自動檢測技術(shù)與儀表控制系統(tǒng)物位檢測

自動檢測技術(shù)與儀表控制系統(tǒng)物位檢測2024/3/25自動檢測技術(shù)與儀表控制系統(tǒng)物位檢測主要內(nèi)容物位的定義及物位檢測儀表的分類常用的物位檢測儀表—靜壓式、浮力式和電容式、超聲波式、核輻射式影響物位檢測的因素—液位測量的特點、料位測量的特點、界位測量的特點自動檢測技術(shù)與儀表控制系統(tǒng)物位檢測7.1.物位檢測的定義及物位檢測儀表的分類一、物位的定義1.

物位指設(shè)備和容器中液體或固體物料表面位置。對應(yīng)不同性質(zhì)的物料又有以下定義：液位指設(shè)備和容器中液體介質(zhì)表面的高低料位指設(shè)備和容器中所儲存的塊狀、顆粒狀或粉末狀固體物料的堆積高度。界位指相界面位置。(液-液、液-固)分界面不夠清楚，有渾濁段物位是液位、料位、界位的總稱。2.物位檢測儀表對物位進行測量、指示和控制的儀表，稱物位檢測儀表。自動檢測技術(shù)與儀表控制系統(tǒng)物位檢測二、物位檢測儀表的分類被測對象、檢測條件或環(huán)境各不相同，故方法很多，以滿足不同的需要按測量方式：連續(xù)測量和定點測量（物位開關(guān)）按工作原理：直讀式采用側(cè)壁開窗口或旁通管方式，直接顯示容器中的物位高度。主要用于液位檢測和壓力較低的場合靜壓式基于靜力學(xué)原理液位，有壓力式、吹氣式和差壓式浮力式基于阿基米德定律液位，有浮筒式和浮子式液位計機械式通過機械力測量有重錘式、音叉式電氣式通過敏感元件其他方法如聲學(xué)式、射線式、光纖式等自動檢測技術(shù)與儀表控制系統(tǒng)物位檢測7.2.常用物位檢測儀表一、直讀式液位檢測儀表測量原理基于連通器原理而實現(xiàn)液位的測量結(jié)構(gòu)如圖，有不同的形式連通閥，用于切斷玻璃液位計與容器的特點最簡單、經(jīng)濟自動檢測技術(shù)與儀表控制系統(tǒng)物位檢測二、靜壓式液位檢測儀表

工作原理是把物位的測量轉(zhuǎn)換為壓力或壓差的測量，特點是使物位測量簡單、無可動部件、工作可靠、壓力表精度高。測量原理如圖7-1所示。 B點為選定的零液位。則從液面至零液位處的差壓 式中ρ為被測介質(zhì)密度；g為重力加速度。 靜壓式儀表有多種形式：自動檢測技術(shù)與儀表控制系統(tǒng)物位檢測1.壓力、差壓式液位計

凡是可以測壓力和差壓的儀表，選擇合適的量程均可用于檢測液位。壓力式液位計用于敞口容器中液位的測量差壓式液位計用于密閉容器中液位的測量自動檢測技術(shù)與儀表控制系統(tǒng)物位檢測壓力信號的引出用引壓管方式，如圖7-3所示。金屬感壓膜在法蘭中，與測量室間用充滿硅油的帶保護套的毛細管相連。有腐蝕性、結(jié)晶顆粒或黏度大、易凝固的介質(zhì)用。自動檢測技術(shù)與儀表控制系統(tǒng)物位檢測讀數(shù)的修正由于測壓儀表的安裝位置一般不能和被測容器的最低液位處在同一高度上，因此在測量液位時，儀表的量程范圍內(nèi)會有一個不變的附加值。對于這種情況，要根據(jù)安裝高度進行讀數(shù)的修正。 圖(a)中的情況，差壓計安裝在最低液面以下，這時加在差壓計兩側(cè)的差壓為： 這種附加差壓可以調(diào)整儀表的零點來消除，即當(dāng)差壓計有hρg的差壓作用時，其指示值調(diào)為零。這種零點遷移稱為正遷移。自動檢測技術(shù)與儀表控制系統(tǒng)物位檢測

