第4章物位及厚度检测-王威立

1、第第4章章 物位及厚度检测物位及厚度检测n电涡流传感器及厚度检测电涡流传感器及厚度检测n微波式传感器微波式传感器n超声波传感器与物位、厚度检测超声波传感器与物位、厚度检测第第4章章 物位及厚度检测物位及厚度检测 物位的基本概念物位的基本概念物位物位-液位、料位和相界面的总称。液位、料位和相界面的总称。液位液位-液体介质液面的高低；液体介质液面的高低；料位料位-固体粉状或颗粒状物质堆积的高度；固体粉状或颗粒状物质堆积的高度；相界面相界面-两种不同液体介质的分界面。两种不同液体介质的分界面。 4.1 电涡流传感器及厚度检测电涡流传感器及厚度检测 电涡流式传感器是基于电涡流效应制成的传感器。电涡流式

2、传感器是基于电涡流效应制成的传感器。 4.1.1 涡流效应涡流效应 金属导体置于交变磁场中，导体内会产生感应电流，金属导体置于交变磁场中，导体内会产生感应电流，这种电流像水中旋涡那样在导体内转圈，所以称之为这种电流像水中旋涡那样在导体内转圈，所以称之为电涡流电涡流或或涡流涡流。这种现象就称为。这种现象就称为涡流效应涡流效应。 形成涡流必须具备下列两个条件：形成涡流必须具备下列两个条件： 存在交变磁场存在交变磁场 导电体处于交变磁场中导电体处于交变磁场中4.1 电涡流传感器及厚度检测电涡流传感器及厚度检测n 4.1.2 高频反射式涡流传感器高频反射式涡流传感器 一、工作原理一、工作原理 Z、L、

3、Q均变化，可选其一转化为均变化，可选其一转化为电量，例如电量，例如 二、结构形式二、结构形式 )(),(xFLxftFLx4.1 电涡流传感器及厚度检测电涡流传感器及厚度检测n四、应用举例（测量厚度）四、应用举例（测量厚度） 涡流传感器可涡流传感器可非接触非接触地测量金属板厚度和非金地测量金属板厚度和非金属板的镀层厚度如图所示。属板的镀层厚度如图所示。抖动抖动比较方法测量。比较方法测量。 )(21ddDh无损探伤？无损探伤？4.1 电涡流传感器及厚度检测电涡流传感器及厚度检测n 4.1.3 低频透射式涡流传低频透射式涡流传感器感器 n一、低频透射式涡流传感器一、低频透射式涡流传感器测厚原理测厚

4、原理 两线圈之间不存在被测材两线圈之间不存在被测材料料M， E由由u的幅值、频率及的幅值、频率及L1、L2的结构和相对位置决的结构和相对位置决定，为定，为定值。定值。 两线圈之间存在被测材料两线圈之间存在被测材料M， E随随h变化，故可变化，故可测测h。h 4.1 电涡流传感器及厚度检测电涡流传感器及厚度检测n 二、注意的问题二、注意的问题 n1. M中的涡流中的涡流i的大小不仅取决于的大小不仅取决于h，且与金属板，且与金属板M的电的电阻率阻率 有关，于是引起相应的测试误差，并限制了测有关，于是引起相应的测试误差，并限制了测厚范围。厚范围。 n2. 为使交变电势为使交变电势E与厚度与厚度h得到

5、较好的线性关系，应选得到较好的线性关系，应选用较低的测试频率用较低的测试频率f，通常选，通常选 1 KHz。此时灵敏度较低。此时灵敏度较低。（见下图）（见下图） n 3. 频率频率f一定，当被测材料的电阻率一定，当被测材料的电阻率 不同时，引起不同时，引起了了E =f()曲线形状的变化。曲线形状的变化。 不同频率下的不同频率下的e=f(h)曲线曲线 4.1 电涡流传感器及厚度检测电涡流传感器及厚度检测 4.3微波式传感器微波式传感器 n微波是波长为微波是波长为1m0.1mm（0.33000GHz）（家用（家用微波炉微波炉12.2cm/2.456GHz）电磁波，既具有电磁波电磁波，既具有电磁波的

6、性质，又与普通的无线电波及光波不同。它广泛应的性质，又与普通的无线电波及光波不同。它广泛应用于液位、物位、厚度及含水量的测量中。用于液位、物位、厚度及含水量的测量中。n4.3.1 微波传感器微波传感器 n一、微波振荡器及微波天线一、微波振荡器及微波天线 微波振荡器和微波天线是微波传感器的重要组成微波振荡器和微波天线是微波传感器的重要组成部分，构成微波振荡器的器件有速调管、磁控管或某部分，构成微波振荡器的器件有速调管、磁控管或某些固体器件。些固体器件。 由微波振荡器产生的振荡信号需要用波导管由微波振荡器产生的振荡信号需要用波导管( (波波长在长在10cm以上可用同轴电缆以上可用同轴电缆) )传输

