浮力式物位檢測簡介

物位測量在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中具有重要地位。通過物位測量可以確定容器中被測介質(zhì)的儲存量，以保證生產(chǎn)過程物料平衡，也為經(jīng)濟(jì)核算提供可靠依據(jù)。通過物位測量并加以控制可以使物位維持在規(guī)定的范圍內(nèi)，這對于保證產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量，保證安全生產(chǎn)具有重要意義。在實(shí)際生產(chǎn)中，物位測量對象有液位也有料位等，有幾十米高的大容器、也有幾毫米的微型容器，介質(zhì)的特性更是千差萬別。因此，物位測量方法很多，以適應(yīng)各種不同的測量要求。浮力式物位檢測是其中的一種檢測方法。

恒浮力式物位檢測包括浮標(biāo)式、浮球式和翻板式等各種辦法。常采用浮球式液位計(jì)測量或控制水位。浮球式水位控制器可作為開口水箱或密閉容器的水位控制儀表。浮球用不銹鋼制作，安裝在浮筒內(nèi)，其上端連接有連桿，連桿頂端置有磁鋼。當(dāng)水位發(fā)生變化時，浮球帶動連桿和磁鋼在調(diào)整箱組件中非導(dǎo)磁的管道中上、下移動。當(dāng)磁鋼移動到上下限水銀開關(guān)動作，從而實(shí)現(xiàn)開關(guān)量控制。還有其他類似的浮球式水位傳感器等，由于它們的原理比較簡單，這里不再介紹。

變浮力式物位檢測方法中典型的敏感元件是浮筒，它是利用浮筒由于被液體浸沒高度不同以致所受的浮力不同來檢測液位的變化。如圖1是應(yīng)用浮筒實(shí)現(xiàn)物位檢測的原理圖。將一橫截面積為A，質(zhì)量為m的圓筒形空心金屬浮筒懸掛在彈簧上，由于彈簧的下端被固定，因此彈簧因浮筒的重力被壓縮，當(dāng)浮筒的重力與彈簧力達(dá)到平衡時，則有 ：

式中 C—彈簧的剛度；

x₀—彈簧由于浮筒重力被壓縮所產(chǎn)生的位移。

當(dāng)浮筒的一部分被液體浸沒時，浮筒受到的液位對它的浮力作用向上移動。當(dāng)它與彈簧力和浮筒的重力平衡時，浮筒停止移動。設(shè)液位高度為H，浮筒由于向上移動實(shí)際漫沒在液體中的長度為h，浮筒移動的距離，也就是彈簧的位移改變量為Δx，則 ：

根據(jù)力平衡可得 ：

式中 ρ—浸沒浮筒的液體密度（kg/m³）；

A—浮筒橫截面積（m²）。

將式（1）帶入上式，整理后便得 ：

一般情況下，h>>Δx，由式（2）可得H≈h，從而被測液位H可表示為 ：

上式表明，當(dāng)液位變化時，使浮筒產(chǎn)生位移，其位移量Δx與液位高度H成正比關(guān)系。因此變浮力物位檢測方法實(shí)質(zhì)上就是將液位轉(zhuǎn)換成敏感元件（在這里為浮筒）的位移。應(yīng)用信號變換技術(shù)可進(jìn)一步將位移轉(zhuǎn)換成電信號，配上顯示儀表在現(xiàn)場或控制室進(jìn)行液位指示或控制。圖1是在浮筒的連桿上安裝一鐵芯，可隨浮筒一起上下移動，通過差動變壓器使輸出電壓與位移成正比關(guān)系。

另外，也可以將浮筒所受的浮力通過扭力管達(dá)到力矩平衡，把浮筒的位移變成扭力管的角位移，進(jìn)一步用其他轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換為電信號，構(gòu)成一個完整的液位計(jì)。浮筒式液位計(jì)不僅能檢測液位，而且還能檢測界面，但應(yīng)用較少。

物位是指容器（開口或密封）中液體介質(zhì)液面的高低（稱為液位），兩種液體介質(zhì)的分界面的高低（稱為界面）和固體塊、散粒狀物質(zhì)的堆積高度（稱為料位）。用來檢測液體的儀表稱為液位計(jì)，檢測分界面的儀表稱界面計(jì)，檢測固體料位的儀表稱料位計(jì)，它們統(tǒng)稱為物位計(jì)。 2100433B

射線式物位檢測系統(tǒng)主要有射線源、射線探測器和電子線路等部分組成。

射線式物位檢測射線源

主要從射線的種類、射線的強(qiáng)度以及使用的時間等方面考慮選擇合適的放射性同位素和所使用的量。由于物位檢測中一般需要射線穿透的距離較長，因此常采用穿透能力較強(qiáng)的γ射線。能產(chǎn)生γ射線的放射性同位素主要是Co60（鈷）和Cs137（銫），它們的半衰期分別為5.3年和33年。放射源的強(qiáng)度取決于所使用的放射性同位素的質(zhì)量。質(zhì)量越大，所釋放的射線強(qiáng)度也越大，這對提高測量精度，提高儀器的反應(yīng)速度有利，但同時也給防護(hù)帶來了困難，因此必須是兩者兼顧，在保證測量滿足要求的前提下盡量減小其強(qiáng)度，以簡化防護(hù)和保證安全。

射線式物位檢測探測器

射線探測器的作用是將其接收到的射線強(qiáng)度轉(zhuǎn)變成電信號，并輸出下一級電路。作為γ射線的檢測，常用的探測器是閃爍計(jì)數(shù)管，此外，還有電離室，正比計(jì)數(shù)管和蓋革—彌勒計(jì)數(shù)管等。

射線式物位檢測電子線路

將探測器輸出的脈沖信號進(jìn)行處理并轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號。

射線式物位計(jì)可實(shí)現(xiàn)完全的非接觸測量，特別適用于低溫、高溫、高壓容器的高粘度、高腐蝕性、易燃、易爆等特殊測量對象（介質(zhì)）的物位檢測。而且射線源產(chǎn)生的射線強(qiáng)度不受溫度、壓力的影響，測量值比較穩(wěn)定。但由于射線對人體有較大的危害作用，使用不當(dāng)會產(chǎn)生不安全的事故，因而在選用上必須慎重。

物位測量在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中具有重要地位。通過物位測量可以確定容器中被測介質(zhì)的儲存量，以保證生產(chǎn)過程物料平衡，也為經(jīng)濟(jì)核算提供可靠依據(jù)。通過物位測量并加以控制可以使物位維持在規(guī)定的范圍內(nèi)，這對于保證產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量，保證安全生產(chǎn)具有重要意義。在實(shí)際生產(chǎn)中，物位測量對象有液位也有料位等，有幾十米高的大容器、也有幾毫米的微型容器，介質(zhì)的特性更是千差萬別。因此，物位測量方法很多，以適應(yīng)各種不同的測量要求。射線式物位檢測是其中的一種檢測方法。