物位仪表检测原理物位仪表测量方法
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讲述物位测量仪表的种类及其原理与特点
讲述物位测量仪表的种类及其原理与特点本文由提供物位测量仪表是测量液态和粉粒状材料的液面和装载高度的工业自动化仪表。
测量块状、颗粒状和粉料等固体物料堆积高度，或表面位置的仪表称为料位计；测量罐、塔和槽等容器内液体高度，或液面位置的仪表称为液位计，又称液面计；测量容器中两种互不溶解液体或固体与液体相界面位置的仪表称为相界面计。
物位测量仪表的种类很多，常用的有直读式液位计、差压式物位仪表、浮力式液位计、电容式物位仪表、声波式物位仪表和核辐射物位仪表。
此外，还有电触点式、翻板式和机械叶轮探测式等物位测量仪表。
直读式液位计是将指示液位用的玻璃管或特制的玻璃板接于被测容器，根据连通管原理，从玻璃管或玻璃板上的刻度读出液位的高度。
直读式液位计结构简单、直观，但只能就地读数，不能远传。
差压式物位仪表是假定物料的重度为恒定值，容器中液体或固体物料堆积的高度与它在某测试点所产生的压力成正比，因而可用测压的方法来测量物位。
测量压力可用压力表、压力传感器和压力变送器等。
浮力式液位计是根据液位变化时，漂浮在液体表面的浮子随之同步移动的原理工作的。
这一移动距离通过机构传出或变成气信号或电信号，即可测出液位；也可将浮筒的一部分浸入液体中，并使之不能自由漂浮，则其所受的浮力将随液位或相界面位置而变化，测出此浮力变化即可测出液位。
将浮筒所受浮力变化，经联杆和扭管传到变送器霍耳元件，并变换成相应的电信号输出，那么经过仪表就可显示或调节相界面。
电容式物位仪表的工作原理是把物位的变化，变换成相应电容量的变化，测量此电容量的变化从而得到物位变化的。
电容式物位仪表用于测量导电、非导电液体或固体物料的液位、料位或相界面位置，可供连续测量和定点监控之用。
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。
chap03 物位测量及变送
kh k ' F浮 ( C gA )
4）精度0.5～1.0级，可测液位、界位。
二、变浮力式液位计
二、变浮力式液位计
思考： 1）当被测介质密度增大时，输出是偏大还是偏小？ 2）筒壁有挂料时，输出是偏大还是偏小？ 3）浮筒物位计校验：灌液法和挂重法
灌液法 以水代替被测介质进行校验，输出信号和水的
通常浮子重量为265g； 当液位静止时，测量浮子处 于被测液体的表面，测量浮子 的底部通常浸入液面1 ~2mm， 所排开液体质量为15g。 此时浮子受到液体的15g浮 力，钢丝上受力表现为265g－ 15g＝250g。
伺服液位计
一、恒浮力式物位计
1、浮子式液位计
2）伺服式物位计
当液位下降时，浮子所受浮力减 小，钢丝上拉力增加； 拉力的改变传达至力传感器上， 当电路检测到力传感器的称重变化， 驱动伺服电机带动测量鼓逆时针转动； 伺服电机以0.05mm的步幅放下钢 丝，计数器记录了伺服电机的转动步 数，并自动地计算出浮子的位移量， 即液位的变化量。 当液位上升时，这个过程相反。
第三章 物位测量及变送
第一节 概述 第二节 浮力式物位计 第三节 差压式物位计 第四节 其它物位计 小结
物位测量及变送
基本概念
测量类型
浮力式物位计
伺服式 钢带式
恒浮力 浮子式 浮球式
磁翻转
物位仪表分类 变浮力 浮筒式
第二节 浮力式物位计
一、恒浮力式物位计 二、变浮力式物位计
一、恒浮力式物位计
P H ' g P0
P hg H' g
ρ’
H
h = Hmin=0
Pmin H ' g
I <4mA
4）精度0.5～1.0级，可测液位、界位。
二、变浮力式液位计
二、变浮力式液位计
思考： 1）当被测介质密度增大时，输出是偏大还是偏小？ 2）筒壁有挂料时，输出是偏大还是偏小？ 3）浮筒物位计校验：灌液法和挂重法
灌液法 以水代替被测介质进行校验，输出信号和水的
