現(xiàn)代檢測技術(shù)物位檢測技術(shù)第一頁，共三十頁，2022年，8月28日上一頁下一頁返回

物位檢測包括液位、料位、相界面位置的檢測。

液位指液體表面的位置。

料位指容器中固體粉料或顆粒的堆積高度的表面位置，一般固體物料在自然堆積時料面是不平的。

相界面指同一容器中互不相溶的兩種物質(zhì)在靜止或擾動不大時的分界面。

相界面包括液—液相界面、液—固相界面等。第二頁，共三十頁，2022年，8月28日7.1液位檢測方法

7.1.1直接測量法

液位檢測總體上可分為直接檢測和間接檢測兩種方法。

直接測量是利用連通器的原理，將容器中的液體引入帶有標尺的觀察管中，通過標尺讀出液位高度。

通過標尺讀數(shù)的液位計統(tǒng)稱為玻璃管液位計。第三頁，共三十頁，2022年，8月28日上一頁下一頁返回

7.1.2壓力法

液體或固體對容器或堆積場地的底面產(chǎn)生一定的壓力。

設(shè)物料的密度ρ為一常數(shù)，則對底部的壓力P與物料的高度H成正比，即

若容器底部不易安裝壓力表，可在靠近底部（距容器底部的距離為h）處接一壓力表，對于上端與大氣壓相通的開口容器，其液面的高度為第四頁，共三十頁，2022年，8月28日上一頁下一頁返回

對密閉容器液位進行測量時，容器下部的液體壓力除與液位高度有關(guān)外，還與液面上部介質(zhì)壓力有關(guān)。

這種情況可以用測量差壓的方法來獲得液位。

差壓計的一端與容器底部直接接通，另一端通過引壓管與液面上部空間連通。

若引壓管中液柱高度為h2，差壓計距容器底部的距離為h1，液面高度為H，液體密度為ρ，重力加速度為g，容器上部空間的壓力為P，則第五頁，共三十頁，2022年，8月28日上一頁下一頁返回

