09 第九章 物位的测量.pptx

第1页：物位的概念与分类

第9章物位的测量-118物位液位、料位和界位的总称。液位储存在各种容器中的液体液面的相对高度或自然界的江、湖、水库的表面的相对高度；料位在各种容器中或仓库、场地上堆积的固体物的相对高度或表面位置；界位在同一容器中由于两种密度不同且互不相容的液体之间或液体与固体之间的分界面（相界面）位置。物位测量结果常用绝对长度单位或百分数表示。

第2页：物位测量的特殊情况与物位计

• 液面上有悬浮物、泡沫
• 被测介质浓度逐渐变化
• 被测介质处于高温、高压及大粘度状态。几种常用的物位计1压力式物位计（2）浮力式物位计（3）电容式物位计（4）超声波式物位计（5）放射性物位计

第3页：物位的概念与分类（重）

第9章物位的测量-11物位液位、料位和界位的总称。液位储存在各种容器中的液体液面的相对高度或自然界的江、湖、水库的表面的相对高度；料位在各种容器中或仓库、场地上堆积的固体物的相对高度或表面位置；界位在同一容器中由于两种密度不同且互不相容的液体之间或液体与固体之间的分界面（相界面）位置。物位测量结果常用绝对长度单位或百分数表示。

第4页：特殊情况与物位计类型（重）

• 液面上有悬浮物、泡沫
• 被测介质浓度逐渐变化
• 被测介质处于高温、高压及大粘度状态。几种常用的物位计1压力式物位计（2）浮力式物位计（3）电容式物位计（4）超声波式物位计（5）放射性物位计

第5页：压力式物位计原理

液体或固体对容器或堆积场地的底面产生一定的压力，设物料的密度为一常数，则对底部的压力与物料的高度成正比，即P3H=ρΣg式中：H—物料表面距容器或堆积场地底部的距离（单位是m）。P—物料对容器或堆积场地底部的压力（单位是Pa）。Ρ—物料密度（单位是kg/m3）。g—重力加速度（单位是m/s2）。

第6页：压力式与差压式液位计

H=+hPρΣg压力式液位计差压式液位计P1=P+h1ΣρΣgP2=P+(H−h2)ΣρΣgΔP=P1−P2=(h1+h2−H)ΣρΣg注意1取压口位置的选择，上、下取压口位置决定于被测液位变化的范围，即液位的变化不能高出或低于上下取压口位置；2在液面上部空间介质密度与被测介质密度相比不可忽略时，应对上部介质密度影响进行必要的修正。

第7页：浮力式液位计

2浮力式液位计浮子不脱离液面的条件是所以设计时应满足为使吃水线在浮子中央，应使优点结构简单、直观可靠、对于外界温度、湿度、压力等因素影响较小。缺点使用机械结构的摩擦力较大，从而影响精度。浮子不沉入液面下的条件是G<W+ρΣgΣVG为浮子重力；W为重锤重力；G>WW<G<W+ρΣgΣV2G−W=1ρΣgΣV5

第8页：电容式物位计原理

原理物料介电常数恒定时极间电容正比于物位。特点无可动部件，与物料密度无关，但要求物料的介电常数与空气介电常数差别大，且需用高频电路。

第9页：导电容器中的电容式物位计

适用于导电容器中的绝缘性物料，且容器为立式圆筒形。器壁为一极，沿轴线插入金属棒为另一极，其间构成的电容与物位成比例。也可悬挂带重锤的软导线作为电极。

第10页：非金属容器中的套筒电极

适用于非金属容器，或虽为金属容器但非立式圆筒形，物料为绝缘性的。这时在棒状电极周围用绝缘支架套装金属筒，筒上下开口，或整体上均匀分布多个孔，使内外物位相同。中央圆棒及与之同轴的套筒构成两个电极，其间电容和容器形状无关，只取决于物位。这种电极只用于液位，粉粒体容易滞留在极间。

第11页：导电性物料的电容测量

用于导电性物料，其形状和位置和图（a）一样，但中央圆棒电极上包有绝缘材料，电容是由绝缘材料的介电常数和物位决定的，与物料的介电常数无关，导电物料使筒壁与中央电极间的距离缩短为绝缘层的厚度，物位升降相当于电极面积改变。

第12页：电容式物位计的电容计算

D气体部分的电容为C=Llnd1012πε(H−H)忽略杂散电容及端部边界效应后，两电极间总电容为D液体部分的电容为C=lnd2L22πεH1L2−ε)HlndD+2π(εCx=C1+C2=C010

第13页：电极偏离轴线的灵敏度

L−ε)Hlnd电极偏离容器轴线后的灵敏度用K表示，有下列关系：D+2π(εCx=C1+C2=C0Rr−b2R2lnK=kεK为灵敏度；k为常数；ε为被测介质介电常数；R为容器半径；r为电极半径；b为电极对容器轴线的偏移量。电极接近容器壁，灵敏度很高，但曲线斜率大，读数不易稳定。

