《液位测量》PPT课件.ppt

第八章 液位测量主要内容•概述•差压式液位测量法•电阻式液位测量法•电容式液位测量法•超声波液位测量法8.1 概述•液位测量是一门测量液液、气液、液固分界面的技术•任务任务：液位、液位差、相界面的连续监测、定点信号报警、控制；-油耗量，油箱油位，锅炉汽包水位监测等•原理原理：基于相界面两侧物质的物性差异或液位改变时引起有关物理参数变化•物理参数物理参数：电阻、电容、电感、差压、声速、光能等•常见的液位测量方法：电阻式液位计 浮子液位计投入式静压液位变送器是基于所测液体静压与该液体高度成正比的原理，采用扩散硅或陶瓷敏感元件的压阻效应，将静压转成电信号经过温度补偿和线性校正激光物位测量仪电容式液位计超声波液位计微波雷达液位计光纤液位报警器是运用光折射原理，选用光导纤维研制成功的一种全新液位检测仪器，又一高新技术产品适用于石油、化工、交通、储运等部门的化学液体储罐和铁路槽车、汽车槽车的液位定点检测和控制，是罐区自动化、槽车自动装车不可缺少的安全装备差压式液位计•液位测量的方法分类： 液位测量总体上可分为直接测量和间接测量两种方法，由于测量状况及条件复杂多样，因而往往采用间接测量，即将液位信号转化为其它相关信号进行测量，如压力法、浮力法、电学法、热学法等。

8.2 直接测量液位 直接测量是一种最为简单、直观的测量方法，它是利用连通器的原理，将容器中的液体引入带有标尺的观察管中，通过标尺读出液位高度下图所示的是玻璃管液位计  差压法依据液体重量所产生的压力进行测量由于液体对容器底面产生的静压力与液位高度成正比，因此通过测容器中液体的压力即可测算出液位高度 对常压开口容器，液位高度H与液体静压力P之间有如下关系： 式中， ——被测液体的密度( )8.3 差压法测量(a) 压力表式液位计 (b)法兰式液位变送器 (c)吹气式液位计  密闭容器可用差压法进行测量，它可在测量过程中需消除液面上部气压及气压波动对示值的影响 浮力法测液位是依据力平衡原理，通常借助浮子一类的悬浮物，浮子做成空心刚体，使它在平衡时能够浮于液面当液位高度发生变化时，浮子就会跟随液面上下移动因此测出浮子的位移就可知液位变化量Ø 浮子式液位计按浮子形状不同，可分为浮子式、浮筒式等等；Ø 按机构不同可分为钢带式、杠杆式等 8.4 浮力法测量1. 钢带浮子式液位计钢带浮子式液位计 右图为直读式钢带浮子式液位计，这是一种最简单的液位计，一般只能就地显示。

2. 浮筒式液位计浮筒式液位计 浮筒式液位计属于变浮力液位计，当被测液面位置变化时，浮筒浸没体积变化，所受浮力也变化，通过测量浮力变化确定出液位的变化量图中：1-浮筒；2-弹簧；3-差动变压器  液位计是用弹簧平衡浮力，用差动变压器测量浮筒位移，平衡时压缩弹簧的弹力与浮筒浮力及重力G平衡即 式中 k——弹簧刚度(N／m)； x——弹簧压缩量(m)； ——液体密度(kg／m3)； H——浮筒浸入深度(m)； A——浮筒截面积(m2) 液位高度变化与弹簧变形量成正比弹簧变形量可用多种方法测量，既可就地指示，也可用变换器(如差动变压器)变换成电信号进行远传控制 8.5 电学法电学法 电学法按工作原理不同又可分为电阻式、电阻式、电感式和电容式电感式和电容式 用电学法测量无摩擦件和可动部件，信号转换、传送方便，便于远传，工作可靠，且输出可转换为统一的电信号，与电动单元组合仪表配合使甩，可方便地实现液位的自动检测和自动控制 1. 电阻式液位计 电阻式液位计既可进行定点液位控制，也可进行连续测量。

所谓定点控制是指液位上升或下降到一定位置时引起电路的接通或断开，引发报警器报警 电阻式液位计的原理是基于液位变化引起电极间电阻变化，由电阻变化反映液位情况  右图为用于连续测量的电阻式液位计原理图图中： 1-电阻棒； 2-绝缘套； 3-测量电桥  该液位计的两根电极是由两根材料、截面积相同的具有大电阻率的电阻棒组成，电阻棒两端固定并与容器绝缘整个传感器电阻为式中 H、h——电阻棒全长及液位高度(m)； ——电阻棒的电阻率( )； A——电阻棒截面积(m2) 该传感器的材料、结构与尺寸确定后，K1、K2均为常数，电阻大小与液位高度成正比电阻的测量可用图中的电桥电路完成 2.电感式液位计 电感式液位计利用电磁感应现象，液位变化引起线圈电感变化，感应电流也发生变化 电感式液位计既可进行连续测量，也可进行液位定点控制  图为电感式液位控制器的原理图。

