将差压变送器的一端接液相，另一端接气相，设上部空 间压力为p
p1 p Hg
p2 p
因此
p p1 p2 Hg
当被测容器是敞口的，气相压力为大气压时，只需 将差压变送器的负压室通大气即可。若不需要远传信号， 也可以在容器底部安装压力表，如图3-40所示。
2.零点迁移问题
两圆筒间的电容量C
C

2L
ln D
d
D外电极的内径，d为内电极的外径。当 D 和 d 一
定时，电容量 C 的大小与极板的长度 L 和介质的
介电常数ε 的乘积成比例。
将探头插入被测物料中，电极浸入物料中的深度随 物位高低变化，引起电容量变化，可检测出物位。
2.液位的检测
对非导电介质液位测量的电容式液位传感器原理如下图所示。
化工仪表及自动化
第三章 检测仪表与传感器
第四节、物位检测仪表
内容提要
物位检测及仪表
概述 差压式液位变速器 电容式物位传感器 核辐射物位计 称重式液罐计量仪
一、概论
几个概念 液位——容器中液体介质的高低。 料位——容器中固体或颗粒状物质的堆积高度。 液位计——测量液位的仪表。 料位计——测量料位的仪表。 界面计——测量两种密度不同液体介质的分界面
当液位为零时，仪表调整零点，其零点的
电容为
C0

2 0L
ln D
d
当液位上升为H时，电容量变为
3-46 非导电介质 的液位测量
C 2H 2 0 L H
ln D
ln D
d
d
电容量的变化为
1—内电极；2ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ外电极； 3—绝缘套；4—流通小
孔
CX
C C0

2 0 H
迁移弹簧的作用 改变变送器的零点。
迁移和调零 都是使变送器输出的起始值与被测量起始 点相对应，只不过零点调整量通常较小，而零点迁移 量则比较大。
迁移 同时改变了测量范围的上、下限，相当于测量 范围的平移，它不改变量程的大小
举例
图3-42 正负迁移示意图
某差压变送器的测量范 围为0～5000Pa，当压差由0 变化到5000Pa时，变送器的 输出将由4mA变化到20mA， 这是无迁移的情况，如左图 中曲线a所示。负迁移如曲 线b所示，正迁移如曲线c所 示。
在使用差压变送器测量液位时，一般来说
p Hg
实际应用中，正、负室压力p1、p2分别为 p1 h12 g H1g p0
图3-41 负迁移示意图
p2 h22 g p0
则 p1 p2 H1g h12 g h22 g
p H1g h2 h12g
双法兰式差压变送器
小结： 1、差压式变送器的工作原理：利用容器内液位改变时，由
液柱产生的静压也相应变化的原理而工作。
2、零点迁移问题:相当于测量范围的平移，同时改变了测量 范围的上、下限，它不改变量程的大小。
三、电容式物位传感器
1.测量原理
通过测量电容量的变化可以用来检测液位、料位和两种不同 液体的分界面。
无迁移时，H=0， p Hg =0
此时变送器的输出I0= 4mA
H=Hmax,
△P= △Pmax
此时变送器的输出I0= 20mA
有负迁移时，当H=0，p H1g h2 h12g ＜0
此时变送器的输出I0 ＜ 4mA H=Hmax时，变送器的输入△P ＜ △Pmax， 此时变送器的输出I0 ＜ 20mA
ln D
KiH
d
结论
电容量的变化与液位高度H成正比。该法是利用被
测介质的介电系数ε与空气介电系数ε0不等的原理进 行工作，（ε-ε0）值越大，仪表越灵敏。电容器两
极间的距离越小，仪表越灵敏。
3.料位的检测
用电容法可以测量固体块状颗粒体及粉料的料位。由 于固体间磨损较大，容易“滞留”，可用电极棒及容器壁 组成电容器的两极来测量非导电固体料位。
图3-43 正迁移示意图
正迁移
p H1g h2 h12g
P1 P0 gH gh
. P1 P0 gH gh
P2=P0 △P=P1-P2
图3-43 正迁移示意图
3.用法兰式差压变送器测量液位 为了解决测量具有腐蚀性或含有结晶颗粒以及黏度大、
易凝固等液体液位时引压管线被腐蚀、被堵塞的问题，应使 用在导压管入口处加隔离膜盒的法兰式差压变送器，如下图 所示。
当放射源已选定，被测的介质不变时，入射强度 及介质对放射线的吸收系数为常数。
核辐射物位计特点
适用于高温、高压容器、强腐蚀、剧毒、有爆炸 性、黏滞性、易结晶或沸腾状态的介质的物位测 量，还可以测量高温融熔金属的液位。
四、核辐射物位计
射线的透射强度随着通过介质层厚度的增加而减弱，具 体关系见式（3-63）。
I I0eH
（3-63）
辐射源1射出强度为I0的射线， 接受器2用来检测透过介质后的射 线强度I，配以显示仪表就可以指 示物位的高低。
图3-48 核辐射物位计示意图 1—辐射源；2—接受器
不同介质吸收射线能力不同，一般来说，固体吸 收能力最强，液体次之，气体最弱。
左图所示为用金属电极棒插入容器来测 量料位的示意图。
电容量变化与料位升降的关系为
图3-47 料位检测 1—金属电极棒；2—容器壁
CX

2 0 H
ln D
d
优点
电容物位计的传感部分结构简单、使用方便。
缺点
需借助较复杂的电子线路。 应注意介质浓度、温度变化时，其介电系数也要 发生变化这种情况。
的仪表。
按其工作原理分为
直读式物位仪表 差压式物位仪表 浮力式物位仪表 电磁式物位仪表 核辐射式物位仪表 声波式物位仪表 光学式物位仪表
二、差压式液位变送器
1.工作原理：利用容器内的液位改变时，由液柱产生的 静压也相应变化的原理而工作的。
图3-39 差压液位变送器 原理图
图3-40 压力表式液位计
图3-44 法兰式差压变送器测量液位示意图 1—法兰式测量头；2—毛细管；3—变送器
法兰式差压变送器测量液位示意图
1—法兰式测量头；2—毛细管； 3—变送器
法兰式差压变送器按其结构形式分类 单法兰式 （敞开式容器，与大气接通） 双法兰式 （封闭式容器，上部空间气压与大气压不等）
单法兰式差压变送器