第五章 物位测量仪表

1、热工仪表修理工热工仪表修理工 第五章第五章 物位物位测量仪表测量仪表 莱钢培训中心莱钢培训中心 许月军许月军 MobileE-mail: 2 第一节第一节 浮力式液位计浮力式液位计 第二节第二节 差压式液位计差压式液位计 第三节第三节 电容式物位计电容式物位计 第四节第四节 电导物位传感器电导物位传感器 第五节第五节 音叉物位计音叉物位计 第六节第六节 微波物位计微波物位计 第七节第七节 核辐射物位检测核辐射物位检测 第五章第五章 物位测量仪表物位测量仪表 3 物位物位：料位、液位和分界面的统称：料位、液位和分界面的统称。 概述概述 物位检测的作用物位检测的作用 确定

2、容器中的贮料数量，以保证确定容器中的贮料数量，以保证 连续生产的需要或进行经济核算；连续生产的需要或进行经济核算； 为了监视或控制容器的物位，使为了监视或控制容器的物位，使 它保持在规定的范围内；它保持在规定的范围内； 对它的上下极限位置进行报警，对它的上下极限位置进行报警， 以保证生产安全、正常进行。以保证生产安全、正常进行。 4 在容器中液体介质的高低叫在容器中液体介质的高低叫液位液位。 容器中固体或颗粒状物质的堆积高度叫容器中固体或颗粒状物质的堆积高度叫料位。料位。 测量液位的仪表叫测量液位的仪表叫液位计液位计，测量料位的仪表叫，测量料位的仪表叫料位计。料位计。 测量两种密度不同液体介质

3、的分界面的仪表叫测量两种密度不同液体介质的分界面的仪表叫界面计。界面计。 在物位检测中，有时需要对物位进行连续检测，有时只需在物位检测中，有时需要对物位进行连续检测，有时只需 要测量物位是否达到某一特定位置，用于定点物位测量的要测量物位是否达到某一特定位置，用于定点物位测量的 仪表称为仪表称为物位开关。物位开关。 物位几个概念：物位几个概念： 概述概述 5 浮力式液位计浮力式液位计是基于物体在液体中受浮力作用是基于物体在液体中受浮力作用 的原理工作的。浮子漂浮在液面上或半浸在液体中的原理工作的。浮子漂浮在液面上或半浸在液体中 随液面上下波动而升降，浮子所在处就是液体的液随液面上下波动而升降，浮

4、子所在处就是液体的液 位。前者是位。前者是浮子法浮子法，后者是，后者是浮力法浮力法，是应用最广的，是应用最广的 液位计。液位计。 第一节第一节 浮力式液位计浮力式液位计 6 一、浮子式液位计一、浮子式液位计 浮子式液位计是一种维持力不变的即恒浮力浮子式液位计是一种维持力不变的即恒浮力 式液位计。它是在液体中放置一个浮子，也称浮式液位计。它是在液体中放置一个浮子，也称浮 标，可随液面变化而自由浮动。标，可随液面变化而自由浮动。 浮子随液面的升降，通过绳索和滑轮带动指浮子随液面的升降，通过绳索和滑轮带动指 针，便指示出液位数值。如果把滑轮的转角和绳针，便指示出液位数值。如果把滑轮的转角和绳 索的位

5、移，经过机械传动后转化为电阻或电感等索的位移，经过机械传动后转化为电阻或电感等 变化，就可以进行液位的远传、指示记录液位值。变化，就可以进行液位的远传、指示记录液位值。 第一节第一节 浮力式液位计浮力式液位计 7 浮力式液位计浮力式液位计 1-1-浮子；浮子；2-2-磁铁；磁铁；3-3-铁心；铁心；4-4-导轮；导轮；5-5-非导磁管；非导磁管；6-6-浮球；浮球； 7-7-连杆；连杆；8-8-转动轴；转动轴； 9-9-重锤；重锤；10-10-杠杆杠杆 (a)(a)浮子式浮子式( (敞口容器敞口容器) )(b)(b)浮子式浮子式( (密闭容器密闭容器) ) (c)(c)浮球式浮球式 第一节第一

6、节 浮力式液位计浮力式液位计 一、浮子式液位计一、浮子式液位计 8 二、磁翻转浮标液位计二、磁翻转浮标液位计 为克服玻璃管浮标液位计易为克服玻璃管浮标液位计易 碎问题，在浮标上设置永久磁铁，碎问题，在浮标上设置永久磁铁， 安装在非导磁不锈钢导筒内，它安装在非导磁不锈钢导筒内，它 随导筒内的液位升降，借助于磁随导筒内的液位升降，借助于磁 耦合作用，使导管外翻转箱内的耦合作用，使导管外翻转箱内的 红白相间的翻板或翻球依次翻转。红白相间的翻板或翻球依次翻转。 有液体的位置红色朝外，无液体有液体的位置红色朝外，无液体 的位置白色朝外，因此红色就是的位置白色朝外，因此红色就是 液位所在，液位高度由标尺显

