.2.4 量程调节
1）：正负迁移的实质是改变变送器的零点，即同时改变量 程的上、下限，而不改变量程的大小；
2）：正负迁移即通过改变零点使得输出曲线进行平移； 3）：量程调节则改变变送器的满度值，即改变输出曲线的
斜率。
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6.5 声学式物位检测
超声波物位计：基于压电效应和逆压电效应 固介式、气介式、液介式 超声波接收：压电效应——机械能转化电能 超声波发射：逆压电效应——电能转换机械能
超声波物位计换能器结构 压电片 壳体
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6.5 声学式物位检测
超声速物位计的校正与补偿 传播时间t——可精确测量 传播速度v——易受介质温度、成分变化影响
1 1 1 C1 C11 C12
C1
C11C12 C11 C12
1 3 R Ri C12 C11
C11
C12
C2
ε1
ε3
L
C1 C12
C C12 C2
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6.4 电气式物位测量
电容式
整理后得电容增量：
C
C12
C2
2 1L
ln Ri
第六章 物位测量
反射系数
I R z 2 cos z1 cos R0 z 2 cos z1 cos I0
2
、—入射角、反射角 声波垂直入射时， 0, 0
z1 , z 2 —两种介质的声阻抗
z 2 z1 R z 2 z1
第六章 物位测量
§6-1 概述 §6-2 静压式物位检测 §6-3 浮力式物位检测 §6-4 电气式物位检测 §6-5 声学式物位检测 §6-6 射线式物位检测
§6-1 概述
一、物位
液体介质液面的高低（液位）
容器中： 两种液体介质的分界面的高低（界面） 物位 固体、粒状物质的堆积高度（料位） 二、物位检测的主要方法 1. 静压式：利用静力学原理——液位检测 利用容器静止液内任一点所受静压力与高度的关系 2. 浮力式：利用浮力作用 浮球式 恒浮力法 （液位检测） 浮标式 浮筒式—变浮力法
∵
C
F
l
——介电常数
∴ C 0 w b h 0 a b.(a h) 0 ( w b h a b a a b h) h ——液面高 w ——液体相对介电常数 a ——空气相对介电常数 a 1 0 C [ab ( w 1)bh] 0 C0 ( w 1)b h C0 kh 当 w b 为常数时， k const 则 C f (h) 特点：结构简单，使用方便。 但测量线路复杂，易受干扰（电场、温、湿度）
(5 1) 950 9.8 37240 Pa 测量范围为： 37.24KPa ~ (40 37.24) 2.76KPa 对应： I 4mA 时， H 0 40 3.0 3.4m I 20mA , H 3528
物位测量PPT课件
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表3-5 物位仪表的分类和主要特征
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表3-5 物位仪表的分类和主要特征续
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第四节 物位检测及仪表
• 二、差压式液位变送器
1.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。
图3-37 差压液位变送器 原理图
4.2 常用物位检测仪表
• 即相当于在低压室增加了一个恒定的静压 • 由于它的存在，使得当 H =0 时， • △ p= -（ h2 - h1 ）p g • 此时变送器的输出必然小于 4mA ， • 当 H =Hmax 时，变送器的输出也达不到 20mA 。 • 为了使变送器输出与被测液位之间仍然保持无迁移情况的对应关系。就必须借助差压变送器的零点迁移功
9
