自動檢測技術及儀表控制系統(tǒng)課件(第七章)

1、第七章第七章 物位檢測物位檢測常用檢測儀表常用檢測儀表2其它檢測方法介紹其它檢測方法介紹3 3定義及檢測方法分類定義及檢測方法分類3 1物位檢測方法物位檢測方法v應用浮力原理檢測物位應用浮力原理檢測物位v應用靜壓原理檢測物位應用靜壓原理檢測物位v應用超聲波反射檢測物位應用超聲波反射檢測物位物位檢測儀表物位檢測儀表v差壓式液位計差壓式液位計v浮子式物位計浮子式物位計v核輻射物位計核輻射物位計v超聲波液位計超聲波液位計7.1 定義及檢測方法分類 物位的定義：物位的定義： “物位物位”一詞統(tǒng)指設備和容器中液體或固體物料的一詞統(tǒng)指設備和容器中液體或固體物料的表面位置。表面位置。 對應不同性質的物料又有

2、以下的定義。對應不同性質的物料又有以下的定義。 液位液位指設備和容器中液體介質表面的高低。指設備和容器中液體介質表面的高低。 料位料位指設備和容器中所儲存的塊狀、顆?；蚍壑冈O備和容器中所儲存的塊狀、顆?；蚍勰罟腆w物料的堆積高度。末狀固體物料的堆積高度。 界位界位指相界面位置。指相界面位置。 物位是液位、料位、界位的總稱。對物位進行測量、物位是液位、料位、界位的總稱。對物位進行測量、指示和控制的儀表，稱物位檢測儀表。指示和控制的儀表，稱物位檢測儀表。7.1 定義及檢測方法分類 物位檢測儀表的分類：物位檢測儀表的分類： 由于被測對象種類繁多，檢測的條件和環(huán)境也有很由于被測對象種類繁多，檢測的條件

3、和環(huán)境也有很大差別，所以物位檢測的方法有多種多樣，以滿足大差別，所以物位檢測的方法有多種多樣，以滿足不同生產過程的測量要求。不同生產過程的測量要求。 物位檢測儀表按測量方式可分為物位檢測儀表按測量方式可分為連續(xù)測量連續(xù)測量和和定點測定點測量量兩大類。兩大類。 連續(xù)測量方式能持續(xù)測量物位的變化。連續(xù)測量方式能持續(xù)測量物位的變化。 定點測量方式則只檢測物位是否達到上限、下定點測量方式則只檢測物位是否達到上限、下限或某個特定位置，定點測量儀表一般稱為限或某個特定位置，定點測量儀表一般稱為物物位開關位開關。 按工作原理分類，物位檢測儀表有直讀式、靜壓式、按工作原理分類，物位檢測儀表有直讀式、靜壓式、浮

4、力式、機械式、電氣式等。浮力式、機械式、電氣式等。7.1 定義及檢測方法分類 1 1、直讀式物位檢測儀表、直讀式物位檢測儀表 采用側壁開窗口或旁通管方式，直接顯示容器中物采用側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、準確，但是只能就地指示。位的高度。方法可靠、準確，但是只能就地指示。主要用于液位檢測和壓力較低的場合。主要用于液位檢測和壓力較低的場合。 2 2、靜壓式物位檢測儀表、靜壓式物位檢測儀表 基于流體靜力學原理，適用于液位檢測?；诹黧w靜力學原理，適用于液位檢測。 容器內的液面高度與液柱重量所形成的靜壓力成比容器內的液面高度與液柱重量所形成的靜壓力成比例關系，當被測介質

5、密度不變時，通過測量參考點例關系，當被測介質密度不變時，通過測量參考點的壓力可測知液位。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。這類儀表有壓力式、吹氣式和差壓式等型式。7.1 定義及檢測方法分類 3 3、浮力式物位檢測儀表、浮力式物位檢測儀表 其工作原理基于阿基米德定律，適用于液位檢測。其工作原理基于阿基米德定律，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生相應的變化，從而可以檢測面變動時其浮力會產生相應的變化，從而可以檢測液位。液位。 這類儀表有各種浮子式液位計、浮筒式液位計等。這類儀表有各種

6、浮子式液位計、浮筒式液位計等。 4 4、機械接觸式物位檢測儀表、機械接觸式物位檢測儀表 通過測量物位探頭與物料面接觸時的機械力實現物通過測量物位探頭與物料面接觸時的機械力實現物位的測量。位的測量。 這類儀表有重錘式、旋翼式和音叉式等。這類儀表有重錘式、旋翼式和音叉式等。7.1 定義及檢測方法分類 5 5、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中，當物位變將電氣式物位敏感元件置于被測介質中，當物位變化時其電氣參數如電阻、電容等也將改變，通過檢化時其電氣參數如電阻、電容等也將改變，通過檢測這些電量的變化可知物位。測這些電量的變化可知物位。 6 6、其他物位檢測方法