7、示。液位所在，液位高度由标尺显示。 第一节第一节 浮力式液位计浮力式液位计 9 三、浮筒式液位计三、浮筒式液位计 浮子改成浮筒，将它浮子改成浮筒，将它 半浸于液体之中，当液面半浸于液体之中，当液面 变化时，浮筒被液体浸没变化时，浮筒被液体浸没 的体积随着变化而受到不的体积随着变化而受到不 同的浮力，通过测量浮力同的浮力，通过测量浮力 的变化可以测量液位。的变化可以测量液位。 1-1-浮筒，浮筒，2-2-杠杆，杠杆，3-3-扭力管，扭力管，4-4-芯轴，芯轴， 5-5-推杆，推杆，6-6-霍尔位移转换器霍尔位移转换器 第一节第一节 浮力式液位计浮力式液位计 10 第二节第二节 差压式液位计差压式

8、液位计 测量原理测量原理：利用容器内液位变化时，由液柱高度：利用容器内液位变化时，由液柱高度 产生的静压也相应变化的原理工作的，用差压计测产生的静压也相应变化的原理工作的，用差压计测 得的差压与液位高度成正比，常用来测量敞口容器得的差压与液位高度成正比，常用来测量敞口容器 和密封容器的液位。和密封容器的液位。 使用注意事项使用注意事项：习惯上应使变送器输出信号与液：习惯上应使变送器输出信号与液 位相对应位相对应( (如液位范围如液位范围0-0-H H，则差变输出的，则差变输出的I Imin min正好对 正好对 应应0 0液位，而液位，而I Imax max对应 对应H H) )，使用时可能需

9、对差压变送，使用时可能需对差压变送 器进行零点迁移。器进行零点迁移。 11 一、敞口容器的液位检测一、敞口容器的液位检测 如图所示，差压变送器两端差压如图所示，差压变送器两端差压P P为：为： P P=(=(h h+ +h h1 1+ +h h2 2) )gg= =hghg+ +Z Z0 0 ( (Z Z0 00 0 ) ) 显然可由差压信号得到液位。但为使变送器输出信号显然可由差压信号得到液位。但为使变送器输出信号( (这里这里 是是4-20mA)4-20mA)正好对应液位正好对应液位(0-(0-H H) )，要进行零点正迁移。，要进行零点正迁移。 第二节第二节 差压式液位计差压式液位计 1

10、2 为什么要进行零点迁移的实例说明为什么要进行零点迁移的实例说明 设前页图中设前页图中H H=0.5m=0.5m，h h1 1+ +h h2 2=0.2m=0.2m，则根据，则根据H H 选选DDZ-IIIDDZ-III 差变量程为差变量程为0 04.905kPa(0.54.905kPa(0.59.81)9.81)，而，而Z Z0 0=1.962kPa=1.962kPa。若。若 不迁移，则当不迁移，则当h h = = H H时，时，P P=6.867kPa=6.867kPa，I I0 020mA20mA，已超出，已超出 差变正常使用范围。差变正常使用范围。 需采取措施解决此问题：需采取措施解决

11、此问题： 方法一方法一：另选大量程差压变送器，缺点：会降低测量精度。：另选大量程差压变送器，缺点：会降低测量精度。 方法二方法二：进行零点迁移。将变送器的零点正向迁移到：进行零点迁移。将变送器的零点正向迁移到 Z Z0 0=1.962kPa=1.962kPa的位置，迁移后，上、下限变为的位置，迁移后，上、下限变为1.962kPa1.962kPa和和 6.867kPa6.867kPa，但量程不变，仍为，但量程不变，仍为4.905kPa4.905kPa，输出仍是，输出仍是4 420mA20mA。 显然进行零点迁移方法为最佳显然进行零点迁移方法为最佳方案。方案。 第二节第二节 差压式液位计差压式液位

12、计 13 特性曲线平移而曲线斜率不变称特性曲线平移而曲线斜率不变称 为为零点迁移零点迁移。分为。分为零点正迁移零点正迁移 （Z Z0 000）、零点负迁移（）、零点负迁移（Z Z0 000）两种两种 类型。类型。其实质是其实质是改变上下限，而不改改变上下限，而不改 变量程的大小。变量程的大小。 不同的变送器，实现零点迁移方不同的变送器，实现零点迁移方 法不一样。如机械式差压变送器，通法不一样。如机械式差压变送器，通 过调零弹簧实现；而现在智能型差压过调零弹簧实现；而现在智能型差压 变送器，可通过外部手持终端直接输变送器，可通过外部手持终端直接输 入数字即可实现。入数字即可实现。 第二节第二节