通常浮子重量为265g； 当液位静止时，测量浮子处 于被测液体的表面，测量浮子 的底部通常浸入液面1 ~2mm， 所排开液体质量为15g。 此时浮子受到液体的15g浮 力，钢丝上受力表现为265g－ 15g＝250g。
伺服液位计
一、恒浮力式物位计
1、浮子式液位计
2）伺服式物位计
当液位下降时，浮子所受浮力减 小，钢丝上拉力增加； 拉力的改变传达至力传感器上， 当电路检测到力传感器的称重变化， 驱动伺服电机带动测量鼓逆时针转动； 伺服电机以0.05mm的步幅放下钢 丝，计数器记录了伺服电机的转动步 数，并自动地计算出浮子的位移量， 即液位的变化量。 当液位上升时，这个过程相反。
第三章 物位测量及变送
第一节 概述 第二节 浮力式物位计 第三节 差压式物位计 第四节 其它物位计 小结
物位测量及变送
基本概念
测量类型
浮力式物位计
伺服式 钢带式
恒浮力 浮子式 浮球式
磁翻转
物位仪表分类 变浮力 浮筒式
第二节 浮力式物位计
一、恒浮力式物位计 二、变浮力式物位计
一、恒浮力式物位计
P H ' g P0
P hg H' g
ρ’
H
h = Hmin=0
Pmin H ' g
I <4mA
气体动力(化工)专业知识15- 物位测量仪表的原理及连接方式的认知
通过测定超声波从发射出去到发射回来的时间久能确定液面的高度；一般采用电 激励使压电换能器发出声波，从液面反射回来的声脉冲经压电换能器转换为电脉 冲，用计时电路测定超声波在液体中的来回经过的时间，根据超声波在液体中的 传播速度即可算出液面高度。
·利用超声物位仪表进行测量的优点是检测元 件不与被测液体接触，因为适合于强腐蚀性、 高压、有毒、高粘度液体液位的测量； ·连接方式多为法兰式安装；
划
4.3、电感式：
·原理：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；
划
5、超声式物位仪表 ·原理：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
划
2、浮力式物位仪表 ·原理：利用液面上的浮子或沉浸在液体中的浮筒受到浮力作用而工作。这
类仪表仪表分为两种： √在测量过程中浮力维持不变，如浮球液位计、浮标液位计、工作时浮标随
液面高低变化，通过杠杆或钢丝绳等机构将浮标位移传递出去、再经电位器、数 码盘等转换为模拟或数字信号；
√是在测量过程中浮力发生变化，如浮筒式液位计，液位改变时浮筒在液位 内浸没的程度不同，所受的浮力也不同，将浮力的变化量转换成差动变压器铁芯 的位移，就可输出相应的电信号，供指示、记录、报警和调节之用，也可远距离 传送。
·连接方式：主要为顶装法兰连接、侧装法兰连接；
划
·浮力式物位仪表
划
·浮力式磁致伸缩液位计表利用液体的静态压力测量液位。液位底部压力与容器内
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的液位，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，消除液面上的压力影响，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
·利用超声物位仪表进行测量的优点是检测元 件不与被测液体接触，因为适合于强腐蚀性、 高压、有毒、高粘度液体液位的测量； ·连接方式多为法兰式安装；
划
4.3、电感式：
·原理：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；
划
5、超声式物位仪表 ·原理：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
划
2、浮力式物位仪表 ·原理：利用液面上的浮子或沉浸在液体中的浮筒受到浮力作用而工作。这
类仪表仪表分为两种： √在测量过程中浮力维持不变，如浮球液位计、浮标液位计、工作时浮标随
液面高低变化，通过杠杆或钢丝绳等机构将浮标位移传递出去、再经电位器、数 码盘等转换为模拟或数字信号；
