测量学-物位测量-课件

第2篇：测量仪表第六章

物位测量6.1主要方法和分类6.2静压式物位测量6.3浮力式物位检测6.4电气式物位检测6.5声学式物位检测6.6射线式物位检测授课时间：2学时主要内容物位检测的主要方法和分类静压式、浮力式、电气式、声学式、射线式物位检测重点与难点静压式和浮力式物位检测第6章：物位测量本专业或你所了解的有关物位测量？物位和物位计6.1物位检测的主要方法和分类物位计液位界面料位液体介质液面高低两种液体分界面位置固体物质的堆积高度液位计界面计料位计液体介质液面高低两种液体分界面位置6.1.1物位检测的主要方法测量方法测量原理对应关系测量对象静压式根据流体静力学原理与压力或高度对应液位浮力式利用浮子的位置或浮力与位置或浮力对应液位电气式根据电极之间电气参数与电参数对应液位、料位声学式利用超声波传播速度与反射特性与传播速度对应液位、料位射线式放射性同位素的射线被吸收程度实现非接触测量与强度变化对应物位静压式浮球式射频电容式超声波式磁翻板式射线式物位检测特点：敏感元件接收的信号与被测介质的某一特性有关与介质的密度有关：静压式和浮力式与介质的介电常数有关：电容式与声波在介质中的传播速度有关：超声波式与介质对射线的线性吸收系数有关：射线式此外，还与被测介质的温度、组分有关6.1.2物位检测的基本原理6.1.2物位检测的基本原理检测原理内容检测方法力学原理敏感元件所受到的力的大小与物位成正比静压式、浮力式、重锤式相对变化原理物位与容器顶部或底部距离发生变化，通过测量从而获得物位信息声学法、光学法、微波法某强度性物理量随物位变化如射线的吸收强度、电容器的电容量等射线法、电容法检测原理：液位高度变化，由液柱产生的静压也随之变化。6.2静压式物位检测检测方法：玻璃管检测——连通器原理——最直接的方法敞口容器：容器底部与玻璃管连通，顶部敞口密闭容器：容器上下两端均与玻璃管联通6.2静压式物位检测容器需要开孔，适用于现场监测，信号无法远传，需另配压力监测仪表作为远传使用检测方法：压力（压差）仪表检测6.2静压式物位检测确保被测液体密度为定值确保压力仪表与容器内零液面在同一水平位置量程迁移修正检测方法：压力（压差）仪表检测密闭容器：若被测介质具有腐蚀或结晶颗粒或黏度大、易凝固等特性，应采用法兰连接;敏感元件：金属膜盒连通元件：毛细管传压介质：硅油保护套管：金属蛇皮6.2静压式物位检测量程迁移：对压力（差压）检测时校正安装位置误差的方法零点校正：使仪表在液位为零只受附加静压时输出为零；满度校正：在受到最大静压（静压差）时输出为满度值；无迁移负迁移正迁移6.2静压式物位检测无迁移：保证差压变送器的正压室位置与零液面等高6.2静压式物位检测注意：正压室与容器底部连接负压室与容器上部连接确保正压室与零液面等高忽略了气体密度引起的误差负迁移：在零液面处传感器受到附加负压差作用，为使在零液面出输出电流为标准值，需要消除该附加差压。6.2静压式物位检测量程迁移即为消去－B的影响，即负迁移量为B确保负压室所受液柱高度一定正迁移：实际安装过程由于没有和零液面在同一水平面而产生的附加正差压。6.2静压式物位检测量程迁移即为消去C的影响，即正迁移量为C忽略气体密度影响无迁移输出电流：4～20mA液柱高度：0～H差压范围：0～ρgH

负迁移输出电流：4～20mA液柱高度：0～H差压范围：－B～ρgH－B正迁移输出电流：4～20mA液柱高度：0～H差压范围：C～ρgH＋CDDZ-Ⅲ为例说明HΔIΔPCB负迁移无迁移正迁移用差压变送器检测液位，已知ρ1＝1200kg/m3，ρ2＝950kg/m3，h1＝1.0m，h2＝5.0m，液位的变化为0～3.0m，g＝9.8m/s2，求1）计算差压的变化量？2）选择差压变送器的量程？3）计算差压变送器的迁移量？4）计算迁移后差压变送器的压差测量范围？计算迁移后差压变送器的液位测量范围？解：1）差压变化量只与测量液柱高度有关：