圖(b)所示的系統(tǒng)為帶有隔離介質(zhì)的測量系統(tǒng)。此時加在差壓計兩側(cè)的差壓為：

這種情況下的遷移量為負值，稱為負遷移。自動檢測技術(shù)與儀表控制系統(tǒng)物位檢測2.吹氣式液位計原理如圖7-5所示把一根導(dǎo)管插入敞開容器的下部，空氣經(jīng)節(jié)流元件和壓力計后由導(dǎo)管下部敞開逸出。當(dāng)空氣從導(dǎo)管下端以氣泡形式流出時，管內(nèi)壓力與管口處的靜壓力相等，因此壓力計指示值即可反映液位高度。當(dāng)液位上升或下降時，管口處靜壓力變化，導(dǎo)致管口氣體的流出量變化，因此管內(nèi)壓力變化?？捎糜诟g性較強或沉淀嚴重的液體。特點：可將壓力檢測點移至頂部，其使用和維修均很方便。很適合于地下儲罐、深井等場合。精度影響：取決于測壓儀表的精度，以及液體的溫度對其密度的影響。（前兩種液位計亦如此）自動檢測技術(shù)與儀表控制系統(tǒng)物位檢測二、浮力式物為檢測儀表1.浮子式液位計--恒浮力式原理：把液位的變化傳給浮在液面上的浮子，浮子受液體的浮力而漂在液面上，當(dāng)浮力與重量相等時，浮子的位置就代表液位，并且隨液位同步移動。浮子的形狀：圓盤形、圓柱形和球形，要根據(jù)使用條件和使用要求來設(shè)計重錘式直讀浮子液位計浮子所受的繩子拉力、重力和浮力相等時，處于平衡狀態(tài)而漂浮在液面上，平衡重錘位置反映浮子的位置，從而知液位當(dāng)液位變化時，浮子隨著升降，但此時浸沒在液體中的浮子的高度必須保持不變才能實現(xiàn)正確的測量。實際上由于測量粘度大的液體時，浮子可能粘上液體使其重量增加或因侵蝕而重量減少，還有傳動機構(gòu)的摩擦力，及液體的密度隨溫度的變化而變化，均能引起誤差。當(dāng)液位變化（增加）時，浮子浸入液體的深度變化（增加），浮力變化（增加），迫使浮子的浸入深度變化（減少），使浮力減少?！何坏淖兓挥锌朔藘x表的摩擦阻力之后達到一定的值時浮子才能運動，這是浮力式液位計存在不靈敏區(qū)的原因。不靈敏區(qū)的大小與浮子的直徑成反比，與液體的密度成反比。故一般把浮子制成扁平空心圓盤或扁圓柱形，當(dāng)液面浮動較大且頻繁時采用高圓柱形。靈敏區(qū)的減小還可以通過減小摩擦阻力的方法。自動檢測技術(shù)與儀表控制系統(tǒng)物位檢測※浮子位置的檢測可直接指示或遠傳。舌簧管式液位計—將液位的變化轉(zhuǎn)為電信號的變化特點：結(jié)構(gòu)簡單、采用兩個舌簧管可提高可靠性。但連續(xù)性差、量程不能太大自動檢測技術(shù)與儀表控制系統(tǒng)物位檢測2.浮筒式液位計--變浮力式液位計原理：浮筒是圓柱形的，浸沒在液體中的深度不同，所受的浮力也不同，故測浮力就可知液位。如圖1-浮筒2-彈簧3-差動變壓器部分浸沒于液體中的浮筒由于受液體的浮力而向上運動，當(dāng)重力、浮力與彈簧力平衡時浮筒才停止運動。初始平衡時有：m為浮筒質(zhì)量，A為截面積，c為彈簧的剛度，x0為壓縮位移，ρ為被測液體密度，H為浮筒沒入液體高度當(dāng)液位變化時，浮筒所受浮力改變，彈簧的變形亦有變化。達到新的力平衡時，有以下關(guān)系：由以上兩式可得：上式表明,彈簧的變形與液位變化成正比例關(guān)系。容器中的液位高度則為：自動檢測技術(shù)與儀表控制系統(tǒng)物位檢測彈簧的變形檢測有各種轉(zhuǎn)換方法在浮筒連桿上裝指針直接指示液位在連桿上端裝有差動變壓器鐵芯（如上圖），通過差動變壓器輸出相應(yīng)的電信號，從而測出液位。通過扭力管將浮筒的線位移轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰?，通過霍爾片感受位移的變化輸出霍爾電勢，霍爾電勢的大小與角位移成正比，經(jīng)處理后可變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)信號。自動檢測技術(shù)與儀表控制系統(tǒng)物位檢測三、其他物位測量儀表1.電容式物位計工作原理圓筒形電容器的電容值隨兩極板之間的電介質(zhì)的不同而變化，故可以通過測量電容量的變化來測量物位。由同軸圓筒電極組成的電容器的電容量為：圖7-10電容式物位計原理D、d固定，則介電常數(shù)ε和L變化會引起電容變化。如圖7-10的電容值為自動檢測技術(shù)與儀表控制系統(tǒng)物位檢測組成：測量電極和測量電路組成測量電極的型式：隨被測介質(zhì)的不同而不同。非導(dǎo)電液體液位測量同心套筒電極，外電極開許多孔1-內(nèi)電極2-外電極3-絕緣套非導(dǎo)電固體料位測量1-內(nèi)設(shè)的金屬棒內(nèi)電極2-金屬容器壁作外電極構(gòu)成同心電容器導(dǎo)電液體液位測量1-帶絕緣套的金屬棒作內(nèi)電極2-絕緣套管4-導(dǎo)電液體作3-外電極粘度大的液體容易粘上，造成虛假液位自動檢測技術(shù)與儀表控制系統(tǒng)物位檢測測量電路（電容的檢測）：有交流電橋法、充放電法和諧振電路法特點：可以輸出標(biāo)準(zhǔn)信號，實現(xiàn)遠距離傳送；電容式物位計一般不受真空、壓力、溫度等環(huán)境條件的影響；安裝方便、結(jié)構(gòu)牢固，易維修；價格較低。但不適合于以下介質(zhì)：介電常數(shù)隨溫度等影響而變化、介質(zhì)在電極上有沉積或附著、介質(zhì)中有氣泡產(chǎn)生等。自動檢測技術(shù)與儀表控制系統(tǒng)物位檢測2.超聲式物位計原理利用聲波的某些特性制成。如聲波阻斷式—固體、液體或氣體對聲波的吸收能力不同（氣體最大），由接收的超聲波可知物體是否達到預(yù)定位置，可實現(xiàn)報警或定位檢測。而回波測距法—聲波在介質(zhì)中的傳播有一定的速度，但在密度不同的介質(zhì)分界面處會產(chǎn)生反射和折射。液面上聲波從發(fā)射到接受回波的時間間隔與物位高低成比例，從而測得液位分類（針對回波測距法）固介式、液介式、氣介式組成超聲換能器（由壓電材料制稱，完成電能和超聲能的可逆轉(zhuǎn)換，可以是接、收分開的雙探頭方式也可以是自發(fā)自收的單探頭方式）和電子裝置（用于產(chǎn)生電信號以激勵超聲換能器發(fā)射超聲波，并接收和處理經(jīng)超聲換能器轉(zhuǎn)換的電信號。）自動檢測技術(shù)與儀表控制系統(tǒng)物位檢測補償由于超聲波在介質(zhì)中的傳播速度易受溫度和成分變化的影響，從而影響物位的測量，因此需要補償?？梢栽诔晸Q能器附近安裝溫度傳感器，自動補償因溫度變化對物位測量的影響，還可以使用校正器，定期校正聲速。特點無機械可動部件，安裝維修方便；超聲換能器壽命長；可以實現(xiàn)非接觸式測量，適合于有毒、高粘度及密閉容器物位的測量；對環(huán)境適應(yīng)能力強，應(yīng)用廣泛H探頭如圖為液介式超聲波物位計的測量原理。自動檢測技術(shù)與儀表控制系統(tǒng)物位檢測3.核輻射式物位計原理射線在穿透物質(zhì)時，它的強度隨物質(zhì)層的厚度指數(shù)降低，只要測出通過物質(zhì)前后的輻射強度，就可知厚度（物位）。射線射入一定厚度的介質(zhì)時，其強度與厚度的關(guān)系：

