第5章 物位的测量 本章介绍了物位的基本概念，以及物位测量 的特点，详细分析了一些典型物位计的工作原理， 介绍了它们的优缺点、应用场合及使用的注意事项。 返总目录返总目录 教学目录： 概述概述概述概述 直读式液位计直读式液位计直读式液位计直读式液位计 浮力式液位计浮力式液位计浮力式液位计浮力式液位计 静压式液位计静压式液位计静压式液位计静压式液位计 电容式物位计电容式物位计电容式物位计电容式物位计 导电式液位计导电式液位计导电式液位计导电式液位计 超声波式物位计超声波式物位计超声波式物位计超声波式物位计 核辐射式物位计核辐射式物位计核辐射式物位计核辐射式物位计 5.15.1 5.25.2 5.35.3 5.45.4 5.55.5 5.65.6 5.75.7 5.85.8 返总目录返总目录 5.1 概述 5.1.1 物位测量的一般概念 5.1.2物位测量的工艺特点和主要问题 重点：物位测量的基本概念。 重点：液位测量的工艺特点。 难点：料位测量的工艺特点。 5.1.3 物位测量仪表的分类 返本章目录返本章目录 物位检测是对设备和容器中物料储量多少的度量。物位检测是对设备和容器中物料储量多少的度量。物位检物位检 测为保证生产过程的正常运行，如调节物料平衡、掌握物料消测为保证生产过程的正常运行，如调节物料平衡、掌握物料消 耗数量、确定产品产量等提供可靠依据。在现代工业生产自动耗数量、确定产品产量等提供可靠依据。在现代工业生产自动 化过程监测中物位检测占有重要的地位。化过程监测中物位检测占有重要的地位。 一、定义：一、定义： 物位物位:储物在容器中的积存高度。即液位、料位和界位的位置储物在容器中的积存高度。即液位、料位和界位的位置 统称为物位统称为物位。 检测 界面计不同液体的界面位置界位 料位计固体物料的堆积高度料位 液位计表面高低 液 体 介 质液 位 物位是液位、料位、界位的总称。对物位进行测量、指示和控制物位是液位、料位、界位的总称。对物位进行测量、指示和控制 的仪表，称物位检测仪表。的仪表，称物位检测仪表。 5.1.1物位测量的一般概念 5.1.2物位测量的工艺特点和主要问题 1.液位测量的工艺特点液位测量的工艺特点 液面是一个规则的表面，但当物料流进、流 出时，会有波浪，或者在生产过程中出现沸腾 或起泡沫的现象。 大型容器中常会出现液体各处温度、密度和粘 度等物理量不均匀的现象。 容器中常会有高温、高压，或液体粘度很大， 或含有大量杂质、悬浮物等。 返本节目录返本节目录返本章目录返本章目录 2.料位测量的工艺特点料位测量的工艺特点 物料自然堆积时，有堆积倾斜角，因此料面是不平的, 难以确定料位高度。 物料进出时，又存在着滞留区（由于容器结构而使不 易流动的死角处，叫做滞留区），影响到物位最低位置 的测准。 储仓或料斗中，物料内部可能存在大的孔隙，或粉料 之中存在小的间隙，前者影响对物料储量的计算，而后 者则在振动或压力、湿度变化时物位也随之变化。 3.界位测量中最常见的问题界位测量中最常见的问题是界面位置不明显， 浑浊段的存在也影响测准。 5.1.2物位测量的工艺特点和主要问题 返本节目录返本节目录返本章目录返本章目录 5.1.3 物位测量仪表的分类 物位测量仪表的种类很多，而且还在不断发 展。按其工作原理可归纳为以下几种： 直读式直读式物位测量仪表、浮力式浮力式物位测量仪表、 静压式静压式物位测量仪表、电磁式电磁式物位测量仪表、 电容式电容式物位测量仪表、超声波超声波式物位测量仪表 核辐射核辐射式物位测量仪表等。 此外，还有声学式、称重式、重锤式、旋翼式 等。 返本节目录返本节目录返本章目录返本章目录 5.2 直读式液位计 直读式液位计是一种简单而常用的液位测量仪 表。其中最简单的就是直接用直尺插入介质中来 测量液位，另外就是用玻璃液位计进行测量。 重点：玻璃液位计的原理、结构、特点。 