第5章 物位检测仪表

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重锤探测法
(二) 旋转叶片或推板法
在容器壁的某一高度处装一个小功率电动机，其 末端带有旋转叶片，在适当部位伸入容器内。叶片不接 触物料时，处于空载旋转状态下，电动机的电流很小， 当液位上升到与叶片接触时，叶片转动阻力增大，甚至 停止转动，电动机的电流显著加大，使继电器的接点动 作，发出料位报警或位式控制信号。 如果电机轴经过曲柄或连杆机构变为往复运动， 则可带动活塞或平板在容器中或前或后的推拉动作，即 成推板法。当然不一定都要靠电机电流的大小使继电器 接点动作，也可以利用离合器或连杆上的传动机构，在 叶片或推板负载增大时改变电接点的通断状态。
电涡流液位
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(二)电感式液位计
交流电流通过线圈时，线圈具有一定的感 抗，容器内无导电液体时感抗最大。当液位升高 时涡流加大，相当于变压器副边接近短路，这时 原边感抗就越来越小，原边电流就会逐渐加大。 只需在线圈上通以频率恒定的交流电压，便可根 据电流的大小测定液位。
连通管1将被测导电液体引 至容器 2内， 在容器中央有 口字形铁心3 穿过，铁心另 一端上绕有线圈 4 。
) 2π( 0 H ln( D / d ) 2π H SH ln( D / d )
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式中ε为绝缘套管或陶瓷涂层的介电 系数； ε0’为绝缘套管和空气共同组 成电容的等效介电系数；S为传感器 灵敏度系数。
C X C H C0 ln( D / d ) S H 刘玉长 2 π 0 ( p 1) H
圆筒形电容器 1-内电极；2-外电极
导电液体液位测量 1-内电极；2-绝缘套 管；3-容器
由图可知当液位由零变化到H时，电容传感 器的电容变化量CX为
C X CH C0 (L H ) L 2π 0 2π 0 2π H ln( D / d ) ln( D0 / d ) ln( D0 / d )
二、超导液位计
超导液位计利用低温下某些金 属的超导现象来测量。图中1为钽 丝，2为锰铜丝，锰铜丝通以电流。 浸在液氦中的钽丝处于超导状态， 其电阻为零，但在液面以上的部分 仍有电阻。电压表V和电流表A连 续测出电压和电流，两者的读数相 除即为电阻值，经标定后可以液位 值表示。 刘玉长
1-钽丝; 2-锰铜丝
射频导纳电容物位计
采用100KHZ的射频电源，测量 阻抗的倒数——导纳，检测出 电抗和容抗两部分 刘玉长
第四节电导物位传感器
一、电接点液位传感器
最简单的位式传感器，是在容器上方垂直伸 入适当长度的导体电极。若容器本身导电，则电 极A与器壁C构成的电路，其通断与否取决于液位 高低；若容器是绝缘的，则用电极 B代替C。
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(a)浮子式 (敞口容器 )
(b)浮子式 (密闭容器 )
(c)浮球式
浮力式液位计
1-浮子；2-磁铁；3-铁心； 4-导轮； 5-非导磁管；6-浮球； 7-连杆；8-转动轴； 9-重锤；10-杠杆 W-F=G，重力，浮力和平衡物重力
浮子式液位计 刘玉长
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二、磁翻转浮标液位计
为克服玻璃管浮标液位计易碎问题，在浮 标上设置永久磁铁，安装在非导磁不锈钢导筒内， 它随导筒内的液位升降，借助于磁耦合作用，使 导管外翻转箱内的红白相间的翻板或翻球依次翻 转。有液体的位置红色朝外，无液体的位置白色 朝外，因此红色就是液位所在，液位高度由标尺 显示。
a无迁移
b负迁移
c正迁移
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二、密闭容器的液位检测
测量密闭容器中的液泣，差压变压器的正 压室仍与容器的下部取压点相连，低压室则与容 器的密闭空间相连通。 ΔP=(h+h1+h2)ρg=hρ1g-Z0
三、特殊介质液体液位测量
某些特殊液体，如腐蚀 性、含固体颗粒、易结晶、 易沉淀或粘度大等液体的液 位测量，不能采用普通差压 变送器而只能采用法兰式差 压变送器【因为容易造成堵 塞或差变损坏】。 法兰测头是一不锈钢膜 盒，膜盒内充以硅油，用毛 细管引到差压变送器的测量 室。 刘玉长
1当物料没有到规定位置时，音叉幅度正常。 2物料埋住音叉时，振动幅度大大减少
音叉物位传感器结构
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音叉物位计
音叉物位计
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第六节微波物位计
微波物位计也称雷达物位计。利用回波测 距原理，由喇叭状或杆式天线向被测物料面发射 微波，微波传播到不同相对介电率的物料表面时 会产生反射，并被天线所接收。发射波与接收波 的时间差与物料面与天线的距离成正比，测出传 播时间即可得知距离 。 由于微波以光速传播且不受介质特性影响， 所以在一些有温度，压力，蒸汽等场合，其它物 位计不能正常工作，而微波物位计可以使用。
第五章 物位检测仪表
物位: 料位、液位和分界面的统称。 通过对物位的测量，不但可确定容器内 贮料的数量，以保证连续生产的需要或进行 经济核算，亦可保证生产过程在安全和合理 状态下顺利进行。 由于被测物料的性质千差万别，物位测 量方法很多，本章主要介绍工厂中常用的物 位检测仪表的原理与应用。
第五章 物位检测仪表
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
