L16.物性及其它物位计.ppt

1、自动检测技术及仪表,Test & Measurement Technologyand Automatic Instrumentation,CISTBUCT 2011,M&T,AI 检测仪表,物位 料位、液位和界面 确定容器内储存量 按工作原理分类 直读式物位计、静压式物位计、浮力式物位计、电气式物位计、声学式物位计、射线式物位计、其他形式物位计,M&T,AI 检测仪表,静压式液位计 检测原理 容器中某点的静压力和容器内物位的高度有关,M&T,AI 检测仪表,静压式液位计 量程迁移 无迁移、正迁移和负迁移,M&T,AI 检测仪表,浮力式液位计 检测原理 恒浮力式 变浮力式当用来做界面测量时，需要

2、考虑两种液体组分的密度。,第部分过程参数检测,第三章检测仪表,物位检测仪表 物性式液位计 其它物位计,M&T,AI 检测仪表,电容式液位计 物性式液位计 电容式液位计 其他物位计 超声波物位计 射线式物位计 微波式物位计 磁致伸缩式液位计,M&T,AI 检测仪表,电容式液位计 检测原理 把物位的变化变换为电容量的变化 在国际单位制中，电容的单位称为法拉（简称法），符号为 F 。 通常电容器由两个金属极板和介于中间的介质所组成。 电容器的电容 C 定义：电容器一个极板所带电荷 q（指绝对值）和两个极板的电势差 UA UB（不是某一极板的电势）之比，即 C = q/(UA UB)。 电容器的电容是

3、描述电容器本身电容性质的一个物理量。,M&T,AI 检测仪表,电容式液位计 检测原理 检测元件常为一个圆筒式电容器。由两个圆筒形金属导体中间隔以绝缘物质构成圆筒形电容器。 当两圆筒中间所充介质为空气时，该圆筒间的电容量为,M&T,AI 检测仪表,电容式液位计 检测原理 如果电极的一部分被液体(物料)所浸没时,M&T,AI 检测仪表,电容式液位计 检测原理 若被测介质为导电性液体，电极要用绝缘物覆盖作为中间介质，而液体和外圆筒一起作为外电极。（忽略边缘效应）,M&T,AI 检测仪表,电容式液位计 检测原理 若被测介质为导电性液体，电极要用绝缘物覆盖作为中间介质，而液体和外圆筒一起作为外电极。（忽

4、略边缘效应）,M&T,AI 检测仪表,电容式液位计 检测原理 若被测介质为导电性液体，电极要用绝缘物覆盖作为中间介质，而液体和外圆筒一起作为外电极。 可见，当几何尺寸一定、被测介质一定时，电容的变化量是被测介质物位的线性函数。,M&T,AI 检测仪表,电容式液位计 介电常数,M&T,AI 检测仪表,电容式液位计 等效电路 边缘效应 减小边缘效应 静电引力 圆柱形电容器,M&T,AI 检测仪表,电容式液位计 等效电路 边缘效应 静电引力 寄生电容 屏蔽、接地 温度影响 温度对结构尺寸的影响 温度对电解质介质的影响,M&T,AI 检测仪表,电容式液位计 等效电路 边缘效应 静电引力 寄生电容 温度

5、影响 介电常数变化 测量介电常数 电极挂料影响,M&T,AI 检测仪表,超声波物位计 检测原理 超声波一般频率高于 20 kHz； 超声波的发射和接收通常有超声波换能器实现的，目前最广泛的超声波换能器是电声换能器，压电晶体换能器就是常用的换能器之一； 超声波物位检测的基本原理就是根据声波在介质中传播速度，衰减以及在界面的反射等特性进行。,M&T,AI 检测仪表,超声波物位计 检测原理 当声波从一种介质向另一种介质传播时，在两种密度不同、声速不同的介质的分界面，将产生反射和折射，其中反射率为 当声波从气体传播到液体或固体，或者相反的情况下，由于两种介质的密度相差悬殊，声波几乎全部被反射。,M&T

6、,AI 检测仪表,超声波物位计 检测原理 超声波物位计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； 根据传感器放置位置的介质不同可分为气介式、 液介式和固介式三类； 超声波传感器既可采用单探头，也可采用双探头。,M&T,AI 检测仪表,超声波物位计 检测原理 超声波发射和接收换能器可设置在水中，让超声波在液体中传播。由于超声波在液体中的衰减比较小，所以即使发出的超声波脉冲幅度较小也可以传播。,M&T,AI 检测仪表,超声波物位计 检测原理 超声波发射和接收换能器也可以安装在液面的上方，超声波在空气中进行传播，这种方式便于安装和维修。由于超声波在空气中衰减比较厉害，因此用于液位变化比较大