不同的介質(zhì)對射線的吸收能力不同，當(dāng)射線源與被測介質(zhì)確定后，則I0和μ（吸收系數(shù)）

確定，測量射線通過物體后的輻射強度I即可測得物位。自動檢測技術(shù)與儀表控制系統(tǒng)物位檢測組成：射線源、防護容器、射線檢測器、電子轉(zhuǎn)換和指示器●探測器前置放大整形計數(shù)顯示放射源被測物電子轉(zhuǎn)換指示放射源一般為γ射線源，鈷（Co)或銫（Cs)探測器可將射線的強度轉(zhuǎn)換為電信號自動檢測技術(shù)與儀表控制系統(tǒng)物位檢測檢測方式有固定安裝式和隨動式兩種a)自動跟蹤方式：電機帶動射線源和接受器沿導(dǎo)軌隨物位的變化而升降，且始終保持同一高度，可連續(xù)測量范圍寬、但存在運動部件，結(jié)構(gòu)復(fù)雜b)固定安裝方式：透射式測量，隨物位的變化，射線的衰減程度變化，從而可測得物位。無運動機構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單c)、d)、e)發(fā)射源或接收器多點組合方式方式：射測量變化范圍大的物位，可連續(xù)測量，很好的改善了線性關(guān)系，但增加了安裝與維護的困難特點具有非接觸式測量的特點，可用于高溫高壓、真空密閉等各種容器中液體或固體物料的物位測量；可適應(yīng)腐蝕、有毒、高粘度、爆炸性等各種困難介質(zhì)和高溫、高濕、多粉塵、強干擾等惡劣的工作條件。其放射性安全防護措施需按有關(guān)規(guī)范操作。自動檢測技術(shù)與儀表控制系統(tǒng)物位檢測4.物位開關(guān)—用于定點測量檢測物位是否達到預(yù)定的高度，并發(fā)出相應(yīng)的開關(guān)量信號。（可接繼電器出電信號）自動檢測技術(shù)與儀表控制系統(tǒng)物位檢測開關(guān)式光纖液位探測器：原理：全反射原理組成：LED光源、光電二極管和多模光纖工作原理：光纖探頭頂端裝有圓錐體反射器，當(dāng)探頭接觸液面時全反射，接觸液面后部分光線透入液體內(nèi)，返回的光線變?nèi)?，光強突然變化時對應(yīng)的位置就是液面。Y型光纖結(jié)構(gòu)，由Y型光纖、全反射錐體、光源和光電二極管組成U型光纖結(jié)構(gòu)，在探頭端除去光纖的包層，浸入液體前后其折射率變化使接收光強改變探頭端是兩根多模光纖用棱鏡耦合在一起，對光源和探測器要求不高自動檢測技術(shù)與儀表控制系統(tǒng)物位檢測7