13、差压式液位计差压式液位计 14 a a无迁移无迁移 b b负迁移负迁移 c c正迁移正迁移 第二节第二节 差压式液位计差压式液位计 15 二、密闭容器的液位检测二、密闭容器的液位检测 测量密闭容器中的液泣，差压变压器的正压室测量密闭容器中的液泣，差压变压器的正压室 仍与容器的下部取压点相连，低压室则与容器的密仍与容器的下部取压点相连，低压室则与容器的密 闭空间相连通。闭空间相连通。 (a) (a) 差压变送器的安装差压变送器的安装 (b) (b) 零点负迁移示意图零点负迁移示意图 第二节第二节 差压式液位计差压式液位计 16 用差压式液位计测量密闭容器液位时，要根据（用差压式液位计测量密闭容器

14、液位时，要根据（ ） 考虑对差压液位计进行零点迁移。考虑对差压液位计进行零点迁移。 A A 被测介质的性质被测介质的性质 B B隔离液的性质隔离液的性质 C C差压式液位计位置的高低差压式液位计位置的高低 D D闭容器的静压力闭容器的静压力 问题？问题？ ABCABC 第二节第二节 差压式液位计差压式液位计 17 三、特殊介质液体液位测量三、特殊介质液体液位测量 某些特殊液体，如腐蚀性、某些特殊液体，如腐蚀性、 含固体颗粒、易结晶、易沉淀或含固体颗粒、易结晶、易沉淀或 粘度大等液体的液位测量，不能粘度大等液体的液位测量，不能 采用普通差压变送器而只能采用采用普通差压变送器而只能采用 法兰式差压

15、变送器，否则容易造法兰式差压变送器，否则容易造 成堵塞或差变损坏。成堵塞或差变损坏。 法兰测头是一不锈钢膜盒，法兰测头是一不锈钢膜盒， 膜盒内充以硅油，用毛细管引到膜盒内充以硅油，用毛细管引到 差压变送器的测量室。差压变送器的测量室。 法兰式差变测量液位法兰式差变测量液位 1-1-平法兰接头，平法兰接头，2-2-毛细管，毛细管， 3-3-差变，差变，4-4-插入法兰接头插入法兰接头 第二节第二节 差压式液位计差压式液位计 18 投入式液位器的检测器可以垂直悬挂在导投入式液位器的检测器可以垂直悬挂在导 气电缆上，也可以固定在支架上。检测器离气电缆上，也可以固定在支架上。检测器离 底部应有一段距离

16、，以防止泥沙，污物堵塞底部应有一段距离，以防止泥沙，污物堵塞 受压部件；也应远离加温管或搅拌器。如果受压部件；也应远离加温管或搅拌器。如果 液体流动，则应安装防波管，或挂重锤使之液体流动，则应安装防波管，或挂重锤使之 稳定。稳定。 仪表的测量范围根据被测介质的密度和高仪表的测量范围根据被测介质的密度和高 度而定。如果介质密度不知道，可以用检定度而定。如果介质密度不知道，可以用检定 合格的检油尺测出实际量程高度，再将量程合格的检油尺测出实际量程高度，再将量程 分成分成4 4等分，调节仪表零点及量程螺丝，使输等分，调节仪表零点及量程螺丝，使输 出稳定在和油尺刻度对应的值上。出稳定在和油尺刻度对应的

17、值上。 投入式液位计在安装使用时应注意些什么？ 投入式液位计在安装使用时应注意些什么？ 第二节第二节 差压式液位计差压式液位计 19 第三节第三节 电容式物位计电容式物位计 一、检测原理一、检测原理 圆筒形电容器的电容量圆筒形电容器的电容量C C为：为： C C=2=2LL/ln(/ln(D/dD/d)=)=kLkL 可见当将电容传感器插入可见当将电容传感器插入 被测介质中，电极浸入介质中被测介质中，电极浸入介质中 的深度随物位高低而变化，电的深度随物位高低而变化，电 极间介质的升降，必然改变两极间介质的升降，必然改变两 极板间的电容量，从而可以测极板间的电容量，从而可以测 出物位。出物位。

18、圆筒形电容器圆筒形电容器 1-1-内电极；内电极；2-2-外电极外电极 20 二、电容物位传感器二、电容物位传感器 ( (一一) )导电液体电容传感器导电液体电容传感器 水、酸、碱、盐及各种水溶液水、酸、碱、盐及各种水溶液 等导电液体电容液位传感器一般用等导电液体电容液位传感器一般用 直径为直径为d d的不锈钢或紫铜棒做电极，的不锈钢或紫铜棒做电极， 外套聚四氟乙烯塑料绝缘管或涂以外套聚四氟乙烯塑料绝缘管或涂以 搪瓷绝缘，如图。电容传感器插在搪瓷绝缘，如图。电容传感器插在 直径为直径为D D0 0容器内的液体中，容器内的液体中， 通过通过 检测传感器电容变化量即可知液位检测传感器电容变化量即可

19、知液位 的高低。的高低。 导电液体液位测量导电液体液位测量 1-1-内电极；内电极；2-2-绝缘套绝缘套 管；管；3-3-容器容器 第三节第三节 电容式物位计电容式物位计 21 由图可知当液位由零变化到由图可知当液位由零变化到H H 时，电容传感器时，电容传感器 的电容变化量的电容变化量C CX X为：为： 式中式中为绝缘套管或陶瓷涂层的介电系数为绝缘套管或陶瓷涂层的介电系数； 0 0为绝缘套管和空气共同组成电容的为绝缘套管和空气共同组成电容的 等效介电系数；等效介电系数；S S为传感器灵敏度系数。为传感器灵敏度系数。 00 0 00 0 2 ()22 ln(/ )ln(/ )ln(/ ) 2