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• （4）电磁式物位仪表 将电气式物位敏感元件置于被测介质中，当物位变化时其电气参数如电阻、电容等
也将改变，通过检测这些电量的变化可知物位。 • （5）辐射式物位仪表
辐射式物位仪表是根据被测物质对放射线的吸收、散射等特性而设计制造的。 • （6）声波式物位仪表 • （7）光学式物位仪表
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第四节 物位检测及仪表
3.用法兰式差压变送器测量液位
为了解决测量具有腐蚀性或含有结晶颗粒以及黏度大、 易凝固等液体液位时引压管线被腐蚀、被堵塞的问题，应使 用在导压管入口处加隔离膜盒的法兰式差压变送器，如下图 所示。
法兰式差压变送器 按其结构形式
➢ 单法兰式
➢ 双法兰式
图3-42 法兰式差压变送器测量液位示意图 1—法兰式测量头；2—毛细管；3—变送器
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表3-5 物位仪表的分类和主要特征
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表3-5 物位仪表的分类和主要特征续
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第四节 物位检测及仪表
• 二、差压式液位变送器
1.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。
图3-37 差压液位变送器 原理图
4.2 常用物位检测仪表
• 即相当于在低压室增加了一个恒定的静压 • 由于它的存在，使得当 H =0 时， • △ p= -（ h2 - h1 ）p g • 此时变送器的输出必然小于 4mA ， • 当 H =Hmax 时，变送器的输出也达不到 20mA 。 • 为了使变送器输出与被测液位之间仍然保持无迁移情况的对应关系。就必须借助差压变送器的零点迁移功
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• （4）电磁式物位仪表 将电气式物位敏感元件置于被测介质中，当物位变化时其电气参数如电阻、电容等
也将改变，通过检测这些电量的变化可知物位。 • （5）辐射式物位仪表
辐射式物位仪表是根据被测物质对放射线的吸收、散射等特性而设计制造的。 • （6）声波式物位仪表 • （7）光学式物位仪表
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第四节 物位检测及仪表
3.用法兰式差压变送器测量液位
为了解决测量具有腐蚀性或含有结晶颗粒以及黏度大、 易凝固等液体液位时引压管线被腐蚀、被堵塞的问题，应使 用在导压管入口处加隔离膜盒的法兰式差压变送器，如下图 所示。
法兰式差压变送器 按其结构形式
➢ 单法兰式
➢ 双法兰式
图3-42 法兰式差压变送器测量液位示意图 1—法兰式测量头；2—毛细管；3—变送器
建筑环境测试技术
2、转换和处理部分 根据感受部分和显示部分的需要，将感受元件 输出的信号转换成显示部分易于接收的信号。 对不同的测量系统，转换和处理一般有两种形 式： （1）非电量的转换：弹簧管压力计的测量。 （2）电量的转换与处理：热电阻配动圈仪表测 量温度。
计算机测量系统框图
如电阻器电阻温度系数的测量，已知电阻器阻 值Rt与温度t满足关系
Rt R20 (t 20) (t 20)2
可通过联立方程组求解温度系数。
2、按测量方式分类
1）偏差式测量法
在测量过程中，用仪器仪表指针的位移（偏差） 表示被测量大小的方法，称为偏差式测量法。由于 是从仪表刻度上直接读取被测量，包括大小和单位， 因此这种方法也叫直读法。
实验研究历来是科学研究的重要手段之一，也 是一种最基本的研究手段，即使在计算机仿真计 算盛行的今天仍不失其重要性。实验研究必然离 不开对被研究对象特性参数的测量。
在科学技术领域，许多新的发现和发明往往是 以测量技术的发展为基础；在生产活动中，新的 工艺和设备的产生也依赖于测量技术的发展水平； 可靠的测量技术对于生产过程自动化、设备的安 全及经济运行都是必不可少的先决条件。