7.1.3浮力法

利用液體浮力測量液位的傳感器有浮子式（恒浮力式）和浮筒式（變浮力式）兩種。

1、浮子式（恒浮力式）液位計

浮子式是讓浮子始終漂浮在液面上，其所受浮力近似為恒定值。

浮子的位置隨液面升降而變化，把液位的測量轉(zhuǎn)化為浮子位置或位移的測量。

浮子式液位計是將液面上的浮子用繩索連接并懸掛在滑輪上，繩索的另一端掛有平衡重錘。第六頁，共三十頁，2022年，8月28日上一頁下一頁返回

當液位上升時，浮子所受浮力F增加，W-F＜G，使原有平衡關(guān)系被破壞，浮子向上移動。

浮子向上移動的同時，F(xiàn)減小，W-F增加，直到W-F=G時，浮子將停留在新的液位上。

該方法的實質(zhì)是通過浮子把液位的變化轉(zhuǎn)換成機械位移的變化。

2、浮筒式（變浮力式）液位計

浮筒式是把一個比重比液體大的浮筒用彈簧懸掛在液體中，浮筒所受浮力隨液面升降而變化，這樣就把液位測量轉(zhuǎn)化為浮筒浮力的測量。

若浮子的重力為W，浮力為F，重錘的重力為G，浮子漂浮在液面上時，第七頁，共三十頁，2022年，8月28日上一頁下一頁返回

浮筒式液位計是將一封閉的中空金屬筒懸掛在彈簧上。

筒的重量大于同體積的被測液體重量。

筒的重心低于幾何中心，無論液位高低，浮筒總能保持直立姿勢。

在工作過程中，由于彈簧受到壓力的作用，故浮筒的位移不能與液位變化相一致，而是小于液位變化。

當浮筒運動時，帶動鐵芯在差動變壓器中運動，差動變壓器的輸出電壓信號就代表了液位的變化。第八頁，共三十頁，2022年，8月28日上一頁下一頁返回

若浮筒處于某一平衡位置，則

當液位升高ΔH時，浮筒浸沒長度增加Δh，彈簧被壓縮Δx，此時ΔH=Δh+Δx。第九頁，共三十頁，2022年，8月28日上一頁下一頁返回

7.1.4電學法

電學法按工作原理不同又可分為電阻式、電感式和電容式。

1、電阻式液位計

它是由兩根材料和截面積相同的具有大電阻率的電阻棒組成，電阻棒兩端固定并與容器絕緣。

電阻的變化可由電橋電路轉(zhuǎn)換為電壓輸出。第十頁，共三十頁，2022年，8月28日上一頁下一頁返回

2、電感式液位計

電感式液位計是由不導(dǎo)磁管子、導(dǎo)磁性浮子和線圈組成。

管子與被測容器相連通；管子內(nèi)的導(dǎo)磁性浮子浮在液面上，浮子隨液面高度變化而上下移動。

線圈固定在液位上下限控制點。

當液面變化時，浮子隨液面移動，使線圈的磁路的磁阻發(fā)生變化，所以線圈的磁通隨著改變，導(dǎo)致線圈兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。第十一頁，共三十頁，2022年，8月28日上一頁下一頁返回

3、電容式液位計

電容式物位計的特點是：無可動部件，與物料密度無關(guān)。

其缺點是：要求物料的介電常數(shù)與空氣介電常數(shù)差別大，需用高頻電路。

（1）電極結(jié)構(gòu)及工作原理

a、沿立式圓筒形容器軸線插入一導(dǎo)體棒，與容器內(nèi)壁的導(dǎo)體構(gòu)成一電容器，被測液體為絕緣物料。

b、將導(dǎo)體棒用絕緣支架套裝在金屬圓筒中（兩者同軸），筒上下開口，或整體上均勻分布多個孔，使內(nèi)外物位相同。棒狀電極與金屬圓筒構(gòu)成一電容器。物料為絕緣性的。第十二頁，共三十頁，2022年，8月28日上一頁下一頁返回

c、沿立式圓筒形容器軸線插入一包有絕緣材料的導(dǎo)體棒，若被測液體為導(dǎo)電性物料，則導(dǎo)體棒與物料構(gòu)成一電容器。

對于兩導(dǎo)體間介電常數(shù)為ε的同軸線，單位長度的電容量為

★假設(shè)電容器的帶電量為Q；

★計算兩導(dǎo)體間的電場強度矢量；

★計算兩導(dǎo)體間的電壓U；

★計算電容量：C=Q/U第十三頁，共三十頁，2022年，8月28日上一頁下一頁返回

對于結(jié)構(gòu)(a)的電極，若電極長度為H0，沉沒在液體中的長度為HL，則

ε2與ε1的差值越大，靈敏度越高；或d越接近D，靈敏度也越高。第十四頁，共三十頁，2022年，8月28日上一頁下一頁返回

7.1.5熱學法

1、熱電法

在容器壁上選定一系列測量點，并裝上熱電偶。

將各測量點上熱電偶的輸出記錄下來，并描出溫度—熱電勢分布曲線。

曲線上反映出第7個和第8個測量點之間產(chǎn)生了溫度突變，因此，液面就在第7和第8個測量點之間。

2、熱磁感應(yīng)法

在容器壁上選擇一系列測量點，并在這些點上焊上裝有熱敏磁性材料的線圈，線圈中通以交流電。

液面溫度的變化轉(zhuǎn)換為線圈阻抗的變化。

線圈阻抗的變化經(jīng)交流電橋轉(zhuǎn)換為電壓輸出。第十五頁，共三十頁，2022年，8月28日上一頁下一頁返回

7.1.6超聲波法

超聲波在傳播中遇到相界面時，有一部分反射回來，另一部分則折射入相鄰介質(zhì)中。

當超聲波由氣體傳播到液體或固體中，或者由固體、液體傳播到空氣中時，由于介質(zhì)密度相差太大而幾乎全部發(fā)生反射。

在容器底部或頂部安裝超聲波發(fā)射器和接收器。發(fā)射出的超聲波在相界面被反射，并由接收器接收，測出超聲波從發(fā)射到接收的時間差，便可測出液位高低。

