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，物位的变化会引起电气参数的改变从而检测这些参数即可知物位变化。

6、其他检测方法：声学式、射线式、光纤式仪表等等。 7.2常用物位检测仪表 7.2.1静压式液位检测仪表 静压差的计算公式：?p?其中，

pB?pA?H?g

pA为容器上部空间的压力，

pB为零液位处的压力。

7.2.11压力、差压式液位计 对于敞口容器上式中的

pA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应相应的液柱静压。

差压计的连接：正压侧于容器底部相通，负压侧连接容器上部的气空间。

差压计安装在最低液面以下时加在压差计两侧的差压为:?p?H?g?h?g。（注：测量仪表安装高度?容器液位）

对于有可疑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，此时的差压为：

?p?H?g?(h2?h1)?g。

127.2.1.2吹气式液位计

优点：由于检测点移至顶部，其维修均很方便。

缺点：其测量精度受测压表的精度，液体的温度和密度对其检测有影响。 7.2.2浮力式物位检测仪表 7.2.2.1浮子式液位计

（1）是一种恒浮力式液位计。

（2）基本原理：通过测量漂浮于被测液面上的浮子随着液面的变化而上下移动而产生的位移来检测液位高低，其所受浮力的大小一定。即检测浮子所在位置可知液面高低。、 （3）浮子形状常见有圆盘形、圆柱形和球形等。下面以圆柱形为例来作分析。 7.2.2.2 浮筒式液位计

（1）是一种变浮力式液位计。

（2）基本原理：利用浮筒被液体浸没高度不同引起的浮力变化来检测液位。 7.2.3其他物位检测仪表 7.2.3.1电容式物位计

（1）原理：基于圆筒形电容器的电容值随物位而变化。

?C?k?2??1ln(D/d)H

一定条件下，k?2??1ln(D/d)为常数，则?C与H成正比，测量电容变化量即可得物位。

（2）电容式物位计可以测量液位、料位和界位，主要由测量电极和电容检测电路组成。 （3）常见的电容检测方法有交流电桥法、充放电法、谐振电路法。可以输出标准电流信号，实现远距离传送。

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（4）特点：电容式物位计一般不受真空、压力、温度等环境条件的影响；安装方便，结构牢固，易维修；价格较低。 但是不适合于以下介质：如介质的介电常数随温度等影响而变化、介质在电极上有沉积或附着、介质中有气泡产生等情况。 7.2.3.2超声式物位计

（1）原理： 利用声波的某些特性制成。如声波阻断式—固体、液体或气体对声波的吸收能力不同（气体最大，固体最小），由接收的超声波可知物体是否达到预定位置，可实现报警或定位检测。H?1ct 2（2）应用范围：液位、物位。（对环境的适应性较强，应用广泛）p101

（3）特点：无机械可动部件，安装维修方便；超声换能器寿命长；可以实现非接触式测量，适合于有毒、高粘度及密闭容器物位的测量；对环境适应能力强，应用广泛。 （4）缺点:在检测中易受介质的温度、成分等变化的影响。 7.2.3.3核辐射式物位计

（1）原理;核辐射式物位计是利用核辐射线在穿透物质是将被衰减的现象来确定物位。（ 射线在穿透物质时，它的强度随物质层的厚度指数降低，只要测出通过物质前后的辐射强度，就可知厚度物位。）

（2）组成：射线源、防护容器、射线检测器、电子转换和指示电路。 （3）检测方式：有固定安装式和随动式两种

（4）特点 ：具有非接触式测量的特点，可用于高温高压、真空密闭等各种容器中液体或固体物料的物位测量；可适应腐蚀、有毒、高粘度、爆炸性等各种困难介质和高温、高湿、多粉尘、强干扰等恶劣的工作条件。其放射性安全防护措施需按有关规范操作。 7.2.3.4物位开关

（1）用于定点测量，检测物位是否达到预定的高度，并发出相应的开关量信号。 （2）特点：简单、可靠、使用方便，适用范围广。 7.3影响物位测量的因素 一、液位测量的特点

（1）液面波动（物料流进流出、沸腾或泡沫）

（2）大型容器中各处物理量（温度、密度和粘度）分布不均 （3）液体处于特殊状态中（高温、高压、高粘度、含大量杂质） 二、料位测量的特点 （1）料面不规则

（2）物料排出后有滞留区 （3）物料间空隙不稳定 三、界位测量的特点 存在浑浊段

课后习题

7-1常用液位测量方法有哪些？

（1）压力式液位计：根据静止介质的某一点所受压力与此点上方的介质高度成正比，利用压力表来显示其高度。（2）直读式：直接是用与被测容器连通的玻璃管来显示容器内的物位高度，或在容器上开有窗口直接观察物位高度。（3）浮力式：利用漂浮在液面上的浮子的位置随液位的变化来测量定位。（4）电气式：将物位的变化转换为某些电量参数的变化而进行间接测量。（5）声波式：由于物位的变化引起的声波的遮断。（6）光学式：利用物位对光波的遮断和反射原理进行测量。（7）核辐射式：放射性同位素放出的射线被中间介质吸收