第14页：超声波物位传感器方案

传声介质1液介式2气介式3固介式探头的工

作方式1单探头式

发射和接收由一个探测器完成

2双探头式

发射和接收由两个探测器分别完成

第15页：超声波物位传感器方案（重）

传声介质1液介式2气介式3固介式探头的工

作方式1单探头式

发射和接收由一个探测器完成

2双探头式

发射和接收由两个探测器分别完成

第16页：超声波物位传感器的优缺点

超声

波物位传感器优点

1非接触测量，换能器振幅小、寿命长

2使用范围广

声波与介质的电导率、热导率及介电常数等无关，只要界面的声阻抗率不同，液位、料位都可测量，同时还可用于低温、有毒、有腐蚀性、粘度高的液体和固体的物位测量。超声

波物位传感器缺点

1不能承受高温。2声速受介质成分、温度、压力的影响。3无法用于对声波吸收能力较强的介质。4电路复杂、造价高

第17页：声速校正：校正具法

超声波测量液位以声速是已知值为先决条件。声速在气体、液体中决定于成分、温度和压力。声速在固体中决定于成分和波形。1．用校正具校正声速0002L=1ct00ttL=L3

第18页：声速校正：固定标记法

用固定标记校正声速如果小反射板安装距离为70cm，则液位高度为70cm×3.5=245cm=2.45m4

第19页：三种液位计的比较

几种液位计的比较

从声速校正方法来看，采用液介式液位计效果最好

气介式液位计

影响声速的因素多（成分、温度和压力三种梯度），影响大，只能用于挥发性不强的液体或者气体成分比较均匀和温度、压力变化不大的环境

液介式液位计

影响声速的因素少（主要是温度），影响小，在通常情况下不加校正，测量精度就可达1%左右，如果进行校正，精度会优于0.1%

固介式液位计

从校正角度来看，最为优越。因为它不受外界气体、液体与压力变化的影响。由于采用的固体介质一般为金属，传热较好，温度梯度几乎没有影响。但由于固体声波的传播较为复杂，同时存在几种不同速度的声波，造成很大干扰，这样信噪比就难以提高，所以目前较为少用

第20页：液位测量的近限与远限

4.3液位测量的近限与远限头式

远限

过远探头接受到的超声信号过弱，以致无法和噪声信号相区别

近限

太近则信号进入接收探头的盲区以内而无法分辨。oc近限ob远限从设计、使用、安装、维修和成本等条件考虑，单探头占有一定的优势。但是当探测距离较远时，就需要大功率超声发射换能器，用以加大发射功率。但发射功率越大，接收灵敏度越低，这就不得不把发射和接收分开，而采用双探

第21页：放射性物位仪表

5放射性物位仪表7以核辐射的穿透特性和物质（被测介质）对射线的吸收特性为基础。主要包括辐射源、检测器和显示仪表三部分。温度、湿度、压力和电磁场对超声波物位计有影响，对放射性物位计无影响。唯一弱点：对人身有害。使用中注意（1）剂量大小（2）防护措施。

第22页：核辐射的基本特性

5.1核辐射的基本特性放射性元素一般有四种射线，即α、β、γ和X射线。射线穿过物质后其辐射强度随着物质层的厚度呈指数规律衰减放射性元素当发出α、β、γ射线后，自己就变成了与原来元素不同性质的新元素。而其辐射强度都是与时间成指数规律衰减的，任何外界变化都不能改变它们的衰减速度，其λ——衰减系数（蜕变系数）；半衰期：放射性元素原子核有一半蜕变所需要的时间。ml−μx−μρx=IeI=Ie00−λt规律为I=I0e0.5−λTλ8000.51I=0.6932=IeT

第23页：放射性液位计方案

5.2放射性液位计放射性液位计通常采用两种测试方案，即固定安装式和随动跟踪式。图为几种固定安装式液位计测试方案。

第24页：辐射防护的剂量概念

照射量

表示X或γ射线在单位质量小体积元空气中释放出来的全部电子（负电子和正电子）被完全阻止于空气里时，空气中形成的同种符号的离子总电荷的绝对值。2.

吸收剂量

单位质量被照射物质平均吸收的辐射能量。3.

剂量当量

对人体说来，在一定的吸收剂量情况下，由于辐射种类和照射条件不同，对人体的放射危害也不一样。为了说明对人体放射危害的严重程度而采用了剂量当量

第25页：最高允许剂量与防护方法

最高允许剂量：对最高允许剂量是以现代科学水平为依据，人体能够接受的最大电离辐射的剂量。在此剂量下任何时候都不会对人体的健康与安全有显著的损伤和影响。最高允许剂量是内外照射剂量的总和，可以按长期积累剂量计算，也可按一次照射剂量计算。5.辐射防护：防护的方法主要有屏蔽防护、时间防护和距离防护三种。屏蔽防护是在辐射源和工作人员之间设置一屏蔽物，当射线穿过时大为减弱，从而使工作人员所受辐射剂量大大降低。

第26页：习题9-3 界位的差压测量

习题9-3．有两种密度分别为ρ1、ρ2的液体，在容器中，它们的界面经常变化，试考虑能否利用差压变送器来连续测量其界面？测量界面时要注意什么问题？答：当两种液体在容器中的总液位不变时，可以用差压式液位计测量界位的变化。当两种液体的密度相差较大时，测量精度较高，当两种介质的密度相差较小时，测量精度较低。