现代检测技术-李英顺-电子教案-省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

14.114.1浮力式液位检测浮力式液位检测14.214.2差压式液位计差压式液位计14.314.3电容式物位计电容式物位计14.414.4超声波物位传感器超声波物位传感器第1页l 物位是容器中液体液位、粉状或颗粒状固体物料料位及两物位是容器中液体液位、粉状或颗粒状固体物料料位及两种介质相界面位置总称。液位是指开口容器或密封容器中液种介质相界面位置总称。液位是指开口容器或密封容器中液体介质液面高低，用来测量液位仪表称为液位计；料位是指体介质液面高低，用来测量液位仪表称为液位计；料位是指固体粉状或颗粒物在容器中堆积高度，用来测量料位仪表称固体粉状或颗粒物在容器中堆积高度，用来测量料位仪表称为料位计；相界面是指两种液体介质分界面，用来测量分界为料位计；相界面是指两种液体介质分界面，用来测量分界面仪表称为界面计。面仪表称为界面计。l 物位检测在现代工业生产过程中具有重要地位。一方面经过物位检测可确定容器里原料、半成品或成品数量，以保证能连续供给生产中各个环节所需物料或进行经济核算；其次是经过检测，连续监视或调节容器内流入和流出物料平衡，使之保持在一定高度，使生产正常进行，以保证产品质量、产量和安全。一旦物位超出允许上、下限则报警，以便采取应急措施。l为满足生产过程物位检测要求，当前已建立起各种各样物为满足生产过程物位检测要求，当前已建立起各种各样物位检测方法，如位检测方法，如直读法、浮力法、静压法、电容法、核辐直读法、浮力法、静压法、电容法、核辐射法、超声波法以及激光法、微波法射法、超声波法以及激光法、微波法等。等。第2页图图14-1 恒浮力式物位测量原理图恒浮力式物位测量原理图返回课程返回课程第3页14.1浮力式液位检测 l 浮力式液位检测主要分为经过测量漂浮于被测液面上浮力式液位检测主要分为经过测量漂浮于被测液面上浮子随液面改变而产生位移来检测液位恒浮力式检测和利浮子随液面改变而产生位移来检测液位恒浮力式检测和利用沉醉在被测液体中浮筒所受浮力与液面位置关系来检测用沉醉在被测液体中浮筒所受浮力与液面位置关系来检测液位变浮力式检测。液位变浮力式检测。第4页14.1.114.1.1恒浮力式液位检测恒浮力式液位检测 l测量原理测量原理如图如图14-114-1所表示，将浮子由绳索经滑轮与容器外平所表示，将浮子由绳索经滑轮与容器外平衡重物相连。利用浮子所受重力与浮力之差与平衡重物重力衡重物相连。利用浮子所受重力与浮力之差与平衡重物重力相平衡，使浮子漂浮在液面上，则平衡关系为相平衡，使浮子漂浮在液面上，则平衡关系为 (14-1)(14-1)W-F=GW-F=G 式中，式中，WW浮子所受重力；浮子所受重力；FF浮子所受浮力；浮子所受浮力；GG平衡重物平衡重物重力。重力。返回课程返回课程第5页l当液位上升时，浮子所受浮力增加，则，使原有平衡关系被破坏，浮当液位上升时，浮子所受浮力增加，则，使原有平衡关系被破坏，浮子向上移动。但浮子向上移动同时，浮力下降，子向上移动。但浮子向上移动同时，浮力下降，增加，直到又重新增加，直到又重新等于时，浮子将停留在新液位上，反之亦然。因而实现了浮子对液位等于时，浮子将停留在新液位上，反之亦然。因而实现了浮子对液位跟踪。跟踪。式（式（14-114-1）中与可认为是常数，所以浮子停留在任何高度液面中与可认为是常数，所以浮子停留在任何高度液面上时，值不变，故称此法为恒浮力法。这种方法实质上是经过浮子把上时，值不变，故称此法为恒浮力法。这种方法实质上是经过浮子把液位改变转换为机械位移改变。在实际应用中，可经过机械传动机构液位改变转换为机械位移改变。在实际应用中，可经过机械传动机构带动指针对液位进行指示，还能够经过电或气转换器把机械位移转换带动指针对液位进行指示，还能够经过电或气转换器把机械位移转换为电信号或气信号。为电信号或气信号。l图图14-2(a)14-2(a)所表示为浮子式液位计。在密闭容器中设置一个测量液位所表示为浮子式液位计。在密闭容器中设置一个测量液位通道，在通道外侧装有浮标通道，在通道外侧装有浮标1 1和磁铁和磁铁2 2，通道内侧装有铁心，通道内侧装有铁心3 3。当浮子。当浮子随液位上下移动时，铁心被磁铁吸引而同时移动，经过绳索带动指针随液位上下移动时，铁心被磁铁吸引而同时移动，经过绳索带动指针指示液位改变。指示液位改变。l图图14-2(b)14-2(b)为适合用于高温、粘度大液体液位计，浮球为适合用于高温、粘度大液体液位计，浮球6 6是不锈钢空心是不锈钢空心球，经过标杆球，经过标杆7 7和转运轴和转运轴8 8连接，配合连接，配合9 9用来调整液位计灵敏度，使浮用来调整液位计灵敏度，使浮球刚好二分之一浸没在液体中。