物位及厚檢測新PPT課件

1、 直讀式物位檢測儀表直讀式物位檢測儀表: :采用側(cè)壁開窗口或旁通管方式，采用側(cè)壁開窗口或旁通管方式，直接顯示容器中物位的高度。方法可靠、準(zhǔn)確，但是只直接顯示容器中物位的高度。方法可靠、準(zhǔn)確，但是只能就地指示。主要用于液位檢測和壓力較低的場合。能就地指示。主要用于液位檢測和壓力較低的場合。 靜壓式物位檢測儀表靜壓式物位檢測儀表: :基于流體靜力學(xué)原理，適用于液基于流體靜力學(xué)原理，適用于液位檢測。容器內(nèi)的液面高度與液柱重量所形成的靜壓力位檢測。容器內(nèi)的液面高度與液柱重量所形成的靜壓力成比例關(guān)系，當(dāng)被測介質(zhì)密度不變時，通過測量參考點成比例關(guān)系，當(dāng)被測介質(zhì)密度不變時，通過測量參考點的壓力可測知液位。這

2、類儀表有壓力式、吹氣式和差壓的壓力可測知液位。這類儀表有壓力式、吹氣式和差壓式等型式。式等型式。4.1 4.1 基本概念基本概念第1頁/共67頁 浮力式物位檢測儀表浮力式物位檢測儀表: :基于阿基米德定律，適用于液位檢測。漂浮于液面基于阿基米德定律，適用于液位檢測。漂浮于液面上的浮子或浸沒在液體中的浮筒，在液面變動時其浮力會產(chǎn)生相應(yīng)的變化，上的浮子或浸沒在液體中的浮筒，在液面變動時其浮力會產(chǎn)生相應(yīng)的變化，從而可以檢測液位。這類儀表有各種浮子式液位計、浮筒式液位計等。從而可以檢測液位。這類儀表有各種浮子式液位計、浮筒式液位計等。 機械接觸式物位檢測儀表機械接觸式物位檢測儀表: :通過測量物位探頭

3、與物料面接觸時的機械力實通過測量物位探頭與物料面接觸時的機械力實現(xiàn)物位的測量。這類儀表有重錘式、旋翼式和音叉式等?，F(xiàn)物位的測量。這類儀表有重錘式、旋翼式和音叉式等。4.1 4.1 基本概念基本概念第2頁/共67頁 電氣式物位檢測儀表電氣式物位檢測儀表: :將電氣式物位敏感元件置于被測介質(zhì)中，當(dāng)物位變將電氣式物位敏感元件置于被測介質(zhì)中，當(dāng)物位變化時其電氣參數(shù)如電阻、電容等也將改變，通過檢測這些電量的變化可知化時其電氣參數(shù)如電阻、電容等也將改變，通過檢測這些電量的變化可知物位。物位。 其他物位檢測方法其他物位檢測方法: :如聲學(xué)式、射線式、光纖式儀表等。如聲學(xué)式、射線式、光纖式儀表等。 物位檢測的

4、意義：物位檢測的意義：a. a.精確的物料的數(shù)量。精確的物料的數(shù)量。 b. b.保證產(chǎn)品質(zhì)量與安全。保證產(chǎn)品質(zhì)量與安全。4.1 4.1 基本概念基本概念第3頁/共67頁 4.2.1 電容式物位計的工作原理 電容式物位計是基于圓筒形電容器的原理而工作的，它電容式物位計是基于圓筒形電容器的原理而工作的，它將將被測介質(zhì)料位的變化轉(zhuǎn)化成電容量的變化被測介質(zhì)料位的變化轉(zhuǎn)化成電容量的變化。通過對電。通過對電容的檢測與轉(zhuǎn)換將其變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)的電流信號輸出。容的檢測與轉(zhuǎn)換將其變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)的電流信號輸出。 適用范圍：各種導(dǎo)電、非導(dǎo)電液體或粉狀料位的測量。適用范圍：各種導(dǎo)電、非導(dǎo)電液體或粉狀料位的測量。第4頁/共67頁RL

