第5部分++物位測量及變送(新)

1、檢測技術(shù)與儀表檢測技術(shù)與儀表概述概述5.1 5.1 靜壓式液位測量靜壓式液位測量5.2 5.2 浮力式液位測量浮力式液位測量5.3 5.3 電容式液位測量電容式液位測量5.4 5.4 超聲波物位測量超聲波物位測量5.5 5.5 微波法物位測量微波法物位測量5.6 5.6 核輻射物位測量核輻射物位測量5.7 5.7 電導(dǎo)式及電感式物位傳感器電導(dǎo)式及電感式物位傳感器5.8 5.8 阻力式料位傳感器阻力式料位傳感器5.9 5.9 應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用實(shí)例一、物位測量的定義一、物位測量的定義 物位：統(tǒng)指液位、料位和相界面的位置。物位：統(tǒng)指液位、料位和相界面的位置。 液位液位：容器、河道、水庫等，相對于某指定位

2、置液體：容器、河道、水庫等，相對于某指定位置液體的表面位置。的表面位置。 料位料位：容器、堆場、倉庫等所儲固體顆粒、粉料等的：容器、堆場、倉庫等所儲固體顆粒、粉料等的堆積高度。堆積高度。 相界面相界面：同一容器中兩種密度不同且互不相溶的介質(zhì)：同一容器中兩種密度不同且互不相溶的介質(zhì)間的分界面。間的分界面。有：液有：液-液相界面、液液相界面、液-固相界面固相界面。 測料位的儀表測料位的儀表料位計料位計；測液位的儀表；測液位的儀表液位計液位計，測，測分界面的儀表分界面的儀表界面儀界面儀。二、目的和意義二、目的和意義 1、為經(jīng)濟(jì)核算提供依據(jù)：為經(jīng)濟(jì)核算提供依據(jù)：確定原料、半成品或成品的確定原料、半成品

3、或成品的數(shù)量，保證生產(chǎn)物料平衡。數(shù)量，保證生產(chǎn)物料平衡。 2、維持正常生產(chǎn)、保證產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量、保證安全維持正常生產(chǎn)、保證產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量、保證安全生產(chǎn)生產(chǎn)。 例，火電廠鍋爐汽包水位測量與控制，例，火電廠鍋爐汽包水位測量與控制，過高過高蒸汽帶蒸汽帶水水品質(zhì)降低品質(zhì)降低 輕則輕則加重管道和汽機(jī)的積垢加重管道和汽機(jī)的積垢，降低壓力和降低壓力和效率；重則使汽機(jī)發(fā)生故障效率；重則使汽機(jī)發(fā)生故障。過低過低不利與水循環(huán)不利與水循環(huán)可能可能使水冷壁管局部過熱甚至爆炸使水冷壁管局部過熱甚至爆炸。三、工藝特點(diǎn)及主要問題三、工藝特點(diǎn)及主要問題 1、傳感器的安裝位置、傳感器的安裝位置 液體：液位水平，只對安裝高度

4、有要求，在等高處任選液體：液位水平，只對安裝高度有要求，在等高處任選地點(diǎn)安裝；地點(diǎn)安裝；粉粒物料：料面不水平，與進(jìn)出料口位置及流量有關(guān)。粉粒物料：料面不水平，與進(jìn)出料口位置及流量有關(guān)。概概 述述 v 若進(jìn)出料口都處于軸線上的圓筒形容器若進(jìn)出料口都處于軸線上的圓筒形容器 ；v進(jìn)料量大于出料，料面呈圓錐狀；出料流大于進(jìn)料，呈進(jìn)料量大于出料，料面呈圓錐狀；出料流大于進(jìn)料，呈漏斗坑；漏斗坑；v在距容器內(nèi)壁在距容器內(nèi)壁1/3半徑處半徑處安裝料位計。安裝料位計。 2、盲區(qū)、盲區(qū) 浮子法，受容器底面、頂面限制，有盲區(qū)；浮子法，受容器底面、頂面限制，有盲區(qū)； 超聲波法，受距離太小無法分辨的限制，存在盲區(qū)。超聲

5、波法，受距離太小無法分辨的限制，存在盲區(qū)。 3、死角、死角 容器的幾何形狀和傳感器安裝點(diǎn)不當(dāng)容器的幾何形狀和傳感器安裝點(diǎn)不當(dāng)死角。死角。 4、分粒體料位有滯留區(qū)、分粒體料位有滯留區(qū) 流動性差，堆積狀態(tài)不滑坡的最大傾角流動性差，堆積狀態(tài)不滑坡的最大傾角“安息角安息角”。與顆粒形狀、表面粗糙度、潮濕度、帶靜電否、吸附氣體與顆粒形狀、表面粗糙度、潮濕度、帶靜電否、吸附氣體否等有關(guān)。設(shè)計料倉要考慮這一特性，否則會有物料殘留。否等有關(guān)。設(shè)計料倉要考慮這一特性，否則會有物料殘留。 概概 述述 代表平均料位代表平均料位按測量原理分為按測量原理分為: 壓力式壓力式 浮力式浮力式 電容式電容式 電導(dǎo)式電導(dǎo)式 阻

