物位检测技术

1、1 温度检测技术 2 压力检测技术 3 物位检测技术 4 流量检测技术,（一）浮力式液位测量 （二）静压式液位测量 （三）电容式液位测量 （四）超声波物位测量 （五）微波物位测量 （六）光纤式液位测量,重点,分类：,基本概念 物位测量： 的测量统称为物位测量。 物位计:,液位、,料位,界位、,测量物位的仪表统称为物位计。,液位测量的工艺特点： 液面静态时表面规则，物料进出时，会有波浪，以及沸腾、 起泡现象； 大型容器中：液体的各处温度、密度、黏度等物理量不均匀现象。 容器中常会有高温高压，液体黏度很大，或含有大量杂质悬浮物等。,料位测量的工艺特点： 物料自然堆积，表面不平；存在“挂臂”现象；

2、料内存在大大小小的空隙，影响储量计算，受震动、压力、温度等影响。 界面测量中工艺特点： 界面位置不明显，存在浑浊的工作段。,特殊需要进行特殊设计,3.1 浮力式液位测量 （1）恒浮力法液位测量 （2）变浮力式液位测量,基于浮力原理： 恒浮力法：利用漂浮于液面上的浮子升降位移反映液位的变化 变浮力法：利用浮子浮力随液位浸没高度而变化,3.1.1 测量原理,（1）浮力式液位测量恒浮力法液位测量,（1）浮力式液位测量恒浮力法液位测量,工作过程： 当液位H时: 浮子被浸没的体积 平衡关系破坏 浮子上移被浸没的体积 重新平衡 浮子停留在新的液位高度上； 反之亦然。 说明：因W和G为常数，故当浮子停留在任

3、何高度的液面上时，F为常数，故称为恒浮力法。 本质：将浮子液位的变化转化为机械位移的变化。,（1）浮力式液位测量恒浮力法液位测量,T,H,（2）浮力式液位测量变浮力法液位测量,c弹性刚度系数，N/m； x弹簧压缩位移，m； A浮筒的截面积，m2； H浮筒被液体浸没的高度,m， 被测液体的密度，kg/m3; g 重力加速度，m./s2。,悬挂,当液位不变时，设浸没的高度为H,（2）浮力式液位测量变浮力法液位测量,当液位变化时，浮筒被浸没的高度为,H+H-x,液位变化,力的变化,机械位移,位移传感器,电信号,目的：测出较小的x，得到较大的液位变化H：,3.1.2 恒浮力式液位测量 (1)浮球式液位

4、计 (2)磁浮子式液位计,(1)浮球式液位计,容器体积限制,（1）浮球式液位计,测量范围受到旋转角的限制（小于35）。 内浮式：适用于温度、黏度较高、压力不太高。 外浮式：不适用黏稠或易结晶、易凝固的液体。 结论：相反,特点,密闭性不同,（1）浮球式液位计,结构 容器中自上而下的插入下端封闭的不锈钢管； 管内有条形绝缘板2； 板上有紧密排列的舌簧管3和电阻4； 外套一可上下滑动的佛珠型浮子5，内嵌环型永久磁铁（N S）; 磁力线沿管内的舌簧管闭合。 处于浮子中央的舌簧管吸合导通。 测量AB或AC电阻，转换成标准电流信号，与液位相对应； 或者在CB间加恒定电压，A端相等于滑线电阻的滑点，得到电压

5、与液位的对应信号。,（2）磁浮子式液位计磁浮子舌簧管液位变送器,特点： 管和浮子非磁性材料（不锈钢、铝、铜和塑料）、结构简单。 可靠性舌簧管的质量（两个舌簧管吸合）。 液位信号的连续性差（舌簧管尺寸所限，总数和排列密度不能太大）。 量程有限（ 运输和安装)。,不锈钢管,绝缘板,舌簧管,电阻,浮子,永久磁铁,滑动佛珠,吸合,非磁性,（2）磁浮子式液位计磁浮子舌簧管液位变送器,RAC或RAB,标准电流信号,CB间加恒定电压,A：滑线电阻的滑点,（2）磁浮子式液位计磁浮子舌簧管液位变送器,特点 结构简单 管和浮子非磁性材料（不锈钢、铝、铜、塑料）。 可靠性舌簧管的质量（两个舌簧管吸合） 液位信号的连