5、HL電容量的變化量與電電容量的變化量與電極浸沒的長度成正比極浸沒的長度成正比關(guān)系關(guān)系第5頁/共67頁 大致可分成三種工作方式。大致可分成三種工作方式。一、立式圓筒形導(dǎo)電容器，非導(dǎo)電液體或固體粉末的物位測量。一、立式圓筒形導(dǎo)電容器，非導(dǎo)電液體或固體粉末的物位測量。器壁為電容的外電極，器壁為電容的外電極，沿軸線插入金屬棒，沿軸線插入金屬棒，作為內(nèi)電極。作為內(nèi)電極。第6頁/共67頁二、立式圓筒形導(dǎo)電容器，且物料為導(dǎo)電性液體的液位測二、立式圓筒形導(dǎo)電容器，且物料為導(dǎo)電性液體的液位測量。量。用用一根電極作為電容器一根電極作為電容器的內(nèi)電極的內(nèi)電極，一般用紫銅，一般用紫銅或不銹鋼，外套聚四氟或不銹鋼，外套

6、聚四氟乙烯塑料管或涂搪瓷作乙烯塑料管或涂搪瓷作為絕緣層，而為絕緣層，而導(dǎo)電液體導(dǎo)電液體和容器壁構(gòu)成電容器的和容器壁構(gòu)成電容器的外電極。外電極。第7頁/共67頁三三、非金屬容器，或雖為金屬容器，但非立式圓筒形，非金屬容器，或雖為金屬容器，但非立式圓筒形，物料為非導(dǎo)電性液體的液位的測量。物料為非導(dǎo)電性液體的液位的測量。中心棒狀電極的外面套有一個同軸中心棒狀電極的外面套有一個同軸金屬筒，并通過絕緣支架互相固定，金屬筒，并通過絕緣支架互相固定，金屬筒的上下開口，或整體上均勻金屬筒的上下開口，或整體上均勻分布多個小孔，使筒內(nèi)外的液位相分布多個小孔，使筒內(nèi)外的液位相同。中央圓棒與金屬套筒構(gòu)成兩個同。中央圓

7、棒與金屬套筒構(gòu)成兩個電極，電容的中間介質(zhì)為氣體和液電極，電容的中間介質(zhì)為氣體和液體物料。體物料。這樣組成的電容這樣組成的電容CxCx與容器的形狀無與容器的形狀無關(guān)，只取決于液位的高低。由于固關(guān)，只取決于液位的高低。由于固體粉粒容易滯留在極間，所以此種體粉粒容易滯留在極間，所以此種電極不適于固體物位的測量。電極不適于固體物位的測量。第8頁/共67頁 可測量液位、粉狀料位、也可測界位，具有結(jié)構(gòu)簡可測量液位、粉狀料位、也可測界位，具有結(jié)構(gòu)簡單，安裝要求低等特點單，安裝要求低等特點 但當(dāng)被測介質(zhì)粘度較大時，液位下降后，電極表面但當(dāng)被測介質(zhì)粘度較大時，液位下降后，電極表面仍會粘附一層被測介質(zhì)，從而造成虛

8、假液位示值，仍會粘附一層被測介質(zhì)，從而造成虛假液位示值，嚴(yán)重影響測量精度。嚴(yán)重影響測量精度。 被測介質(zhì)的溫度、濕度等變化都能影響測量精度，被測介質(zhì)的溫度、濕度等變化都能影響測量精度，當(dāng)精度要求較高時，應(yīng)采用修正措施。當(dāng)精度要求較高時，應(yīng)采用修正措施。第9頁/共67頁 超聲傳感器是基于回聲測距原理設(shè)計的，利用超聲超聲傳感器是基于回聲測距原理設(shè)計的，利用超聲波發(fā)射探頭發(fā)出超聲脈沖，發(fā)射波在料位或液位表波發(fā)射探頭發(fā)出超聲脈沖，發(fā)射波在料位或液位表面反射形成回波，由接收探頭將信號接收下來，測面反射形成回波，由接收探頭將信號接收下來，測出超聲脈沖從發(fā)射到接受所需時間，根據(jù)已知介質(zhì)出超聲脈沖從發(fā)射到接受所

