物位的测量
常见的物位检测方法及物位计
常见的物位检测方法及物位计物位检测是指对容器、槽、管道等储存、输送物料的装置进行物位测量的技术方案。
物位检测在工业生产中具有重要的应用价值，可以用于液体、粉体、颗粒体的物位监测。
下面介绍几种常见的物位检测方法及物位计。
1.浮子式物位计：浮子式物位计是利用浮子浮沉的原理来测量液位的高低。
它的工作原理是根据浮子在浮物中的浮力变化来判断物位的高低。
当液位变化时，浮子也会随之上下浮动，通过连杆装置将浮子的位置变化转化为指示装置的运动，从而获得物位信息。
2.压力式物位计：压力式物位计利用液体的压力变化来测量物位的高低。
当液体位于容器中时，液体的重力作用会产生一定的压力，通过测量液体对容器底部的压力，从而得到物位的高度。
压力式物位计通常使用差压变送器来测量液体压力的变化。
3.毛细管测量法：毛细管测量法是利用毛细管现象来测量液体的高度。
当一根细长的管子插入液体中时，液体会上升到管子内部，管内液体的高度与液体的物位高度成正比。
通过测量管内液体的高度，可以得到物位的高低。
4.电容式物位计：电容式物位计利用液体与电介质之间的电容变化来测量物位的高低。
当液体的高度发生变化时，液体与电容传感器之间的电容也会发生变化，通过测量电容的差异，可以获得物位的高度。
5.超声波物位计：超声波物位计是利用超声波的传播速度和回波时间来测量物位的高度。
超声波发送器将超声波信号发射到液体表面，当超声波信号碰到液面时会发生反射，接收器接收到反射的超声波信号后，利用信号的传播时间来计算物位的高度。
6.雷达物位计：雷达物位计是利用雷达波的传播时间来测量物位的高度。
雷达物位计向液体表面发射雷达波信号，当雷达波信号碰到液面时会反射回来，接收器接收到反射的雷达波信号后，利用信号的传播时间来计算物位的高度。
以上是常见的几种物位检测方法及物位计。
每种方法都有其适用的场景和优缺点，选择适合的物位检测方法需要综合考虑物料的性质、储存容器的结构、工艺要求等因素。
常见的物位检测方法及物位计
常见的物位检测方法及物位计物位检测是工业生产过程中的重要环节，常见的物位检测方法有浮球式物位计、压阻式物位计、超声波物位计和雷达物位计等。
下面将详细介绍这些物位检测方法及其优缺点。
1.浮球式物位计：通过浮球的浮沉来判断液位高低。
当液位上升时，浮球也随之上浮；当液位下降时，浮球也随之下沉。
利用浮球与导热系统相连，可以输出液位信号。
优点是结构简单、价格低廉、可靠性高；缺点是输出信号精度较低。
2.压阻式物位计：通过测量压阻的变化来判断物位高低。
物位计感应电极会与液位接触，电阻值随液位的改变而改变；通过测量电阻值的变化，可以获得液位信号。
优点是适用于多种液体、测量范围广；缺点是对液体介电常数要求较高。
3.超声波物位计：利用超声波的传播速度差来测量物位高低。
物位计发射超声波，当超声波遇到液体时，一部分声波被液体吸收，一部分声波被液体反射回来。
通过测量超声波的往返时间，可以计算出物位高度。
优点是测量范围广，无需直接接触液体；缺点是易受温度、压力等因素的影响。
4.雷达物位计：利用雷达波的反射来测量物位高低。
物位计发射雷达波，当雷达波遇到液体时，一部分波被液体吸收，一部分波被液体反射回来。
通过测量反射波的时间和强度，可以计算出物位高度。
优点是适用于多种液体，具有较高的测量精度；缺点是价格相对较高。
在实际应用中，物位计也根据其工作原理和适用范围的不同，分为电容式物位计、电阻式物位计、频率式物位计和微波式物位计等。
这些物位计具有各自的特点和应用场景。
总之，在工业生产过程中，物位检测是一项非常重要的技术，通过选择适合的物位检测方法和物位计，可以确保生产过程的安全和稳定。
根据具体需求，选择合适的物位检测方法和物位计对于提高生产效率、降低成本具有重要意义。
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
零点迁移的方法是，另加＋ ( h2- h1)2g 信号，抵
消－( h2- h1)2g的影响。使：H =0 时， Δp =0
迁移前 ∆p 迁移后 ∆p
0 20 I/mA
H 0 20 H
I/mA
4
∆p
4
∆p
这种迁移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。
这种迁移是向负方向迁移了一个固定压差值， 故称之为负迁移。
插入式法兰
平法兰
ρ
汽
ρ
ρ
液
冷
差压式物位检测例题
4、如图所示，通过双室平衡容器来测量锅炉汽包水位。已知P1＝ 3.82 MPa ,ρ汽＝19.7 kg/m3,ρ液＝800.4 kg/m3，ρ冷＝915.8 kg/m3， h1＝0.6 m ，h2=1.5 m，求差压变送器的量程及迁移量。 解：差压液位计的量程ΔP ΔP＝ h1（ρ液－ρ汽）g ＝0.6（800.4-19.7）×9.807 ＝4593.8 Pa 当液位最低时，差压液位计的正、负压室的受力为 P+＝P1+ h1ρ汽g+ h2ρ水g ＝3.82×106+0.6×19.6×9.807+ h2ρ水g＝3820115.3+ h2ρ水g P-＝P1+ h1ρ冷g+ h2ρ水g ＝3.82×106+0.6×915.8×9.807+ h2ρ水g ＝3825388.8+ h2ρ水g 于是迁移量P＝P+－P-＝-5273.5 Pa 因P+＜P-，故为负迁移。 仪表的测量范围为-5273.5～-679.7 Pa（-5273.5+4593.8）
