第一章 第五節(jié) 物位檢測

5物位檢測概述物位：料位、液位和分界面的統(tǒng)稱。

物位檢測的作用①確定容器中的貯料數(shù)量，以保證連續(xù)生產(chǎn)的需要或進(jìn)行經(jīng)濟(jì)核算；②為了監(jiān)視或控制容器的物位，使它保持在規(guī)定的范圍內(nèi)；③對它的上下極限位置進(jìn)行報警，以保證生產(chǎn)安全、正常進(jìn)行。物位幾個概念：在容器中液體介質(zhì)的高低叫液位。容器中固體或顆粒狀物質(zhì)的堆積高度叫料位。測量液位的儀表叫液位計，測量料位的儀表叫料位計。測量兩種密度不同液體介質(zhì)的分界面的儀表叫界面計。在物位檢測中，有時需要對物位進(jìn)行連續(xù)檢測，有時只需要測量物位是否達(dá)到某一特定位置，用于定點物位測量的儀表稱為物位開關(guān)。5.1浮力式液位計

浮力式液位計是基于物體在液體中受浮力作用的原理工作的。浮子漂浮在液面上或半浸在液體中隨液面上下波動而升降，浮子所在處就是液體的液位。前者是浮子法，后者是浮力法，是應(yīng)用最廣的液位計。浮力式液位計分類：恒浮力式液位計：維持浮力不變的液位計。（浮子、浮標(biāo)式。）變浮力式液位計：檢測過程中浮力發(fā)生變化。（沉筒式液位計）浮子式液位計

浮子式液位計是一種維持力不變的即恒浮力式液位計。它是在液體中放置一個浮子，也稱浮標(biāo)，可隨液面變化而自由浮動。浮子隨液面的升降，通過繩索和滑輪帶動指針，便指示出液位數(shù)值。如果把滑輪的轉(zhuǎn)角和繩索的位移，經(jīng)過機械傳動后轉(zhuǎn)化為電阻或電感等變化，就可以進(jìn)行液位的遠(yuǎn)傳、指示記錄液位值。浮力式液位計

1-浮子；2-磁鐵；3-鐵心；4-導(dǎo)輪；5-非導(dǎo)磁管；6-浮球；7-連桿；8-轉(zhuǎn)動軸；9-重錘；10-杠桿(a)浮子式(敞口容器)(b)浮子式(密閉容器)(c)浮球式沉筒式液位計

浮子改成浮筒，將它半浸于液體之中，當(dāng)液面變化時，浮筒被液體浸沒的體積隨著變化而受到不同的浮力，通過測量浮力的變化可以測量液位。1-浮筒，2-杠桿，3-扭力管，4-芯軸，5-推桿，6-霍爾位移轉(zhuǎn)換器5.2差壓式液位計測量原理：利用容器內(nèi)液位變化時，由液柱高度產(chǎn)生的靜壓也相應(yīng)變化的原理工作的，用差壓計測得的差壓與液位高度成正比，常用來測量敞口容器和密封容器的液位。特點：檢測元件在容器中幾乎不占空間，只需在容器壁上開一個或兩個孔即可。檢測元件只有一兩根導(dǎo)壓管，結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，便于操作維護(hù)，工作可靠。采用法蘭式差壓變送器可以解決高黏度、易凝固、易結(jié)晶、具有腐蝕性、含有懸浮介質(zhì)的液體液位測量問題5.2.1敞口容器的液位檢測如圖所示，差壓變送器兩端差壓ΔP為：

ΔP=(h+h1+h2)ρg=hρg+Z0(Z0>0

)顯然可由差壓信號得到液位。但為使變送器輸出信號(這里是4-20mA)正好對應(yīng)液位(0-H)，要進(jìn)行零點正遷移。為什么要進(jìn)行零點遷移的實例說明

設(shè)前頁圖中H=0.5m，h1+h2=0.2m，則根據(jù)H選DDZ-III差變量程為0～4.905kPa(0.5×9.81)，而Z0=1.962kPa。若不遷移，則當(dāng)h=H時，ΔP=6.867kPa，I0＞20mA，已超出差變正常使用范圍。需采取措施解決此問題：方法一：另選大量程差壓變送器，缺點：會降低測量精度。方法二：進(jìn)行零點遷移。將變送器的零點正向遷移到Z0=1.962kPa的位置，遷移后，下、上限變?yōu)?.962kPa和6.867kPa，但量程不變，仍為4.905kPa，輸出仍是4～20mA。顯然進(jìn)行零點遷移方法為最佳方案。

特性曲線平移而曲線斜率不變稱為零點遷移。分為零點正遷移（Z0>0）、零點負(fù)遷移（Z0<0）兩種類型。其實質(zhì)是改變上下限，而不改變量程的大小。不同的變送器，實現(xiàn)零點遷移方法不一樣。如機械式差壓變送器，通過調(diào)零彈簧實現(xiàn)；而現(xiàn)在智能型差壓變送器，可通過外部手持終端直接輸入數(shù)字即可實現(xiàn)。a無遷移b負(fù)遷移c正遷移5.2.2特殊介質(zhì)液體液位測量

某些特殊液體，如腐蝕性、含固體顆粒、易結(jié)晶、易沉淀或粘度大等液體的液位測量，不能采用普通差壓變送器而只能采用法蘭式差壓變送器，否則容易造成堵塞或差變損壞。法蘭測頭是一不銹鋼膜盒，膜盒內(nèi)充以硅油，用毛細(xì)管引到差壓變送器的測量室。法蘭式差變測量液位1-平法蘭接頭，2-毛細(xì)管，3-差變，4-插入法蘭接頭使用差壓計測量液位時，注意兩個問題：遇到含有雜質(zhì)、結(jié)晶、凝聚或自聚的被測介質(zhì)，用普通的差壓變送器肯能引起連接管線的堵塞，此時需要法蘭式差壓變送器。當(dāng)差壓變送器與容器之間安裝隔離罐時，需要進(jìn)行零點轉(zhuǎn)移。5.3電容式物位計檢測原理

圓筒形電容器的電容量C為：可見當(dāng)將電容傳感器插入被測介質(zhì)中，電極浸入介質(zhì)中的深度隨物位高低而變化，電極間介質(zhì)的升降，必然改變兩極板間的電容量，從而可以測出物位。圓筒形電容器1-內(nèi)電極；2-外電極5.3.2電容物位傳感器1.導(dǎo)電液體用電容傳感器水、酸、堿、鹽及各種水溶液等導(dǎo)電液體電容液位傳感器一般用直徑為d的不銹鋼或紫銅棒做電極，外套聚四氟乙烯塑料絕緣管或涂以搪瓷絕緣，如圖。電容傳感器插在直徑為D0容器內(nèi)的液體中，通過檢測傳感器電容變化量即可知液位的高低。導(dǎo)電液體液位測量1-內(nèi)電極；2-絕緣套管；3-容器2.非導(dǎo)電液體用電容傳感器

由圖可知當(dāng)液位由零變化到H時，電容傳感器的電容變化量CX為：式中ε為絕緣套管或陶瓷涂層的介電系數(shù)；ε0’為絕緣套管和空氣共同組成電容的等效介電系數(shù)；S為傳感器靈敏度系數(shù)。3.粉末物料用電容傳感器在測量粉粒狀非