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第8章物位的检测8.1概述8.2静压式液位检测8.3电容式料位计8.4物位测量中应注意的问题

8.1概述8.1.1物位的测量对象1.物位的概念物位:是指存放在容器或工业设备中物质的高度和位置。物位包括：液位、界位及料位。三者统称为物位。液位：液体介质液面的高低称为液位;界位：液体－液体或液体固体的分界面称为界位;料位：固体粉末或颗粒状物质的堆积高度称为料位。

2.物位传感器用来对物位进行测量的传感器称为物位传感器,物位计：测量物位的仪表称为物位计。物位计是液位计、料位计、界面计的统称。

8.1.2物位的测量方法及分类根据测量原理的不同,可分为:静压式物位检测、浮力式物位检测、电学式物位检测、声学式物位检测、射线式物位检测、雷达式物位检测等。按照与被测介质接触与否分为:接触式物位检测和非接触式物位检测。静压式物位检测、浮力式物位检测、电学式物位检测属于接触式物位检测;声学式物位检测、射线式物位检测、雷达式物位检测属于非接触式物位检测。

8.2静压式液位检测静压式物位检测方法是根据液柱静压力与液柱高度成正比的原理来实现的。其原理如图8－1所示。根据流体静力学原理,可得A、B两点之间的压力差为(8－1)式中:P——容器中A点的静压;AP——容器中B点的静压;BH——液柱的高度;重力加速度ρ——液体的密度。

图8－1静压式物位检测原理图

当被测对象为敞口容器时,则P为大气压,上式变为A(8－2)式中:——容器中B点的压力;由式(8－1)和式(8－2)可知,在测量过程中,如果液体密度ρ为常数:则在密闭容器中,A、B两点的压差与液面高度H成正比;而在敞口容器中,P与H成正比,也就是说,测出ρ和ΔPB就可以知道敞口容器或密闭容器中的液位高。可见,凡是能够测量压力或压差的仪表,只要量程合适,就可以测量物位。

8.2.1差压液位计在对密闭容器液位进行测量时,容器下部的液体压力除与液位高度有关外,还与液面上部介质压力有关。根据式(8－1)可知,在这种情况下,可以用测量差压的方法来获得液位,如图8－2所示。

实现静压式物位测量可以通过压力表、引压装置来实现。图8－2典型静压测量物位实例

图8－2为无量程迁移的情况,选取两个引压点P、P,引01入差压计,可得差压ΔP。则有:P＝P+Hρg+01P-＝P0所以得ΔP=P-P＝Hρg+-1从而得出物位与静压差成正比。

8.2.2浮子式液位计1.恒浮力式液位检测结构：恒浮力式液位检测原理如图8－3所示,将液面上的浮子用绳索连接并悬挂在滑轮上,绳索的另一端挂有平衡重锤。原理:利用浮子所受重力和浮力之差与平衡重锤的重力相平衡,使浮子漂浮在液面上的原理。得公式:W-F=G(8－3)式中:W——浮子的重力;F——浮力;G——重锤的重力。

系统平衡而浮子停留在任何高度的液面上时,浮子所受的浮力不变,故称此法为恒浮力法。标尺图8－3恒浮力物位测量原理

当液位上升时,浮子所受浮力F增加,W-FG,使原有平衡关系被破坏,浮子向上移动。但浮子向上移动的同时,浮力F下降,W-F增加,直到W-F又重新等于G时,浮子将停留在新的液位上,反之亦然。因而实现了浮子对液位的跟踪。该方法的实质是通过浮子把液位的变化转换成机械位移(线位移或角位移)的变化。

适用：图8－3所示的浮力液位计只能用于常压或敞口容器,通常只能就地指示。由于传动部分暴露在周围环境中,使用日久摩擦增大,液位计的误差就会相应增大,因此这种液位计只能用于不太重要的场合。

图8－4(a)所示为在密闭容器中图8－4(b)所示为适用于高温、粘度大的液体的液位计,

适用于密闭容器高温、粘度大的液体适用于密闭容器普通液体的液位计,9用来调节液位计的灵敏度图8－4浮力式液位计示意图

2.变浮力式液位测量变浮力式液位测量如图8－5所示,结构原理：通过浮筒被液体浸入高度不同以致所受的浮力不同来检测液位的变化，故称为变浮力式液位测量。将一横截面积为A,质量为m的圆筒形空心金属浮筒挂在弹簧上。由于弹簧的下端被固定,因此弹簧因浮筒的重力被压缩,当浮筒的重力与弹簧的弹力达到平衡时,浮筒停止移动,平衡条件为(8－4)Cx=G0式中:C——弹簧阻力系数;x0——不受浮力时弹簧与浮筒力平衡后弹簧的长度；G——浮筒的重力。

图8－5变浮力式液位计原理

当浮筒的一部分被浸没时,浮筒受到液位对它的浮力作用而向上移动;当它与弹力和浮筒的重力平衡时,浮筒停止移动。设液位高度为H,浮筒由于向上移动而实际浸没在液体中的高度为h,则浮筒移动的距离即弹簧的位移改变量Δx为△x=H-h(8－5)根据力平衡原理,有:式中:F——浮力。G-F=C(x+Δ