√是在测量过程中浮力发生变化，如浮筒式液位计，液位改变时浮筒在液位 内浸没的程度不同，所受的浮力也不同，将浮力的变化量转换成差动变压器铁芯 的位移，就可输出相应的电信号，供指示、记录、报警和调节之用，也可远距离 传送。
·连接方式：主要为顶装法兰连接、侧装法兰连接；
划
·浮力式物位仪表
划
·浮力式磁致伸缩液位计表利用液体的静态压力测量液位。液位底部压力与容器内
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的液位，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，消除液面上的压力影响，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
化工仪表自动化 【第三章】物位检测及仪表(液位计、料位计、界面计)讲解
（3）对容器内介质物位的上下限位置报警；
（4）监视/调节容器中出入物料的平衡。
物位测量的绝对值
物位测量的相对值
3.4 物位检测及仪表 2.按工作原理划分的物位仪表类型
（1）直读式——利用连通器原理工作 ；
3.4 物位检测及仪表
（2）差压式——利用液柱或物料堆积对某定点产生 压力的原理工作；
3.4 物位检测及仪表
3.4 物位检测及仪表
某仪表的测量范围为0—5000Pa，无迁移时，当压差 由0变化到5000Pa时，变送器的输出将由4mA变化到20mA。 如图3-40中曲线a所示。
I0/mA
当有迁移时，假定固定压差为 2000Pa，那么当H＝0时，根据前 式有： ΔP＝－(h2－h1)ρ0g
即ΔP＝－2000Pa，这时变送器 输出应为0.02MPa，H为最大时， ΔP＝5000－2000＝3000Pa，这 时变送器输出应为0.1MPa，如图 3-40中的曲线b所示。
3.4 物位检测及仪表
帕斯卡用一个密闭的装满水的桶 ，在桶盖上插入一根细长的管子 ，从楼房的阳台上向细管子里灌 水。结果只用了一杯水，就把桶 压裂了，桶里的水就从裂缝中流 了出来。
帕斯卡“桶裂”实验很好地证 明了液体压强与液体的深度有关 ,而与液体的重力无关。
3.4 物位检测及仪表
当测量敞口容器的液位如下图所示，差压变 送器的负压通大气即可，这时作用在正压室的压 力就是液位高度所产生的静压力Hρg。
3.4 物位检测及仪表
当测量受压容器的液位如下图所示，将差压 变送器的负压室与容器的气相空间相连，以平衡 气相压力的静压作用。
ΔP＝P气＋Hρg－P气＝Hρg 差压的大小同样代表了液位高度的大小。
3.4 物位检测及仪表
物位计的工作原理和应用
物位计的工作原理和应用1. 什么是物位计？物位计，也称为液位计或位移传感器，是一种用于测量容器内液体或固体物料的高度或位置的设备。
它可以帮助工程师和操作人员实时监测物料的位置，以便进行及时的控制和管理。
2. 物位计的工作原理物位计的工作原理基本上分为两种类型：直接测量和间接测量。
2.1 直接测量直接测量物位计通过物料的压力、重力或电容等特性来测量物料的高度。
以下是几种常见的直接测量方法：•压力式物位计：压力式物位计利用液体或物料的压力来测量物料的高度。
它通过将管道或容器中的压力转换成与物料高度相关的电信号来实现测量。
常见的压力式物位计包括差压式物位计和绝对压力式物位计。
•重力式物位计：重力式物位计利用重力的作用来测量物料的高度。
它使用浮子或塞子等浮力装置，根据物料高度的变化来测量液位。
•电容式物位计：电容式物位计利用物料和容器之间的电容变化来测量物料的高度。
它通过将电容与液位高度之间的关系转换为电信号来实现测量。
2.2 间接测量间接测量物位计通过测量物料对某种物理特性的反射或传播来推断物料的高度。
以下是几种常见的间接测量方法：•超声波物位计：超声波物位计利用超声波在物料和容器之间传播的时间来测量物料的高度。
它通过发送超声波脉冲并测量超声波返回的时间来计算物料的高度。
超声波物位计适用于非接触式测量，并且适用于各种液体和固体物料。
•雷达物位计：雷达物位计与超声波物位计类似，但它使用雷达信号而不是超声波信号来进行测量。