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而减弱。

7-2对于开口容器和密封压力容器用差压式液位计测量时有何不同？影响液位计测量精度的因素有哪些？

对于开口容器，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位静压。对于密封压力容器，可用差压计测量液位。差压式的正压侧与容器底部相通，负压侧连接容器上部的空间。可求液位高度。 因素：液位计本身的精度、以及液位的温度对其密度的影响、物料本身性质如温度、粘度、液面的稳定、料面是否规则。

7-3利用差压变送器测量液位时，为什么要进行零点迁移？如何实现迁移？

（1）进行零点迁移的原因：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，在测量液位是，仪表的量程范围内会有一个不变的附加值。

（2）如何实现：对感压原件预加一个作用力，将仪表的零点迁移到与液位零点相重合，即实现零点迁移。

7-4恒浮力式液位计与变浮力式液位计的测量原理有什么异同点？在选择浮筒式液位计时，如何确定浮筒的尺寸和重量？

恒浮力式液位计和变浮力式液位计都属于浮力式物位检测仪表，都是基于力的平衡原理，利用液体浮力进行液位的测量。恒浮力式是靠浮子随液面升降的位移反映液位变化的；而变浮力式则是靠液面升降对物体浮力改变反映液位的变化。

在选择浮筒式液位计时，要依据其测量原理选择浮筒的尺寸和质量。 设浮筒的重力为G，浮力为W，则悬挂点所受重力F=G-W， 又知浮力W为

故 ：

4

式中，D为浮筒的直径5；?为被测液体的密度；H为浮筒浸入液体部分的高度。因此浮筒所受重力F与液位H呈线性关系，液位越高，力越小。为了提高灵敏度，应使H前的系数尽可能大，所以浮筒的直径D也是越大越有利。而且，为了有较大的量程，浮筒的长度L也要尽可能大。关于浮筒的质量选取依据零点消失原则进行。 7-5物料的料位测量与液位测量有什么不同的特点？

从概念上说，物料的料位是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，其是针对固体进行测量；而液位是指设备和容器中液体介质表面的高低，其是针对液体的测量。

由于测量对象性质的不同，在测量方法的选取上也有所不同。一般所有的物质检测方法和物位检测仪表都可以进行液位的测量，而只有机械接触式、电气式、超声式、核辐射式等适用于料位测量。故在测量方法和测量仪表的选取上，料位相对于液位有一定的局限性。

7-6电容式物位计、超声式物位计、核辐射式物位计的工作原理，各有何特点？

（1）电容式：基于圆筒形电容器的电容值随物位而变化。（2）超声式：利用回声测距原理，由发射探头发出的超声脉冲，在介质中传到界面反射再返回到操头接受。（3）核辐射

F?G?W?G?W??D24?gH

?D2?gH 15

式：以核辐射式的穿透性和物质对射线的吸收特点为基础，实验证明，射线等穿透物质后，其强度随物质层的厚度呈现指数规律衰减。

8 机械量检测

机械量包括长度、位移、转角、转速、力、力矩、振动等。其中直线位移是机械量基本的参数。如：表8-1 8.1模拟式位移检测

方法有：电容式位移检测、电感式位移检测、差动变压器位移检测、光纤位移检测、光学数字式位移检测（光栅标尺、CCD图像传感元件） 8.1.1电容式位移检测（C??S） d 变极距法（变d） 变面积法（变S）

在两个固定极板之间设置可动极板（变ε） 8.2.1 电感式位移检测方法

电感式位移传感器分自感式和互感式。

电感式位移检测与电容式位移检测都是与被检测对象非机械接触的检测方法。 8.1.3差动变压器位移检查方法（是互感式位移检测方法）P106 8.1.4光纤位移检测方法（利用光纤检测位移的一种方法）

随着被检测物体的位移变化，重叠部分的光强发生变化，根据光强信号检测位移。

8.2光学数字式位移检测—（光栅尺）

数字式位移检测室利用栅格编码器将长度或角度的变化直接转换为脉冲个数或二进制符号的方法，如光栅标尺、容栅标尺等。 8.2.1光栅标尺（P107）

CCD图像传感元件（P109） 8.3转速检测（重要指数：两颗星）

方法：离心力检测法，光电码盘转速检测法，空间滤波器式检测法。

离心力检测法原理：质量m的重物旋转时受到离心力 远离主轴，这将克服弹簧力向上拉套筒，套筒升降通过齿轮带动指针转动，从而直接读数。精确度：上下1% （核心思想：离心力——弹簧力——套筒升降——齿轮带指针转动——读数）

光电码检测法：将对转速的测量转化为脉冲序列，统计单位时间内的脉冲数，通过脉冲个数测量转角即得到转速。

空间滤波器式检测法特点：不需要在旋转物体上或周围做任何记号，多用于检测不规则物体的移动速度。

8.4力检测（重要指数：两颗半星）

本章主要检测方法：金属应变元件，半导体应变元件，压电效应，压敏导电橡胶（1，2相对较重要。）

力检测主要原理基础：弹性元件受力作用时将发生弹性形变，弹性体变形导致电阻值变化，电阻通电转化为电压，测电压即可求得对应力的大小。 1 金属应变元件

原理：在拉伸力的作用下，金属丝被拉长，因此截面积缩小，导致电阻率变化。 注：给金属丝通电流，测电压即可测得电阻，对应即可知道应力。 2半导体应变元件

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