20、() ln(/ ) 2 ln(/ ) XH L HLH CCC D dD dD d H D d HSH D d 第三节第三节 电容式物位计电容式物位计 22 ( (二二) )非导体液体电容传感器非导体液体电容传感器 非导电液体，不要求电极表面绝缘，可以用裸电极作非导电液体，不要求电极表面绝缘，可以用裸电极作 内电极，外套以开有液体流通孔的金属外电极，通过绝缘内电极，外套以开有液体流通孔的金属外电极，通过绝缘 环装配成电容传感器。环装配成电容传感器。 1-1-内电极；内电极；2-2-外电极；外电极； 3-3-绝缘环绝缘环 0 0 0 0 0 0 0 0 2 ln(/) 2 2() ln(/)ln

21、(/) 2(1) ln(/) p H XH p L C Dd H LH C D dDd CCC H D d S H 第三节第三节 电容式物位计电容式物位计 23 ( (三三) )粉粒状物料电容传感器粉粒状物料电容传感器 测量粉粒状非导电介测量粉粒状非导电介 质如矿石、合金、石质如矿石、合金、石 灰、干燥水泥、等的灰、干燥水泥、等的 料位。料位。 电容式料位计原理电容式料位计原理 (a)a)金属料仓；金属料仓； (b)(b)水泥料仓水泥料仓 1-1-内电极内电极;2-;2-金属容器壁电极金属容器壁电极; ; 3-3-钢丝绳内电极钢丝绳内电极;4-;4-钢筋钢筋;5-;5-绝缘体绝缘体 第三节第三

22、节 电容式物位计电容式物位计 24 三、射频导纳电容物位计三、射频导纳电容物位计 射频导纳电容物位计射频导纳电容物位计是上世纪是上世纪9090年代发展起来年代发展起来 的，是电容物位计的换代产品，它是由检测与变送的，是电容物位计的换代产品，它是由检测与变送 两部分组成，检测部分由探头作为电容器的一极，两部分组成，检测部分由探头作为电容器的一极， 容器壁容器壁( (或辅助电极或辅助电极) )构成电容传感器。构成电容传感器。 它的电路和传感器独特，克服了一般电容传感它的电路和传感器独特，克服了一般电容传感 器单纯测量电容所引起的误差。几乎可测量生产过器单纯测量电容所引起的误差。几乎可测量生产过 程

23、中所有介质的物位或液位，不受温度、湿度、流程中所有介质的物位或液位，不受温度、湿度、流 体粘度与密度变化的影响。体粘度与密度变化的影响。 第三节第三节 电容式物位计电容式物位计 25 电容式物位开关的特点电容式物位开关的特点 电容式物位开关又称电容电容式物位开关又称电容 物位控制器，它的结构简物位控制器，它的结构简 单，安装容易，可靠性高，单，安装容易，可靠性高， 使用范围广，特别使用于使用范围广，特别使用于 浆料、腐蚀性液体、粘性浆料、腐蚀性液体、粘性 液体、粉料、粒料等场合。液体、粉料、粒料等场合。 第三节第三节 电容式物位计电容式物位计 26 第四节第四节 电导物位传感器电导物位传感器

24、一、电接点液位传感器一、电接点液位传感器 最简单的位式传感器，是在容器上方垂直伸最简单的位式传感器，是在容器上方垂直伸 入适当长度的导体电极。若容器本身导电，则电入适当长度的导体电极。若容器本身导电，则电 极极A A与器壁与器壁C C构成的电路，其通断与否取决于液位构成的电路，其通断与否取决于液位 高低；若容器是绝缘的，则用电极高低；若容器是绝缘的，则用电极 B B代替代替C C。 ( (a a) ) 位式位式 ( (b b) ) 套筒连续式套筒连续式 ( (c c) ) 电阻电阻( (左左) )或氖泡或氖泡( (右右) )分段分段 式式 27 二、超导液位计二、超导液位计 超导液位计利用低温

25、下某些金属的超导液位计利用低温下某些金属的 超导现象来测量。图中超导现象来测量。图中1 1为钽丝，为钽丝，2 2为锰为锰 铜丝，锰铜丝通以电流。浸在液氦中的铜丝，锰铜丝通以电流。浸在液氦中的 钽丝处于超导状态，其电阻为零，但在钽丝处于超导状态，其电阻为零，但在 液面以上的部分仍有电阻。电压表液面以上的部分仍有电阻。电压表V V和电和电 流表流表A A连续测出电压和电流，两者的读数连续测出电压和电流，两者的读数 相除即为电阻值，经标定后可以液位值相除即为电阻值，经标定后可以液位值 表示。表示。1-1-钽丝钽丝; ; 2-2-锰铜丝锰铜丝 第四节第四节 电导物位传感器电导物位传感器 28 三、电感