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
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。
物位检测工作原理和方法
物位检测工作原理和方法物位检测是指通过一定的原理和方法，准确测量和确定容器、槽、管道等储存装置中物料的高度或液位，以监控和控制物料的运输、存储和生产过程。
它在工业生产和过程控制中起到了至关重要的作用。
本文将介绍物位检测的工作原理和常用方法。
一、物位检测的工作原理物位检测的工作原理主要包括以下几种：1. 压力原理：此原理适用于液体或气体的物位检测。
通过测量容器底部或其他位置的压力变化来判断物料的高度。
当物料的高度增加时，底部的压力也会相应增加。
基于这个原理，常见的物位检测方法包括差压法、浮子法和静压法。
2. 音频原理：此原理适用于散装物料的物位检测。
通过发送超声波或雷达信号，并测量信号的反射时间来计算物料的高度。
超声波或雷达信号在物料与容器间反射，其往返时间与物料的高度成正比。
这种物位检测方法在实时性和准确性方面具有优势。
3. 电容原理：此原理适用于液体和散装物料的物位检测。
利用物料和容器之间的电容变化来测量物料的高度。
当物料的高度增加时，其与容器壁之间的电容值也会相应增加。
4. 微波原理：此原理适用于液体和散装物料的物位检测。
通过发射微波信号，测量其传播时间和相位变化，从而确定物料的高度。
微波信号在物料和容器之间传播，并被物料吸收、反射或透射。
根据信号的变化，可以准确测量物位。
二、物位检测的常用方法根据不同的工作原理，物位检测的常用方法主要有以下几种：1. 差压法：通过测量容器底部与顶部或容器内外的压力差，来确定物料的物位。
差压法适用于液体和气体的物位检测。
它的优点是测量范围广，且不受物料性质的影响。
2. 浮子法：利用浮子的上浮或下沉来判断物料的高度。
浮子通常与指示器相连，通过浮子的运动来显示物料的物位。
浮子法适用于液体的物位检测，特别是在恶劣的工作环境下，如高温、高压等。
3. 静压法：通过测量容器底部的静水压力，来判断和计算物料的高度。
静压法适用于液体的物位检测，其优点是测量范围广，且不受物料性质的影响。
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。
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5.3 浮力式液位计
工作原理：基于液体浮力原理而工作的。 浮力式液位计分为浮子式和浮筒式液位计两种。 优点：不容易受到外界环境的影响；浮子或浮筒 直接受浮力推动，比较直观、可靠，结构简单、维修 方便等。 缺点：由于具有可动部件，故容易受摩擦而影响 它的灵敏度和增大误差，而且可动部件易被污垢、锈 蚀卡死而影响可靠性。另外，由于浮筒或浮子要垂直 或横伸于容器中，故所占空间较大。
5.3.1 浮子式液位计
① 基本原理：
设园柱形浮子外径为D 浮子浸入液体高度为d
液体密度为 浮子所受浮力为：F D2 hg
4
理想情况下，浮子浸入液体的高度h是不变的，将来液位变化 时，浮子随液位上、下移动，通过滑轮使悬锤上、下移动，指 示液位高低。
1、浮子式液位计：是一种恒浮力式液位计。 ① 基本原理：
通过测量漂浮于被测液面上的浮子（浮 标）随着液面的变化而上下移动而产生的位 移来检测液位高低，其所受浮力的大小一定。 即检测浮子所在位置可知液面高低。
浮子形状常见有圆盘形、圆柱形和球形等。下面以圆柱形为例 来作分析。如图：
浮子通过滑轮和绳带与平衡重锤连接，绳带的拉力与浮子的重 量及浮力相平衡，以维持浮子处于平衡状态而漂在液面上，平衡 重锤位置即反映浮子的位置，从而测知液位。
优点：结构简单、价格便宜， 一般用在温度及压力不太高的场合 就地指示液位的高低。
缺点：不能测量深色或粘稠的介质的液位，另 外玻璃易碎，且信号不能远传和自动记录。
玻璃液位计按照结构可以分为玻璃管式和玻 璃板式液位计两种。
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5.2 直读式液位计
当用玻璃液位计进行精确测量时应注意： 应使容器和仪器中的介质具有相同的温度，以免因密度 不同而引起示值误差。 玻璃液位计管径不宜太小，以免因毛细现象而引起示值 误差。 应尽量减小连通管上的流动阻力，以减小液位快速变化 时产生的动态误差。 为了改善仪表的动态性能，也不能把连通管上的阀门省 掉。当玻璃管或玻璃板一旦发生损坏时，可利用连通管上 的阀门进行切断，以免事故扩大。
