物位測量儀

測量料為料位是水泥工業(yè)、化工工業(yè)、儲存工業(yè)等生產(chǎn)過程的主要測量參數(shù)之一，和其他行業(yè)不同，在水泥 工業(yè)、化工工業(yè)、儲存工業(yè)等中主要是固體物料的物位測量，固體物料種類繁多，有塊料、顆粒狀、粉料，這些物料的介電常數(shù)、容重、溫度、水分含量也各不相同。接觸式測量是過去測量物位的主要手段，在使用過程中往往會(huì)出現(xiàn)各種問題，且日常的維護(hù)量很大。到20世紀(jì)90年代，水泥工業(yè)、化工工業(yè)、儲存工業(yè)等開始采用非接觸的物位測量，較早成熟的非接觸的測量技術(shù)有超聲波技術(shù)和核輻射技術(shù)(γ射線)，核輻射技術(shù)因有放射源，在應(yīng)用上受到限制。

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(jī)構(gòu)上可直接讀出液位，玻璃管(或玻璃板)液位計(jì)就是利用連通器原理，用旁通玻璃管(或玻璃板)讀數(shù)。根據(jù)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(jì)、浮標(biāo) 液位計(jì)，工作時(shí)浮標(biāo)隨液面高低變化，通過杠桿或鋼絲繩等機(jī)構(gòu)將浮標(biāo)位移傳遞出去，再經(jīng)電位器、數(shù)碼盤等轉(zhuǎn)換為模擬或數(shù)字信號;另一種是在測量過程中浮力發(fā)生變化，如浮筒式液位計(jì)(圖1)，液位改變時(shí)浮筒在液體內(nèi)浸沒的程度不同，所受的浮力也不同，將浮力的變化量轉(zhuǎn)換成差動(dòng)變壓器鐵芯的位移，就可輸出相應(yīng)的電信號，供指示、記錄、報(bào)警和調(diào)節(jié)之用，也可遠(yuǎn)距離傳送。

差壓式儀表利用液體的靜態(tài)壓力測量液位。液體底部壓力與容器內(nèi)的液面高度和液體表面上的氣壓有關(guān)。如果測量敞口容器內(nèi)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(nèi)測量液位,則采用測量壓差的方法,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(fù)壓室相連，就可以測量出液面的高低

將物位變化轉(zhuǎn)換為電參數(shù)(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(shí)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，可用于連續(xù)測量物位;只有當(dāng)物位變化到接觸電極時(shí)才引起電阻突變的，可用來定點(diǎn)報(bào)警控制物位。電阻式物位儀表在工作時(shí)電極接觸被測介質(zhì)(一般為導(dǎo)電液體) ，電極表面接觸狀況改變(如出現(xiàn)污垢、生銹、腐蝕等現(xiàn)象)會(huì)引起表面接觸電阻變化，從而產(chǎn)生測量誤差。使用時(shí)間越長，誤差就越大。因此，這種儀表雖然結(jié)構(gòu)簡單，但應(yīng)用范圍不廣，主要用作液位定點(diǎn)報(bào)警和控制，很少用于連續(xù)測量。

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

式中ε為介質(zhì)介電系數(shù)，L為圓筒電極的高度, D和d分別為外電極內(nèi)徑和內(nèi)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(gè)變化值就可測出物位。根據(jù)這個(gè)道理,用各種不同形狀的電容測量頭,可構(gòu)成多種電容式物位儀表(圖4)。現(xiàn)代電容式物位儀表采用安全防爆、隔爆的措施，應(yīng)用范圍已擴(kuò)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應(yīng)用最廣泛的一種。

③ 電感式物位儀表 利用物位變化時(shí)引起自感量、互感量或感應(yīng)電流等的變化來測定物位，常用的有感應(yīng)式高頻液位計(jì)或諧振式液位計(jì)。也可用帶導(dǎo)磁材料的浮子與電磁感應(yīng)線圈制成液位信號報(bào)警器。采用電感式測量可實(shí)現(xiàn)完全不接觸測量。

超聲波在液體中傳播有較好的方向性，遇到分界面時(shí)能反射，因此通過測定超聲波從發(fā)射出去到反射回來的時(shí)間就能確定液面的高度。一般采用電激勵(lì)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(fā)出聲波，從液面反射回來的聲脈沖經(jīng)壓電換能器轉(zhuǎn)換為電脈沖，用計(jì)時(shí)電路測定超聲波在液體中來回經(jīng)過的時(shí)間，根據(jù)超聲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(fā)射可用同一個(gè)換能器，也可用兩個(gè)換能器。超聲式物位儀表根據(jù)聲波傳播的介質(zhì)不同分為液介式、氣介式和固介式(圖5)。

利用超聲物位儀表進(jìn)行測量的優(yōu)點(diǎn)是檢測元件可以不與被測液體接觸，因而適合于強(qiáng)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，還可用于測量兩種液體界面、液位差、料位差等。固介式的測量方式能測沸騰介質(zhì)的液位，允許液面波動(dòng)傾側(cè)、如測量火箭、飛機(jī)、輪船燃料倉內(nèi)的液位。液介式的測量方式應(yīng)用十分普遍，海水深度測量就采用這種方法。

核輻射式物位儀表 利用物質(zhì)(一定物位的液體或固體)對核輻射的吸收，使射線強(qiáng)度減弱的原理來測量物位。核輻射能穿透較厚的鋼板和其他固體，所以這類儀表可進(jìn)行不接 觸測量，對容器不必開孔，能在強(qiáng)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(qiáng)的介質(zhì)進(jìn)行液位測量，這是其他類型的物位儀表不能與之相比的優(yōu)點(diǎn)。但核輻射影響人體健康，需要采取現(xiàn)場勞動(dòng)防護(hù)措施，這在一定程度上限制了核輻射物位儀表的推廣應(yīng)用。

鋼帶浮子式液位計(jì)

直讀式鋼帶浮子式液位計(jì)，這是一種最簡單的液位計(jì)，一般只能就地顯示

浮筒式液位計(jì):

浮筒式液位計(jì)屬于變浮力液位計(jì)，當(dāng)被測液面位置變化時(shí)，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(dòng)變壓器)變換成電信號進(jìn)行遠(yuǎn)傳控制。

機(jī)械工程（一級學(xué)科），工業(yè)自動(dòng)化儀表與系統(tǒng)（二級學(xué)科），物位測量儀表（三級學(xué)科）