料位计种类及实际应用演示幻灯片.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,料位计种类及实际应用,仪控一班：丁伟宁,1,主要内容,概述,电容式液位测量,超声波物位测量,雷达物位测量,射频导纳式料位计,2,概述,在热工检测中，我们常把开口容器或密封,容器中液体介质液面的高低称为液位；把两种,液体介质分界面的高低称为界面,；把固体粉状,或颗料物在容器中堆积的高度称为料位。而物,位则是液位、界面和料位的总称,。,什么叫物位,3,什么叫物位计,将用来检测液位的仪表称为液位计；把,检测分界面的仪表称为界面计；把用来检测,固体料位的仪表称为料位计，它们统称为物,位计。,概述,4,物位检测的目的,物位检测为保证生产过程的正常运行，如,调节物料平衡、掌握物料消耗数量、确产品产,量等提供可靠依据。在现代工业生产自动化过,程监测中物位检测占有重要的地位。,概述,5,液位测量的工艺特点,液面是一个规则的表面，但当物料流进、流出时，会有波浪，或者在生产过程中出现沸腾或起泡沫的现象。,大型容器中常会出现液体各处温度、密度和粘度等物理量不均匀的现象。,容器中常会有高温、高压，或液体粘度很大，或含有大量杂质、悬浮物等。,概述,6,物料自然堆积时，有堆积倾斜角，因此料,面是不平的,难以确定料位高度。,物料进出时，又存在着滞留区（由于容器,结构而使不易流动的死角处，叫做滞留区,），影响 到物位最低位置的测准。,储仓或料斗中，物料内部可能存在大的孔,隙，或粉料之中存在小的间隙，前者影响,料位测量的工艺特点,概述,7,界位测量中最常见的问题,是界面位置不明显，浑浊,段的存在也影响,测准。,对物料储量的计算，而后者则在振动或力、,湿度变化时物位也随之变化。,概述,8,物位测量仪表的分类,按其工作原理可分为以下几种：,概述,电容式：,物位测量仪表,超声波：,式物位测量仪表,雷达波：,式物位测量仪表,射频导纳：,料位测量仪表,9,电容式物位计,电容物位计：,将,物位,的变化转换成,电容量,的变,化来进行物位测量的仪表。,组成：,传感器、电容检测两大部分。,电容式物位计,适用于,各种,导电、非导电液,体,的液位或粉状料位的远距离连续测量和指示,，也可以和电动单元组合仪表配套使用，以实,现液位或料位的自动记录、控制和调节。由于,它的结构简单，没有可动部分，因此应用范围,较广。,10,电容式物位计,结构：,两个同轴圆筒电极组成,的电容器。,导电介质用电容式物位计,当液位高度为,0,时，传感器电容量,C0,为,11,电容式物位计,导电介质用电容式物位计,原理：,基于圆筒形电容器的,电,容值随物位而变化。,当液位变化，园筒形电极一部份被物料浸没，浸没深度,H,，,极板间存在两种介质的介电常数,1(,原设有中间介质介电常数,),、,2(,被测物料的介电常数,),将引起电容量的变化,CH,。,12,电容式物位计,导电介质用电容式物位计,13,电容式物位计,导电介质用电容式物位计,液位由,0,增加到,H,，传感器电容变化量,C,为：,D0D,，且,0,14,电容式物位计,导电介质用电容式物位计,实现形式：,测量导电液体液位时：,等效电路如图。,c,11,c,12,c,2,15,电容式物位计,导电介质用电容式物位计,实现形式：,测量导电液体液位时：,等效电路如图。,c,11,c,12,c,2,16,电容式物位计,检测电路：,电容式物位计主要由电极（敏感元件）和电容检测电路组成，由于电容变化量小，因此准确检测电容量是物位检测的关键。,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。,注意：,电容量的检测一般须用交流电源，电源频率高，有利于比较容抗间的差别，但若频率过高，寄生电容影响大，反而不利于检测。,以单臂桥式电路为例：,导电介质用电容式物位计,17,电容式物位计,导电介质用电容式物位计,检测电路：,如图：,18,电容式物位计,导电介质用电容式物位计,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。,19,电容式物位计,非导电介质用电容式物位计,若被测介质是粘性非导电液体，其测量结果也会受到,虚假液位,的影响，但一般很小，可以,忽略,。,20,电容式物位计,固体物料用电容式物位计,因为固体摩擦较大，容易“滞留”，所以一般不用双层式电极。对于非导电固体料位，可采用以,电极棒,和,容器壁,为两电极、以被测物料作为电介质的电容器来测量。如果容器为圆筒形，电容变化量为,对于像钢筋水泥料仓的料位测量，用,钢丝绳,及,仓库钢筋,作为容器的两极，以测量非导电物料的料位。钢丝绳对地及钢筋用绝缘材料加以绝缘。,21,电容式物位计,固体物料用电容式物位计,在使用时主要应注意以下几点：,电极必须垂直安装，安装前要校直。,注意不要把电极安装在管口、孔、凹坑等里面，以防,止介质停留而造成误动作。,仪表的同轴电缆芯线不允许进水，必须严格予以注意。,同轴电缆不许切断或加长，因为在校验中已计入初始,电容量，否则将影响零点和整个线性。,当被测介质改变后，需重新调整仪表。,当周围温度与调整时的温度偏离过大时，则必须重新,调整仪表。