物位及厚度检测ppt课件

1、第四章第四章 物位及厚度检测物位及厚度检测 物位是液位、料位和相界面的统称。用来对物位进展物位是液位、料位和相界面的统称。用来对物位进展丈量的传感器称为物位传感器，由此制成的仪表称为物位丈量的传感器称为物位传感器，由此制成的仪表称为物位计。液位是指开口容器或密封容器中液体介质液面的高低，计。液位是指开口容器或密封容器中液体介质液面的高低，用来丈量液位的仪表称为液位计；料位是指固体粉状或颗用来丈量液位的仪表称为液位计；料位是指固体粉状或颗粒物在容器中堆积的高度，用来丈量料位的仪表称为料位粒物在容器中堆积的高度，用来丈量料位的仪表称为料位计；相界面是指两种液体介质的分界面，用来丈量分界面计；相界面

2、是指两种液体介质的分界面，用来丈量分界面的仪表称为界面计。的仪表称为界面计。 物位检测方法：直读法、浮力法、静压法、电容法、物位检测方法：直读法、浮力法、静压法、电容法、核辐射法、超生波法以及激光法、微波法等。核辐射法、超生波法以及激光法、微波法等。 机械量丈量中，用到测厚仪超声波测厚仪、核辐射式测机械量丈量中，用到测厚仪超声波测厚仪、核辐射式测厚仪、红外线测厚仪、激光测厚仪、微波测厚仪等。厚仪、红外线测厚仪、激光测厚仪、微波测厚仪等。 4.1 浮力式物位检测 n 浮力式物位检测的根本原理是经过丈量漂浮于被浮力式物位检测的根本原理是经过丈量漂浮于被测液面上的浮子也称浮标随液面变化而产生的位测液

3、面上的浮子也称浮标随液面变化而产生的位移来检测液位；或利用沉浸在被测液体中的浮筒也移来检测液位；或利用沉浸在被测液体中的浮筒也称沉筒所受的浮力与液面位置的关系来检测液位。称沉筒所受的浮力与液面位置的关系来检测液位。前者普通称为恒浮力式检测，后者普通称为变浮力式前者普通称为恒浮力式检测，后者普通称为变浮力式检测。检测。n4.1.1 4.1.1 恒浮力式物位检测恒浮力式物位检测 n 原理如下图原理如下图 4.1 浮力式物位检测n4.1.2 变浮力式物位检测变浮力式物位检测 n 变浮力式物位检测原理变浮力式物位检测原理n 如下图，当浮筒的重力与如下图，当浮筒的重力与n 弹簧的弹力到达平衡时，浮弹簧的

4、弹力到达平衡时，浮n 筒才停顿挪动，平衡条件为筒才停顿挪动，平衡条件为n GxC04.1 浮力式物位检测n 设液位高度为设液位高度为H H，浮筒由于向上挪动实践侵没，浮筒由于向上挪动实践侵没 在在液体中的长度为液体中的长度为h h ，浮筒挪动的间隔即弹簧的位移改，浮筒挪动的间隔即弹簧的位移改动量动量x x为为n n根据力平衡可知根据力平衡可知 n n从而被测液位从而被测液位H H可表示为可表示为 hHx)(0 xxCShGSxCH4.2 4.2 静压式物位检测静压式物位检测 n4.2.1 静压式物位检测原理静压式物位检测原理 n 静压式物位检测方法是根据液柱静压与液静压式物位检测方法是根据液柱

5、静压与液柱高度成正比的原理来实现的，其原理如下柱高度成正比的原理来实现的，其原理如下图。图。 gHpppAB4.2 4.2 静压式物位检测静压式物位检测n4.2.2 压力式液位计压力式液位计 n一、压力计式液位计一、压力计式液位计 二、法兰液位计二、法兰液位计 4.2 4.2 静压式物位检测静压式物位检测n三、吹气式液位计三、吹气式液位计n4.2.3 4.2.3 压差式液位计压差式液位计 n 用丈量差压的方法来获得液位，如下用丈量差压的方法来获得液位，如下图。图。 4.2 4.2 静压式物位检测静压式物位检测n4.2.4 量程迁移量程迁移 n 一、无迁移一、无迁移 二、负迁移二、负迁移 三、正

