测控传感器第4章液位、液体重量和体积侧量

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1、11测控传感器SensorsforMeasurementandControl第4章液位、液体重量和体积侧量概述物质的量可以用液位、液体体积、重量或力的形式来表示,它们之间都相互关联。线性刻度可以估测位于两刻度线之间的液面，容器的直径已知时，其标定的刻度位置就可以计算出来。液体的密度随着温度变化而变化。通常随着温度增加，液体会膨胀而使其密度变小。液位和液体的物理参数可能与质量有关，因此也与力和重量有关。4.1液位测量4.1.1可视玻璃管玻璃管液位计是一种直读式液位测量仪表。适用于工业生产过程中一般贮液设备中的液体位置的现场检测。其结构简单，测量准确，是传统的现场液位测量工具。液位

2、计两端各装有一个针形阀，当玻璃管发生意外事故而破碎时，针形阀在容器压力作用下自动关闭，以防容器内介质继续外流。●测量范围300、500、600、800、1000、1200、1400、1700、2000mm●工作压力：≤1.6MPa●材质：碳钢、不锈钢●工作温度：≤200℃●连接法兰标准：HGJ46-91PN1.6DN20突面其它法兰标准如JB/T、GB、ANSI等，请用户注明。●伴热蒸汽压力：≤0.6MPa●蒸汽夹套接头：G1/2"外螺纹●钢球自封压力：≥0.2MPa主要技术指标玻璃管液位计测量结果的精确度取决于读数者的经验水平及玻璃管标定刻度的精确度。容器中液体的种类和可视玻

3、璃管的直径也会影响测量的精度。可视玻璃管用在精确度要求不高的测量中，例如在石油储罐和家用热水器中。玻璃管液位计的特点4.1.2液位标尺也被称为油标尺。液位标尺是标定好刻度的细棒。把液位标尺垂直地插入容器内，以便它的下端投入液面以下。从液体容器中取出油尺时，一些液体会粘附着在液面标尺上，从而根据油液痕迹从刻度上读出液面高度。液位标尺仅用于现场测量，在实际测量过程中必须取出液位标尺才能读数。4.1.3液位浮子表液位浮子表有两种常见的形式—即平衡重式和电子控制式。平衡重式液位浮子表浮子随着液面位置的变化而运动，并传送给指针，表盘刻度是以体积或质量的形式来标定的。精确的读数可以得到，但

4、其精确度取决于刻线长度以及刻度分度值的精度。浮子被设计成随液面位置而升降的形式当液位变化时，浮子的运动导致电位计指针沿着表盘转动产生一个角位移。电位器电阻的改变，产生一个与液位相对应的电压读数。电子控制式液位浮子表4.1.4电容式液位计（变介质型电容式传感器）圆柱形电容器的初始电容为:电容器的介质一部分是被测液位的液体，一部分是空气。设C1为液体有效高度hx形成的电容，C2为空气高度（h-hx）形成的电容，则：由于C1和C2为并联，所以总电容为:可见，电容C理论上与液面高度hx成线性关系，只要测出传感器电容C的大小，就可得到液位高度。为什么电容式液位计不适用于测量某些液体的液位

5、，例知：(a)水银，(b)硫酸铜溶液？4.1.5导电式液位计是通过测量导电液体电阻的变化侧量液面的一种仪器，其工作原理与电容表相似。传感器两极板间的电阻随着液位变化而变化，并以适当的单位来标定，从而用来作为液位或液体量的测量。使用导电式液位计时，腐蚀、泄露和被测液体的导电性是需要考虑的重要因素。环境温度的变化，将影响液体的导电性和测量系统。若探针未被覆盖住，两个探针的尖端之间将会出现电弧放电(弧光)，因此不适合测易燃性液体。4.1.6超声波液位计1超声波的传输特性人耳能够听到的机械波，频率在16 Hz～20 kHz之间，称为声波。人耳听不到的机械波，频率高于20kHz的称为超声

6、波。频率在3×108～3×1011Hz之间的称为微波。超声波可分为纵波、横波和表面波质点的振动方向和波的传播方向一致的称为纵波，它能在固体、液体和气体中传播。质点的振动方向和波的传播方面相垂直的称为横波，它只能在固体中传播。质点的振动介于横波和纵波之间，沿着表面传播，振幅随着深度的增加而迅速衰减的称为表面波。表面波只在固体的表面传播。超声波在介质中的传播速度取决于介质密度、介质的弹性系数及波型。在同一固体中横波声速为纵波声速的一半左右，而表面波声速又低于横波声速。当超声波在某一介质中传播，或者从一种介质传播到另一介质时，遵循如下一些规律。(1)传播速度：超声波的传播速度与波长及

7、频率成正比，即声速为式中：λ为超声波的波长；f为超声波的频率。(2)超声波的衰减：超声波在介质中传播时，由于声波的扩散、散射及吸收，能量按指数规律衰减。如平面波传播时的衰减公式可写作式中：I0为声源处的声强；Ix为距声源x处的声强；α为衰减系数(单位为1×10-3dB/mm)，水和一般低衰减材料的α取值为1～4。(3)超声波的反射与折射：当超声波从一种介质传播到另一种介质时，在两种介质的分界面上，会发生反射与折射。同样遵循反射定律和折射定律——入射角的正弦与反射角的正弦之比等于入射波速与反射