7、的场合时，必须采取相应措施。,M&T,AI 检测仪表,超声波物位计 检测原理 采用单探头时 采用双探头时,M&T,AI 检测仪表,超声波物位计 超声波的接收和发射 基于压电效应和逆压电效应 实现方法超声波传播速度的补偿方法有 温度补偿 设置校正具 固定距离标志法,M&T,AI 检测仪表,超声波物位计 超声波物位计的特点 能定点及连续测量物位，并提供遥控信号； 无机械可动部分，安装维修方便； 换能器压电体振动振幅很小，寿命长； 能实现非接触测量，适用于有毒、高粘度及密封容器内的液位测量； 能实现安全火花型防爆。 若液体中有气泡或液面发生波动，便会有较大的误差。,M&T,AI 检测仪表,射线式物位

8、计 检测原理 当射线穿过一定的物质，由于物质的吸收，其穿透强度随物质的厚度而减小，其变化规律为 不同的材料有不同的吸收系数，一般固态最大、液体其次、气体最小。,M&T,AI 检测仪表,射线式物位计 检测原理 检测系统组成：射线源、探测器、电子线路。 实现方法放射源可以是一个点源，也可以做成线源，接收器同样可以是单点或是线状的。因此用放射线进行物位检测有多种方式。,M&T,AI 检测仪表,微波式物位计 检测原理 微波物位计又称雷达物位仪。 微波物位计运用了微波的特性，在一定条件下，微波传播速度是一定的，所以可以通过测量微波从传感器传播至物料表面，并返回到传感器所用的时间来计算出所测量的物位。,M

9、&T,AI 检测仪表,微波式物位计 检测原理 微波是波长为 1 mm1 m 的电磁波，它具有电磁波的性质，又不同于普通无线电波和光波。 定向辐射的装置容易制造。 遇到各种障碍物易于反射，绕射能力较差。 传输特性良好，传输过程中受烟、火焰、灰尘、强光等影响较小。 介质对微波的吸收与介电常数成比例，水对微波的吸收作用最强，这些特点构成了微波检测的基础。,M&T,AI 检测仪表,微波式物位计 检测原理 微波传感器由振荡器与微波天线等构成。,M&T,AI 检测仪表,微波式物位计 微波物位计有以下主要特点 测量准确 可靠性强、寿命长 几乎可以测量所有介质 安全节能,M&T,AI 检测仪表,微波式物位计

10、微波物位计和超声波物位计的主要差别的比较,M&T,AI 检测仪表,磁致伸缩式液位计 检测原理 所谓磁致伸缩效应可定义为铁磁材料或亚铁磁材料在居里点温度以下，由于其磁状态的变化而使物质在形状和尺寸上变化的现象。 在铁磁质中存在许多体积很小的区域，每个小区域内部都自发地磁化到饱和状态，这种自发磁化地区域称为磁畴。,M&T,AI 检测仪表,磁致伸缩式液位计 检测原理 铁磁材料的这种磁致伸缩，是由于自发磁化时导致物质的晶格结构改变，使原子间距发生变化而产生的现象。 外磁场方向与磁质磁化方向相同时，在磁质磁化方向上磁质会伸长（或缩短）； 外磁场方向与磁质磁化方向垂直时，在磁质磁化方向上磁质反而要缩短（或

11、伸长）。,M&T,AI 检测仪表,磁致伸缩式液位计 检测原理 磁致伸缩式液位计由测量头（也称传感器，包括脉冲发生、回波接收、信号检测与处理电路），波导线和磁浮子等组成。,M&T,AI 检测仪表,磁致伸缩式液位计 检测原理 磁浮子：恒浮力式 磁致伸缩 机械应变：应变效应和应变片机械波传播速度的倒数称为倾斜度 测量精确度高（0.05%），可同时测量液位和多界位,M&T,AI 检测仪表,物位检测仪表的使用 适用介质不同 差压式：液位检测优点：结构简单、工作可靠、准确度高缺点：需要在容器壁上开孔，不适用于危险度大的介质 浮力式：液位、界位检测优点：结构简单、工作可靠、准确度高缺点：不适用于高黏度介质,

12、M&T,AI 检测仪表,物位检测仪表的使用 适用介质不同 电容式：液位、物位检测优点：结构简单缺点：灵敏度低，受介质介电常数的影响 超声波式：液位、物位、界位检测优点：非接触测量缺点：受温度影响，受介质吸波性质的影响,M&T,AI 检测仪表,物位检测仪表的使用 适用介质不同 射线式：液位、物位、界位检测优点：非接触测量，不受温度和压力的影响，工作较稳定，适用于低温、高温、高压、高腐蚀性、高粘度、易燃易爆等危险场合缺点：准确度较低，有辐射危险 微波式：液位、物位测量 磁致伸缩式：液位、界位测量,M&T,AI 检测仪表,物位检测仪表的使用 需要根据工况对测量参数进行补偿和修正 差压式、浮力式：介质密度 电容式：介质的介电常数 超声波式：声波在介质中的传播速度 射线式：介质