第7章 物位检测技术.ppt

,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,Click to edit Master title style,现代检测技术,2,第七章 力学量检测技术,7.1,液位检测方法,7.3,相界面的检测,7.2,料位检测方法,直接检测,间接检测,更常用,即将液位信号转化为其它相关信号进行测量,压力法,、,浮力法,、,电学法,、,热学法,等,7.1,液位检测方法,3,7.1.1,直接测量法,连通器原理,观察管，标尺,优点：简单，成本低，安全,缺点：不利于远传，读数误差,7.1,液位检测方法,4,玻璃管液位计,压力表式液位计,法兰式液位变送器,吹气式液位计,7.1.2,压力法,依据液体重量所产生的压力进行测量。,常压开口容器液位高度,H,与液体静压力,P,之间关系：,7.1,液位检测方法,5,差压法,7.1,液位检测方法,6,出差压式液位计测量原理,7.1.3,浮力法,基本原理：力平衡原理,。,借助浮子,浮子式液位计,液位高度变化,浮子,位置,变化,液位变化,浮子式液位计,按浮子形状不同可分为：,浮子式,、,浮筒式,等,按机构不同可分为：,钢带式,、,杠杆式,等,7.1,液位检测方法,7,1,、钢带浮子式液位计,7.1,液位检测方法,8,直读式钢带浮子式液位计,灵敏度：,7.1,液位检测方法,9,采用光电编码器进行位移测量,2,、浮筒式液位计,液位变化,浮筒浸没体积,变化,浮力变化,7.1,液位检测方法,10,浮筒式液位计,液位高度变化与弹簧变形量成正比,7.1.4,电学法,按工作原理可分为,电阻式,、,电感式,和,电容式,。,电学法测量无摩擦件和可动部件，信号转换、传送方便，便于远传，工作可靠，且输出可转换为统一的电信号。,与电动单元组合仪表配合使用，可方便地实现液位的自动检测和自动控制。,7.1,液位检测方法,11,1,、电阻式液位计,基本原理,：液位变化,电极间电阻变化,定点液位控制；,液位连续测量；,7.1,液位检测方法,12,7.1,液位检测方法,13,连续测量的电阻式液位计,h,H,两根电极是材料、截面积相同且具有大电阻率的电阻棒，两端固定并与容器绝缘。整个,传感器电阻,为：,电阻棒表面生锈，极化，液体腐蚀会影响测量精度,2,、电感式液位计,基本原理,：液位变化,线圈电感变化,感应电流变化,定点液位控制；,液位连续测量；,7.1,液位检测方法,14,电感式液位控制器,1,、,3-,上下限线圈；,2-,导磁性浮子,浮子和介质接触，不适宜测量容易结垢，腐蚀性强的液体,3,、电容式液位计,基本原理,：液位高低变化,电容器电容量变化,结构形式,：平极板式、同心圆柱式等,适用范围广泛,：,对介质本身性质的要求不象其它方法那样严格；,测量有倾斜晃动及高速运动的容器的液位,定点液位控制；,液位连续测量；,7.1,液位检测方法,15,（,1,）检测原理,7.1,液位检测方法,16,同心圆柱式电容器,液位变化,介电常数变化,电容量变化。,（,2,）单电极电容液位计,用来测量,导电介质,的。,7.1,液位检测方法,17,单电极电容液位计,当容器内有液体时,有液体部分,由内电极与导电液体组成电容器，绝缘体作介电层。,无液体部分,内电极与容器壁组成电容器，绝缘体和空气作介电层：,7.1,液位检测方法,18,单电极电容液位计,当容器内没有液体时,7.1,液位检测方法,19,单电极电容液位计,液体为,H,时，电容变化量,灵敏度：,（,3,）同轴双层电极电容式液位计,7.1,液位检测方法,20,同轴双层电极电容式液位计,用于测量,非导电介质,内电极和与之绝缘的同轴金属套组成电容的两极。,外电极上开有很多流通孔使液体流入极板间。,当容器内有液体时,有液体部分,由液体和绝缘体作介电层。,无液体部分,由绝缘体和空气作介电层。,7.1,液位检测方法,21,同轴双层电极电容式液位计,7.1,液位检测方法,22,特殊安装形式,：,大直径容器或介电系数较小的介质，为增大测量灵敏度，使用单电极靠近容器壁安装，与容器壁构成电容器的两极；,大型容器或非导电容器内装非导电介质，可用两根不同轴的圆筒电极平行安装构成电容；,极低温度下的液态气体，被测介质介电常数接近空气介电常数，一个电容灵敏度太低。