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物位仪表的相关资料文献
物位检测是对设备和容器中物料储量多少的度量。物位检测为保证生产过程的正常运行,如调节物料平衡、掌握物料消耗数量、确定产品产量等提供可靠依据。在现代工业生产自动化过程监测中物位检测占有重要的地位。
5.1 物位的定义及物位检测仪表的分类
5.1.1物位的定义
“物位”一词统指设备和容器中液体或固体物料的表面位置。对应不同性质的物料又有以下的定义。
(1)液位 指设备和容器中液体介质表面的高低。
(2)料位 指设备和容器中所储存的块状、颗粒或粉末状固体物料的堆积高度。
(3)界位 指相界面位置。容器中两种互不相溶的液体,因其重度不同而形成分界面,为液-液相界面;容器中互不相溶的液体和固体之间的分界面,为液—固相界面。液—液、液—固相界面的位置简称界位。
物位是液位、料位、界位的总称。对物位进行测量、指示和控制的仪表,称物位检测仪表。
5.1.2 物位检测仪表的分类
由于被测对象种类繁多,检测的条件和环境也有很大差别,所以物位检测的方法有多种多样,以满足不同生产过程的测量要求。
物位检测仪表按测量方式可分为连续测量和定点测量两大类。连续测量方式能持续测量物位的变化。定点测量方式则只检测物位是否达到上限、下限或某个特定位置,定点测量仪表一般称为物位开关。
按工作原理分类,物位检测仪表有直读式、静压式、浮力式、机械式、电气式等。
(1)直读式物位检测仪表 采用侧壁开窗口或旁通管方式,直接显示容器中物位的高度。方法可靠、准确,但是只能就地指示。主要用于液位检测和压力较低的场合。
(2)静压式物位检测仪表 基于流体静力学原理,适用于液位检测。容器内的液面高度与液柱重量所形成的静压力成比例关系,当被测介质密度不变时,通过测量参考点的压力可测知液位。这类仪表有压力式、吹气式和差压式等型式。
(3)浮力式物位检测仪表 其工作原理基于阿基米德定律,适用于液位检测。漂浮于液面上的浮子或浸没在液体中的浮筒,在液面变动时其浮力会产生相应的变化,从而可以检测液位。这类仪表有各种浮子式液位计、浮筒式液位计等。
(4)机械接触式物位检测仪表 通过测量物位探头与物料面接触时的机械力实现物位的测量。这类仪表有重锤式、旋翼式和音叉式等。
(5)电气式物位检测仪表 将电气式物位敏感元件置于被测介质中,当物位变化时其电气参数如电阻、电容等也将改变,通过检测这些电量的变化可知物位。
(6)其他物位检测方法 如声学式、射线式、光纤式仪表等。
各类物位检测仪表的主要特性见表5-1。

5.2 静压式液位检测仪表
静压式检测方法的测量原理如图5-1所示,将液位的检测转换为静压力测量。设容器上部空间的气体压力为 ,选定的零液位处压力为 ,则自零液位至液面的液柱高H所产生的静压差 可表示为: (5-1)
式中 为被测介质密度;g为重力加速度。
当被测介质密度不变时,测量差压值 或液位零点位置的压力 ,即可以得知液位。
静压式检测仪表有多种型式,应用较普遍。

5.2.1 压力、差压式液位计
凡是可以测压力和差压的仪表,选择合适的量程,均可用于检测液位。这种仪表的特点是测量范围大,无可动部件,安装方便,工作可靠。
对于敞口容器,上式中 的为大气压力,在容器底部或侧面液位零点处引出压力信号,仪表指示的表压力即反映相应的液柱静压,如图5-2(a)所示。对于密闭容器,可用差压计测量液位。其设置见图5—2(b),差压计的正压侧与容器底部相通,负压侧连接容器上部的气空间。由式(5-1)可求液位高度。

压力信号的引出可用引压管方式。对于有腐蚀性或有结晶颗粒、粘度大、易凝固的液体介质,可用法兰式仪表。如图5-3所示,仪表以法兰形式与容器连接,金属感压膜盒安装在法兰中,并直接与介质接触。膜盒与测量室之间则由带保护套管的毛细管相通,在这个密闭系统中充满硅油用以传递压力。

由于测压仪表的安装位置一般不能和被测容器的最低液位处在同一高度上,因此在测量液位时,仪表的量程范围内会有一个不变的附加值。对于这种情况,要根据安装高度差进行读数的修正。如图5-4(a)中的情况,差压计安装在最低液面以下。这时加在差压计两侧的差压为:
(5-2)
由于安装高度h所产生的静压使得液位计的输出不与零液位相对应。一般的差压计都有调整零点位置的机构,即可以对感压元件预加一个作用力,将仪表的零点迁移到与液位零点相重合,这就是零点迁移。在仪表的安装位置确定之后,只需按计算值进行零点调整即可。如在图5-4(a)情况下,为使仪表零点指示液位的零点,需要调整的迁移量为,这种迁移称为正迁移。
对于有可凝结蒸汽或采用隔离介质的液位测量系统,差压计的负压侧通常有一个固定的压力偏置量,如图5-4(b)所示。这时加在差压计两侧的差压为:
(5-3)
这种情况下的迁移量 为负值,这种迁移称为负迁移。

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