一般来说，为了测量某一被测量的值，根据 测量的精度要求，将若干测量设备（包括测量仪 表、装置、元件及辅助设备等）按照一定的方式 连接起来，这种连接组合即构成了一种测量系统。
测量系统都是为一定的测量目的与要求而设 计的。因此，测量的目的与要求不同，所使用的 仪表也会有悬殊的差别。
就测量过程中测量系统各部分不同的作用看， 一般测量系统都可由四个部分组成。
第二节 测量仪表
一、测量仪表的类型 二、测量仪表的组成 三、测量仪表的主要性能指标
第二节 测量仪表
一、测量仪表的类型 1、模拟式测量仪表 对连续变化的被测物理量（模拟量）直接进行 连续测量、显示或记录的仪表。 2、数字式仪表 将被测的模拟量首先转化成数字量再对数字量 进行测量的仪表。
物位测量
（五）应用回声测距原理检测物位——声波式液位计
声波式物位仪表一般分为利用声波阻断原理和利用声波反射原理两类。声波阻 断式物位仪表在物位升高而阻断从发射换能器到接收换能器的声束时，接受换 能器接受到的声能会产生突变，并发出突变的开关信号；声波反射物位仪表是 根据声波从发射换能器到液面或料面，再从这一表面反射回到接收换能器的时 间间隔，来测出物位的。
声波式物位计 1-探头；2-容器；3-金属波导管；4-发射 换能器；5-接收换能器
（六）核辐射液位计
核辐射液位计是通过放射源发出射线，穿过被测物料后由探测器接收。当物位 改变时，由于被测物料的吸收剂量改变，而使探测器接受到的辐射强度改变， 再转换为电信号的变化，经放大后送给显示仪表连续显示物位。 放射形物位计是利用物位的高低对放射形同位素的射线吸收程度不同来测量物 位高低的，它的测量范围宽，可用于低温、高温、高压容器中的高粘度、高腐 蚀、易燃易爆介质物位的测量。 核辐射物位仪表的特点是：射线能穿透很厚的壁以实现不接触测量，因而可用 于高压、高温和有毒的密封容器的液位或料位测量，且不受周围电磁场、烟气 和灰尘等影响，但使用时须注意保护。
= -4*950*9.8=-37.24 kPa 变送器需要进行负迁移， 迁移量为－37.24 kPa
结论：
差压式液位变送器，事实上就是一个差压变送器，无非液位变送器的输出与液位高度H成线性关系
因此，差压式液位变送器的安装与前面所述的差压变送器的安装是完全相同的。
为了解决测量具有腐蚀性或含有结晶颗粒以及粘度大、易凝固等液体液位时，引压管线容易出现被腐蚀、 被堵塞的问题，应使用在导压管人口处加隔离膜盒的法兰式差压变送器（压力信号的远传装置），分单法 兰式及双法兰式两种。
基概念 物位-----指容器中两相介质分界面的高低
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P p0
P P P gh
• 抵消了容器上部压力变 化对测量的影响。
压差式远距离液位计多用于制冷 装置中低压贮液桶和中间冷却器 的液位检测。从图中可以看到， 气相均压管9从循环桶上部引出 气体压力p0,液相均压管10通过蒸 发室6接在循环桶底部，引出底 部压力p(蒸发室用来维持底部压 力)。这两个压力被分别引进液位 计的气压室2和液压室7。液位计 的基本结构是两根管套叠，内管 和外管之间为液压室，它的下部 与油室相通，上部与气压室隔离。 内管上端为气压室，下部与油室 相通。在油室内的油将液压室和 气压室分开。
远传系列液位显示报警仪
静压液位计
3、差压式液位计 当测量密闭容器的液位时，若可忽略液面上部气压 及气压波动对测量的影响，可直接采用压力计式液 位计；若不能忽略上述因素的影响，则应采用差压 式液位计进行测量，此时，容器底部受到的压力除 了与液位高度有关外，还与液面上的气体压力有关。
P p0 gh
C0 2 1 L D ln d
• R、r——外电极内径和内电极外径(m) • 当液面高度上升到H时，由于液体充入两电极之间，该 圆筒形电容器可视为液面上、下两部分电容的并联组 合。若设液体的介电常数为 2 ，则该并联组合的电容 量为C
