1、第7章 物位检测,自动检测技术及仪表控制系统 第二版,化学工业出版社,Contents,本章要求： 1、了解物位的相关概念； 2、掌握常用物位检测仪表。,7.1 物位的定义及物位检测仪表的分类,（1）物位的定义 物位统指设备和容器中液体和固体物料的表面位置，是液位、料位、界位的总称。液位：指设备和容器中液体介质表面的高低料位：指设备和容器中所存储的块状、颗粒或粉 末状固体物料的堆积高度界位：指界面的位置，液-液界面、液-固界面,7.1 物位的定义及物位检测仪表的分类,（2）物位检测仪表的分类 物位检测仪表按测量方式可以分为连续测量和定点测量两大类。连续测量方式能持续测量物位的变化。定点测量方式
2、只能检测物位是否达到上限、下限或某个特定的位置，定点测量仪表一般称为物位开关。,7.1 物位的定义及物位检测仪表的分类,（2）物位检测仪表的分类 按工作原理，物位检测仪表可分为：直读式物位检测仪表静压式物位检测仪表浮力式物位检测仪表机械接触式物位检测仪表电气式物位检测仪表其他物位检测方法,7.2 常用物位检测仪表,（1）静压式液位检测仪表 将液位的检测转化为静压力的检测：当被测介质密度不变时，测量差压值 和液位零点位置 ，即可得知液位,7.2 常用物位检测仪表,（1）静压式液位检测仪表压力、差压式液位计 对于敞口容器 为大气压力，在容器底部或侧面液位零点处引出压力信号，仪表指示的表压力即反映相
3、应的液柱静压,7.2 常用物位检测仪表,（1）静压式液位检测仪表压力、差压式液位计 对于密闭容器，可用差压计测量液位，差压计的正压侧与容器底部相连，负压侧与容器上部的气空间相连。,7.2 常用物位检测仪表,（1）静压式液位检测仪表压力、差压式液位计 压力引号的引出方式：法兰式1容器2差压计3液位零面4法兰5毛细管,7.2 常用物位检测仪表,（1）静压式液位检测仪表压力、差压式液位计 由于仪表安装位置的关系，仪表量程会出现一个附加值，需对读数进行修正：,7.2 常用物位检测仪表,（1）静压式液位检测仪表吹气式液位计 将一根吹气管插入至被测液体最低位，使吹气管通入一定的气体，使吹气管中的压力与管口
4、处液柱静压力相等。用压力计测量吹气管上端压力，就可测得液位。,7.2 常用物位检测仪表,（2）浮力式物位检测仪表浮子式液位计 浮子式液位计是一种恒浮力式液位计。作为检测元件的浮子漂浮在液面上，浮子随着液面的变化而上下移动，其所受浮力的大小保持一定，检测浮子所在位置可知液面高低。浮子的形状常见有圆盘形、圆柱形和球形等，其结构要根据使用条件和使用要求来设计。,7.2 常用物位检测仪表,（2）浮力式物位检测仪表浮子式液位计 浮子重锤液位计原理,7.2 常用物位检测仪表,（2）浮力式物位检测仪表浮子式液位计 舌簧管式液位计结构原理图,7.2 常用物位检测仪表,（2）浮力式物位检测仪表浮子式液位计 一种
5、伺服平衡式浮子液位计,7.2 常用物位检测仪表,（2）浮力式物位检测仪表浮筒式液位计 这是一种变浮力式液位计。作为检测元件的浮筒为圆柱形，部分沉浸于液体中，利用浮筒被液体浸没高度不同引起的浮力变化而检测液位。,7.2 常用物位检测仪表,（2）浮力式物位检测仪表浮筒式液位计 浮筒式液位计原理浮筒由弹簧悬挂，下端固定的弹簧受浮筒重力而压缩，由弹簧的弹性力平衡浮筒的重力。通过检测弹簧的变形即浮筒的位移，即可求出相应的液位高度。,7.2 常用物位检测仪表,（3）其他物位测量仪表电容式物位计 基于圆筒形电容器的电容值随物位而变化，其检查元件是两个同轴圆筒电极组成的电容器：当圆筒形电极的一部分被物料侵没时
