安徽建筑工程学院建筑环境测试技术6

第6章:物位测量•授课课时：2学时•主要内容：物位测量的概述及意义。物位测量主要方法及其物位测量仪表的分类。静压式物位测量，浮力式物位检测，电气式物位检测，声学式物位检测，射线式物位检测。各类物位仪表的特点及使用场所。重点和难点:各类物位仪表的测压原理，测压仪表的结构、特点。静压式测量仪表中量程的迁移。压力仪表的设计和选型。各类物位仪表的测压原理，测压仪表的结构、特点主要章节6.1物位检测的主要方法和分类6.2静压式物位检测6.3浮力式物位检测6.4电气式物位检测6.5声学式物位检测6.6射线式物位检测6.1物位检测的主要方法和分类1、物位计的概念：检测液位的仪表称液位计；检测分界面的仪表称界面计；检测固体料位的仪表称料位计。统称为物位计。2、物位测量的基本原理1）力学原理2）波传播原理3）机械运动原理4）基于相对变化原理5）射线穿透原理3主要分类静压式物位检测根据流体静力学原理检测物位。静止介质内某一点的静压力与介质上方自由空间压力之差与该点上方的介质高度成正比，因此可利用差压来检测液位。浮力式液位检测利用漂浮于液面上浮子随液面变化位置，或者部分浸没于液体中的物质的浮力随液位变化来检测液位。电气式物位检测把敏感元件做成一定形状的电极置于被测介质中，根据电极之间的电气参数（如电阻、电容等），随物位变化的改变来对物位进行检测。声学式物位检测利用超声波在介质中的传播速度及在不同相界面之间的反射特性来检测物位。射线式物位检测放射性同位素所放出的射线（如β射线、γ射线等）穿过被测介质（液体或固体颗粒）因被其吸收而减弱，通过测量其吸收程度来检测物位。6.2静压式物位检测1．静压法测量原理ghBPghBPphgph所以测得表压力p即可求得液位高度h。若液位的高度位h，则液体底部的压力为：2.检测方法1）压力式液位计（开口容器的液位测量）（1）用压力表测量液位：（2）法兰式压力变送器测量液位：用于粘度大、有沉淀、易结晶、易凝固或具有腐蚀性的介质，为防止导压管堵塞或腐蚀仪表，采用法兰式压力变送器。静压液位计2）差压式液位计（密闭容器的液位测量）•抵消了容器上部压力变化对测量的影响。ghpP11pPghPPP安装方式:导压管、法兰式。3．量程迁移：同时改变量程的下限和上限而量程保持不变。1）无迁移：ghP2）负迁移：形成原因：加隔离罐或采用法兰式测压差。1211ghghPP正压室：221ghPP负压室：PgghhhgghP11221)(差压：为了使变送器的输出不受固定压差的影响，采用零点迁移法，进行负迁移，迁移量为Pg。例如：已知，，，，，31/1200mkg32/950mkgmh0.11mh0.52m0.30mLPagH3528038.912001PaghhPg372408.9950)15()(212液位高度变化形成的差压值为•所以可选择差压变送器量程为40kPa所以负迁移量为37.240kPa，即将差压变送器的零点调为-37.240kPa。PagH3528038.912001)(hHgPgh正迁移量为3）正迁移：变送器位置低于液面基准面。6.3浮力式液位检测1．恒浮力式液位检测：基本原理：浮于液面上的浮子随着液位上升或下降，根据浮子的位置实现液位的检测。例如：浮球式水位控制器：调整箱组件浮筒浮球连杆非导磁管下限水银开关磁钢上限水银开关2.变浮力式液位检测（浮筒式液位计）将一质量为m的浮筒悬挂在弹簧上，弹簧的下端被固定，当测量桶内无水时，浮筒的重力与弹簧力达到平衡时，有：0Cxmg当测量筒内有一定高度的液位H时，浮筒受到液体的浮力上浮，xhH)(0xxCghAmg根据力平衡：一般xhhH即xgACH从而被测液位H可表示为•即弹簧的位移量与液位成正比。弹簧的顶端连接有一铁芯，铁芯随着弹簧的位移在差动变压器内上下移动输出位移信号。)(0xxCghAmg浮球式液位计浮筒液位计6.4电气式物位检测电容式液位检测为例：rRLCln210当两圆筒间充以介电常数为ε1的气体时，圆筒的电容量为：圆筒形金属导体rRHrRHLCCCln2ln)(22121HrRrRLln)(2ln2121CC0当圆筒形电容器几何尺寸一定，电容器电容增量与液位高度H成正比。同时，两种介质的介电常数的差值越大，越大，灵敏度高。C•如果圆筒形电极间的一部分被介电常数为ε2的液体所浸没，被浸没的电极长度为H，此时的电容量为：rRHrRHLCCCln2ln)(22121•适用对象：非导电液体或固体。•对于导电液体，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。超声波物位检测方法通过测量声波从发射至接受反射回波的时间间隔来确定物位高低。6.5声学式物位检测1．超声波检测原理：20kHz以上频率的机械波称为超声波。当声波从一种介质向另一种介质传播时，因为两种介质的密度不同和声波在其中的传播速度不同，在分界面上声波会产生反射和折射。反射系数与声阻抗（）有关，vvtH21当超声波传播速度已知，可根据时间求得物位。基于压电效应、和逆压电效应。发射器：将交变电压转换成向外发射的机械波。接收器：把声能转换成电能。实现方法：检测时一般采用较高频率的超声脉冲。这样可减少了单位时间超声波的发射能量，又可提高超声脉冲的幅值好处：前者有利于减少空化效应，温升效应，后者可提高测量精度。2．超声波物位计的接收和发射3.超声波传播速度的补偿方法温度补偿设置校正具6.6射线式物位计射线式物位检测系统主要由射线源、接收器和电子线路等部分组成。射线式物位计原理框图思考题1、总结水箱液位测量中差压变送器量程迁移的规律。2、什么是超声波液位计？它有什么特点？3、差压式液位计按有无迁移量分为哪几种类型？分别适用什么场所？4、简述声学法液位测量的工作原理，声学法液位测量有何特点？。课后小结通过本章学习使同学们掌握物位测量的基本概念，物位测量仪表的类型结构、特点和工作原理，在工程中熟练的选用物位测量仪表，掌握量程迁移知识和量程的调节。