2 1 ( L H ) 2 2 H C C1 1 2 2 1 ( L H ) 2 2 H CC2 C C R D ln R D ln ln ln r r
• 当导电介质黏性较大时，由于导电介质 作为电容器的一个极板，绝缘层被导电 介质沾染，相当于增加了一段虚假液位 高度，影响仪表的测量准确度。应尽量 使绝缘层表面光滑，选用不沾染被测介 质的绝缘材料。
电容式液位计及接线
二、 电阻式液位计
电阻式液位计既可进行定点液位控制，也 可进行连续测量。所谓定点控制是指液 位上升或下降到一定位置时引起电路的 接通或断开，引发报警器报警。它在燃 油锅炉的水位自动控制中广泛应用。电 阻式液位计的原理是基于液位变化引起 电极间电阻变化，由电阻变化反映液位 情况。
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
第三节 电气式物位检测
• 电气式物位检测是利用敏感元件直接把 物位变化转换成电量的变化，分电阻式、 电感式和电容式。
一、电容式液位计 利用液位高低变化影响电容器电容量大小 的原理进行测量。 电容式液位计的结构形式很多，有平极板 式、同心圆柱式等等 它的适用范围非常 广泛，对介质本身性质的要求不象其它方 法那样严格，对导电介质和非导电介质都 能测量，此外还能测量有倾斜晃动及高速 运动的容器的液位。不仅可作液位控制器。 还能用于连续测量。电容式液位计的这些 特点决定了它在液位测量中的重要地位。
1、浮子重锤液位计 液面上的浮子由绳索（钢 丝绳）经滑轮与被测液体 容器外的平衡重锤和指针 相连。随着液位的上升或 下降，浮子带动指针上下 移动，在标尺上指示出液 位的高度。平衡时有 G＝F＋W
2、浮子钢带液位计 目前大型储罐多使用 浮子钢带液位计， 它是浮子重锤液位 计的改进结果，原 理如图
3、浮顶罐 浮顶罐则是将罐顶做成 中空的大活塞，漂浮在油面 上，将油品与空气隔绝，有 效地防止了挥发。 浮顶罐的原理示意图如图。 罐壁成为敞开形式。浮顶内 有隔板，形成多个独立舱室， 以免个别舱室漏泄而沉没， 周围有柔性密封，整个浮顶 如同圆形船舶浮在油上，直 径往往几十米。这一巨大浮 子可用钢丝绳与重锤相连， 或利用浮子钢带液位计指示 传送液位信号。
1、无量程迁移 “无量程迁移”主要指以下两种情况： (1)对压力计式物位计，压力表与取压点 （零物位）处于同一水平位置。 (2)对差压式液位计，将差压变送器的正、 负压室分别与容器下部（零位）和上部 的气体取压口相连通。虽然负压室与气 体取压口不处于同一水平线上，但因为 气体密度较小，二者由于高度差而造成 的静压差也很小，可忽略不计。
玻璃管液面指示器4上端与气压 室相通，下端接油室。根据流 体静力学理论可知，气压室和 玻璃管液位指示器上端压力为 p0，液压室的压力即为循环桶 底部压力，其值p=p0+ρgh当循 环桶内液位发生变化，其底部 压力p也将发生变化，这一变化 的压力通过液相均压管传递到 液压室，使气压室和玻璃管油 位发生变化。液位指示计玻璃 管内的高度取决于液压室和气 压室压差的大小，即取决于桶 内液面的高度h。
2 L C ln D d
•导电介质：一根电极作为电容器的内电极，一般用紫
铜或不锈钢，外套聚四氟乙烯塑料管或涂搪瓷作为绝缘层， 而导电液体和容器壁构成电容器的外电极。 如果圆筒形电极间的一部分被介电常数为ε2的液体所浸没， 被浸没的电极长度为H，此时的电容量为：
C C1 C 2 22 L ) H 2 H H 1 ( L ( H 2) 2 2 1 C C1 C 2 R R ln R ln R ln ln r r
H h x
mg Agh C ( x0 x)
mg Agh C ( x0 x)
一般 h x 即 H h 从而被测液位H可表示比。 弹簧的顶端连接有一铁芯，铁 芯随着弹簧的位移在差动变压 器内上下移动输出位移信号。
• 这样导管内的气压几乎与液位 静压相等，因此由压力表指示 的压力值即可反映出液位高度 H。当液位高度上升或下降时， 液位静压也随之上升或下降， 致使从导管排出的气体量也随 着减小或增加。调节阀门使气 泡量恢复原状，即调节气泡管 压力与液体静压力平衡，从压 力表的读数即可随时指示出液 位的高低变化。
2．正迁移：变送器位置低于液面基准面。