6、，两个电极之间的介电常数随物位的变化而变化。,7.2 常用物位检测仪表,（3）其他物位测量仪表电容式物位计 非导电液位测量：同心套筒电极,7.2 常用物位检测仪表,（3）其他物位测量仪表电容式物位计 非导电液位测量：同心电容器,7.2 常用物位检测仪表,（3）其他物位测量仪表电容式物位计 导电液位测量：1内电极2绝缘套管3外电极4导电液体,电容测厚仪,把两块极板用导线连起来就成为一个极板，而带材则是电容器的另一极板，其总电容CC1+C2,如果总电容量C作为交流电桥的一个臂，电容的变化将引起电桥的不平衡输出，经过放大、检波、滤波，最后在仪表上显示出带材的厚度。,电容式荷重传感器,当钢块端面承受重
7、量F时，圆孔将产生形变，从而使每个电容器的极板间距变小，电容量增大。电容量的增值正比于被测载荷F。,湿度传感器 当环境相对湿度改变时，高分子薄膜通过网状下电极吸收或放出水分，使高分子薄膜的介电常数发生变化，从而导致电容量变化 。,湿敏电容外形,吸水高分子薄膜,湿敏电容模块及传感器外形,电容式接近开关电容式接近开关属于一种具有开关量输出的位置传感器，电容式传感器的感应由两个同轴金属电极构成，很象“打开的”电容器电极，该两个电极构成一个电容。当物体移向接近开关时，物体和接近开关的介电常数发生变化，使得和测量头相连的电路状态也随之发生变化，由此便可控制开关的接通和关断。,电容式接近开关在物位测量控制
8、中的使用演示,7.2 常用物位检测仪表,（3）其他物位测量仪表超声式物位计 超声波在介质中传播时会被吸收而衰减。超声波在穿过两种不同介质的分界面时会产生反射和折射。回波反射式超声波物位计的工作原理，就是利用发射的超声波脉冲将由被测物料的表面反射，测量从发射超声波到接收回波所需的时间，可以求出从探头到分界面的距离，进而测得物位。根据超声波传播介质的不同，超声式物位计可以分为固介式、液介式和气介式。它的组成主要有超声换能器和电子装置。,7.2 常用物位检测仪表,（3）其他物位测量仪表超声式物位计 超声液位检测原理置于容器底部的超声波换能器向液面发射短促的超声波脉冲，经时间t后，液面处产生的反射回波
9、又被超声波换能器接收。则由超声波换能器到液面的距离H可用下式求出：H=ct/2,超声波测厚度,左边的压电晶片发射超声脉冲，右边的压电晶片接收超声脉冲。 被测工件的厚度为,= Ct,手持式超声波测厚仪,超声波手持式测厚,混凝土测厚,木材测厚,小提琴 木料测厚,超声波测量液位和物位,喇叭形超声发生器,超声波探头分为直探头、斜探头、双探头、表面波探头、聚焦探头、水浸探头、高温探头、空气传导探头等。,各种超声波探头:常用频率范围：0.510MHz，常见晶片直径：530mm,保护膜,外壳用金属制作，保护膜用硬度很高的耐磨材料制作，防止压电晶片磨损。,接插件,各种接触式斜探头,常用频率范围：15MHz,各
10、种双晶直探头 频率范围：2.55MHz，钢中折射角：45 70,7.2 常用物位检测仪表,（3）其他物位测量仪表核辐射式物位计 核辐射式物位计是利用核辐射线在穿透物质时将被衰减的现象来确定物位。射线射入一定厚度的介质时，其强度随所通过介质厚度的增加呈指数规律衰减，有如下关系：,7.2 常用物位检测仪表,（3）其他物位测量仪表核辐射式物位计 当射线源与被测介质确定后，利用物位高度不同而改变射线吸收厚度的原理，测量射线辐射强度的变化即可测得物位。核辐射式物位计主要由射线源及其防护容器、射线检测器及电子转换、指示电路组成。射线源多选用穿透能力较强的射线源，通常选用钴或铯。射线检测器将射线强度转换为电