雷达物位计适用于长距离的测量，而且可以在恶劣的环境条件下进行工作。
3. 物位计的应用领域物位计广泛应用于各种工业领域中，提供了对液体和固体物料的实时监测和控制。
以下是几个常见的物位计应用领域：•石油和天然气行业：在石油和天然气行业中，物位计被用于测量油罐、储罐和管道中的油位和液位，以确保正常的生产和储存过程。
•水处理厂：物位计被广泛应用于水处理厂中，用于监测水箱、沉淀池和污水处理设施的液位，以确保水的质量和供应的稳定性。
差压式物位计1原理1
四、 射线式物位检测
由于射线的可穿透性，它们常被用于情况 特殊或环境条件恶劣的场合实现各种参数的 非接触式检测，如位移，材料的厚度及成分， 流体密度，流量，物位等。物位检测是其中 一个典型的应用示例。
1、检测原理1、检测原理
当射线射入一定厚度的介质时，部分能量 被介质所吸收，所穿透的射线强度随着所通过 的介质厚度增加而减弱，它的变化规律为：
气体吸收最强而衰减最大，液体次之,固体吸 收最小而衰减最小。声波在介质中传播时衰 减的程度还与声波的频率有关，频率越高， 衰减也越大。因此超声波比其他声波在传播 时的衰减更明显。 (2) 声波传播时的方向性随声波的频率的升 高而变强，发射的声速也越尖锐，超声波可 近似为直线传播，具有很好的方向性。
(3) 当声波从一种介质(3向) 另一种介质传播时，
图3-42 应用活动校正具检测液位原理图
四、 射线式物位检测
放射性同位素在蜕变过程中会放射出α、β、 γ三种射线。α射线是从放射性同位素原子核中放 射出来的，它由两个质子和两个中子所组成（即实 际上是氦原子核），带有正电荷，它的电离本领最 强，但穿透能力最弱。β射线是电子流，电离本领 比α射线弱，而穿透能力较α射线强。γ射线是一 种从原子核中发出的电磁波，它的波长较短，不带 电荷，它在物质中的穿透能力比α和β射线都强， 但电离本领最弱。
图3-34 正迁移测量安装图
（2）、正迁移
当仪表安装高度与容器最低液位不在同一水平位
置时，如图3-34所示，这时正负压室的压力差为：
正压室： p Hg h1g pw pA
负压室： p pw
正、负室压差为：
p p p Hg h1g
(3-24)
式中，h1—差压计正压室到液位起点处的垂直高度。
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：
3.6 物位的检测(li)
ρ1=ρ2，则h1=h2
二、浮力式物位仪表
分：恒浮力（浮子）和变浮力（沉筒）
1 恒浮力式液位计：
原理：当浮标受力平衡时，浮标可以随液 面稳定： W F G
式中 W——浮标的重力； F——浮标所受的浮力； G——平衡重物的重力。
液位上升时，其上浮力F增加，W F G ，浮标向上移动。直达到 新的力平衡，反之亦然。因而实现了浮标对液位的跟踪。通过同步移 动 的平衡锤便可以指示出液位的高度。 特点：简单直观，测量精度低。 误差原因：滑轮摩擦，钢丝绳热胀冷缩。
5.测量固体颗粒料位
通常采用一根金属电极棒与金属容器壁构成电容器的两电
极。传感器电容量：
2 ( 0 ) CX h ln D0 / d
ε 为固体物料的介电常数；D0为容器的内径。
测量非导电固体颗 粒料位原理
电容式物位计的特点
无可动部件，与物料密度无关 需要考虑温度对介电常数的变化的影响 物料（特别是粉料）由于含水量的不同、以及物料的混 合比例、密度、导电性等都极大地影响它的介电常数， 导致物位计不能正常工作。并且如果在物位计的绝缘子 上滞留粉料会导致物位计失灵，因此不适合测量粉料。 物位对电容器的电容量变化值很小，往往只是几微法至 几百微法，易受干扰影响，电容测量比较困难
1
这说明，如果不对该液位计进行调整，它能检测的界面范围仅为 0～128.6mm，变送器输出与界面之间的关系如曲线2所示
浮筒式液位计
为使该液面计能在界面0～300mm范 围内进行检测，应对它进行重新标定。 300 设界面为0时，由于液体1对浮筒产生 H 的浮力相当于水的液位为 H 0 时的浮 力，则 300 820Ag 1000H0 Ag