9、需時間，根據(jù)已知介質(zhì)中的波速就能計算出探頭到物位或液位表面的距離，中的波速就能計算出探頭到物位或液位表面的距離，從而確定物位的高度。從而確定物位的高度。H為傳播速度vvtH,21第10頁/共67頁4.3.1 4.3.1 超聲波檢測原理超聲波檢測原理一、超聲波及其波形一、超聲波及其波形 波動（簡稱波）：振動在彈性介質(zhì)內(nèi)的傳播波動（簡稱波）：振動在彈性介質(zhì)內(nèi)的傳播 聲波：其頻率在聲波：其頻率在16216210104 4 Hz Hz之間，能為人耳所聞的機之間，能為人耳所聞的機械波械波 次聲波：低于次聲波：低于16 Hz16 Hz的機械波的機械波 超聲波：高于超聲波：高于2 210104 4 Hz H

10、z的機械波的機械波。聲頻越高，則發(fā)射。聲頻越高，則發(fā)射的聲束越尖銳，方向性越強，但在介質(zhì)中衰減也越大。的聲束越尖銳，方向性越強，但在介質(zhì)中衰減也越大。 微波：頻率在微波：頻率在3 310108 83310101212 Hz Hz之間的波之間的波第11頁/共67頁聲波的頻率界限圖第12頁/共67頁 縱波縱波質(zhì)點振動方向與波的傳播方向一致的波，稱為縱波。它能在固質(zhì)點振動方向與波的傳播方向一致的波，稱為縱波。它能在固體、液體和氣體中傳播；體、液體和氣體中傳播； 橫波橫波質(zhì)點振動方向垂直于傳播方向的波，稱為橫波。它只能在固體中質(zhì)點振動方向垂直于傳播方向的波，稱為橫波。它只能在固體中傳播；傳播； 表面波

11、表面波質(zhì)點的振動介于縱波與橫波之間，沿著表面?zhèn)鞑?，振幅隨深度質(zhì)點的振動介于縱波與橫波之間，沿著表面?zhèn)鞑ィ穹S深度增加而迅速衰減的波，稱為表面波。表面波質(zhì)點振動的軌跡是橢圓形（其增加而迅速衰減的波，稱為表面波。表面波質(zhì)點振動的軌跡是橢圓形（其長軸垂直于傳播方向，短軸平行于傳播方向）。表面波只能沿著固體、液長軸垂直于傳播方向，短軸平行于傳播方向）。表面波只能沿著固體、液體的表面?zhèn)鞑ァｓw的表面?zhèn)鞑ァ?第13頁/共67頁二、超聲波的傳播速度二、超聲波的傳播速度 縱波、橫波及表面波的傳播速度，取決于介質(zhì)的彈性常數(shù)及介質(zhì)密度?？v波、橫波及表面波的傳播速度，取決于介質(zhì)的彈性常數(shù)及介質(zhì)密度。氣體和液體中只能

12、傳播縱波，其中氣體中的聲速為氣體和液體中只能傳播縱波，其中氣體中的聲速為344m/s344m/s，液體中聲速，液體中聲速在在9009001900m/s1900m/s。在固體中，縱波、橫波和表面波三者的聲速成一定關(guān)系，通?？烧J(rèn)在固體中，縱波、橫波和表面波三者的聲速成一定關(guān)系，通常可認(rèn)為橫波聲速為縱波聲速的一半，表面波聲速約為橫波聲速的為橫波聲速為縱波聲速的一半，表面波聲速約為橫波聲速的9090。 第14頁/共67頁三、反射與折射三、反射與折射超聲波的反射與折射超聲波的反射與折射12sinsincc 當(dāng)超聲波傳播到兩種特當(dāng)超聲波傳播到兩種特性阻抗不同介質(zhì)的分界面上性阻抗不同介質(zhì)的分界面上時，一部分