难点：玻璃液位计的分类，以及使用注意事项。 返本章目录返本章目录 5.2 直读式液位计 玻璃液位计的玻璃液位计的工作原理工作原理：按照连 通器液柱静压平衡的原理工作的。 优点优点：结构简单、价格便宜， 一般用在温度及压力不太高的场合 就地指示液位的高低。 缺点缺点：不能测量深色或粘稠的介质的液位，另 外玻璃易碎，且信号不能远传和自动记录。 玻璃液位计按照结构可以分为玻璃管式玻璃管式和玻玻 璃板式璃板式液位计两种。 返本章目录返本章目录 当用玻璃液位计进行精确测量时应注意注意： 应使容器和仪器中的介质具有相同的温度，以免因密度 不同而引起示值误差。 玻璃液位计管径不宜太小，以免因毛细现象而引起示值 误差。 应尽量减小连通管上的流动阻力，以减小液位快速变化 时产生的动态误差。 为了改善仪表的动态性能，也不能把连通管上的阀门省 掉。当玻璃管或玻璃板一旦发生损坏时，可利用连通管上 的阀门进行切断，以免事故扩大。 5.2 直读式液位计 返本章目录返本章目录 5.3 浮力式液位计 工作原理：基于液体浮力原理而工作的。 浮力式液位计分为浮子式和浮筒式液位计两种。 优点：不容易受到外界环境的影响；浮子或浮筒 直接受浮力推动，比较直观、可靠，结构简单、维修 方便等。 缺点：由于具有可动部件，故容易受摩擦而影响 它的灵敏度和增大误差，而且可动部件易被污垢、锈 蚀卡死而影响可靠性。另外，由于浮筒或浮子要垂直 或横伸于容器中，故所占空间较大。 返本章目录返本章目录 5.3.1 浮子式液位计 重点：各种浮子式液位计的特点、原理、结构和使用。 难点：各种浮子式液位计的使用。 5.3 浮力式液位计 5.3.2 浮筒式液位计 重点：各种浮筒式液位计的特点、原理和结构。 难点：浮筒式液位计的校验。 返本章目录返本章目录 1、浮子式液位计：是一种、浮子式液位计：是一种恒浮力恒浮力式液位计。式液位计。 （1）钢丝绳（或钢带）式浮子液位计）钢丝绳（或钢带）式浮子液位计 基本原理：基本原理： 通过测量通过测量漂浮于被测液面上的浮子（浮漂浮于被测液面上的浮子（浮 标）随着液面的变化而上下移动而产生的位标）随着液面的变化而上下移动而产生的位 移来检测液位高低，其所受浮力的大小一定。移来检测液位高低，其所受浮力的大小一定。 即检测浮子所在位置可知液面高低。即检测浮子所在位置可知液面高低。 浮子形状常见有圆盘形、圆柱形和球形等。下面以圆柱形为例来 浮子形状常见有圆盘形、圆柱形和球形等。下面以圆柱形为例来 作分析。如图：作分析。如图： 浮子通过滑轮和绳带与平衡重锤连接，绳带的拉力与浮子的重量浮子通过滑轮和绳带与平衡重锤连接，绳带的拉力与浮子的重量 及浮力相平衡，以维持浮子处于平衡状态而漂在液面上，平衡重及浮力相平衡，以维持浮子处于平衡状态而漂在液面上，平衡重 锤位置即反映浮子的位置，从而测知液位。锤位置即反映浮子的位置，从而测知液位。 5.3.1 浮子式液位计 基本原理：基本原理： 理想情况下，浮子浸入液体的高度 理想情况下，浮子浸入液体的高度h是不变的，将来液位变化是不变的，将来液位变化 时，浮子随液位上、下移动，通过滑轮使悬锤上、下移动，指时，浮子随液位上、下移动，通过滑轮使悬锤上、下移动，指 示液位高低。示液位高低。 gh D F d D 4 2 浮子所受浮力为： 液体密度为 浮子浸入液体高度为 设园柱形浮子外径为 5.3.1 浮子式液位计 1、浮子式液位计：是一种、浮子式液位计：是一种恒浮力恒浮力式液位计。式液位计。 基本原理：基本原理： 但由于液体的黏性、传动系统的摩擦等但由于液体的黏性、传动系统的摩擦等 因素，液位变化因素，液位变化H只有达到一定的值时（即只有达到一定的值时（即 浮子浸入液体深度浮子浸入液体深度h变化到一定值时变化到一定值时h ），）， 造成浮力发生造成浮力发生F的变化时，浮子才会动作，的变化时，浮子才会动作， 才可能带动悬锤指示变化。