1、3.6 物位的檢測,物位不僅是物料消耗量或產(chǎn)量計量等進(jìn)行經(jīng)濟(jì)核算的參數(shù)，也是判斷生產(chǎn)過程的工作狀況、保證連續(xù)生產(chǎn)和設(shè)備安全、提高產(chǎn)品質(zhì)量的重要過程參數(shù)，在現(xiàn)代大工業(yè)生產(chǎn)過程對物位的監(jiān)測占有重要地位，對物位測量儀表的精確測量、穩(wěn)定可靠、多功能、智能化的要求也越來越高。,3.6.1 物位的概念及檢測方法,(一) 物位的基本概念 物位是液位、料位、及相界面位置的總稱。 液位是液體表面位置的高度_液位計； 料位是塊狀、顆粒狀和粉料等固體物料堆積高度的表面位置_料位計； 界面位置一般指固體與液體或兩種不相溶、密度不同的液體之間存在的分界面，也稱界位_界位計。,(二) 物位的檢測方法 按工作原理分類，物位

2、檢測方法有直讀式、靜壓式、浮力式、電容式、回波測距（TOF）式、核輻射式、光學(xué)式等。,1）直讀式檢測法 根據(jù)連通管原理，從玻璃管或玻璃板上的刻度讀出物位的高度。直讀式檢測法主要用于液位檢測，直讀式液位計結(jié)構(gòu)簡單、直觀，但只能就地讀數(shù)，不能遠(yuǎn)傳。,2）靜壓式檢測法 利用容器中液體或固體物料堆積的高度與它在某測試點(diǎn)所產(chǎn)生的壓力成正比原理，因而可用測壓的方法來測量物位。,3）浮力式檢測法 利用浮子高度隨液位變化而改變或液體對浸沉于液體中的浮子(或稱沉筒)的浮力隨液位高度而變化的原理工作。它又可分為浮子帶鋼絲繩或鋼帶的、浮球帶杠桿的和沉筒式的幾種，適用于液位檢測。,4）電學(xué)式檢測法 電學(xué)法按工作原理不

3、同又可分為電阻式、電感式和電容式。工作原理是把物位的變化，變換成相應(yīng)電阻、電感、電容量的變化，然后測量此量的變化從而得到物位變化的。用于液體或固體物料的液位、料位或相界面位置，可供連續(xù)測量和定點(diǎn)監(jiān)控之用。,5）回波測距（TOF）檢測法 利用能量波從發(fā)射探頭發(fā)射到被測物料面上，再從這一表面反射回到接收探頭的波的來回傳播時間來測出物位的。相應(yīng)的物位計有超聲物位計、微波物位計（俗稱雷達(dá)物位計）及激光物位計。,6）核輻射檢測法 利用物質(zhì)對核輻射的吸收，使射線強(qiáng)度減弱的原理來測量物位，核輻射透過物料時，其強(qiáng)度隨物質(zhì)層的厚度而變化。目前應(yīng)用較多的是射線,適用于高壓、高溫和有毒的密封容器的液位或料位測量，且

4、不受周圍電磁場、煙氣和灰塵等影響。,3.6.2 超聲波物位檢測,超聲波物位計是基于回波測距原理設(shè)計的，根據(jù)傳聲介質(zhì)的不同可以分為：液介式、氣介式、固介式三種，一般最常用的是前兩種。 利用超聲來測量物位技術(shù)發(fā)展已很成熟，液體、漿體、固態(tài)物料都能應(yīng)用,利用超聲波發(fā)射探頭發(fā)出超聲脈沖，發(fā)射波在料位或液位表面反射形成回波，由接收探頭將信號接收下來，測出超聲脈沖從發(fā)射到接受所需時間，根據(jù)已知介質(zhì)中的波速就能計算出探頭到物位或液位表面的距離，從而確定物位的高度。,超聲波物位傳感器原理圖,超聲波探頭采用雙晶直探頭,探頭中兩個晶片分別用于發(fā)射和接受超聲波。,(一)氣介式超聲物位計原理,設(shè)L為超聲波換能器與被測