P g ( H h)
正迁移量为 gh
H=0,△P=ρgh
3．负量程迁移 （1)对压力计式物位计，由于现场条件的限制， 压力表比容器底（零物位）高h； (2)为了防止容器内液体和气体进入变送器的取 压室造成管线堵塞或腐蚀，以及保持负压室的 液柱高度恒定，在变送器正、负压室与取压点 之间分别装有隔离罐，并充以隔离液。
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。
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。
第六章 物位测量
物位是指物料相对于某一基准的位置，是液 位、料位和相界面的总称。
• (1)液位。储存在各种容器中的液体液面的相 对高度或自然界的江、河、湖、海以及水库 中液体表面的相对高度。 • (2)料位。容器、堆场、仓库等所储存的固体 颗粒、粉料等的相对高度或表面位置。 • (3)相界面位置。同一容器中储存的两种密度 不同且互不相溶的介质之间的分界面位置。 通常指液一液相界面、液一固相界面。 • 物位的测量即是指以上三种位置的测量， 其结果常用绝对长度单位或百分数表示。测 量固体料位的仪表称为料位计，测量液位的 仪表称为液位计，测量相界面位置的仪表称 界面计。
1、检测原理 在液位的连续测量中，多用同心圆柱 式电容器，如右图所示。同心圆柱式电 容器的电容量： 式中： D、d——外电极内径和内电极外径(m) ε- 极板间介质介电常数(F/m)； L -极板相互重叠的长度(m)。 液位变化引起等效介电常数变化， 从而使电容器的电容量变化，这就是电 容式液位计的检测原理。
d
d
2 1 L 2 ( 2 1 ) H D D ln ln d d
C 0 C
• 测量导电液体的电容液位传感器如图所示。它只由 一根带绝缘套管的电极组成。测量时，将其竖直放 入被测液体中，由于液体是导电的，若容器也是导 电金属制成的，那么容器和液体就可视为电容的外 电极，插入的金属电极作为内电极，绝缘套管为中 间介质，三者组成圆筒形电容器。若设中间绝缘介 质介电常数为ε，电极被导电液体浸没的高度为H， 则该电容器的电容可近似为
1．压力式液位计：
P B gh
p P B gh p h g
2．法兰式压力液位计： 压力计式液位计的使用范围较广， 但要求被测液体必须洁净，且黏度 不能太高，以免阻塞导压管。当测 量液体有沉淀、易结晶或黏度较大 时，应选用法兰式压力液位计，如 图。测量时，将变送器上的法兰与 容器上的法兰直接连接，变送器的 敏感元件(金属膜片、膜盒等)在法兰 处将被测介质与导压填充液(一般为 沸点高，膨胀系数小，凝固点低的 液体硅油)隔开，被测液体的压力经 隔离膜传给填充液，然后传给变送 器测量室。
※量程迁移：
• 无论是压力计式物位计还是差压式液位计都要 求取压口（零物位）与压力（或差压）测量仪 表的入口在同一水平高度，否则会产生附加静 压误差。但是，在实际安装时，不一定能满足 这个要求。如地下储槽，为了读数和维护的方 便，压力表不能安装在所谓零物位的地方；采 用法兰式差压变送器时，由于从膜盒至变送器 的毛细管充以硅油，无论差压变送器在什么高 度，一般均会产生附加静压。在这种情况下， 可通过计算进行校正，更多的是对压力计物位 计或差压式液位计进行零点调整，使它在只受 附加静压（或静压差）时输出为0，这种方法称 为“量程迁移”。
P P P gh
• 抵消了容器上部压力变 化对测量的影响。
压差式远距离液位计多用于制冷 装置中低压贮液桶和中间冷却器 的液位检测。从图中可以看到， 气相均压管9从循环桶上部引出 气体压力p0,液相均压管10通过蒸 发室6接在循环桶底部，引出底 部压力p(蒸发室用来维持底部压 力)。这两个压力被分别引进液位 计的气压室2和液压室7。液位计 的基本结构是两根管套叠，内管 和外管之间为液压室，它的下部 与油室相通，上部与气压室隔离。 内管上端为气压室，下部与油室 相通。在油室内的油将液压室和 气压室分开。
远传系列液位显示报警仪
静压液位计