6、迁移三、正迁移 n 由上述可知，正、负迁移的本质是经过迁由上述可知，正、负迁移的本质是经过迁移弹簧改动变送器的零点，即同时改动量程的移弹簧改动变送器的零点，即同时改动量程的上、下限，而量程的大小不变。上、下限，而量程的大小不变。 4.3 4.3 电容式物位计电容式物位计 n电容式物位传感器是利用被测物的介电常数与电容式物位传感器是利用被测物的介电常数与空气或真空不同的特点进展检测的，电容空气或真空不同的特点进展检测的，电容式物位计由电容式物位传感器和检测电容的丈式物位计由电容式物位传感器和检测电容的丈量线路组成。它用于各种导电、非导电液体的量线路组成。它用于各种导电、非导电液体的液位或粉状料位

7、的丈量，也可以实现液位或料液位或粉状料位的丈量，也可以实现液位或料位的自动记录、控制和调理。位的自动记录、控制和调理。 n4.3.1 4.3.1 电容式物位计原理电容式物位计原理 n 其构造方式如下图，当中间所充介质的其构造方式如下图，当中间所充介质的介电常数为介电常数为11时，那么两圆筒间的电容量为时，那么两圆筒间的电容量为 4.3 电容式物位计电容式物位计n假设两圆筒形电极间的一部分被介电常数为假设两圆筒形电极间的一部分被介电常数为22的液体的液体( (非导电性的非导电性的) )所浸没时，那么必然所浸没时，那么必然会有电容量的增量会有电容量的增量C C 产生。产生。 rRlCln214.3

8、 电容式物位计电容式物位计n4.3.2 4.3.2 电容式物位传感器电容式物位传感器 n一、丈量导电液体的电容式物位传感器一、丈量导电液体的电容式物位传感器n二、丈量非导电液体的电容式物位传感器二、丈量非导电液体的电容式物位传感器 4.3 电容式物位计电容式物位计n4.3.3 4.3.3 电容式物位传感器运用举例电容式物位传感器运用举例 4.4 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 4.4.1 超声波检测原理超声波检测原理 n一、超声涉及其波型一、超声涉及其波型 n 人耳所能听到的声波在人耳所能听到的声波在2020 000Hz2020 000Hz之之间

9、，频率超越间，频率超越20000Hz20000Hz，人耳不能听到的声波，人耳不能听到的声波称为超声波。称为超声波。 n 1.1.纵波纵波 2.2.横波横波 3.3.外表波外表波 n二、超声波的传播速度二、超声波的传播速度n 声速不仅与介质有关，而且还与介质所声速不仅与介质有关，而且还与介质所处的形状有关。处的形状有关。 4.4 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三、分散角三、分散角 n四、反射与折射四、反射与折射 n 1.1.反射定律反射定律 2.2.折射定律折射定律 3.3.反射系反射系数数 n五、声波的衰减五、声波的衰减 n 气体吸收最强而衰减最大，液体其次

10、，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。另外声波在介质中固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，频率传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。越高，声波的衰减也越大。 4.4 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n4.4.2 4.4.2 超声波传感器超声波传感器 n超声波传感器，称为超声波换能器，有时也称超声波传感器，称为超声波换能器，有时也称为超声波探头。为超声波探头。 4.4 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

11、测物位n 超声波物位传感器根据运用特点可分超声波物位传感器根据运用特点可分为定点式物位计和延续式物位计两大类。为定点式物位计和延续式物位计两大类。 n 一、超声式物位传感器的特点一、超声式物位传感器的特点 n 二、定点式超声物位计二、定点式超声物位计 n 1.声阻式液位计声阻式液位计 n 如下图，声阻式如下图，声阻式n 液位计构造简单，运用液位计构造简单，运用n 方便。方便。 4.4 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n2.2.液介穿透式超声液位计液介穿透式超声液位计 n 构造如下图，该液位计构造简单，不受构造如下图，该液位计构造简单，不受 被测介质物理性质的影响