2）根据国标规定的差压变送器的量程系列，选择量程为40kPa；

3）迁移量－B4）根据所选变送器，进行负迁移后，测量范围为-37.24～2.76kPa5）液位测量范围根据实际选择的差压变送器的量程进行换算：例题6.2.4量程调节1）：正负迁移的实质是改变变送器的零点，即同时改变量程的上、下限，而不改变量程的大小；2）：正负迁移即通过改变零点使得输出曲线进行平移；3）：量程调节则改变变送器的满度值，即改变输出曲线的斜率。6.3浮力式物位测量恒浮力式物位检测：浮标式、浮球式或翻板式1－浮筒2－浮球3－连杆4－非导磁管5－下限水银开关6－磁钢7－上限水银开关8－调整箱组件6.3浮力式物位测量变浮力式物位检测：利用浮筒由于被测液体浸没高度不同以致所受的浮力不同来检测液位。实质为将液面变化转化为敏感元件的位移！6.4电气式物位测量电气式物位检测：利用敏感元件直接把物位转换成电参数的测量。根据电参数不同，分类电阻式电容式电感式6.4电气式物位测量电容式：基于圆筒电容器的工作原理。两个半径分别为R和r的圆筒形金属导体圆筒间充入气体构成电容器若一部分被液体浸没，则6.4电气式物位测量电容式：基于圆筒电容器的工作原理。经整理后可得当几何尺寸和介电常数不变时电容增量与液体浸没高度成正比介电常数差越大，电容增量越大6.4电气式物位测量电容式：若被测液体为导电介质简化等效电容Lhε1ε3C11C12C26.4电气式物位测量电容式整理后得电容增量：忽略上式中第2项，有式中：6.4电气式物位测量电容式电容随液面的升高而线性增加；基本原理是将物位的变化转换为电容的变化；关键是电容量的准确检测；交流电桥法充放电法谐振电路法6.5声学式物位检测声波：一种机械波，是机械振动在介质中的传播过程闻声波：振动频率20～20kHz；次声波：频率低于20Hz；超声波：频率大于20kHz介质声速m/s介质声速m/s介质声速m/s真空0海水1531铜3750空气340水1500铝5000软木500大理石3810铁52006.5声学式物位检测超声波检测原理：通过测量声波从发射至接收到被测物位界面所反射的回波的时间间隔从而来确定物位的高低。6.5声学式物位检测液介式，探头固定安装在液体中最低液位之下。气介式，探头安装在最高液位之上的空气或其它气体中。固介式，把一根传声固体棒插入液体中，上端要高出最高液位之上，探头安装在传声固体棒的上端。采用自发自收单探头方式测量时的几种基本方案V的含义相同吗？6.5声学式物位检测采用一发一收双探头测量方式测量时的几种基本方案双探头液介式如果两探头的中心距为2a，声波从探头至液面的斜向路径为S，探头至液面的垂直高度为L，则一般情况下，两个探头安装很近，即a较小，所以在高液位时L值近似地与S相等，因此仍可用S公式计算L值，不会产生较大的误差，但在低液位时会产生较大的计算误差。6.5声学式物位检测如果两探头的中心距为2a，声波从探头至液面的斜向路径为S，探头至液面的垂直高度为L，则一般情况下，两个探头安装很近，即a较小，所以在高液位时L值近似地与S相等，因此仍可用S公式计算L值，不会产生较大的误差，但在低液位时会产生较大的计算误差。采用一发一收双探头测量方式测量时的几种基本方案双探头气介式6.5声学式物位检测采用一发一收双探头测量方式测量时的几种基本方案双探头固介式采用两根传声固体，超声波从发射探头经第一根固体传至液面，再经液体传至第二根固体，然后沿第二根固体传至接收探头。6.5声学式物位检测超声波物位计：基于压电效应和逆压电效应固介式、气介式、液介式超声波接收：压电效应——机械能转化电能超声波发射：逆压电效应——电能转换机械能超声波物位计换能器结构压电片壳体6.5声学式物位检测超声速物位计的校正与补偿传播时间t——可精确测量传播速度v——易受介质温度、成分变化影响温度补偿设置校正具射线类型特征构成电离特性穿透特性α射线由两个质子和两个中子组成带有正电荷，电离本领最强穿透能力最弱β射线电子流电离本领较弱穿透能力较强γ射线原子核发出的电磁波电离本领最弱穿透能力最强6.6射线式物位检测检测原理传播射线射入一定厚度的介质时，部分能量被吸收，穿透的射线强度随所通过的介质厚度增加而减弱时间t变化规律吸收能力：固体＞液体＞气体检测系统组成射线源——穿透力强的射线探测器——射线强度转换为电信号电子线路——将脉冲信号转换为标准信号6.6射线式物位检测液位计种类作用原理主要特点静压式玻璃管液位计连通器原理结构简单、价格低廉，易损坏，读数不明显压力表式液位计液位高度与液柱静压成正比适用于敞口容器，使用简单压差式液位计基于液位升降时能造成液柱差的原理敞口容器或密闭容器都能使用，但要注意“零点迁移”问题浮力式浮标液位计浮标浮于液体中随液面变化而升降结构简单、价格低廉浮筒式液位计浮筒在液体中受到浮力而产生的位移与液位变化成正比结构简单、价格低廉电气式电容式液位计置于液体中电容，其值随液位高低而变化测量滞后小，能远距离传输，但线路复杂，价格高电接点式液位计应用电极等电装置，当液面超过规定值时，发出电信号不能连续测量，用于要求不高的场合超声波物位计利用超声波在气体和液体中的衰减程度、穿透能力和辐射声阻抗等各不相同的性质非接触测量，准确性高，惯性小，但成本高射线式物位计利用放射性元素放射出射线的强度随被测介质吸收而减弱的性质实现非接触测量，适用于极端或恶劣工况下的检测；但对人体危险性较大几种物位测量方法比较液位料位接触与否温度影响密度影响安全性玻璃管液位计O×O××O静压式O×O×OO浮力式O×O×OO电气式OOO××O声学式OO×O×O射线式OO××××其他物位计玻璃管液位计通过标尺读数的液位计统称为玻璃管液位计。优点：简单、经济、无需外界能源、防爆、安全。缺点：信号不易远传、容器内的压力、温度不能太高；对于粘稠介质和深色介质沾染玻璃而影响读数其他物位计浮子重锤液位计如何能正常工作