物位測量儀表

在工業生產過程中測量液位、固體顆粒和粉粒位，以及液-液、液-固相界面位置的儀表。一般測量液體液面位置的稱為液位計，測量固體、粉料位置的稱為料位計，測量液-液、液固相界面位置的稱為相界面計。在工業生產過程中廣泛套用物位測量儀表，測量鍋爐水位的液位計就是一例。發電廠大容量鍋爐水位是十分重要的工藝參數，水位過高、過低都會引起嚴重安全事故，因此要求準確地測量和控制鍋爐水位。水塔的水位、油罐的油液位、煤倉的煤塊堆積高度、化工生產的反應塔溶液液位等，都需要採用物位測量儀表測量。

基本介紹

• 中文名：物位測量儀表
• 測量：測量液位、固體顆粒和粉粒位
• 分類：直讀式物位儀表、差壓式物位儀表
• 原理：連通器原理

概述

物位測量儀表按所使用的物理原理可分為直讀式物位儀表、差壓式物位儀表（包括壓力式）、浮力式物位儀表、電測式（電阻式，電容式與電感式）物位儀表、超聲式物位儀表、核輻射式物位儀表等。

直讀式物位儀表 　從測量機構上可直接讀出液位，玻璃管（或玻璃板）液位計就是利用連通器原理，用旁通玻璃管（或玻璃板）讀數。根據測量要求，有透光式和反射式等型式。

浮力式物位儀表 　利用液面上的浮子或沉浸在液體中浮筒（也稱沉筒）受到浮力作用而工作。這類儀表分為兩種：一種是在測量過程中浮力維持不變，如浮球液位計、浮標液位計，工作時浮標隨液面高低變化，通過槓桿或鋼絲繩等機構將浮標位移傳遞出去，再經電位器、數碼盤等轉換為模擬或數位訊號；另一種是在測量過程中浮力發生變化，如浮筒式液位計（圖1），液位改變時浮筒在液體內浸沒的程度不同，所受的浮力也不同，將浮力的變化量轉換成差動變壓器鐵芯的位移，就可輸出相應的電信號，供指示、記錄、報警和調節之用，也可遠距離傳送。

物位測量儀表

分類

差壓式物位儀表

差壓式儀表利用液體的靜態壓力測量液位。液體底部壓力與容器內的液面高度和液體表面上的氣壓有關。如果測量敞口容器內液位，則可用壓力測量儀表或壓力變送器間接測出液面高度；如果在有壓力的密封容器內測量液位,則採用測量壓差的方法,消除液面上壓力的影響，將容器底部與差壓變送器正壓室相連，液面上的空間與負壓室相連，就可以測量出液面的高低

電測式物位儀表

將物位變化轉換為電參數（如電阻、電容、電感）的變化，再變成電信號輸出。這類儀表又分為電阻式、電容式和電感式三種。

①　電阻式物位儀表　利用物位變化時引起電極電阻變化的原理工作（圖3）。物位變化引起電阻逐漸變化的，可用於連續測量物位；只有當物位變化到接觸電極時才引起電阻突變的，可用來定點報警控制物位。電阻式物位儀表在工作時電極接觸被測介質（一般為導電液體），電極表面接觸狀況改變（如出現污垢、生鏽、腐蝕等現象）會引起表面接觸電阻變化，從而產生測量誤差。使用時間越長，誤差就越大。因此，這種儀表雖然結構簡單，但套用範圍不廣，主要用作液位定點報警和控制，很少用於連續測量。

物位測量儀表

②　電容式物位儀表　物位變化時引起電極的電容量變化，利用這個原理構成的電容式物位計可以測量導電液和非導電液的液位、非導電顆粒狀固體的料位。兩同軸相互絕緣的導電金屬圓柱中間隔以不導電的介質，就構成電容器，其電容量為：　

公式

式中ε為介質介電係數，L為圓筒電極的高度, D和d分別為外電極內徑和內電極外徑。物位變化引起ε，L，D/d變化，從而引起電容量變化。測出這個變化值就可測出物位。根據這個道理,用各種不同形狀的電容測量頭,可構成多種電容式物位儀表(圖4)。現代電容式物位儀表採用安全防爆、隔爆的措施，套用範圍已擴大到一些化工、石油、輕工部門。電容式物位儀表是電測式物位儀表中套用最廣泛的一種。

③　電感式物位儀表 利用物位變化時引起自感量、互感量或感應電流等的變化來測定物位，常用的有感應式高頻液位計或諧振式液位計。也可用帶導磁材料的浮子與電磁感應線圈製成液位信號報警器。採用電感式測量可實現完全不接觸測量。

超聲式物位儀表

超音波在液體中傳播有較好的方向性，遇到分界面時能反射，因此通過測定超音波從發射出去到反射回來的時間就能確定液面的高度。一般採用電激勵使壓電換能器（常用的有鋯鈦酸鉛、鈮鎂酸鉛、鈦酸鋇等壓電換能器）發出聲波，從液面反射回來的聲脈衝經壓電換能器轉換為電脈衝，用計時電路測定超音波在液體中來回經過的時間，根據超音波在液體中的傳播速度即可算出液面高度。聲波的接受和發射可用同一個換能器，也可用兩個換能器。超聲式物位儀表根據聲波傳播的介質不同分為液介式、氣介式和固介式(圖5)。

物位測量儀表

利用超聲物位儀表進行測量的優點是檢測元件可以不與被測液體接觸，因而適合於強腐蝕性、高壓、有毒、高粘度液體液位的測量。此外它還不怕煙和光，不受電磁干擾，可測量各種液體的液位和粉粒狀固體料位，還可用於測量兩種液體界面、液位差、料位差等。固介式的測量方式能測沸騰介質的液位，允許液面波動傾側、如測量火箭、飛機、輪船燃料倉內的液位。液介式的測量方式套用十分普遍，海水深度測量就採用這種方法。

核輻射式物位儀表 　利用物質（一定物位的液體或固體）對核輻射的吸收，使射線強度減弱的原理來測量物位。核輻射能穿透較厚的鋼板和其他固體，所以這類儀表可進行不接觸測量，對容器不必開孔，能在強光、濃煙、高壓、高溫等惡劣的工作條件下對高粘度、易爆、腐蝕性強的介質進行液位測量，這是其他類型的物位儀表不能與之相比的優點。但核輻射影響人體健康，需要採取現場勞動防護措施，這在一定程度上限制了核輻射物位儀表的推廣套用。

物位測量儀表

鋼帶浮子式液位計

直讀式鋼帶浮子式液位計，這是一種最簡單的液位計，一般只能就地顯示

浮筒式液位計：

浮筒式液位計屬於變浮力液位計，當被測液面位置變化時，浮筒浸沒體積變化，所受浮力也變化，通過測量浮力變化確定出液位的變化量。

液位高度變化與彈簧變形量成正比。彈簧變形量可用多種方法測量，既可就地指示，也可用變換器(如差動變壓器)變換成電信號進行遠傳控制。

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