11、信号输出。电子电路接收检测器输出的脉冲信号，进行转换处理后输出与被测物位相应的标准信号。,7.2 常用物位检测仪表,（3）其他物位测量仪表核辐射式物位计 几种核辐射式物位计的测量方式：自动跟踪方式，通过电机带动射线源和接收器沿导轨随物位变化而升降，实现自动跟踪物位,7.2 常用物位检测仪表,（3）其他物位测量仪表核辐射式物位计 几种核辐射式物位计的测量方式：在容器外部的相应位置上安装射线源与接收器，射线通过容器中的介质时被吸收，当物位变化时其衰减程度将发生变化，测得辐射强度可知物位。,7.2 常用物位检测仪表,（3）其他物位测量仪表核辐射式物位计 几种核辐射式物位计的测量方式：射线源多点组合方
12、式,7.2 常用物位检测仪表,（3）其他物位测量仪表核辐射式物位计 几种核辐射式物位计的测量方式：接收多点组合,7.2 常用物位检测仪表,（3）其他物位测量仪表核辐射式物位计 几种核辐射式物位计的测量方式：多点射源多点接收方式,7.2 常用物位检测仪表,（3）其他物位测量仪表物位开关 进行定点测量的物位开关是用于检测物位是否达到预定高度，并发出相应的开关量信号。针对不同的被测对象，物位开关有多种型式，可以测量液位、料位、固-液分界面、液-液分界面，以及判断物料的有无等。物位开关的特点是简单、可靠、使用方便，适用范围广。,7.2 常用物位检测仪表,（3）其他物位测量仪表物位开关 进行定点测量的物
13、位开关是用于检测物位是否达到预定高度，并发出相应的开关量信号。针对不同的被测对象，物位开关有多种型式，可以测量液位、料位、固-液分界面、液-液分界面，以及判断物料的有无等。物位开关的特点是简单、可靠、使用方便，适用范围广。利用全反射原理可以制成开关式光纤液位探测器,7.2 常用物位检测仪表,（3）其他物位测量仪表物位开关 利用全反射原理可以制成开关式光纤液位探测器探测器。光纤液位探头由LED光源、光电二极管和多模光纤等组成。一般在光纤探头的顶端装有圆锥体反射器，当探头未接触液面时，光线在圆锥体内发生全反射而返回光电二极管；在探头接触液面后，将有部分光线透入液体内，而使返回光电二极管的光强变弱。
14、因此，当返回光强发生突变时，表明测头已接触液面，从而给出液位信号.,7.2 常用物位检测仪表,（3）其他物位测量仪表物位开关 光纤液位探测器的几种结构形式：a. Y形光纤结构，由Y形光纤和全反射椎体以及光源和光电二极管等组成。,7.2 常用物位检测仪表,（3）其他物位测量仪表物位开关 光纤液位探测器的几种结构形式b. U形结构，在探头端部除去光纤的包层，当探头浸入液体时，液体起到包层的作用，于包层折射率的变化使接收光强改变，其强度变化与液体的折射率和测头弯曲形状有关。,7.2 常用物位检测仪表,（3）其他物位测量仪表物位开关 光纤液位探测器的几种结构形式C. 右图所示探头端部是两根多模光纤用棱
15、镜耦合在一起，这种结构的光调制深度最强，而且对光源和光探测器件要求不高。,7.3 影响物位测量的因素,（1）液位测量的特点 稳定的液面是一个规则的表面，但是当物料有流进流出时，会有波浪使液面波动。在生产过程中还可能出现沸腾或起泡沫的现象使液面变得模糊。大型容器中常会有各处液体的温度、密度和黏度等物理量不均匀的现象。容器中的液体呈高温、高压或高黏度，或含有大量杂质、悬浮物等。,7.3 影响物位测量的因素,（2）料位测量的特点 料面不规则，存在自然堆积的角度。物料排出后存在滞留区。物料间的空隙不稳定，会影响对容器中实际储料量的计量。,7.3 影响物位测量的因素,（3）界位测量的特点 界位测量的特点则是在界面处可能存在浑浊段。,Thank You !,