26、式液位传感器三、电感式液位传感器 ( (一一) )电涡流液位开关电涡流液位开关 平面螺旋纹线圈平面螺旋纹线圈( (盘香形盘香形) )通以交流电。当导电液体表通以交流电。当导电液体表 面接近线圈时，液体出现涡流，将使线圈的电感量改变。面接近线圈时，液体出现涡流，将使线圈的电感量改变。 在线圈两端并联一个电容，并联回路的谐振频率，会因液在线圈两端并联一个电容，并联回路的谐振频率，会因液 面向盘形线圈接近或离开而发生明显变化。利用这一原理面向盘形线圈接近或离开而发生明显变化。利用这一原理 可构成电涡流液位开关，结构简单，应用方便，但不适合可构成电涡流液位开关，结构简单，应用方便，但不适合 连续液位检

27、测。连续液位检测。 第四节第四节 电导物位传感器电导物位传感器 29 ( (二二) )电感式液位计电感式液位计 交流电流通过线圈时，线圈具有一定的感抗，容器交流电流通过线圈时，线圈具有一定的感抗，容器 内无导电液体时感抗最大。当液位升高时涡流加大，相内无导电液体时感抗最大。当液位升高时涡流加大，相 当于变压器副边接近短路，这时原边感抗就越来越小，当于变压器副边接近短路，这时原边感抗就越来越小， 原边电流就会逐渐加大。只需在线圈上通以频率恒定的原边电流就会逐渐加大。只需在线圈上通以频率恒定的 交流电压，便可根据电流的大小测定液位。交流电压，便可根据电流的大小测定液位。 连通管连通管1 1将被测导

28、电液体引至容将被测导电液体引至容 器器2 2内，在容器中央有口字形铁心内，在容器中央有口字形铁心3 3 穿过，铁心另一端上绕有线圈穿过，铁心另一端上绕有线圈4 4 。 第四节第四节 电导物位传感器电导物位传感器 30 四、阻力式料位传感器四、阻力式料位传感器 ( (一一) ) 重锤探测法重锤探测法 在容器顶部安装由脉冲分配器控制的步进电机，此电在容器顶部安装由脉冲分配器控制的步进电机，此电 机正转时缓缓释放悬有重锤的钢缆，重锤下降探测。当探机正转时缓缓释放悬有重锤的钢缆，重锤下降探测。当探 测到料面时，钢缆受到的重力突然减小，力传感器发出脉测到料面时，钢缆受到的重力突然减小，力传感器发出脉 冲

29、。此脉冲改变门电路的状态，使步进电机改变转向将重冲。此脉冲改变门电路的状态，使步进电机改变转向将重 锤提升，同时开始脉冲计数。待重锤升至顶部触及行程开锤提升，同时开始脉冲计数。待重锤升至顶部触及行程开 关，步进电机停止转动，同时计数器也停止计数，根据计关，步进电机停止转动，同时计数器也停止计数，根据计 数脉冲计算得出料位。数脉冲计算得出料位。 开始探测的触发信号由定时电路周期性地供给，也可开始探测的触发信号由定时电路周期性地供给，也可 以人为地随时启动。以人为地随时启动。 第四节第四节 电导物位传感器电导物位传感器 31 ( (二二) ) 旋转叶片或推板法旋转叶片或推板法 在容器壁的某一高度处

30、装一个小功率电动机，其末端在容器壁的某一高度处装一个小功率电动机，其末端 带有旋转叶片，在适当部位伸入容器内。叶片不接触物料带有旋转叶片，在适当部位伸入容器内。叶片不接触物料 时，处于空载旋转状态下，电动机的电流很小，当液位上时，处于空载旋转状态下，电动机的电流很小，当液位上 升到与叶片接触时，叶片转动阻力增大，甚至停止转动，升到与叶片接触时，叶片转动阻力增大，甚至停止转动， 电动机的电流显著加大，使继电器的接点动作，发出料位电动机的电流显著加大，使继电器的接点动作，发出料位 报警或位式控制信号。报警或位式控制信号。 如果电机轴经过曲柄或连杆机构变为往复运动，则可如果电机轴经过曲柄或连杆机构变

31、为往复运动，则可 带动活塞或平板在容器中或前或后的推拉动作，即成推板带动活塞或平板在容器中或前或后的推拉动作，即成推板 法。当然不一定都要靠电机电流的大小使继电器接点动作，法。当然不一定都要靠电机电流的大小使继电器接点动作， 也可以利用离合器或连杆上的传动机构，在叶片或推板负也可以利用离合器或连杆上的传动机构，在叶片或推板负 载增大时改变电接点的通断状态。载增大时改变电接点的通断状态。 第四节第四节 电导物位传感器电导物位传感器 四、阻力式料位传感器四、阻力式料位传感器 32 第五节第五节 音叉物位计音叉物位计 音叉由弹性良好的金属制成，本身具有确定音叉由弹性良好的金属制成，本身具有确定 的固