浮球随液位升降而带动转轴旋转，指球刚好二分之一浸没在液体中。浮球随液位升降而带动转轴旋转，指针就在标尺上指示出液位值。针就在标尺上指示出液位值。第6页1浮标；2磁铁；3铁心；4导轮；5非导磁管；6浮球；7连杆；8转运轴；9称锤；10标杆图14-2 浮子式液位计示意图返回课程返回课程第7页图14-3 变浮力式液位计原理图返回课程返回课程第8页14.1.2变浮力式液位检测 l变浮力式(沉筒式)液位计工作原理如图14-3所表示，它是利用浮筒在被测液体中浸没高度不一样以致所受浮力不一样来实现液位检测。将一横截面积为，质量为空心金属圆筒(浮筒)悬挂在弹簧上，弹簧下端固定，当浮筒重力与弹簧力到达平衡时，则有 (14-2)式中，C 弹簧刚度；弹簧因为浮筒重力产生位移。第9页l当液位高度为 H 时，浮筒受到液体浮力作用而向上移动，设浮筒实际浸没在液体中长度为 h，浮筒移动距离即弹簧位移改变量为 ，即 。当浮筒受到浮力与弹簧力和浮筒重力相平衡时，有 (14-3)式中，为浸没浮筒液体密度 将式(14-2)代入上式并整理得 (14-4)普通情况下，所以，从而被测液位可表示为 (14-5)第10页l由上式可知，当液位改变时，浮筒产生位移改变量与液位高度成正比关系。变浮力式液位计实际上是将液位转换成浮筒位移。如在浮筒连杆上安装铁心，可随浮筒一起上下移动，经过差动变压器使输出电压与位移成正比关系。l沉筒式液位计适应性能好，对粘度较高介质、高压介质及温度较高敞口或密闭容器液位都能测量。液位信号可远传，用于显示、报警和自动控制。第11页14.2差压式液位计 l差压式液位计是利用容器内液位改变时，由液位产生静压也对应改变原理而工作。将差压变送器一端接液相，另一端接气相。容器上部空间为干燥气体，其压力为 ，则 (14-6)(14-7)可得 (14-8)l式中，、分别为差压变送器正、负压室压力 l 液位高度；l 介质密度。第12页l通常，介质密度是已知，测得差压与液位高度成正比，把测量液位转换为测量差压总量了。l当被测容器是敞口，气相压力为大气压时，只需将差压变送器负压室通大气即可。如不需远传信号，也可在容器底部安装压力表，可直接在压力表上按液位进行刻度。第13页l迁移和调零都是使变送器输出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 l迁移同时改变了测量范围上下限，相当于测量范围平移，不改变量程大小。比如某差压变送器测量范围为 ,当压差由0改变到5000 时，变送器输出将由 改变到 ,这是无迁移情况。当有迁移时，假定固定压差为 =第14页14.314.3电容式物位计电容式物位计 l电容式物位传感器是利用被测物介电常数与空气电容式物位传感器是利用被测物介电常数与空气(或真空或真空)不一样不一样特点进行检测，电容式物位计由电容式物位传感器和检测电容测特点进行检测，电容式物位计由电容式物位传感器和检测电容测量电路组成。适合于各种导电、非导电液体液位和粉状料位远距量电路组成。适合于各种导电、非导电液体液位和粉状料位远距离连续测量和指示，也可与其它仪表配套使用，实现物位自动统离连续测量和指示，也可与其它仪表配套使用，实现物位自动统计、控制和调整。因为它传感器结构简单，没有可动部分，所以计、控制和调整。因为它传感器结构简单，没有可动部分，所以应用范围较广。应用范围较广。l电容式物位计工作原理是经过电容传感器把物位转换成电容量改电容式物位计工作原理是经过电容传感器把物位转换成电容量改变，然后再用测量电容量方法求得物位数值。变，然后再用测量电容量方法求得物位数值。第15页 图14-4 电容式物位传感器原理示意图返回课程返回课程第16页14.4超声波物位传感器超声波物位传感器 l超声波物位传感器是利用超声波在两种介质分界面上反射特征制成。假如已知从发射超声脉冲开始，到接收换能器接收到反射波为止时间间隔，就能够求出分界面位置，利用这种方法能够对我们进行测量。l依据发射和接收换能器功效，可分为单换能器和双换能器。单换能器传感器发射和接收超声波均使用同一上换能器，而双换能器传感器发射和接收各由换能器一个来完成。l超声波发射和接收换能器能够设置在液体中，这么，超声波将在液体中传输。因为超声波在液体中传输时衰减比较小，所以即使发出超声脉冲幅度较小，仍能够传输。超声波发射和接收换能器也能够安装在兴衰成败上方，让超声波在空气中传输。这种方式便于安装和维修，但超声波在空气中衰减比较厉害。第17页