磁翻转浮标液位计
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红色就是液位所在， 液位高度由标尺显示。
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三、浮筒式液位计(转化成电信号)
浮子改成浮筒，将它半浸于液体之中，当 液面变化时，浮筒被液体浸没的体积随着变化而 受到不同的浮力，通过测量浮力的变化可以测量 液位。
第二节差压式液位计
测量原理：利用容器内液位变化时，由液柱高
度产生的静压也相应变化的原理工作的，用差压 计测得的差压与液位高度成正比，常用来测量敞 口容器和密封容器的液位。
(二)非导体液体电容传感器
非导电液体，不要求电极表面绝缘，可以 用裸电极作内电极，外套以开有液体流通孔的金 属外电极，通过绝缘环装配成电容传感器。
C0 CH 2 π 0 L ln( D0 / d ) 2 π 0 p H ln( D / d ) 2 π 0 ( L H ) ln( D0 / d )
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液体液位
颗粒物或者粉状物料位
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原始测量料位方法
第五章物位检测仪表
第一节 浮力式液位计 第二节 差压式液位计 第三节 电容式物位计 第四节 电导物位传感器 第五节 音叉物位计 第六节 微波物位计 第七节 核辐射物位检测 第八节 磁致伸缩液位计 第九节 超声波液位计
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第一节浮力式液位计
法兰式差变测量液位
1-平法兰接头，2-毛细管， 3-差变，4-插入法兰接头
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(a) 差压变送器的安装； (b) 零点负迁移示意图
第三节 电容式物位计
一、检测原理
圆筒形电容器的电容量C 为： C=2πεL/ln(D/d)=kL 可见当将电容传感器插 入被测介质中，电极浸入介 质中的深度随物位高低而变 化，电极间介质的升降，必 然改变两极板间的电容量， 从而可以测出物位。 刘玉长
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被测物质做介质 刘玉长
三、射频导纳电容物位计
射频导纳电容物位计是上世纪90年代发展 起来的，是电容物位计的换代产品，它是由检测 与变送两部分组成，检测部分由探头作为电容器 的一极，容器壁(或辅助电极)构成电容传感器。 它的电路和传感器独特，克服了一般电容 传感器单纯测量电容所引起的误差。几乎可测量 生产过程中所有介质的物位或液位，不受温度、 湿度、流体粘度与密度变化的影响。 具有防挂料、更可靠、更准 射频导纳物 位开关确、适用更广泛的料位控制技术 刘玉长
四、阻力式料位传感器
(一) 重锤探测法 在容器顶部安装由脉冲分配器控制的步进 电机，此电机正转时缓缓释放悬有重锤的钢缆， 重锤下降探测。当探测到料面时，钢缆受到的重 力突然减小，力传感器发出脉冲。此脉冲改变门 电路的状态，使步进电机改变转向将重锤提升， 同时开始脉冲计数。待重锤升至顶部触及行程开 关，步进电机停止转动，同时计数器也停止计数， 根据计数脉冲计算得出料位。 开始探测的触发信号由定时电路周期性地 供给，也可以人为地随时启动。 刘玉长
二、电容物位传感器
(一)导电液体电容传感器 水、酸、碱、盐及各种水 溶液等导电液体电容液位传感器 一般用直径为d的不锈钢或紫铜 棒做电极，外套聚四氟乙烯塑料 绝缘管或涂以搪瓷绝缘，如图。 电容传感器插在直径为D0容器内 的液体中， 通过检测传感器电 容变化量即可知液位的高低。 刘玉长液体和外壳成为电容一极
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特性曲线平移而曲线斜率不变称为零点迁 移。分为零点正迁移（Z0>0）、零点负迁移 （Z0<0）两种类型。其实质是改变上下限，而 不改变量程的大小。 不同的变送器，实现零点迁移方法不一样。 如机械式差压变送器，通过调零弹簧实现；而 现在智能型差压变送器，可通过外部手持终端 直接输入数字即可实现。
使用注意事项：习惯上应使变送器输出信号与
液位相对应(如液位范围0-H，则差变输出的Imin 正好对应0液位，而Imax对应H)，使用时可能需对 差压变送器进行零点迁移。
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1-浮筒，2-杠杆，3-扭力管，4-芯轴， 5-推杆，6-霍尔位移转换器
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一、敞口容器的液位检测
如图所示，差压变送器两端差压ΔP为： ΔP=(h+h1+h2)ρg=hρg+Z0 (Z0>0 ) 显然可由差压信号得到液位。但为使变送 器输出信号(这里是4-20mA)正好对应液位(0-H)， 要进行零点正迁移()。
1-内电极；2-外电极； 3-绝缘环
液体作为介质
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电容物位传感器
(三)粉粒状物料电容传感器
在测量粉粒状 非导电介质如矿石、 合金、石灰、干燥水 泥、粮食等的料位， 是长期困扰的难题， 至今还没有一个准确 可靠的测量方法。
电容式料位计原理 (a)金属料仓； (b)水泥料仓 1-内电极;2-金属容器壁电极 ; 3-钢丝绳内电极;4-钢筋;5-绝缘体