32、有频率，当外加交变力的频率与其固有频率的固有频率，当外加交变力的频率与其固有频率 一致，叉体产生共振状态。当粉、粒体物料触及一致，叉体产生共振状态。当粉、粒体物料触及 叉体之后，能量消耗在物料颗粒间的摩擦上，迫叉体之后，能量消耗在物料颗粒间的摩擦上，迫 使振幅急剧衰减而停振。使振幅急剧衰减而停振。 音叉物位计就是根据物料对振动中的音叉有音叉物位计就是根据物料对振动中的音叉有 无阻力探知料位是否到达或超过某高度，并发出无阻力探知料位是否到达或超过某高度，并发出 通断信号，此法不需要大幅度的机械运动，驱动通断信号，此法不需要大幅度的机械运动，驱动 功率小，机械结构简单、灵敏而可靠。功率小，机械结构

33、简单、灵敏而可靠。 33 音叉物位传感器结构音叉物位传感器结构 第五节第五节 音叉物位计音叉物位计 34 音叉料位计是用来对固体粉末和小颗粒物料进音叉料位计是用来对固体粉末和小颗粒物料进 行测量，控制和上下报警的仪表。它由音叉和电子行测量，控制和上下报警的仪表。它由音叉和电子 线路两部分组成。在音叉底部有两组压电晶体陶瓷线路两部分组成。在音叉底部有两组压电晶体陶瓷 片，其中一组称为驱动片，它利用逆压电效应将交片，其中一组称为驱动片，它利用逆压电效应将交 变电压转换成交变力，驱动振动膜和音叉产生振动；变电压转换成交变力，驱动振动膜和音叉产生振动； 另一组称为检测片，利用压电晶体的压电效应，将另一

34、组称为检测片，利用压电晶体的压电效应，将 叉体和振膜的振动变成电压信号。叉体和振膜的振动变成电压信号。 音叉料位计音叉料位计 检查校验时，将叉股向上放置，通电观察叉端检查校验时，将叉股向上放置，通电观察叉端 振动，用手轻触叉端时应有颤抖感。当按压叉端强振动，用手轻触叉端时应有颤抖感。当按压叉端强 迫它停振后，输出接点的通断应改变，若振停反复迫它停振后，输出接点的通断应改变，若振停反复 数次仪表均为正常，则校验即告完毕。数次仪表均为正常，则校验即告完毕。 音叉料位计的检查校验音叉料位计的检查校验 第五节第五节 音叉物位计音叉物位计 35 第六节第六节 微波物位计微波物位计 微波物位计也称雷达物位

35、计微波物位计也称雷达物位计。利用回波测距原。利用回波测距原 理，由喇叭状或杆式天线向被测物料面发射微波，理，由喇叭状或杆式天线向被测物料面发射微波， 微波传播到不同相对介电率的物料表面时会产生反微波传播到不同相对介电率的物料表面时会产生反 射，并被天线所接收。发射波与接收波的时间差与射，并被天线所接收。发射波与接收波的时间差与 物料面与天线的距离成正比，测出传播时间即可得物料面与天线的距离成正比，测出传播时间即可得 知距离知距离 。 由于微波以光速传播且不受介质特性影响，所由于微波以光速传播且不受介质特性影响，所 以在一些有温度、压力、蒸汽等场合，其它物位计以在一些有温度、压力、蒸汽等场合，其

36、它物位计 不能正常工作，而微波物位计可以使用。不能正常工作，而微波物位计可以使用。 36 一、脉冲微波物位计一、脉冲微波物位计 雷达天线面对物料发射微雷达天线面对物料发射微 波，微波遇到物料后反射，反波，微波遇到物料后反射，反 射微波被脉冲雷达天线接收。射微波被脉冲雷达天线接收。 那么距离物料表面的距离那么距离物料表面的距离D D可可 通过脉冲的时间行程通过脉冲的时间行程T T来测得：来测得： D D= =cTcT/2 (/2 (c c是光速是光速) ) 因空罐的距离因空罐的距离E E已知，则已知，则 物位物位L L为：为： L L= =E E- -D D 检测原理检测原理 微波发射天线微波发

37、射天线 第六节第六节 微波物位计微波物位计 37 通过输入空罐高度通过输入空罐高度E E(=(=零点零点) )，满罐高度，满罐高度F F(=(=满满 量程量程) )及一些应用参数的设定，使输出信号对应于及一些应用参数的设定，使输出信号对应于 4 420mA20mA输出。输出。 雷达液位计的测量不确定度雷达液位计的测量不确定度 0.1%0.2s0.2s，输出信号均，输出信号均 为为4 420mA20mA，两线制。，两线制。 测量范围：测量范围：0 035m35m；回波采样；回波采样5555次次/s/s，精确度，精确度 约为约为(0.2(0.20.3)% 0.3)% 。 第六节第六节 微波物位计微