7、，并通过天线发射传输，并通过天线发射出去，常用的天线有喇叭形天线、抛物面天线和介质出去，常用的天线有喇叭形天线、抛物面天线和介质线等。线等。 4.3 微波式传感器微波式传感器4.3 微波式传感器微波式传感器4.3 微波式传感器微波式传感器n二、微波传感器二、微波传感器 n微波传感器的敏感元件可认为是一个微波场。其它微波传感器的敏感元件可认为是一个微波场。其它部分可视为一个转换器和接收器，如图示。部分可视为一个转换器和接收器，如图示。n微波传感器可分为反射式与遮断式两种。微波传感器可分为反射式与遮断式两种。 反射式微波传感器反射式微波传感器 遮断式微波传感器遮断式微波传感器 4.3 微波式传感器

8、微波式传感器n 4.3.2 微波传感器测物位与液位微波传感器测物位与液位 n一、一、微波物位计微波物位计 n微波物位计原理如图示。当被测物位低于设定微波物位计原理如图示。当被测物位低于设定物位时，接收天线接收的功率为物位时，接收天线接收的功率为 rttGGPSP20)4(4.3 微波式传感器微波式传感器n当被测物位升高到天线所在高度时，接收天线当被测物位升高到天线所在高度时，接收天线 接收接收的功率为的功率为n二、微波液位计二、微波液位计 n微波液位计原理如图示，接收天线接收到的功微波液位计原理如图示，接收天线接收到的功率率Pr为为 0PPr2224)4(dSGGPPrttr二、微波液位计二、

9、微波液位计4.3 微波式传感器微波式传感器4.4 超声波传感器与物位、厚度检测超声波传感器与物位、厚度检测 n4.4.1 超声波检测原理超声波检测原理 n一、超声波及其波型一、超声波及其波型 人耳所能听到的声波在人耳所能听到的声波在2020000Hz之间，之间，频率超过频率超过20000Hz，人耳不能听到的声波称为，人耳不能听到的声波称为超声波。超声波。 1.纵波纵波 2.横波横波 3.表面波表面波 n二、超声波的传播速度二、超声波的传播速度 声速不仅与介质有关，而且还与介质所处声速不仅与介质有关，而且还与介质所处的状态有关。的状态有关。 4.4 超声波传感器与物位、厚度检测超声波传感器与物位

10、、厚度检测n三、扩散角三、扩散角 n四、反射与折射四、反射与折射 1.反射定律反射定律 2.折射定律折射定律 3.反射系数反射系数 n五、声波的衰减五、声波的衰减 气体吸收最强而衰减最大，液体其次，固气体吸收最强而衰减最大，液体其次，固体吸收最小而衰减最小。另外声波在介质中传体吸收最小而衰减最小。另外声波在介质中传播时衰减的程度还与声波的频率有关，频率越播时衰减的程度还与声波的频率有关，频率越高，声波的衰减也越大。高，声波的衰减也越大。 Dksin4.4 超声波传感器与物位、厚度检测超声波传感器与物位、厚度检测n4.4.2 超声波传感器超声波传感器 n超声波传感器，也称为超声波传感器，也称为超

11、声波换能器超声波换能器，也称为，也称为超声超声波探头波探头。 4.4 超声波传感器与物位、厚度检测超声波传感器与物位、厚度检测n 4.4.3 超声波传感器测物位超声波传感器测物位一、超声式物位传感器的特点一、超声式物位传感器的特点 超声波物位传感器根据使用特点可分为定点式物超声波物位传感器根据使用特点可分为定点式物位计和连续式物位计两大类。位计和连续式物位计两大类。 二、定点式超声物位计二、定点式超声物位计 1. .声阻式液位计声阻式液位计 如图，声阻式如图，声阻式 液位计结构简单，使液位计结构简单，使 用方便。用方便。 4.4 超声波传感器与物位、厚度检测超声波传感器与物位、厚度检测n2. .液介穿透式超液介穿透式超声液位计声液位计 结构如图所结构如图所示，该液位计结示，该液位计结构简单，不受被构简单，不受被测介质物理性质测介质物理性质的影响，工作安的影响，工作安全可靠。全可靠。 4.4 超声波传感器与物位、厚度检测超声波传感器与物位、厚度检测n3. .气介穿透式超声物位气