3、差压式液位计 当测量密闭容器的液位时，若可忽略液面上部气压 及气压波动对测量的影响，可直接采用压力计式液 位计；若不能忽略上述因素的影响，则应采用差压 式液位计进行测量，此时，容器底部受到的压力除 了与液位高度有关外，还与液面上的气体压力有关。
P p0 gh
C0 2 1 L D ln d
• R、r——外电极内径和内电极外径(m) • 当液面高度上升到H时，由于液体充入两电极之间，该 圆筒形电容器可视为液面上、下两部分电容的并联组 合。若设液体的介电常数为 2 ，则该并联组合的电容 量为C
2 1 ( L H ) 2 2 H C C1 1 2 2 1 ( L H ) 2 2 H CC2 C C R D ln R D ln ln ln r r
• 当导电介质黏性较大时，由于导电介质 作为电容器的一个极板，绝缘层被导电 介质沾染，相当于增加了一段虚假液位 高度，影响仪表的测量准确度。应尽量 使绝缘层表面光滑，选用不沾染被测介 质的绝缘材料。
电容式液位计及接线
二、 电阻式液位计
电阻式液位计既可进行定点液位控制，也 可进行连续测量。所谓定点控制是指液 位上升或下降到一定位置时引起电路的 接通或断开，引发报警器报警。它在燃 油锅炉的水位自动控制中广泛应用。电 阻式液位计的原理是基于液位变化引起 电极间电阻变化，由电阻变化反映液位 情况。
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
第三节 电气式物位检测
• 电气式物位检测是利用敏感元件直接把 物位变化转换成电量的变化，分电阻式、 电感式和电容式。
一、电容式液位计 利用液位高低变化影响电容器电容量大小 的原理进行测量。 电容式液位计的结构形式很多，有平极板 式、同心圆柱式等等 它的适用范围非常 广泛，对介质本身性质的要求不象其它方 法那样严格，对导电介质和非导电介质都 能测量，此外还能测量有倾斜晃动及高速 运动的容器的液位。不仅可作液位控制器。 还能用于连续测量。电容式液位计的这些 特点决定了它在液位测量中的重要地位。
1、浮子重锤液位计 液面上的浮子由绳索（钢 丝绳）经滑轮与被测液体 容器外的平衡重锤和指针 相连。随着液位的上升或 下降，浮子带动指针上下 移动，在标尺上指示出液 位的高度。平衡时有 G＝F＋W
2、浮子钢带液位计 目前大型储罐多使用 浮子钢带液位计， 它是浮子重锤液位 计的改进结果，原 理如图
3、浮顶罐 浮顶罐则是将罐顶做成 中空的大活塞，漂浮在油面 上，将油品与空气隔绝，有 效地防止了挥发。 浮顶罐的原理示意图如图。 罐壁成为敞开形式。浮顶内 有隔板，形成多个独立舱室， 以免个别舱室漏泄而沉没， 周围有柔性密封，整个浮顶 如同圆形船舶浮在油上，直 径往往几十米。这一巨大浮 子可用钢丝绳与重锤相连， 或利用浮子钢带液位计指示 传送液位信号。
1、无量程迁移 “无量程迁移”主要指以下两种情况： (1)对压力计式物位计，压力表与取压点 （零物位）处于同一水平位置。 (2)对差压式液位计，将差压变送器的正、 负压室分别与容器下部（零位）和上部 的气体取压口相连通。虽然负压室与气 体取压口不处于同一水平线上，但因为 气体密度较小，二者由于高度差而造成 的静压差也很小，可忽略不计。
玻璃管液面指示器4上端与气压 室相通，下端接油室。根据流 体静力学理论可知，气压室和 玻璃管液位指示器上端压力为 p0，液压室的压力即为循环桶 底部压力，其值p=p0+ρgh当循 环桶内液位发生变化，其底部 压力p也将发生变化，这一变化 的压力通过液相均压管传递到 液压室，使气压室和玻璃管油 位发生变化。液位指示计玻璃 管内的高度取决于液压室和气 压室压差的大小，即取决于桶 内液面的高度h。
2 L C ln D d
•导电介质：一根电极作为电容器的内电极，一般用紫
铜或不锈钢，外套聚四氟乙烯塑料管或涂搪瓷作为绝缘层， 而导电液体和容器壁构成电容器的外电极。 如果圆筒形电极间的一部分被介电常数为ε2的液体所浸没， 被浸没的电极长度为H，此时的电容量为：
C C1 C 2 22 L ) H 2 H H 1 ( L ( H 2) 2 2 1 C C1 C 2 R R ln R ln R ln ln r r
H h x