12、，任务平安可靠。被测介质物理性质的影响，任务平安可靠。n3.3.气介穿透式超声物位计气介穿透式超声物位计n三、延续式超声物位计三、延续式超声物位计 n1.1.液介超声液位计液介超声液位计 n 2.2.气介超声物位计气介超声物位计 4.4 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 4.4.4 超声波传感器测厚度超声波传感器测厚度 n超声波法测厚常用脉冲回波法。测厚的超声波法测厚常用脉冲回波法。测厚的原理如原理如 图所示，图所示， vtd21 4.5 4.5 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1m1mm电磁波，既具有电电磁波，既具有电磁波的性质，又与普

13、通的无线电涉及光波不同。磁波的性质，又与普通的无线电涉及光波不同。它广泛运用于液位、物位、厚度及含水量的丈它广泛运用于液位、物位、厚度及含水量的丈量中。量中。n4.5.1 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 n 微波振荡器和微波天线是微波传感器的重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、要组成部分，构成微波振荡器的器件有速调管、磁控管磁控管 或某些固体器件。或某些固体器件。 n 由微波振荡器产生的振荡信号需求用波导由微波振荡器产生的振荡信号需求用波导管管(波长在波长在10cm以上可用同轴电缆以上可用同轴电缆)传输，并经

14、传输，并经过天线发射出去，常用的天线有喇叭形天线、过天线发射出去，常用的天线有喇叭形天线、抛物面天线和介质线等。抛物面天线和介质线等。 4.5 4.5 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以为是一个微波场。微波传感器的敏感元件可以为是一个微波场。其它部分可视为一个转换器和接纳器，如下图。其它部分可视为一个转换器和接纳器，如下图。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。 1.1.反射式微波传感器反射式微波传感器 n 2.2.遮断式微波传感器遮断式微波传感器 4.5 4.5 微波式传感器微波式传感器n 4.5.2 微波传

15、感器测物位与液位微波传感器测物位与液位 n一、微波物位计一、微波物位计 n微波物位计原理如下图。当被测物位低微波物位计原理如下图。当被测物位低于设定物位时，接纳天线接纳的功率为于设定物位时，接纳天线接纳的功率为 rttGGPSP20)4(4.5 4.5 微波式传感器微波式传感器4.5 4.5 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，接纳天线当被测物位升高到天线所在高度时，接纳天线 接纳的功率为接纳的功率为 n二、微波液位计二、微波液位计 n微波液位计原理如下图，接纳天线接纳到的功微波液位计原理如下图，接纳天线接纳到的功率率PrPr为为 0PPr2224)4(dSGGPPrtt

16、r4.5 4.5 微波式传感器微波式传感器 4.6 4.6 核辐射物位与厚度检测核辐射物位与厚度检测 n 核辐射传感器是根据被测物质对射线的吸收、反核辐射传感器是根据被测物质对射线的吸收、反散射或射线对被测物质的电离激发作用而进展任务，散射或射线对被测物质的电离激发作用而进展任务，核辐射传感器是核辐射式检测仪表的重要组成部分，核辐射传感器是核辐射式检测仪表的重要组成部分，它是利用放射性同位素来进展丈量的。核辐射传感器它是利用放射性同位素来进展丈量的。核辐射传感器普通由放射源、探测器以及电信号转换电路所组成。普通由放射源、探测器以及电信号转换电路所组成。它可以检测厚度、液位、物位等参数。它可以检