2．按传感器与被测介质是否接触分类
常见物位检测仪表PPT
刘玉长
1-内电极；2-绝缘套 管；3-容器
由图可知当液位由零变化到H时，电容传感
器的电容变化量CX为
CX
CH
C0
2π H
ln(D / d )
2π0 (L H ) 2π0L
ln(D0 / d ) ln(D0 / d )
2π( 0 ) H
ln(D / d )
2π H SH
ln(D / d )
电容式料位计原理 (a)金属料仓； (b)水泥料仓 1-内电极;2-金属容器壁电极; 3-钢丝绳内电极;4-钢筋;5-绝缘体
刘玉长
三、射频导纳电容物位计
射频导纳电容物位计是上世纪90年代发展 起来的，是电容物位计的换代产品，它是由检测 与变送两部分组成，检测部分由探头作为电容器 的一极，容器壁(或辅助电极)构成电容传感器。
刘玉长
Байду номын сангаас
四 超声波液位计
超声波液位计是利用回声测距原理工作的， 与前述雷达物位计有许多相似之处。
根据超声波传播介质的不同，超声波液位 计分为液介式、气介式和固介式三种。
(a)液介式 (b) 气介式 (c) 固介式
刘玉长 1-换能器；2-容器；3- 金属波导棒
超声波物位计特点
超声波物位计是不接触测量法，避免了被 测介质的种种干扰和影响，适用于有毒、腐蚀性 强、粘度高等介质的液位测量或报警。
法兰测头是一不锈钢膜 盒，膜盒内充以硅油，用毛 细管引到差压变送器的测量 刘室玉。长
法兰式差变测量液位
1-平法兰接头，2-毛细管， 3-差变，4-插入法兰接头
二 电容式物位计
一、检测原理
圆筒形电容器的电容量 C为：
C=2πεL/ln(D/d)=kL
化工测量与仪表--物位检测
某差压变送器的测量范 围为0～5000Pa，当压差 由0变化到5000Pa时，变 送器的输出将由4mA变化 到20mA，这是无迁移的情 况，如左图中曲线a所示。 负迁移如曲线b所示，正迁 移如曲线c所示。
一般型号后面加“A”的为正 迁移；加“B”的为负迁移。
第二节 差压式液位计
三、用法兰式差压变送器测量液位
第二节 差压式液位计
迁移弹簧的作用 改变变送器的零点。
迁移和调零 都是使变送器输出的起始值与被测量起始 点相对应，只不过零点调整量通常较小，而零点迁移 量则比较大。
迁移 同时改变了测量范围的上、下限，相当于测量 范围的平移，它不改变量程的大小。
第二节 差压式液位计
举例
图4-3 正负迁移示意图
图4-4 正迁移示意图
液位仪表基础知识和故障处理
内容提要
基本概念 物位检测的意义及主要类型
压差式液位计 其他物位计
基本概念
“物位”统指设备和容器中液体或固体物料的表面位置。 对应不同性质的物料又有以下的定义： 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储存的块状、颗粒或固体物料的 堆积高度。 界位指相界面位置。容器中两种互不相溶的液体，因其重 度不同而形成分界面，为液-液相界面；容器中互不相溶 的液体和固体之间的分界面，为液-固之间的相界面。液液、液-固相界面的位置简称界面。 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，称为物位检测仪表。
15 3 22.5MPa
2
若选择测量范围为0～25MPa、准确度等级为0.5级,这 时允许的最大绝对误差为
20 0.5% 0.125MPa
由于变送器的测量范围为0～25MPa，输出信号范围 为0～10mA,故压力为12MPa时,输出电流信号为
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测量原理 根据超声波从发射到接收反射回波的时间间隔大小与被测介 质高度成比例关系的原理，实现液位测量的。
根据传声介质的不同可以分为：液介式、气介式、固介式三种。 测量时由置于容器底部的超声波探头向液面与气体的分界
面发射超声波，经过时间t后，便可接收到从界面反射回
来的回波信号。
1 H vt 2