这表明了液位计存在不灵敏区。才可能带动悬锤指示变化。这表明了液位计存在不灵敏区。 gh D F 4 2 浮子所受浮力为： 1、浮子式液位计：是一种、浮子式液位计：是一种恒浮力恒浮力式液位计。式液位计。 基本原理：基本原理： 浮力变化 浮力变化F和液位变化和液位变化H的关系：的关系： 当 当F等于系统的摩擦力时，浮力才开始等于系统的摩擦力时，浮力才开始 移动，该式表明了液位计的不灵敏区为：移动，该式表明了液位计的不灵敏区为： 从此式可知，选择合适的浮子直径及减少摩擦阻力，可以改从此式可知，选择合适的浮子直径及减少摩擦阻力，可以改 善液位计的灵敏度。善液位计的灵敏度。 gh D F 4 2 浮子所受浮力为： g D H F 4 2 g D F H 4 2 杠杆浮球式液位计分为内浮式内浮式和外浮式外浮式。使用时若有沉 淀物或凝结物附在浮球上，要重新调整平衡锤调整平衡锤的位置，校正 零位。这类仪表变化灵活，容易适应介质的温度、压力、粘 度等条件。但受机械杠杆长度的限制，测量范围较小。 （2）杠杆浮球式液位计）杠杆浮球式液位计 返本节目录返本节目录返本章目录返本章目录 1、浮子式液位计：是一种、浮子式液位计：是一种恒浮力恒浮力式液位计。式液位计。 1-浮球 2-连杆 3-转动轴 4-平衡锤 5-杠杆 6-指针 7-标尺 5.3.1 浮子式液位计 翻板由极薄的导 磁金属制成，每片宽 10mm，垂直排列， 并各自能绕框架上的 小轴旋转。翻板的一 面涂有红漆，另一面 涂银灰漆。 （3）翻板式液位计）翻板式液位计 返本节目录返本节目录返本章目录返本章目录 翻板式液位计工作原理动画演示翻板式液位计工作原理动画演示 返本节目录返本节目录返本章目录返本章目录 5.3.2 浮筒式液位计 浮筒式液位计的检测元件是浸没于液体中的浮 筒。浮筒所受浮力随位移发生变化。此浮力变化 再以力或位移变化的形式，带动电动或气动元件 发出信号给显示仪表以显示液位，也可以实现液 位的报警或调节。 这种液位计主要由变送器和显示仪表两部分组 成。 浮筒的长度就是仪表的量程，一般为300 2000mm。 返本节目录返本节目录返本章目录返本章目录 二、浮力式液位计二、浮力式液位计 2、浮筒式液位计：是一种、浮筒式液位计：是一种变浮力变浮力式液位计。式液位计。 （1）带有差动变压器的浮筒式液位计）带有差动变压器的浮筒式液位计 . .原理图：原理图： 结构： 结构：圆柱形的检测元件的浮筒部分沉浸于圆柱形的检测元件的浮筒部分沉浸于 液体中，由弹簧悬挂，弹簧下端固定，上端受浮液体中，由弹簧悬挂，弹簧下端固定，上端受浮 筒重力而拉伸。筒重力而拉伸。 . .基本原理：基本原理： 利用浮筒（敏感元件）由于被液体浸没高度 利用浮筒（敏感元件）由于被液体浸没高度 不同，以至所受浮力不同来检测液位。不同，以至所受浮力不同来检测液位。 二、浮力式液位计二、浮力式液位计 2、浮筒式液位计：是一种、浮筒式液位计：是一种变浮力变浮力式液位计。式液位计。 . .基本原理：基本原理： 设浮筒质量为设浮筒质量为m ，截面积为，截面积为A ，弹簧的刚度，弹簧的刚度 为为c，压缩位移为，压缩位移为 x0，被测液体密度为，被测液体密度为 ，浮筒没，浮筒没 入液体高度为入液体高度为H 起始位置弹性力与重力、浮力相平衡，有： 起始位置弹性力与重力、浮力相平衡，有： 弹性力重力浮力 二、浮力式液位计二、浮力式液位计 2、浮筒式液位计：是一种、浮筒式液位计：是一种变浮力变浮力式液位计。式液位计。 . .基本原理：基本原理： 当液位变化时，浮筒所受浮力改变，弹簧的当液位变化时，浮筒所受浮力改变，弹簧的 变形亦有变化。变形亦有变化。 达到新的力平衡时则有以下关系：达到新的力平衡时则有以下关系： （即浮筒位移变化）弹簧变形变化 液位高度变化