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仪表和检测系统 物位测量仪表 概述 在工业生产过程中，常遇到大量的液体物料和固体物料，它们占有一定的体积，堆成一定的高度。把生产过程中罐，塔，槽等容器中存放的液体表面位置称为液位；把料斗，堆场仓库等储存的固体块，颗粒，粉料等的堆积高度和表面位置称为料位；两种互不相溶的物质的界面位置叫做界位。液位，料位以及相界面总称为物位。对物位进行测量的仪表被称为物位检测仪表。 物位测量的主要目的有两个：一是通过物位测量来确定容器中的原料，产品或半成品的数量，以保证连续供应生产中各个环节所需的物料或进行经济核算；另一个是通过物位测量，了解物位是否在规定的范围内，以便使生产过程正常进行，保证产品的质量，产量和生产安全。 物位测量仪表的种类很多，如果按液位，料位，界面来分可分为： 测量液位的仪表 玻璃管式，称重式，浮力式（浮筒，浮球，浮标），静压式（压力式，差压式），电容式，电感式，电阻式，超声波式，放射式，激光式和微波式等。 测量界面的仪表 浮力式，差压式，电极式和超声波式等； 测量料位的仪表 重锤探测式，音叉式，超声波式，激光式，放射性式等。 差压式液位计 差压式液位计是利用容器内的液位改变时，液柱产生的静压也相应变化的原理而工作的。 差压式液位计的特点： 检测元件在容器中几乎不占空间，只需在容器壁上开一个或两个孔即可； 检测元件只有一，两根导压管，结构简单，安装方便，便于操作维护，工作可靠； 采用法兰式差压变送器可以解决高黏度，易凝固，易结晶，腐蚀性，含有悬浮物介质的液位测量问题； 差压式液位计通用性强，可以用来测量液位，也可用来测量压力和流量等参数。 ΔP=Pb-Pa=Hρg 式中 H---液位高度； ρ---被测介质密度； g-----被测当地的重力加速度。 在一般情况下，被测介质的密度和重力加速度都是已知的，因此，差压计测得的差压与液位的高度H成正比，这样就把测量液位高度的问题变成了测量差压的问题。 使用差压计测量液位时，必须注意以下两个问题： 遇到含有杂质，结晶，凝聚或易自聚的被测介质，用普通的差压变送器可能引起连接管线的堵塞，此时需要采用法兰式差压变送器； 当差压变送器与容器之间安装隔离罐时，需要进行零点迁移。 3．电容式物位计 电容式物位计是电学式物位检测方法之一，直接把物位变化量转换成电容的变化量，然后再变换成统一的标准电信号，传输给显示仪表进行指示，记录，报警或控制。 3．1 工作原理 电容式物位计的电容检测元件是根据圆筒形电容器原理进行工作的。电容器由两个相互绝缘的同轴圆柱极板内电极和外电极组成，在两筒之间充以介电常数为ε的电介质时，两圆筒间的电容量为； 式中 L-------两极板相互遮盖部分的长度； D------外电极的内径； d------圆筒形内电极的外径； ε--- 中间介质的电介常数 由上可知，只要ε，L，D，d中任何一个参数发生变化，就会引起电容C的变化。在实际应用中，D，d，ε 是基本不变的，故测得C即可知道液位的高低。 4．超声波物位计 声波可以在气体，液体和固体中传播，并有一定的传播速度。声波在穿过介质时会被吸收而衰减，气体吸收最强，衰减最大；液体次之；固体吸收最少，衰减最小。声波在穿过不同密度的介质分界面处还会产生反射。超声波物位计就是根据声波从发射至接收到反射回波的时间间隔与物位高度成比例的原理来检测物位的。 工业生产中应用的超声波物位计可分为气介式，液介式，固介式3种。 超声波物位计的主要特点 超声波物位无可动部分，探头的压电晶片虽振动，但振幅很小，结构简单，寿命长。 仪表不受湿度，黏度的影响，并与介质的介电常数，电导率，热导率等无关。 可测范围广，液体，粉末，块体（固体颗粒）的物位都可测量。 检测元件（探头）不接触被测介质，因此，此表适用于强腐蚀性，高黏度，有毒介质和低温介质的物位和界面测量。 此表的缺点是检测元件不能承受高温，声速又受介质的温度，压力的影响，有些被测介质对声波吸收能力很强，故它的应用有一定的局限性。另外电路复杂，造价较高。 检测原理 当声波从一种介质向另一种传播时，在密度不同，声速不同的分界面上传播方向要发生改变，即一部分被反射（入射角=反射角），一部分折射入相邻介质内。当声波从液体或固体传播到气体，或相反的情况下，由于两种介质的密度相差悬殊，声波几乎全部被反射。因此，当置于容器底部的探头向液面发射短促的声脉冲波时，经过时间t，探头便可接收到从液面反射回来的回波声脉冲。若设探头到液面的距离为H，声波在液体中的传播速度为u，则有以下关系：