38、波物位计 38 二、调频微波物位计二、调频微波物位计 调频微波物位计天线发射的调频微波物位计天线发射的 微波是调频连续波，频率随一定微波是调频连续波，频率随一定 时间间隔时间间隔( (即扫描频率即扫描频率) )线性增加。线性增加。 当回波被天线接收到时，天线发当回波被天线接收到时，天线发 射频率已经改变。根据射频率已经改变。根据回波与发回波与发 射波的频率差射波的频率差可以计算出物料面可以计算出物料面 的距离。的距离。 第六节第六节 微波物位计微波物位计 39 三、导波式微波物位计三、导波式微波物位计 导波式微波物位测量采用导波式微波物位测量采用 时域反射法时域反射法 ，通常称，通常称导波雷导

39、波雷 达达，采用脉冲波方式工作。与，采用脉冲波方式工作。与 微波物位计不同点在于雷达发微波物位计不同点在于雷达发 射的高频脉冲不是通过空间传射的高频脉冲不是通过空间传 播，而是沿一根播，而是沿一根( (或两根或两根) )从罐从罐 顶伸入直达罐底的导波体传导。顶伸入直达罐底的导波体传导。 导波体可以是金属杆或柔性金导波体可以是金属杆或柔性金 属缆绳。属缆绳。 第六节第六节 微波物位计微波物位计 40 雷达液位计测量原理雷达液位计测量原理 雷达液位计雷达液位计采用高频振荡器采用高频振荡器 作为微波发生器，发生器产生的作为微波发生器，发生器产生的 微波用波导管将它引到辐射天线，微波用波导管将它引到辐

40、射天线， 并向下射出。当微波遇到障碍物，并向下射出。当微波遇到障碍物， 例如液体液面时，部分被吸收，例如液体液面时，部分被吸收， 部分被反射回来。通过测量发射部分被反射回来。通过测量发射 波与液位反射波之间某种参数关波与液位反射波之间某种参数关 系来实现液位测量。系来实现液位测量。 第六节第六节 微波物位计微波物位计 41 微波在测量中有什么特点？微波在测量中有什么特点？ 微波的特点是微波的特点是发射方向性强，定向性好发射方向性强，定向性好，传，传 输过程中几乎输过程中几乎不受火焰，灰尘，烟雾及强光的影不受火焰，灰尘，烟雾及强光的影 响响。它遇到障碍物以后，既有吸收，又有发射、。它遇到障碍物以

41、后，既有吸收，又有发射、 折射。在雷达、导航、通讯和电视等技术中，就折射。在雷达、导航、通讯和电视等技术中，就 是利用微波的反射特性来进行信息的传递，加工是利用微波的反射特性来进行信息的传递，加工 和变换的。和变换的。 第六节第六节 微波物位计微波物位计 42 被测介质对雷达液位计的影响被测介质对雷达液位计的影响 雷达液位计在传播发射微波时，不需要空气作雷达液位计在传播发射微波时，不需要空气作 为传媒介质，所以介质温度的变化对微波的传播速为传媒介质，所以介质温度的变化对微波的传播速 度几乎没有影响。但是，雷达液位计的传感器和天度几乎没有影响。但是，雷达液位计的传感器和天 线部分却不耐高温，所以

42、这部分的温度不能太高，线部分却不耐高温，所以这部分的温度不能太高， 否则便不能正常工作。雷达液位计在测量高温介质否则便不能正常工作。雷达液位计在测量高温介质 时，需要采用空气或水强制冷却等措施来降温。时，需要采用空气或水强制冷却等措施来降温。 1 1、被测介质温度的影响、被测介质温度的影响 第六节第六节 微波物位计微波物位计 43 被测介质对雷达液位计的影响被测介质对雷达液位计的影响 由于雷达液位计的测量原理和微波的传播特性有关，由于雷达液位计的测量原理和微波的传播特性有关， 所以介质的相对介电常数、液体的湍动和气泡等被所以介质的相对介电常数、液体的湍动和气泡等被 测物料的特性会对微波信号造成

43、衰减，严重的甚至测物料的特性会对微波信号造成衰减，严重的甚至 不能工作。不能工作。 2 2、被测介质特征的影响、被测介质特征的影响 第六节第六节 微波物位计微波物位计 44 雷达液位计的日常维护注意事项雷达液位计的日常维护注意事项 雷达液位计的日常维护雷达液位计的日常维护主要是主要是看电源电压和输看电源电压和输 出电流是否正常。仪表通电后，大约需要出电流是否正常。仪表通电后，大约需要3030到到6060分分 钟仪表才能正常工作。如果投运后仪表没有输出，钟仪表才能正常工作。如果投运后仪表没有输出， 则应检查电源是否真正接上，并检查保险丝是否烧则应检查电源是否真正接上，并检查保险丝是否烧 坏。坏。