6、续性差（舌簧管尺寸所限，总数和排列密度不能太大）。 量程有限（ 调节迁移机构: 当PC时0 。 当 max时Pmax1+ CI=20mA 说明: 调整的压差是作用于正压室 且 附加静压0正迁移！,（c）正迁移,3.2.2 差压式液位计,(1) 零点迁移问题,=h1g,例：如图 所示，用差压变送器检测液位.已 知1200kg/m3，2950kg/m3，11.0，25.0，液位变化的范围为03.0。如果当地重力加速度=9.8/s，求差压变送器的量程和迁移量。,解:当液位在3.0变化时，差压的变化量为,选差变的量程为40KPa。,当 ,进行负迁移:负迁移量为37.24KPa,迁移后：37.242.7

7、6KPa,若选用DDZ型仪表,I=4mA时，表示=0,；I=20mA时，40*3/35.28=3.4m,要求 =3.0，差变输出满刻度 （20）,负迁移后再进行量程调节,p-37.24+35.28=-1.96KPaI=20mA,重要说明 使被测液位H=0时，尽管压差存在，变送器的输出为起始值，零点迁移。 正、负迁移的实质是通过调整迁移机构改变差压变送器的零点！ 仅改变了变送器测量范围的上、下限，量程大小不会改变！,3.3 电容式液位测量,电容式物位计,3.3.1 导电液体液位计,测量原理：利用电容传感器两电极的覆盖面积随被测液体液位的变化而变化，从而引起电容量变化的关系进行液位测量。,圆柱形电

8、容器,HSC，即H=f(C),电极1不锈钢榜（定片） 电极2被测导电液体（动片）,当液位=时，不锈钢棒与容器间存在分布电容，电容量为,式中 0 聚四氟乙烯套管、容器内气体的等效介电常数，F/m; 液位测量范围（可变电容器两电极的最大覆盖长度），； 0容器内径，； 不锈钢棒直径，。,3.3.1 导电液体液位计,当液位高度为 时，电容器的电容量 为,聚四氟乙烯的介电常数，； 聚四氟乙烯套管外径，。,3.3.1 导电液体液位计,电容变化量 为,3.3.1 导电液体液位计,D0D，且0,使用注意事项 适用于电导率不小于10-2 S/m的液体； 被测液体黏度不能大，防止形成虚假液位； 底部约有10 的非

9、测量区,3.3.1 导电液体液位计,3.4 超声波物位测量,3.4.1 测量原理 3.4.2 测量方法 3.4.3 气介式超声液位计举例,超声液位计,物位测量:利用超声波在介质中传播时的声学特性，如声速、声衰减和声阻抗等的变化，实现对物位的测量。,3.4.1 测量原理,光波,反射,透射,折射,性质,类似,超声波,两种不同介质的分界面,超声波的基础知识：,概念：超声波是机械波的一种，是一种弹性波，是机械振动在物质中的传播过程。 物质：气体、液体、固体 频率：20KHz 例如： 日常生活中的两个金属片的碰撞； 管道上小孔得漏气； 许多动物的喊叫声：海豚、老鼠、河豚,超声波的基础知识：,周期：T=1

10、/f；取决于生源； 波长：=C*T ;C声速，取决于介质性质； 举例： F=50Hz, T=0.02S, =6.8mm (C=340m/s); F=1MHz, T=1S, =1.5mm (C=1500m/s,常温水); 声速：超声波在物质中的传播速度 钢：C=5.95*103m/s; 水：C=1557-0.0245(74-t2)，t为； T=0时，C=1423m/s; T=30，C=1509m/s;6% 空气：C=331.4(1+t/273)0.5,除此之外，还受湿度、成分的影响。 T=0时，C=331.4m/s; T=30，C=349.1m/s;5.35%,超声波的基础知识：,声波在界面上的折射： 类似于光的折射1=2= 介质的阻抗特性: Z=C ；密度；c速度； 在垂直于界面入射时，声强反射系数： 在垂直于界面入射时，声强透射系数： 钢：Z=7800*5.95*103=4.64*107； 水：（t=0），Z=1000*1423=1.423*106; 空气：（t=0），Z=1.293*331.4=4.285*102; 钢水界面：=0.885，=0.115； 气水界面：=0.9988，=0.0012