17、测厚度、液位、物位等参数。n 4.6.1 4.6.1 放射源和探测器放射源和探测器 n一、射线的种类及衰变规律一、射线的种类及衰变规律 n (1) (1)粒子：普通具有粒子：普通具有4 410Mev10Mev能量，其电能量，其电离才干较强，主要用于气体分析，用来丈量气体压力、离才干较强，主要用于气体分析，用来丈量气体压力、流量等参数。流量等参数。 4.6 核辐射物位与厚度检测核辐射物位与厚度检测 (2) (2)粒子：实践上是高速运动的电子，它粒子：实践上是高速运动的电子，它在气体中的射程可达在气体中的射程可达20 m20 m，主要丈量资料的厚，主要丈量资料的厚度、密度或分量；根据辐射的反散射来

18、丈量覆度、密度或分量；根据辐射的反散射来丈量覆盖层的厚度，利用盖层的厚度，利用粒子很大的电离才干来丈粒子很大的电离才干来丈量气体流。量气体流。 (3) (3)射线：是一种从原子核内发射出来的射线：是一种从原子核内发射出来的电磁辐射，在物质中的穿透才干比较强，在气电磁辐射，在物质中的穿透才干比较强，在气体中的射程为数百米，能穿过几十厘米厚的固体中的射程为数百米，能穿过几十厘米厚的固体物质。主要用于金属探伤、厚度检测以及物体物质。主要用于金属探伤、厚度检测以及物体密度检测等。体密度检测等。 4.6 核辐射物位与厚度检测核辐射物位与厚度检测n二、射线与物质的相互作用二、射线与物质的相互作用 n 1.

19、 1.带电粒子和物质的相互作用。带电粒子和物质的相互作用。n 2. 2.射线和物质的相互作用射线和物质的相互作用n n 三、常用探测器三、常用探测器 n 探测器就是核辐射的接纳器，它是核辐射传感探测器就是核辐射的接纳器，它是核辐射传感器的重要组成部分。其用途就是将核辐射信号转换器的重要组成部分。其用途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，从而探测出射线的强弱和变化，主要有 电离室、闪烁计数器和盖格计数等。电离室、闪烁计数器和盖格计数等。 heII0eII04.6 核辐射物位与厚度检测核辐射物位与厚度检测n1.1.电离室电离室 n2.2.闪烁计数器闪烁计数器

20、 4.6 核辐射物位与厚度检测核辐射物位与厚度检测n4.6.2 4.6.2 丈量电路丈量电路 n常用的丈量电路有电离室前置放大电路和闪烁常用的丈量电路有电离室前置放大电路和闪烁 计数器的前置放大电路，电离室前置放大电路计数器的前置放大电路，电离室前置放大电路如下图。如下图。 4.6 核辐射物位与厚度检测核辐射物位与厚度检测n4.6.3 4.6.3 核辐射厚度计核辐射厚度计n4.6.4 4.6.4 核辐射液位计核辐射液位计 4.6 核辐射物位与厚度检测核辐射物位与厚度检测 4.7 电涡流传感器及厚度检测 n电涡流式传感器是基于电涡流效应原理制成的传感器。电涡流式传感器是基于电涡流效应原理制成的传

21、感器。 n 4.7.1 4.7.1 涡流效应涡流效应 n 金属导体置于变化着的磁场中，导体内就会产生金属导体置于变化着的磁场中，导体内就会产生感应电流，这种电流像水中旋涡那样在导体内转感应电流，这种电流像水中旋涡那样在导体内转 圈，圈，所以称之为电涡流或涡流。这种景象就称为涡所以称之为电涡流或涡流。这种景象就称为涡 流效应。流效应。n 构成涡流必需具备以下两个条件：构成涡流必需具备以下两个条件： n1.1.存在交变磁场；存在交变磁场； n2. 2. 导电体处于交变磁场中。导电体处于交变磁场中。 4.7 电涡流传感器及厚度检测电涡流传感器及厚度检测n 4.7.2 高频反射式涡流传感器高频反射式涡流传感器 n一、任务原理一、任务原理 二、构造方式二、构造方式 n 4.7 电涡流传感器及厚度检测电涡流