一、定义：
物位:储物在容器中的积存高度。即液位、料位和界位的位置 统称为物位。
液位 液体介质表面高低 液位计 料位 固体物料的堆积高度 料位计 检测 界位 不同液体的界面位置 界面计
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，称物位检测仪表。
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5.1.2物位测量的工艺特点和主要问题
1.液位测量的工艺特点
液面是一个规则的表面，但当物料流进、流 出时，会有波浪，或者在生产过程中出现沸腾 或起泡沫的现象。 大型容器中常会出现液体各处温度、密度和粘 度等物理量不均匀的现象。 容器中常会有高温、高压，或液体粘度很大， 或含有大量杂质、悬浮物等。
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5.1.2物位测量的工艺特点和主要问题
2.料位测量的工艺特点
物料自然堆积时，有堆积倾斜角，因此料面是不平的, 难以确定料位高度。
物料进出时，又存在着滞留区（由于容器结构而使不 易流动的死角处，叫做滞留区），影响到物位最低位置 的测准。
储仓或料斗中，物料内部可能存在大的孔隙，或粉料 之中存在小的间隙，前者影响对物料储量的计算，而后 者则在振动或压力、湿度变化时物位也随之变化。
3.界位测量中最常见的问题是界面位置不明显，
浑浊段的存在也影响测准。
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5.1.3 物位测量仪表的分类
物位测量仪表的种类很多，而且还在不断发 展。按其工作原理可归纳为以下几种：
直读式物位测量仪表、浮力式物位测量仪表、 静压式物位测量仪表、电磁式物位测量仪表、 电容式物位测量仪表、超声波式物位测量仪表 核辐射式物位测量仪表等。 此外，还有声学式、称重式、重锤式、旋翼式 等。
浮子所受浮力为：F D2 hg
4
但由于液体的黏性、传动系统的摩擦等 因素，液位变化△H只有达到一定的值时（即 浮子浸入液体深度h变化到一定值时△h ）， 造成浮力发生△F的变化时，浮子才会动作， 才可能带动悬锤指示变化。这表明了液位计存在不灵敏区。
（2）杠杆浮球式液位计
杠杆浮球式液位计分为内浮式和外浮式。使用时若有沉 淀物或凝结物附在浮球上，要重新调整平衡锤的位置，校正 零位。这类仪表变化灵活，容易适应介质的温度、压力、粘 度等条件。但受机械杠杆长度的限制，测量范围较小。
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5.3 浮力式液位计
5.3.1 浮子式液位计
重点：各种浮子式液位计的特点、原理、结构和使用。 难点：各种浮子式液位计的使用。
5.3.2 浮筒式液位计
重点：各种浮筒式液位计的特点、原理和结构。 难点：浮筒式液位计的校验。
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5.3.1 浮子式液位计
1、浮子式液位计：是一种恒浮力式液位计。 （1）钢丝绳（或钢带）式浮子液位计 ① 基本原理：
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5.1 概述
5.1.1 物位测量的一般概念
重点：物位测量的基本概念。
5.1.2物位测量的工艺特点和主要问题
重点：液位测量的工艺特点。 难点：料位测量的工艺特点。
5.1.3 物位测量仪表的分类
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5.1.1物位测量的一般概念
物位检测是对设备和容器中物料储量多少的度量。物位检 测为保证生产过程的正常运行，如调节物料平衡、掌握物料消 耗数量、确定产品产量等提供可靠依据。在现代工业生产自动 化过程监测中物位检测占有重要的地位。
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5.2 直读式液位计
直读式液位计是一种简单而常用的液位测量仪 表。其中最简单的就是直接用直尺插入介质中来 测量液位，另外就是用玻璃液位计进行测量。
重点：玻璃液位计的原理、结构、特点。 难点：玻璃液位计的分类，以及使用注意事项。液位计的工作原理：按照 连通器液柱静压平衡的原理工作的 。
5第 章 物位的测量
本章介绍了物位的基本概念，以及物位测量 的特点，详细分析了一些典型物位计的工作原理， 介绍了它们的优缺点、应用场合及使用的注意事项。
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教学目录：
5.1 概述 5.2 直读式液位计 5.3 浮力式液位计 5.4 静压式液位计 5.5 电容式物位计
5.6 电阻式液位计 5.7 超声波式物位计 5.8 导波雷达物位计