44、 第六节第六节 微波物位计微波物位计 45 第七节第七节 核辐射物位检测核辐射物位检测 一、检测原理一、检测原理 核辐射强度随穿透物质厚度核辐射强度随穿透物质厚度H H而变的规律为而变的规律为 I I= =I I0 0e e- - H H ( (朗伯 朗伯- -比尔定律比尔定律) ) 式中式中I I、I I0 0 射线透过介质后与射入介质前的强度；射线透过介质后与射入介质前的强度； 介质对射线的吸收系数。介质对射线的吸收系数。 当放射源强度、被测介质一定时，则介质厚度当放射源强度、被测介质一定时，则介质厚度H H 与射线强度与射线强度I I的关系为的关系为: : H H=(ln=(lnI I0

45、 0-ln-lnI I)/)/ 上式表明，上式表明，测出透过介质后的射线强度，便可测出透过介质后的射线强度，便可 求出被测介质的厚度求出被测介质的厚度H H。 46 放射性物位计原理框图放射性物位计原理框图 放射性物位计放射性物位计主要由主要由放射源、接收器放射源、接收器和和显示仪表显示仪表 组成：组成： 第七节第七节 核辐射物位检测核辐射物位检测 47 探测器就是核辐射的探测器就是核辐射的接收器接收器，它是核辐射传感，它是核辐射传感 器的重要组成部分。其器的重要组成部分。其用途用途就是将核辐射信号转换就是将核辐射信号转换 成电信号，从而探测出射线的强弱和变化，主要有成电信号，从而探测出射线的

46、强弱和变化，主要有 闪烁探测器闪烁探测器、电离室探测器电离室探测器和和盖格计数管盖格计数管等。等。 常用的射线探测器 常用的射线探测器 闪烁探测器的探测效率高，可以减低仪表射源闪烁探测器的探测效率高，可以减低仪表射源 的强度，其工作寿命也较长，可达数年。其缺点是的强度，其工作寿命也较长，可达数年。其缺点是 成本高，稳定性稍差，抗震性查。成本高，稳定性稍差，抗震性查。 第七节第七节 核辐射物位检测核辐射物位检测 48 二、物位检测方法二、物位检测方法 放射性物位计检测物位的方法，一般为有定点检测和放射性物位计检测物位的方法，一般为有定点检测和 自动跟踪等方式。根据被测对象的实际需要，放射源可有自

47、动跟踪等方式。根据被测对象的实际需要，放射源可有 多种安装方式，以适应不同的物位检测和控制的要求。多种安装方式，以适应不同的物位检测和控制的要求。 ( (一一) )定点放射源检测法定点放射源检测法 点状放射源与接收器固定在设备的一定位置上。点状放射源与接收器固定在设备的一定位置上。 1-1-放射源放射源 2-2-接收器接收器 第七节第七节 核辐射物位检测核辐射物位检测 49 ( (二二) )跟踪检测法跟踪检测法 跟踪式放射性物位跟踪式放射性物位 计既保持了定点检测方计既保持了定点检测方 式的优点，又可实现式的优点，又可实现连连 续测量续测量，并且，并且量程可以量程可以 很宽很宽，但仪表的，但仪

48、表的结构较结构较 复杂复杂。 跟踪式放射性物位计原理图跟踪式放射性物位计原理图 1-1-放射源，放射源，2-2-接收器，接收器，3-3-导轨，导轨， 4-4-放大器，放大器，5-5-执行执行器，器，6 6，7-7-自自 整角机发送接收器，整角机发送接收器，8-8-显示仪表，显示仪表， 9-9-远传指示仪表远传指示仪表 第七节第七节 核辐射物位检测核辐射物位检测 50 放射性物位计的特点放射性物位计的特点 优点：优点： (1)(1)检测元件检测元件( (放射源放射源) )不与被测介质直接接触；不与被测介质直接接触； (2)(2)放射源的辐射不受介质温度、压力等的影响；放射源的辐射不受介质温度、压

49、力等的影响； (3)(3)适用性广【高压、高温、低温等容器中的高粘度、强适用性广【高压、高温、低温等容器中的高粘度、强 腐蚀性、易燃、易爆等介质的物位、介质分界面、散料、腐蚀性、易燃、易爆等介质的物位、介质分界面、散料、 块料的料位以及特殊环境下的物位厚度测量】。块料的料位以及特殊环境下的物位厚度测量】。 不足：不足： 射线对人体有危害，使用时必须采取严格的防护措施。射线对人体有危害，使用时必须采取严格的防护措施。 第七节第七节 核辐射物位检测核辐射物位检测 51 工业核仪表使用中的常见问题工业核仪表使用中的常见问题 (1)(1)仪表到货后应单独妥善保管，不得与易燃、易爆、腐蚀性等仪表到货后应单独妥善保管，不得与易燃、易爆、腐蚀性等 物品放在一起。物品放在一起。 (2)(2)安装地点除从工艺和仪表要求考虑外，尽量置于其他人员很安装地点除从工艺和仪表要求考虑外，尽量置于其他人员很 少接近的地方，并设置有关标志，安装地点应远离人行过道。少接近的地方，并设置有关标志，安装地点应远离人行过道。 (3)(3