5、液體容器底部距離，C為聲速，t為超聲波換能器發(fā)射超聲波到接收到反射波的時間間隔，則可確定所測液位高度H為,(二)液介式超聲波液位計原理,超聲波探頭安裝于容器底部，所測液位高度H為,(三)液液超聲波相界面?zhèn)鞲衅髟?超聲波探頭安裝于容器底部，A、B兩種液體相界面在H處. 超聲波在A、B兩種液體的傳播速度為v1、v2，設(shè)超聲波在液體A中傳播并被相界面反射回來的往返時間為t1、超聲波在液體A,B中傳播并被液面反射回來的往返時間為t2，,A、B兩種液體相界面位置高度為,3.6.2 微波物位檢測,利用微波來檢測物位是近年來發(fā)展最快的一種物位測量技術(shù)。因?yàn)樗抢走_(dá)無線電檢測與測距技術(shù)衍化而來，故俗稱雷達(dá)物

6、位計。 雷達(dá)波是一種特殊形式的電磁波，傳播速度相當(dāng)于光速，其頻率為300MHz-3000GHz。,超聲波物位測量的測量范圍可從毫米數(shù)量級到幾十米以上，可進(jìn)行非接觸測量，不受介質(zhì)粘度的影響，并與介質(zhì)的介電常數(shù)、電導(dǎo)率、熱導(dǎo)率等無關(guān)； 適合強(qiáng)腐蝕、高壓、有毒、高粘度液體的測量；不適宜被測液體中有氣泡和懸浮物，而且液面不能有很大的波動；測量精度受聲速的影響（聲速受溫度影響）。,(一) 微波物位測量基本原理,雷達(dá)頭發(fā)射微波探測信號，當(dāng)遇到被測物料時，在物料表面產(chǎn)生反射，反射的微波被雷達(dá)頭接收，并將其傳輸給電子線路，微處理器對此信號進(jìn)行處理，識別出微波在物料表面所產(chǎn)生的回波，正確的回波信號識別由智能軟件

7、完成。 微波物位計按使用微波的波形分類，可分為調(diào)頻連續(xù)波（FMCW）、脈沖波（PULSE）兩類。,(1)脈沖微波物位計原理,由雷達(dá)天線發(fā)射脈沖信號,測量出發(fā)射和接收雷達(dá)波的時間間隔，即可計算出物料表面與雷達(dá)天線之間的距離。,(2)調(diào)頻連續(xù)波式物位計原理,由雷達(dá)頭發(fā)射連續(xù)變化的頻率信號，利用回波與信號發(fā)射的頻率差正比于自雷達(dá)頭到液面的距離原理.,發(fā)射頻率與回波頻率頻差為:,被測距離L為:,微波物位計應(yīng)用,微波物位計在高爐上物位監(jiān)測應(yīng)用,和超聲波（機(jī)械波）相比，微波的傳播不依賴介質(zhì) ;波速不受環(huán)境影響，故測量精度較超聲物位計高，它可以解決許多超聲波技術(shù)難以勝任的工況。 微波物位計應(yīng)用優(yōu)勢：高溫、高

8、壓、腐蝕、帶攪拌等復(fù)雜工況；化工、石油化工等行業(yè)瀝青、酸堿罐、反應(yīng)釜等；高爐爐料料位，高溫融熔金屬液位；大型儲罐液位精密測量，如原油、成品油罐、液化氣、化工液體等液位測量；粉狀、顆粒狀料位，如電廠灰?guī)臁⑺鄰S成品庫料位等。,3.6.3. 浮力式物位檢測,浮力式物位檢測法是依據(jù)力平衡原理，利用漂浮于液面上的浮標(biāo)或浸沒于液體中的浮筒對液位進(jìn)行測量的。當(dāng)液位變化時，只要檢測出浮標(biāo)的位移或浮筒所受到的浮力的變化，就可以知道液位的高低。 分為浮子式（恒浮力式）和浮筒式（變浮力式）兩種型式。前者產(chǎn)生相應(yīng)的位移，而所受到的浮力維持不變，后者則發(fā)生浮力的變化。,(一)浮筒式液位計,把一個比重比液體大的浮筒用彈