超聲液位計按傳播介質(zhì)不同，可分為氣介式、液介式和固介式三種。第十六頁，共三十頁，2022年，8月28日上一頁下一頁返回

按探頭的工作方式可分為自發(fā)自收的單探頭方式和收發(fā)分開的雙探頭方式。

單探頭液位計使用一個換能器，由控制電路控制它分時交替作發(fā)射與接收器。

雙探頭式使用兩個換能器分別作為發(fā)射器和接收器。

若超聲波傳播距離為L（發(fā)射器與相界面距離）

、傳播速度為C、傳播時間為Δt，則

對于給定的介質(zhì)，超聲波的傳播速度可看成已知；Δt的測量一般是用接收到的信號觸發(fā)門電路對振蕩器的脈沖進行計數(shù)來實現(xiàn)。第十七頁，共三十頁，2022年，8月28日上一頁下一頁返回

7.1.8微波法

1、反射式微波液位計

微波發(fā)射天線傾斜一定的角度向液面發(fā)射微波束，波束遇到液面即發(fā)生反射，反射波束由微波接收天線接收。

微波接收天線接收到的微波功率為第十八頁，共三十頁，2022年，8月28日上一頁下一頁返回

2、調(diào)頻連續(xù)波式物位計第十九頁，共三十頁，2022年，8月28日上一頁下一頁返回7.2料位檢測方法

7.2.1重錘探測法

重錘連在與電機相連的鼓輪上。

電機發(fā)訊使重錘在執(zhí)行機構(gòu)控制下動作。

重錘從預(yù)先定好的原點處靠自重開始下降，通過計數(shù)或邏輯控制記錄重錘下降的位置。

當重錘碰到物料時，產(chǎn)生失重信號，控制執(zhí)行機構(gòu)停轉(zhuǎn)—反轉(zhuǎn)，使電機帶動重錘迅速返回原點位置。第二十頁，共三十頁，2022年，8月28日重錘探測法是一種比較粗略的檢測方法，但在某些精度要求不高的場合仍是一種簡單可行的測量方法，它既可以連續(xù)測量，也可進行定點控制.第二十一頁，共三十頁，2022年，8月28日上一頁下一頁返回

7.2.2稱重法

一定容積的容器內(nèi)，物料重量與料位高度應(yīng)當是成比例的。

用稱重傳感器或測力傳感器測出物料的重量，然后再換算出料位的高度。第二十二頁，共三十頁，2022年，8月28日上一頁下一頁返回

7.2.3電學法

1、電阻式物位計

電阻式物位一般用作料位的定點控制。

在容器內(nèi)的不同位置安裝兩支或多支控制電極。

當物料上升或下降下某一位置時，即與相應(yīng)位置上的電極接通或斷開，使該路信號發(fā)生器發(fā)出報警或控制信號。

容器內(nèi)壁為導(dǎo)體，作為另一電極。

要求物料是導(dǎo)電介質(zhì)。第二十三頁，共三十頁，2022年，8月28日

2、電容式料位計

與電容式液位計的原理相類似。第二十四頁，共三十頁，2022年，8月28日上一頁下一頁返回

7.2.4聲學法

音叉式料位控制器是由音叉、壓電元件及電子線路等組成。

音叉由壓電元件激振，以一定頻率振動。

當料位上升或下降到觸及音叉時，音叉振幅及頻率急劇衰減甚至停振。

電子線路檢測到信號變化后向報警器或控制器發(fā)出信號。第二十五頁，共三十頁，2022年，8月28日第二十六頁，共三十頁，2022年，8月28日上一頁下一頁返回

7.2.5光學法

在儲料容器一側(cè)安裝激光發(fā)射器，另一側(cè)安裝接收器。

當料位未達到控制位置時，接收器能夠正常接收到光信號；

當料位上升到控制位置時，光路被遮斷，接收器接收的信號迅速減小。

電子線路檢測到信號變化后轉(zhuǎn)化成報警信號或控制信號。第二十七頁，共三十頁，2022年，8月28日上一頁下一頁返回

7.2.6微波法

在容器的一側(cè)安裝微波發(fā)射天線，在另一側(cè)安裝接收天線。