V----超声波在液体中的传播速度
物位检测方法及仪表
物 位 检 测 方 法
应用浮力原理检测物位 应用静压原理检测物位 应用超声波反射检测物位
物位检测方法及仪表
应用浮力原理检测物位 测量原理
利用漂浮于液面上的浮标或浸没于液体中的浮筒对 液位进行测量的。当液位变化时，前者产生相应的 位移，而所受到的浮力维持不变，后者则发生浮力 的变化。因此，只要检测出浮标的位移或浮筒所受 到的浮力的变化，就可以知道液位的高低。
H ----从探头至界面的距离（被测介质物位高度） T ----超声波从探头发射至液面反射回来的时间
物位检测方法及仪表
超声波物位计
超声波物位计由超声波发射、接收器（探头）及显示仪表组成。
超声波物位计原理框图
超声波物位计的原理 物位计以微处理机8031单片机为核心，进 行超声波的发射、接收控制和数据处理，具有声速温度补偿功能 及自动增益控制功能。
物位检测方法及仪表
正迁移
变送器的安装位置与容器的最低液位（H=0） 不在同一水平位置
正、负压室的压力分别为
P P气 Hg h1 g
P P气
正、负压室的压差为
P P P Hg h1 g
当被测液位H=0时，ΔP=h1ρg >0，从而使变送器在H=0时输出电流 大于4 mA；H=Hmax时，输出电流大于20 mA。
物位检测方法及仪表
负迁移
差压变送器的正、负压室的压力分别为
P P气 H1 g h1 2 g P P气 h2 2 g
正、负压室的压差为
P P P H1 g (h2 h1 ) 2 g
ΔP=Hρg 当被测液位H=0时，ΔP=-（h2-h1）ρ2g<0，使变送器在H=0 时输出电流小于4 mA；H=Hmax时，输出电流小于20 mA
物位检测方法及仪表
应用静压原理检测物位
I0(mA)
20
4 -2000
0 2000 3000 5000 7000
ΔP (Pa)
（a）无迁移
（b）Байду номын сангаас迁移
（c）正迁移
某压力变送器的测量范围：0~5000Pa， 固定差压 (h2 h1 ) 2 g =2000Pa
物位检测方法及仪表
应用超声波反射检测物位
恒浮力法液位测量示意图
物位检测方法及仪表
应用静压原理检测物位
通过液柱静压的方法对液位进行测量的。 敞口容器：多用直接测量容器底部压力的方法。 如图所示，测压仪表通过导压管与容器底部相 连，由测压仪表的压力指示值，便可推知液位 的高度 。 其关系为 P Hg
压力表测量液位原理
式中
P—测压仪表指示值 H—液位的高度ρ—液体的密度g—重力加速度
密闭容器：测量容器底部压力，除与液面高度有关外，还与液面上部 介 质压力有关，其关系为
式中
PB PA Hg
PA、PB——分别是液面上部介质压力和液面以下H深度的液体压力。
P PB PA Hg
物位检测方法及仪表
差压变送器测量液位时的零点迁移问题（重点） 安装位置条件不同存在着仪表零点迁移问题 无迁移
特征：差压变送器的正压室取压口正好 与容器的最低液位（Hmin=0）处于同一 水平位置。作用于变送器正、负压室的 差压ΔP与液位高度H的关系为ΔP=Hρg。 当H =0时，正负压室的差压ΔP=0，变送 器输出信号为4mA 当H= Hmax时，差压ΔPmax=ρgHmax， 变送器的输出信号为20 mA，
物位检测方法与仪表
本 章 主 要 内 容
物位检测方法
应用浮力原理检测物位 应用静压原理检测物位 应用超声波反射检测物位
物位检测仪表
超声波物位计
物位检测方法及仪表
物位的基本概念
物位-----指容器中的液体介质的液位、固体的料位或颗粒 物的料位和两种不同液体介质分界面的总称 液位――容器中的液体介质的高低 料位――容器中固体或颗粒状物质的堆积高度 物位检测的作用 ①确定容器中的贮料数量，以保证连续生产的需要或进行经济核算； ②为了监视或控制容器的物位，使它保持在规定的范围内； ③对它的上下极限位置进行报警，以保证生产安全、正常进行。
物位检测方法及仪表
根据传声介质的不同可以分为：液介式、气介式、固介式三种。 测量时由置于容器底部的超声波探头向液面与气体的分界