,22,电容式物位计,射频导纳液位计,(,去除挂料影响的电容式液位传感器,),23,电容式物位计,射频导纳液位计,挂料的等效阻抗为：,通过分析传输电流的波动方程，,得（,射频导纳定理,）：,24,电容式物位计,射频导纳液位计,当：,进行测量。,25,超声波物位测量,测量原理,声波遇到两相界面时会,发生,反射,高出最高液位,单探头气介式,气介声速,测量盲区约,1m,基本测量方法,26,超声波物位测量,测量方法,设置声速校正具方法,声波在介质中的,传播速度,与介质的,密度,有关，而密度是,温度和压力,的函数,v,（,P,T,）,eg.,空气,V0=331 m/s,；,V100=387 m/s,27,28,带有声速校正杆的超声波液位计,t,t,0,h,h,0,超声波物位测量,29,测量原理,发射接收高频电磁波，原理类似于超声液位计。,电磁波,，,波速与空气温度、湿度等无关,。,雷达液位计,导波雷达液位计,雷达物位测量,30,德国,E+H FMR230,雷达液位计,用于液体、颗粒及浆料物位的,连续非接触测量,。,测量不受介质变化、温度变化、,惰性气体及蒸汽的影响；,喇叭式天线,，频率,6 GHz,；,量程,20 m,，精度,3mm,；,两线制，,HART,协议；,31,西门子,SITRANS LR400,雷达液位计,适于测量高粉尘固体物料,和低介电常数液体物位。,连续波调频工作方式,；,工作频率,24 GHz,；,量程,50 m,，精度,60 mm,；,两线制，,HART,协议；,现场本安型的红外手持编程器对仪表进行编程。,32,德国科隆,(KROHNE)BM70P,雷达液位计,液体和液化气的液位测量。,工作频率,8.9,9.9 GHz,；,量程,35 m,；,精度,:110 m,时，,1mm,10 m,时，,0.01%,示值误差,具有改进信噪比的微波窗，,高灵敏性,，,动态响应达,140 dB,。,33,计数法测时,若计数时钟频率为,f,，从发射脉冲瞬间触发计数到接收脉冲瞬间停止计数，共有,N,个计数脉冲，,则传播时间,t,为,34,由,得,其中,t,计数脉冲周期,f,计数脉冲频率,H,液位分辨率,电磁波速度（即光速）,m/s,，,H,1.5 mm,计数脉冲频率,为,而当前集成电路的运算速度为几十,MHz,，相差几个数量级，,必须另寻出路,！,35,等效时间采样法测时,被测信号是周期为,T,的,周期性信号,，,采样周期,为,T+,t,，每周期只采一个,瞬时值，,等效采样周期,为,t,。,周期性重复的高频信号,均可采用此方法，降低采样频率。,原理,36,等效时间采样法在时间量检测中的应用,t,（最小分辨时间）为,发射,与,采样信号,周期差值，又称等效采样周期，只要满足两信号周期之差为,t10ps,。,37,举例：,发射时钟,采样时钟,相应的，,前已述，分辨,H=1.5mm,液位，等效采样周期,t10ps,故，若实测距离,h,D,6.182m,第,n,个采样脉冲可测到反射波，求,n,？,38,若取,n=4294,，则发射接收,4294,次完成测量，,用计数器计数,n,，即可测出,t,D,，进而求出,h,D,。,39,需时,40,验 算,n=4293,n=4294,今测得,n=23654,求,h:,41,连续波调频法,调频连续波,42,接收到的信号频率与发出的信号频率之差,43,时间差,液位高度,44,连续波调频法,45,射频导纳式物位计,射频导纳料位计产品的结构分为主电极和补偿电极两部分。在主电极与补偿电极间分别施加一组RF射频信号，因而具有很好的抗粘料、挂料特性，是取代电容料位开关的新型物/液位测量产品。,由于保护电极的存在，检测电路将检测电极和保护电极的信号进行比较，从而实现克服物料粘附对物位测量的影响。,46,射频导纳式物位计,射频导纳料位计的工作原理介绍,:,点位射频导纳技术与电容技术的重要区别是采用了三端技术。在电路单元测量信号上引出一根线，经同相放大器放大，其输出与同轴电缆屏蔽层相连，然后连接到探头的屏蔽层上。该放大器是一个同相放大器，其增益为,1,，输出信号与输入信号等电位，同相位，同频率，但互相隔离。地线是电缆中最外面的屏蔽层。由于同轴电缆的中心线与中间屏蔽存在上述关系，所以二者之间没有电位差，也就没有电流流过，即没有电流从中心线漏出来，相当于二者之间没有电容或者说电容为零。因此电缆的温度效应，安装电容等也就不会产生影响。对于探头上的挂料问题，采用一种新的探头结构，五层同心结构,:,最里层是中心测杆，中间是中心屏蔽层，最外边是接地的安装螺纹，用绝缘层将其分别隔离开来,。,47,射频导纳式物位计,与同轴电缆的情况是一样的，中心测杆与屏蔽层之间没有电势差，即使传感元件上挂料阻抗很小，也不会有电流流过，电子仪器测量的仅仅是从探头中心到对面罐壁的电流，因为中心元件能阻碍电流沿探头向上流向容器壁，因而对地电流只有经探头末端通过被测物料到对面容器。即,Ua=Ub lab=(Ua-Ub)/R=0,。由于屏蔽层与容器壁之间存在电势差，两者之间虽有电流流过，但是该电流不被测量，不影响测量结果。这样就将测量端保护起来，不受挂料的影响。只有容器中的物位确实上升接触到中心测量杆时，通过被测物料，中心测杆与地之间形成被测电流。,48,