mg Agh C ( x0 x)
mg Agh C ( x0 x)
一般 h x 即 H h 从而被测液位H可表示比。 弹簧的顶端连接有一铁芯，铁 芯随着弹簧的位移在差动变压 器内上下移动输出位移信号。
• 这样导管内的气压几乎与液位 静压相等，因此由压力表指示 的压力值即可反映出液位高度 H。当液位高度上升或下降时， 液位静压也随之上升或下降， 致使从导管排出的气体量也随 着减小或增加。调节阀门使气 泡量恢复原状，即调节气泡管 压力与液体静压力平衡，从压 力表的读数即可随时指示出液 位的高低变化。
2．正迁移：变送器位置低于液面基准面。
P g ( H h)
正迁移量为 gh
H=0,△P=ρgh
3．负量程迁移 （1)对压力计式物位计，由于现场条件的限制， 压力表比容器底（零物位）高h； (2)为了防止容器内液体和气体进入变送器的取 压室造成管线堵塞或腐蚀，以及保持负压室的 液柱高度恒定，在变送器正、负压室与取压点 之间分别装有隔离罐，并充以隔离液。
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。
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。
第六章 物位测量
物位是指物料相对于某一基准的位置，是液 位、料位和相界面的总称。
• (1)液位。储存在各种容器中的液体液面的相 对高度或自然界的江、河、湖、海以及水库 中液体表面的相对高度。 • (2)料位。容器、堆场、仓库等所储存的固体 颗粒、粉料等的相对高度或表面位置。 • (3)相界面位置。同一容器中储存的两种密度 不同且互不相溶的介质之间的分界面位置。 通常指液一液相界面、液一固相界面。 • 物位的测量即是指以上三种位置的测量， 其结果常用绝对长度单位或百分数表示。测 量固体料位的仪表称为料位计，测量液位的 仪表称为液位计，测量相界面位置的仪表称 界面计。
1、检测原理 在液位的连续测量中，多用同心圆柱 式电容器，如右图所示。同心圆柱式电 容器的电容量： 式中： D、d——外电极内径和内电极外径(m) ε- 极板间介质介电常数(F/m)； L -极板相互重叠的长度(m)。 液位变化引起等效介电常数变化， 从而使电容器的电容量变化，这就是电 容式液位计的检测原理。
d
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2 1 L 2 ( 2 1 ) H D D ln ln d d
C 0 C
• 测量导电液体的电容液位传感器如图所示。它只由 一根带绝缘套管的电极组成。测量时，将其竖直放 入被测液体中，由于液体是导电的，若容器也是导 电金属制成的，那么容器和液体就可视为电容的外 电极，插入的金属电极作为内电极，绝缘套管为中 间介质，三者组成圆筒形电容器。若设中间绝缘介 质介电常数为ε，电极被导电液体浸没的高度为H， 则该电容器的电容可近似为
1．压力式液位计：
P B gh
p P B gh p h g
2．法兰式压力液位计： 压力计式液位计的使用范围较广， 但要求被测液体必须洁净，且黏度 不能太高，以免阻塞导压管。当测 量液体有沉淀、易结晶或黏度较大 时，应选用法兰式压力液位计，如 图。测量时，将变送器上的法兰与 容器上的法兰直接连接，变送器的 敏感元件(金属膜片、膜盒等)在法兰 处将被测介质与导压填充液(一般为 沸点高，膨胀系数小，凝固点低的 液体硅油)隔开，被测液体的压力经 隔离膜传给填充液，然后传给变送 器测量室。
※量程迁移：
• 无论是压力计式物位计还是差压式液位计都要 求取压口（零物位）与压力（或差压）测量仪 表的入口在同一水平高度，否则会产生附加静 压误差。但是，在实际安装时，不一定能满足 这个要求。如地下储槽，为了读数和维护的方 便，压力表不能安装在所谓零物位的地方；采 用法兰式差压变送器时，由于从膜盒至变送器 的毛细管充以硅油，无论差压变送器在什么高 度，一般均会产生附加静压。在这种情况下， 可通过计算进行校正，更多的是对压力计物位 计或差压式液位计进行零点调整，使它在只受 附加静压（或静压差）时输出为0，这种方法称 为“量程迁移”。