传感器由不导磁管子、导磁性浮子及线圈组成管子与被测容器相连通，管子内的导磁性浮子浮在液 面上，当液面高度变化时，浮子随着移动线圈固定在液位上下限控制点，当浮子随液面移动到控制位置时，引起线圈感应电势变化，以此信号控制继电器动作，可实现上、下液位的报警与控制图中： 1、3-上下限线圈； 2-浮子 3. 电容式液位计 电容式液位计利用液位高低变化影响电容器电容量大小的原理进行测量 电容式液位计的结构形式很多，有平极板式、同心圆柱式等等 它的适用范围非常广泛，对介质本身性质的要求不象其它方法那样严格，对导电介质和非导电介质都能测量，此外还能测量有倾斜晃动及高速运动的容器的液位不仅可作液位控制器;还能用于连续测量(1)测量原理 在液位的连续测量中，多用同心圆柱式电容器，如右图所示同心圆柱式电容器的电容量：式中： D、d-外电极内径和内电极外径(m)； ——极板间介质介电常数(F/m)；L——极板相互重叠的长度(m) 液位变化引起等效介电常数变化，从而使电容器的电容量变化，这就是电容式液位计的检测原理。

1-内电极；2-外电极 (2) 导电液体液位测量(电导率>=10-2S/m) 右图为用来测量导电介质的单电极电容液位计，它只用一根电极作为电容器的内电极，一般用紫铜或不锈钢，外套聚四氟乙烯塑料管或涂搪瓷作为绝缘层，而导电液体和容器壁构成电容器的外电极 1-内电极；2-绝缘套•H等于0 : C0=2πε0`L/ln(D0/d) ε0`为聚四氟乙烯套管和容器内气体的等效介电常数；L为液位测量的范围•H不等于0： CH= 2πεH/ln(D/d)+ 2πε0`(L-H)/ln(D0/d) ε聚四氟乙烯介电常数 D为聚四氟乙烯套管外径•ΔC= 2πεH/ln(D/d)- 2πε0`H/ln(D0/d) •ΔC= 2πεH/ln(D/d) 考虑ε> ε0,D0>>D•测量原理是利用传感器两电极的覆盖面积随被测液体液位的变化而变化，从而引起电容量的变化这种关系进行液位测量的(2)非导电液体液位测量(电导率<10-9S/m) 右图为用于测量非导电介质的同轴双层电极电容式液位计内电极和与之绝缘的同轴金属套组成电容的两极，外电极上开有很多流通孔使液体流入极板间。

图中： 1、2-内、外电极； 3-绝缘套；4-流通孔•H等于0 : C0=2πε0L/ln(D/d) ε0为容器内气体的等效介电常数；L为液位测量的范围•H不等于0： CH= 2πεH/ln(D/d)+ 2πε0(L-H)/ln(D/d) ε聚四氟乙烯介电常数 D为聚四氟乙烯套管外径•ΔC= 2π(ε- ε0)H/ln(D/d)•测量原理是利用被测液体液位变化时，可变电容传感器两电极之间充填介质的介电常数发生变化而引起电容的变化进行液位测量的8.6 超声波法超声波法超声波液位计是利用波在介质中的传播特性，具体地说，超声波在传播中遇到相界面时，有一部分反射回来，另一部分则折射入相邻介质中但当它由气体传播到液体或固体中，或者由固体、液体传播到空气中时，由于介质密度相差太大而几乎全部发生反射因此，在容器底部或顶部安装超声波发射器和接收器，发射出的超声波在相界面被反射并由接收器接收，测出超声波从发射到接收的时间差，便可测出液位高低 超声波液位计按传声介质不同，可分为气介式、液介式和固介式三种；按探头的工作方式可分为自发自收的单探头方式和收发分开的双探头方式。

相互组合可以得到六种液位计的方案a)气介式 (b) 液介式 (c)固介式单探头超声波液位计 超声波液位测量有许多优点：(1)与介质不接触，无可动部件，电子元件只以声频振动，振幅小，仪器寿命长；(2)超声波传播速度比较稳定，光线、介质粘度、湿度、介电常数、电导率、热导率等对检测几乎无影响，因此适用于有毒、腐蚀性或高粘度等特殊场合的液位测量；(3)不仅可进行连续测量和定点测量，还能方便地提供遥测或遥控信号；(4)能测量高速运动或有倾斜晃动的液体的液位，如置于汽车、飞机、轮船中的液位  但超声波仪器结构复杂，价格相对昂贵；而且当超声波传播介质温度或密度发生变化，声速也将发生变化，对此超声波液位计应有相应的补偿措施，否则严重影响测量精度另外，有些物质对超声波有强烈吸收作用，选用测量方法和测量仪器时要充分考虑液位测量的具体情况和条件。