13、聲波被反射；另時，一部分聲波被反射；另一部分透射過界面，在相鄰一部分透射過界面，在相鄰介質(zhì)內(nèi)部繼續(xù)傳播，這種現(xiàn)介質(zhì)內(nèi)部繼續(xù)傳播，這種現(xiàn)象稱之為聲波的反射和折射。象稱之為聲波的反射和折射。如左圖所示。如左圖所示。 反射角、折射角與兩個介質(zhì)中的速度滿足折射定律：反射角、折射角與兩個介質(zhì)中的速度滿足折射定律：12sinsincc第15頁/共67頁四、超聲波的衰減四、超聲波的衰減 聲波在介質(zhì)中傳播時，隨著傳播距離的增加，能量聲波在介質(zhì)中傳播時，隨著傳播距離的增加，能量逐漸衰減。在不同介質(zhì)中衰減的幅度關(guān)系如下：逐漸衰減。在不同介質(zhì)中衰減的幅度關(guān)系如下： 固體固體 液體液體 R24.5 核輻射物位與厚度檢

14、測第60頁/共67頁4.5.3 4.5.3 核輻射傳感器的應(yīng)用核輻射傳感器的應(yīng)用一、核輻射物位一、核輻射物位( (厚度厚度) )計計 不同物質(zhì)對同位素射線的吸收能力不同，一般固體不同物質(zhì)對同位素射線的吸收能力不同，一般固體最強，液體次之，氣體最差。當(dāng)射線射入厚度為最強，液體次之，氣體最差。當(dāng)射線射入厚度為H H的介的介質(zhì)時，會有一部分被介質(zhì)吸收掉。透過介質(zhì)的射線強度質(zhì)時，會有一部分被介質(zhì)吸收掉。透過介質(zhì)的射線強度I I與入射強度與入射強度I I0 0之間有如下關(guān)系：之間有如下關(guān)系： 式中式中 吸收系數(shù)，條件固定時為常數(shù)。變形為：吸收系數(shù)，條件固定時為常數(shù)。變形為： 因此測液位可通過測量射線在穿

15、過液體時強度的變化因此測液位可通過測量射線在穿過液體時強度的變化量來實現(xiàn)。只要測出通過介質(zhì)射線強度就可獲得物位高量來實現(xiàn)。只要測出通過介質(zhì)射線強度就可獲得物位高度。度。 HeII0IIHlnln104.5 核輻射物位與厚度檢測第61頁/共67頁 核輻射物位核輻射物位( (厚度厚度) ) 計計4.5 核輻射物位與厚度檢測探測器為電離室第62頁/共67頁二、核輻射液位計二、核輻射液位計 核幅射式液位計由核幅射式液位計由輻射源輻射源、接收器接收器和和測量儀表測量儀表組成。輻射源一般用鈷組成。輻射源一般用鈷6060或銫，放在專門的鉛室中，或銫，放在專門的鉛室中，安裝在被測容器的一側(cè)。幅射源在結(jié)構(gòu)上只能

16、允許安裝在被測容器的一側(cè)。幅射源在結(jié)構(gòu)上只能允許射線經(jīng)鉛室的一個小孔或窄縫透出。射線經(jīng)鉛室的一個小孔或窄縫透出。 4.5 核輻射物位與厚度檢測第63頁/共67頁核輻射液位計核輻射液位計基于物質(zhì)對射線的吸收基于物質(zhì)對射線的吸收程度的變化進(jìn)行液位測程度的變化進(jìn)行液位測量的物位計。量的物位計。 接收器與前置放大器裝在一起，安裝在被測容器另一側(cè)， 射線由蓋格計數(shù)管吸收，每接收到一個粒子，就輸出一個脈沖電流。射線越強，電流脈沖數(shù)越多，經(jīng)過積分電路變成與脈沖數(shù)成正比的積分電壓，再經(jīng)電流放大和電橋電路，最終得到與液位相關(guān)的電流輸出。 4.5 核輻射物位與厚度檢測第64頁/共67頁 下圖所示為輻射源與接收器均是為固定安裝方式的核幅下圖所示為輻射源與接收器均是為固定安裝方式的核幅射射液位計。其中液位計。其中 (a)(a)為長輻射源和長接收器形式，輸出線為長輻射源和長接收器形式，輸出線性度性度好；好； (b) (b) 為點輻射源和點接收器形式，輸出線性度較差。為點輻射源和點接收器形式，輸出線性度較差。 a) b) a) b) 核輻射式液位計核輻射式液位計 1- 1-放射源；放射源； 2- 2-接收器接收器4.5 核輻射物位與厚度檢測第65頁/共67頁核輻射式物位計的特點