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第四章 物位检测仪表与系统 一、概述 物位：容器中固体（颗粒）料位，液体液位，两种液体的分界面。物位检测实际上就是料位、液位和界面的检测。 意义： 确定容器内储存量。 通过测量达到控制物位。 第四章 物位检测仪表与系统 常用的物位检测方法 : 静压式物位计 浮力式物位计 电气式物位计 声学式物位计 射线式物位计 第四章 物位检测仪表与系统 它们归纳为以下几个检测原理 : 基于力学原理 基于相对变化原理 基于某强度性物理量随物位的升高而增加原理 第四章 物位检测仪表与系统 二、静压式液位计 检测原理 容器中某点的静压力和容器内物位的高度有关： ρ为介质的密度，对于固体颗粒， ρ应理解为堆积密度 第四章 物位检测仪表与系统 由于物料（液体）上方的自由空间有压力p0,则根据静力学原理，有 因此要知道物位，需要测出压力 容器下部某些与上部自由空间之 间的压力差。为此要用差压传感 器。 第四章 物位检测仪表与系统 实现方法 对于液位测量，一般可在容器壁面开孔，安装压力（差压）传感器；对于不易在壁面开孔（常压容器）或容器在地面以下 的，可导用投入式压力传感器， 将压力传感器投到容器的底部。 通过电缆线传输压力信号 第四章 物位检测仪表与系统 量程迁移 无迁移 设差压变送器正、负压室所受到的压力分别为 和 ，则有 可见差压变送器未受任何附加静压；差压变送器无需迁移 第四章 物位检测仪表与系统 负迁移 设隔离液的密度为 ，这时差压变送器正、负压室所受到的压力分别为 由于要迁移的量为负值，因此称负迁移 第四章 物位检测仪表与系统 正迁移 设连接负压室与容器上部取压点的引压管中充满气体，并忽略气体产生的静压力，则差压变送器正、负压室所受的压力为 第四章 物位检测仪表与系统 三、浮力式液位计 原理：基于浮力原理，适用于液 位的检测。 浮力式物位检测有两种方法： 恒浮力式， 变浮力式。 第四章 物位检测仪表与系统 如图是一用弹簧平衡的浮筒的测量原理图，将一截面相同，质量为m的圆筒形空心金属浮筒悬挂在弹簧上，当h＝0时，浮筒的重量被弹簧的反作用所平衡。当液位变化使浮筒的一部分被液位浸泡时，由于受到液位的浮力作用而使浮筒向上移动，直到与弹簧的反 作用力重新平衡。设此时弹簧的 位移为△x，则 第四章 物位检测仪表与系统 四、电容式物位计 原理：把物位的变化变换为电容量的变 化；检测元件常为一个圆筒式 的电容器。 由两个长度为L，半径分别为R和r 的圆筒形金属导体中间隔以绝缘物 质构成圆筒形电容器。 第四章 物位检测仪表与系统 当两圆筒中间所充介质介电常数为ε0的气体时，则该圆筒间的电容量为： 如果电极的一部分被另一部分介电常数为ε的液体（物料）所浸没时，设上半部分介质的介电常数仍为ε0，浸没的部分长度为l，则电容器上半部分的电容器为： 下半部分为： 第四章 物位检测仪表与系统 可见，当几何尺寸一定，ε，ε0不变时，电容的变化量是被测介质物位l的线性函数。 如果被测介质为导电性液体，电极要用绝缘物覆盖作为中间介质，而液体和外圆筒一起作为外电极。 设中间介质的介电常数为ε1，电极浸没的长度为l，则电容器的电容量为： 第四章 物位检测仪表与系统 电容式物位检测方法最主要要考虑温度对介电常数的变化的影响；其次是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 第四章 物位检测仪表与系统 五、超声波物位计 检测原理 超声波一般频率高于20kHz。 超声波的发射和接收通常有超声波换能器实现的，目前最广泛的超声波换能器是电—声换能器，压电晶体换能器就是常用的换能器之一 超声波物位检测的基本原理就是根据声波在介质中传播速度，衰减以及在界面的反射等特性进行 第四章 物位检测仪表与系统 当声波从一种介质向另一种介质传播时，在两种密度不同、声速不同的介质的分界面，将产生反射和折射，其中反射率为： Z1=ρ1v1,Z2=ρ2v2,其中v1、v2为声波在介质1和2中的传播速度 当声波从气体传播到液体或固态，或者相反的情况下，由于两种介质的密度相差悬殊，声波几乎全部被反射 第四章 物位检测仪表与系统 在容器底部安装一只超声波发射器和一只接收器（也可以只用一个探头轮换发射和接收超声波脉冲），设声速为v，实际物位高度为H，则从发射到接收所需时间t为 对于一定的气体来说，v是已知的，因此，可以用测时间的方法确定出物位的高度 测量液位时，超声波探头也可置于容器的顶部，其原理是一样的 第四章 物位检测仪表与系统 超