7、如聲學式、射線式、光纖式儀、其他物位檢測方法如聲學式、射線式、光纖式儀表等。表等。物位檢測儀表的分類和主要特征物位檢測儀表的分類和主要特征續(xù)7.2 常用物位檢測儀表 浮力式和靜壓式液位計：浮力式和靜壓式液位計： 浮力式液位計：浮力式液位計： 浮力式液位計有兩類：浮力式液位計有兩類： 恒浮力式：恒浮力式：在測量過程中浮力維持不變的，如浮標、在測量過程中浮力維持不變的，如浮標、浮球等液位計浮球等液位計. . 變浮力式：變浮力式：根據浮筒在液體內浸沒的程度不同、所受根據浮筒在液體內浸沒的程度不同、所受的浮力不同來測定液位的高低的浮力不同來測定液位的高低. .7.2 常用物位檢測儀表 恒浮力法測量液位

8、的原理：恒浮力法測量液位的原理：磁浮子液位計磁浮子液位計7.2 常用物位檢測儀表 平衡時：平衡時： 浮標的重量浮標的重量- -浮力浮力= =平衡物的重量。平衡物的重量。 即即:W-F=G:W-F=G 當液位上升時：當液位上升時： 浮標浸沒部分增加，浮力增大，浮標浸沒部分增加，浮力增大，W-FG, W-F P P2 2 ，則變送器高低壓室的壓力分，則變送器高低壓室的壓力分別為：別為：7.2 常用物位檢測儀表高低壓室所感受的壓差為高低壓室所感受的壓差為l與無遷移情況的相比較，總的差壓減少了與無遷移情況的相比較，總的差壓減少了 7.2 常用物位檢測儀表 即相當于在低壓室增加即相當于在低壓室增加 了一

9、個恒定的靜壓了一個恒定的靜壓 由于它的存在，使得當由于它的存在，使得當 H =0 時，時， p= -（ h2 - h1 ）p2 g 此時變送器的輸出必然小于此時變送器的輸出必然小于 4mA ， 當當 H =Hmax 時，變送器的輸出也達不到時，變送器的輸出也達不到 20mA 。 為了使變送器輸出與被測液位之間仍然保持無遷移情為了使變送器輸出與被測液位之間仍然保持無遷移情況的對應關系，就必須借助差壓變送器的零點遷移功況的對應關系，就必須借助差壓變送器的零點遷移功能來抵消這靜壓力的影響。能來抵消這靜壓力的影響。7.2 常用物位檢測儀表 使得當使得當 p =-（ h2- h1）pg 時，變送器的輸出

10、為時，變送器的輸出為 4mA 。這種情況就是負遷移。這種情況就是負遷移。 針對上述三種情況，如果選用的差壓變送器測量范圍針對上述三種情況，如果選用的差壓變送器測量范圍為為 0 5kPa ，且零點通過遷移功能抵消的固定靜壓分，且零點通過遷移功能抵消的固定靜壓分別為別為+2kPa 和和 -2kPa ，則這臺差壓變送器零點遷移特，則這臺差壓變送器零點遷移特性曲線如圖性曲線如圖 所示。所示。 7.2 常用物位檢測儀表 法蘭式差壓變送器法蘭式差壓變送器 當測量有腐蝕性或粘度大、含有顆粒、易凝固等液當測量有腐蝕性或粘度大、含有顆粒、易凝固等液體的液位時，為避免引壓管被腐蝕和堵塞，有專門體的液位時，為避免引

11、壓管被腐蝕和堵塞，有專門的的 法蘭直接靠在容器壁上，通過隔離膜片來感受法蘭直接靠在容器壁上，通過隔離膜片來感受容器內的壓力，然后以硅油作為傳遞壓力的介質，容器內的壓力，然后以硅油作為傳遞壓力的介質，經細管與變送器的測量室相通。采用硅油傳遞的好經細管與變送器的測量室相通。采用硅油傳遞的好處是它的體積膨脹系數小，凝固點低，適用于寒冷處是它的體積膨脹系數小，凝固點低，適用于寒冷天氣和戶外安裝條件；常溫下流動性好，無腐蝕性，天氣和戶外安裝條件；常溫下流動性好，無腐蝕性，性能穩(wěn)定。性能穩(wěn)定。 這種使用方式需要進行零點遷移。這種使用方式需要進行零點遷移。7.2 常用物位檢測儀表 靜壓法測量的特點：靜壓法測