可取同轴多层电极结构，把奇数层和偶数层的圆筒分别连接在一起成为两组电极，相当于多个电容并联。,7.1.5,热学法,在冶金行业中常遇到高温熔融金属液位的测量。,利用高温熔融液体本身的特性，即,在空气和高温液体的分界面处温度场出现突变的特点,，用测量温度的方法间接获得高温金属熔液液位。,按温度测量转换原理的不同，分为：,热电法,热磁感应法,7.1,液位检测方法,23,1,、热电法,采用热电偶测量温度场,7.1,液位检测方法,24,热电偶测量高温金属熔液液位,温度,-,电势分布图,热电偶测液位是一个较为粗略的测量方法，精度一般不高；而且精度与热电偶分布、安装情况有关；,液位连续测量；虽然精度不高，但很可靠；在某些应用场合中，仍是一种很适用的方法。,7.1,液位检测方法,25,热电偶测量高温金属熔液液位,2,、热磁感应法,也称,热磁敏法,，类似热电法，在容器外壁上焊上一系列,热敏磁性材料,，对应每个磁性元件安装一个测量线圈并通以交流电；,金属熔液液面处温度场出现变化转换为电抗（电感）大小的变化。,7.1,液位检测方法,26,7.1.6,超声波法,全反射条件,：,光从光密介质射到它与光疏介质的界面上；,入射角等于或大于临界角。,利用,波在介质中的传播特性,：超声波在由气体传 播到液体或固体中，或者由固体、液体传播到空 气中时，由于介质密度相差太大而几乎全部发生 反射。,7.1,液位检测方法,27,在容器底部或顶部安装,超声波发射器,和,接收器,，测出超声波从发射到接收的时间差，便可测出液位高低,。,7.1,液位检测方法,28,按,探头的工作方式,可分：,自发自收的单探头方式,收发分开的双探头方式,按,传声介质,可分：,气介式，液介式和固介式,7.1,液位检测方法,29,气介式,液介式 固介式,单探头超声波液位计,7.1,液位检测方法,30,缺点,：结构复杂，价格相对昂贵；,传播介质温度或密度发生变化，声速也将发生变化；,有些物质对超声波有强烈吸收作用。,优点,：振幅小，仪器寿命长；,适用有毒、腐蚀性或高粘度等特殊场合的液位测量；,连续测量和定点测量，提供遥测或遥控信号；,能测量高速运动或有倾斜晃动的液体的液位。,7.1.7,核辐射法,入射强度为,I,0,的射线射入厚度为,H,的介质时，会有一部,分被介质吸收掉，透过介质的射线强度为,I,，,则,I,与,I,0,之间有,如下关系：,7.1,液位检测方法,31,核幅射式液位计由辐射源、接收器和测量仪表组成。,盖革计数管吸收射线，每接收到一个,粒子，就输出一个,脉冲电流。经过积分电路变成与脉冲数成正比的积分电压，再,经电流放大和电桥电路，最终得到与液位相关的电流输出。,7.1,液位检测方法,32,固定安装方式的核幅射液位计,优点：,既可进行连续测量，也可进行定点发送信号和进行控制。,射线不受温度、压力、湿度、电磁场的影响，而且可以穿透各种介质，包括固体，能实现完全非接触测量。,适合于特殊场合或恶劣环境下不常有人之处的液位测量，如高温、高压、强腐蚀、剧毒、有爆炸性、易结晶、沸腾状态介质、高温熔融体等的液位测量。,缺点：,控制剂量，作好防护，以防射线泄漏对人体造成伤害。,7.1,液位检测方法,33,7.1.8,微波法,定义：,微波：电磁波谱中波长为,1,1000mm,的电磁波,。,特点：,1,）在各种障碍物上能产生良好的反射，具有良好的定向,辐射性能；,2,）在传输过程中受到粉尘、烟雾、火焰及强光的影响小,，具有很强的环境适应能力。,7.1,液位检测方法,34,1,、,反射式微波液位计,7.1,液位检测方法,35,利用微波反射原理，可以连续检测与实现液位定点控制,反射式微波液位计,7.1,液位检测方法,36,接收天线接收到的微波,功率,为：,增益常数,距离常数,7.1,液位检测方法,37,微波功率的测量：,通常可用热电或热阻元件，配合相应的测量电路。,用专门的微波检波管（如,2DV,检波二极管）检波成直流电流由,微安表直接显示。,注意,测量环境有大量水蒸汽时，由于水（蒸汽）对微波有强烈吸收，会产生较大误差。,2,、,调频连续波式物位计,7.1,液位检测方法,38,将发射、接收天线装在被,测料仓（罐）上方，即可对物,位进行连续测量。,抗机械噪声、电磁噪声能,力强，在高温、高压、高粘度,情况下，可连续、快速而准确,地测出目标物体的物位值。