9、簧懸掛在液體中，當(dāng)液面變化時，浮筒所受浮力隨之變化，浮筒產(chǎn)生位移，通過推桿帶動鐵心移動，使差動變壓器輸出電壓信號與浮筒位移呈正比，即可測量出液位。,設(shè)初始狀態(tài)時，液位為零，浮力為零，則浮筒重量等于彈簧力，即,液位升高為H時，浮筒上升X，彈簧被壓縮X，彈簧力、浮筒浮力及重力平衡，則有:,(二)浮子液位計,由非磁性的直管、浮子，以及直管外的指示器三者組成。 當(dāng)液位升降時，管中磁性浮子也隨之升降，浮子內(nèi)的永久磁鋼通過磁耦合傳遞到磁翻柱指示器，驅(qū)動翻柱翻轉(zhuǎn)，當(dāng)液位升時翻柱由白色轉(zhuǎn)變?yōu)榧t色，當(dāng)液位降時 翻柱由紅色轉(zhuǎn)變?yōu)榘咨t白交界處為容器內(nèi)部液位的實(shí) 際高度。,3.6.4.電容式物位檢測,電容式液位計

10、利用液位高低變化影響電容器電容量大小的原理進(jìn)行測量。電容式液位計的結(jié)構(gòu)形式很多，有平極板式、同心圓柱式等等。 特點(diǎn):適用范圍非常廣泛，對導(dǎo)電介質(zhì)和非導(dǎo)電介質(zhì)都能測量，可測量液位、粉狀料位、也可測界位。電容液位計具有結(jié)構(gòu)簡單體積小，安裝要求低等特點(diǎn)，容易實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)傳和調(diào)節(jié)，適用于具有腐蝕性和高壓的介質(zhì)的液位測量。,同心圓筒式電極液位計,當(dāng)電極間無被測物時:,當(dāng)電極間有被測物時，設(shè)其介電常數(shù)為1，高度為H,電容的變化量為:,可見，被測介質(zhì)物位與電容量的變化呈正比，只須通過測量電路對電容的檢測與轉(zhuǎn)換將其變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)的電流信號輸出，即可求出被測介質(zhì)物位H。,用于測量導(dǎo)電性物位電容式液位計，它是一根金屬棒插入盛

11、液容器內(nèi)，金屬棒作為電容的一個極（包有絕緣材料），導(dǎo)電液體和容器壁構(gòu)成電容器的外電極。,3.6.5 靜壓式物位檢測,靜壓法依據(jù)液體重量所產(chǎn)生的壓力進(jìn)行測量。由于液體對容器底面產(chǎn)生的靜壓力與液位高度成正比，因此通過測容器中液體的壓力即可測算出液位高度。,(1)常壓開口容器液位測量,液位高度H與液體靜壓力P之間有如下關(guān)系：,P測壓儀表指示值 H液位的高度 液體的密度 g重力加速度,(2)密閉容器中的液位測量,采用測量壓差的方法,消除液面上上部氣壓及氣壓波動對示值的影響. 將容器底部與差壓變送器正壓室相連，液面上的空間與負(fù)壓室相連，就可以測量出液面的高低。,設(shè)液位高度為H，h1、h2為容器底部和工作

12、面距差壓計的高度。則差壓變送器的正、負(fù)壓室的壓力P1、P2分別為:,用差壓計的讀數(shù)P，可間接反映液面高度H,3.6.6 物位開關(guān),物位開關(guān)是以測量物位狀態(tài)為目標(biāo)，只檢測物位是否達(dá)到上限、下限或某個特定位置，屬于定點(diǎn)測量方式。當(dāng)物位達(dá)到某一預(yù)定高度時傳感器發(fā)出信號并轉(zhuǎn)換為開關(guān)信號輸出，開關(guān)信號可以用作啟停一個進(jìn)料裝置的控制信號或被送到系統(tǒng)其它環(huán)節(jié)聯(lián)動聯(lián)鎖，參與系統(tǒng)的調(diào)節(jié)與控制。 目前常用的的物位開關(guān)有浮球式、音叉式、電容式，阻旋式、射頻導(dǎo)納式(電容式)和超聲波式等。,(1)阻旋式物位開關(guān),低速運(yùn)行的同步電機(jī)帶動槳葉在不接觸被測材料時自由運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)物料接觸到葉片時，馬達(dá)停止轉(zhuǎn)動，機(jī)構(gòu)同時輸出一接點(diǎn)信號供報警指示或控制用。當(dāng)被測材料高度下降時，加載的彈簧伸展、馬達(dá)返回它的原始位置并恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)。阻旋式物位開關(guān)是一種用于固態(tài)物料（包括粉狀、粒狀、塊狀、膠狀等）的物位控制器。,(2)音叉式物位開關(guān),其工作原理根據(jù)物料對振動中的音叉有無阻力，探知料位是否到達(dá)或