12、量的特點： 利用靜壓法測量液位，采用的壓力變送器或差壓變利用靜壓法測量液位，采用的壓力變送器或差壓變送器具有通用性，因為結構簡單，安裝方便，所以送器具有通用性，因為結構簡單，安裝方便，所以使用相當普遍。使用相當普遍。 注意：注意： 由于浮力法和靜壓法中都涉及到液體的重度，即液由于浮力法和靜壓法中都涉及到液體的重度，即液體的密度，所以儀表的讀數受體的密度，所以儀表的讀數受液體密度液體密度變化的影響，變化的影響，當液體的密度發(fā)生變化時，要對標尺進行修正。當液體的密度發(fā)生變化時，要對標尺進行修正。7.3 其它檢測方法介紹 電容式物位計電容式物位計 電容式物位計是基于圓筒形電容器的原理而工作的，電容式

13、物位計是基于圓筒形電容器的原理而工作的，它將被測介質料位的變化轉化成電容量的變化。它將被測介質料位的變化轉化成電容量的變化。 通過對電容的檢測與轉換將其變?yōu)闃藴实碾娏餍盘柾ㄟ^對電容的檢測與轉換將其變?yōu)闃藴实碾娏餍盘栞敵?。輸出?實現方法實現方法 對于液位測量，一般可在容器壁面開孔，安裝壓力對于液位測量，一般可在容器壁面開孔，安裝壓力（差壓）傳感器；對于不易在壁面開孔（常壓容器）（差壓）傳感器；對于不易在壁面開孔（常壓容器）或容器在地面以下的，可導用投入式壓力傳感器，或容器在地面以下的，可導用投入式壓力傳感器，將壓力傳感器投到容器的底部。通過電纜線傳輸壓將壓力傳感器投到容器的底部。通過電纜線傳輸

14、壓力信號力信號7.3 其它檢測方法介紹RLHL17.3 其它檢測方法介紹v大致可分成三種工作方式。大致可分成三種工作方式。7.3 其它檢測方法介紹 (a)(a)適用于立式圓筒形導電容器，非導電液體或固體適用于立式圓筒形導電容器，非導電液體或固體粉末的物位測量。粉末的物位測量。 在這種應用中，器壁為電容的外電極，沿軸線插入在這種應用中，器壁為電容的外電極，沿軸線插入金屬棒，作為內電極。金屬棒，作為內電極。 (c)(c)適用于立式圓筒形導電容器，且物料為導電性液適用于立式圓筒形導電容器，且物料為導電性液體的液位測量。體的液位測量。7.3 其它檢測方法介紹 (b)(b)適用于非金屬容器，或雖為金屬容

15、器，但非立式適用于非金屬容器，或雖為金屬容器，但非立式圓筒形，物料為非導電性液體的液位的測量。圓筒形，物料為非導電性液體的液位的測量。 在這種應用中，中心棒狀電極的外面套有一個同軸在這種應用中，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，金屬筒的上下金屬筒，并通過絕緣支架互相固定，金屬筒的上下開口，或整體上均勻分布多個小孔，使筒內外的液開口，或整體上均勻分布多個小孔，使筒內外的液位相同。中央圓棒與金屬套筒構成兩個電極，電容位相同。中央圓棒與金屬套筒構成兩個電極，電容的中間介質為氣體和液體物料。的中間介質為氣體和液體物料。 這樣組成的電容這樣組成的電容C Cx x與容器的形狀無

16、關，只取決于液與容器的形狀無關，只取決于液位的高低。由于固體粉粒容易滯留在極間，所以此位的高低。由于固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。種電極不適于固體物位的測量。7.3 其它檢測方法介紹 電容式物位計的特點：電容式物位計的特點： 可測量液位、粉狀料位、也可測界位，具有結構簡可測量液位、粉狀料位、也可測界位，具有結構簡單，安裝要求低等特點單，安裝要求低等特點 但當被測介質粘度較大時，液位下降后，電極表面但當被測介質粘度較大時，液位下降后，電極表面仍會粘附一層被測介質，從而造成虛假液位示值，仍會粘附一層被測介質，從而造成虛假液位示值，嚴重影響測量精度。嚴重影響測量精度。 被

17、測介質的溫度、濕度等變化都能影響測量精度，被測介質的溫度、濕度等變化都能影響測量精度，當精度要求較高時，應采用修正措施。當精度要求較高時，應采用修正措施。 電容式物位檢測方法最主要要考慮溫度對介電常數的電容式物位檢測方法最主要要考慮溫度對介電常數的變化的影響；其次是物位對電容器的電容量變化值很變化的影響；其次是物位對電容器的電容量變化值很小，往往只是幾微法至幾百微法，易受干擾影響，電小，往往只是幾微法至幾百微法，易受干擾影響，電容測量比較困難容測量比較困難電容式料位計電容式料位計電容式液位計電容式液位計7.3 其它檢測方法介紹 2 2、超聲波物位儀表、超聲波物位儀表 一般把超過一般把超過20k