,调频式微波物位计,7.1,液位检测方法,39,调频式微波液位计原理,7.1,液位检测方法,40,被测距离为,F,调制波频率；,固态源在调制信号,1/2,周期内的频偏范围；,即：,被测距离,L,与差频频率成正比。当固态源的调制频率,和频偏一定时，只要测出,差频,，就可以计算得到,L,。,7.1,液位检测方法,41,例如,，当固态工作频偏,300 MHz,，调制频率,1kHz,则有：,被测距离,L,每变化,1m,，差频频率为,4kHz,测量精确度可达,1%,。,测量范围一般为,0.5-20m,，,最大可达几十米,7.1.9,磁电法,磁致伸缩液位计,：利用,磁电转,换原理,的。,由探测杆（内装有磁致伸缩线,），电路单元和浮子三部分组成。,分辨力,：,0.5mm,精度等级,：,0.2,1.0,级,7.1,液位检测方法,42,磁致伸缩液位计原理,7.1,液位检测方法,43,7.1,液位检测方法,44,7.1.10,光学法,激光式液位仪：激光发射器、接收器、测量控制电路。,一般,只用作定点检测控制,，不易进行连续测量。,7.1,液位检测方法,45,反射式 遮断式,7.1,液位检测方法,46,反射式激光液位检测原理图,1-,激光发射器；,2-,上液位接收器；,3-,下液位接收器,由于固体物料的状态特性与液体有些差别，,料,位检测既有其特有的方法，也有与液位检测类似的,方法,，但这些方法在具体实现时又略有差别。,7.2,料位检测方法,47,7.2.1,重锤探测法,7.2,料位检测方法,48,重锤探测式料位计,1-,重锤；,2-,伺服电机；,3-,鼓轮,开始下降,计数,失重,停止计数,方法简单，精度不高,7.2,料位检测方法,49,7.2.2,称重法,7.2,料位检测方法,50,称重式料位计,1-,支承,2-,称重传感器,一定容积的容器内，物料重量与料位高度应当是成比例的,方法简单，精度不高,电极接触式料位计,1-,绝缘套；,2,、,3,、,4-,电极,5-,信号器；,6-,金属容器壁,7.2.3,电磁法,1,、电阻式物位计,一般用作料位的定点控制。,物料是导电介质或本身虽不导电但含有一定水分能微弱导电。,不宜于测量粘附性的浆液或流体，否则会因物料的粘附而产生误信号。,7.2,料位检测方法,51,2,、电容式物位计,不仅能测不同性质的液体，而且还能测量不同性质的物料。,固体摩擦力大，容易“滞留”，产生虚假料位，因此一般不使用双层电极，而是只用一根电极棒。,为了消除介质因素引起的测量误差，引入辅助电极。,7.2,料位检测方法,52,电容式料位,1-,金属电容；,2-,测量电极；,3-,辅助电极；,4-,绝缘套,7.2,料位检测方法,53,则：,电容式料位,1-,金属电容；,2-,测量电极；,3-,辅助电极；,4-,绝缘套,主电极：,辅助电极：,7.2.4,声学法,工作原理,：是通过安装在音叉基,座上的一对压电晶体使音叉在一,定共振频率下振动。当音叉与被,测介质相接触时。音叉的振幅和,频率将发生急剧衰减甚至停振，,检测并将这种变化转换为一个开,关信号。,7.2,料位检测方法,54,灵敏度高，用作定点检测控制,音叉式料位控制器,7.2,液位检测方法,55,7.2.5,光学法,光学法是一种比较古老的料位控制方法。,一般只用来进行,定点控制,，工作方式采用遮断式,。,物位检测范围约,20,m,。,不宜用于粘性大的物料，以防粉料对透光孔和接收器光敏元件的粘附和堵塞。,7.1,料位检测方法,56,光学法料位计,7.2.6,微波法,7.2,料位检测方法,57,遮断式微波料位计控制器原理框图,7.2,料位检测方法,58,当料位较低时,，定向发射的微波无衰减的直接为接收天线接收。接收器由天线收到的功率为：,当料位升高,到遮断微波束时，微波部分被物料反射回去，部分被物料吸收。接收到的微波功率为,:,相界面的检测包括,液,-,液,相界面,、,液,-,固,相界面检测,。,液,-,液相界面检测,与液位检测相似,：压力式液位计、浮力式液位计、反射式激光液位计。,液,-,固相界面检测,与料位检测相似,，重锤探测式、吊锥式、称重式、遮断式激光料位计,电阻式物位计、电容式物位计、超声波物位计、核幅射式物位计等均可用来检测,液,-,液相界面,和,液,-,固相界面。,注意对被测介质的要求。,7.3,相界面的检测,59,本章结束,