面发射超声波，经过时间t后，便可接收到从界面反射回
来的回波信号。
1 H vt 2
V----超声波在液体中的传播速度
物位检测方法及仪表
物 位 检 测 方 法
应用浮力原理检测物位 应用静压原理检测物位 应用超声波反射检测物位
物位检测方法及仪表
应用浮力原理检测物位 测量原理
利用漂浮于液面上的浮标或浸没于液体中的浮筒对 液位进行测量的。当液位变化时，前者产生相应的 位移，而所受到的浮力维持不变，后者则发生浮力 的变化。因此，只要检测出浮标的位移或浮筒所受 到的浮力的变化，就可以知道液位的高低。
H ----从探头至界面的距离（被测介质物位高度） T ----超声波从探头发射至液面反射回来的时间
物位检测方法及仪表
超声波物位计
超声波物位计由超声波发射、接收器（探头）及显示仪表组成。
超声波物位计原理框图
超声波物位计的原理 物位计以微处理机8031单片机为核心，进 行超声波的发射、接收控制和数据处理，具有声速温度补偿功能 及自动增益控制功能。
物位检测方法及仪表
正迁移
变送器的安装位置与容器的最低液位（H=0） 不在同一水平位置
正、负压室的压力分别为
P P气 Hg h1 g
P P气
正、负压室的压差为
P P P Hg h1 g
当被测液位H=0时，ΔP=h1ρg >0，从而使变送器在H=0时输出电流 大于4 mA；H=Hmax时，输出电流大于20 mA。
物位检测方法及仪表
负迁移
差压变送器的正、负压室的压力分别为
P P气 H1 g h1 2 g P P气 h2 2 g
正、负压室的压差为
P P P H1 g (h2 h1 ) 2 g
ΔP=Hρg 当被测液位H=0时，ΔP=-（h2-h1）ρ2g<0，使变送器在H=0 时输出电流小于4 mA；H=Hmax时，输出电流小于20 mA
物位检测方法及仪表
应用静压原理检测物位
I0(mA)
20
4 -2000
0 2000 3000 5000 7000
ΔP (Pa)
（a）无迁移
（b）Байду номын сангаас迁移
（c）正迁移
某压力变送器的测量范围：0~5000Pa， 固定差压 (h2 h1 ) 2 g =2000Pa
物位检测方法及仪表
应用超声波反射检测物位
恒浮力法液位测量示意图
物位检测方法及仪表
应用静压原理检测物位
通过液柱静压的方法对液位进行测量的。 敞口容器：多用直接测量容器底部压力的方法。 如图所示，测压仪表通过导压管与容器底部相 连，由测压仪表的压力指示值，便可推知液位 的高度 。 其关系为 P Hg
压力表测量液位原理
式中
P—测压仪表指示值 H—液位的高度ρ—液体的密度g—重力加速度
密闭容器：测量容器底部压力，除与液面高度有关外，还与液面上部 介 质压力有关，其关系为
式中
PB PA Hg
PA、PB——分别是液面上部介质压力和液面以下H深度的液体压力。
P PB PA Hg
物位检测方法及仪表
差压变送器测量液位时的零点迁移问题（重点） 安装位置条件不同存在着仪表零点迁移问题 无迁移
特征：差压变送器的正压室取压口正好 与容器的最低液位（Hmin=0）处于同一 水平位置。作用于变送器正、负压室的 差压ΔP与液位高度H的关系为ΔP=Hρg。 当H =0时，正负压室的差压ΔP=0，变送 器输出信号为4mA 当H= Hmax时，差压ΔPmax=ρgHmax， 变送器的输出信号为20 mA，
物位检测方法与仪表
本 章 主 要 内 容
物位检测方法
应用浮力原理检测物位 应用静压原理检测物位 应用超声波反射检测物位
物位检测仪表
超声波物位计
物位检测方法及仪表
物位的基本概念
物位-----指容器中的液体介质的液位、固体的料位或颗粒 物的料位和两种不同液体介质分界面的总称 液位――容器中的液体介质的高低 料位――容器中固体或颗粒状物质的堆积高度 物位检测的作用 ①确定容器中的贮料数量，以保证连续生产的需要或进行经济核算； ②为了监视或控制容器的物位，使它保持在规定的范围内； ③对它的上下极限位置进行报警，以保证生产安全、正常进行。
物位检测方法及仪表