18、Hz20kHz的聲波稱為超聲波。聲頻越高，的聲波稱為超聲波。聲頻越高，則發(fā)射的聲束越尖銳，方向性越強，但在介質中衰則發(fā)射的聲束越尖銳，方向性越強，但在介質中衰減也越大。減也越大。 超聲波物位儀表是基于回聲測距原理設計的，利用超聲波物位儀表是基于回聲測距原理設計的，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面反射形成回波，由接收探頭將信號接收下來，位表面反射形成回波，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，根據已知介測出超聲脈沖從發(fā)射到接受所需時間，根據已知介質中的波速就能計算出探頭到物位或液位表面的距質中的波速就能計算出

19、探頭到物位或液位表面的距離，從而確定物位的高度。離，從而確定物位的高度。7.3 其它檢測方法介紹H為傳播速度vvtH,217.3 其它檢測方法介紹 超聲波物位計的特點：超聲波物位計的特點： 無可動部件，換能器的振幅小，壽命無可動部件，換能器的振幅小，壽命長，可實現非接觸式測量；長，可實現非接觸式測量； 不受介質粘度的影響，并與介質的介不受介質粘度的影響，并與介質的介電常數、電導率、熱導率等無關；電常數、電導率、熱導率等無關； 適合強腐蝕、高壓、有毒、高粘度液適合強腐蝕、高壓、有毒、高粘度液體的測量；不適宜被測液體中有氣泡體的測量；不適宜被測液體中有氣泡和懸浮物，而且液面不能有很大的波和懸浮物，

20、而且液面不能有很大的波動；動； 測量精度受聲速的影響（聲速受溫度測量精度受聲速的影響（聲速受溫度影響）。影響）。超聲液位（物位）計超聲液位（物位）計7.3 其它檢測方法介紹 3 3、核輻射式物位儀表、核輻射式物位儀表 核輻射式物位儀表是根據被測物質對放射線的吸收、核輻射式物位儀表是根據被測物質對放射線的吸收、散射等特性而設計制造的。散射等特性而設計制造的。 不同的物質對射線的吸收能力也不同，當放射線穿不同的物質對射線的吸收能力也不同，當放射線穿過一定的被測介質時，由于介質的吸收作用，會使過一定的被測介質時，由于介質的吸收作用，會使射線的輻射強度隨著被測介質的厚度而按指數衰減。射線的輻射強度隨著

21、被測介質的厚度而按指數衰減。所以只要測出通過介質射線強度就可獲得物位高度。所以只要測出通過介質射線強度就可獲得物位高度。 式中式中I I為穿過厚度為為穿過厚度為H H的物質的物質X X后的輻射強度；后的輻射強度；I I0 0為射為射入物質前的輻射強度；入物質前的輻射強度；為物質的吸收系數；為物質的吸收系數；H H為介為介質層厚度。質層厚度。 檢測系統(tǒng)組成檢測系統(tǒng)組成 射線源射線源 探測器探測器 電子線路電子線路 實現方法實現方法 放射源可以是一個點源，也可以做成放射源可以是一個點源，也可以做成線源，接收器同樣可以是單點或是線線源，接收器同樣可以是單點或是線狀的。因此用放射線進行物位檢測有狀的。

22、因此用放射線進行物位檢測有多種方式，常用的如圖所示多種方式，常用的如圖所示射線料位計射線料位計7.3 其它檢測方法介紹 核輻射式物位計的特點：核輻射式物位計的特點： 屬于非接觸測量，可用于高溫高壓、真空密封等各屬于非接觸測量，可用于高溫高壓、真空密封等各種容器中液體或固體物料的物位測量。種容器中液體或固體物料的物位測量。 可以適應腐蝕、有毒、高粘度、爆炸性等各種困難可以適應腐蝕、有毒、高粘度、爆炸性等各種困難介質和高溫、高濕、多粉塵、強干擾等惡劣的工作介質和高溫、高濕、多粉塵、強干擾等惡劣的工作條件。條件。 其放射性安全防護措施需按有關規(guī)范操作。其放射性安全防護措施需按有關規(guī)范操作。7.3 其它檢測方法介紹 4 4、微波物位計、微波物位計 微波物位計又稱雷達物位儀，微波物位計運用了微波物位計又稱雷達物位儀，微波物位計運用了 微波的特性，在一定條件下，微波傳播速度是一微波的特性，在一定條件下，微波傳播速度是一 定的，所以可以通過測量微波從傳感器定的，所以可以通過測量微波從傳感器 傳播至物料表面并返回到傳感器所用的傳播至物料表面并返回到傳感器所用的 時間來計算出所測量的物位時間來計算出所測量的物位雷達液位計雷達液位計7.3 其它檢測方法介紹微微 波波 超超 聲聲 波波波類型波類型電磁波電磁波機械波機械波反射特性反