6、力式阻力式 聲波式聲波式 微波及射線式微波及射線式 等等等等概概 述述 5.1.1 測量原理測量原理 測液柱高產(chǎn)生的靜壓實(shí)現(xiàn)液位測量測液柱高產(chǎn)生的靜壓實(shí)現(xiàn)液位測量。 如圖如圖4.1，設(shè)，設(shè)PA密封容器中密封容器中A點(diǎn)的靜壓點(diǎn)的靜壓(氣相壓力氣相壓力)，PBB點(diǎn)的靜壓，點(diǎn)的靜壓，H液位高度，液位高度， 液體密度。則：液體密度。則：15gHPPPAB 若為敞口容器，則若為敞口容器，則PA大氣壓，大氣壓， PB B點(diǎn)的點(diǎn)的表壓力。表壓力。 25gHPPB 圖5.1 靜壓法液位測量原理 當(dāng)當(dāng)為常數(shù)，壓力或差壓只與液位高有關(guān)。測出為常數(shù)，壓力或差壓只與液位高有關(guān)。測出P或或P可知液位?？芍何?。量程合適

7、的壓力或差壓的儀表皆可用于液位測量。量程合適的壓力或差壓的儀表皆可用于液位測量。 P或或P乘以容器的截面積，可得到容器中液體的質(zhì)量乘以容器的截面積，可得到容器中液體的質(zhì)量測總量。測總量。 5.1.2 壓力式液位計壓力式液位計 測壓表所測壓力來反測壓表所測壓力來反映液位，如圖映液位，如圖5.2。 圖圖5.2 測壓儀表測液位測壓儀表測液位1、用測壓表測量、用測壓表測量 如圖如圖5.2(a)，引壓管把壓力計與容器底部連通，儀表示值反映液，引壓管把壓力計與容器底部連通，儀表示值反映液位高低。位高低。測壓基準(zhǔn)點(diǎn)與最低液位一致。若不一致，要考慮附加液柱影響，測壓基準(zhǔn)點(diǎn)與最低液位一致。若不一致，要考慮附加液

8、柱影響，進(jìn)行修正進(jìn)行修正。 適合黏度較小、潔凈液體液位測量。適合黏度較小、潔凈液體液位測量。 測量黏稠、易結(jié)晶或含有顆粒液體的液位，采用測量黏稠、易結(jié)晶或含有顆粒液體的液位，采用法蘭式法蘭式壓力變送壓力變送器，如圖器，如圖5.2(b) 。5.1 靜壓式液位測量靜壓式液位測量gHPPB引壓管易堵塞引壓管易堵塞 2、 吹氣法吹氣法 適于腐蝕性、高黏度或有懸浮顆粒液位測量，如圖適于腐蝕性、高黏度或有懸浮顆粒液位測量，如圖5.3 。 由液位變化范圍，調(diào)節(jié)減壓閥由液位變化范圍，調(diào)節(jié)減壓閥2，使壓縮空氣壓力為，使壓縮空氣壓力為P1； 調(diào)節(jié)流元件調(diào)節(jié)流元件3 ，使壓力為，使壓力為P2，保證最高液位仍有微量氣

9、泡從導(dǎo)管，保證最高液位仍有微量氣泡從導(dǎo)管下端口逸出；下端口逸出； P1變化不大，當(dāng)滿足變化不大，當(dāng)滿足P20.528 P1時，氣源流量恒定不變。時，氣源流量恒定不變。 吹氣流量約：吹氣流量約：20Lh； 液位液位管內(nèi)壓力管內(nèi)壓力從導(dǎo)管下從導(dǎo)管下端逸出的氣量端逸出的氣量 。管內(nèi)壓力與液體靜。管內(nèi)壓力與液體靜壓約相等，表壓約相等，表5示值即反映液位高示值即反映液位高H。5.1 靜壓式液位測量靜壓式液位測量5.3 吹氣法測量圖吹氣法測量圖壓縮壓縮空氣空氣5.1.3 差壓式液位計差壓式液位計容器下部的壓力與液位高度及液面上部介質(zhì)壓力有關(guān)；容器下部的壓力與液位高度及液面上部介質(zhì)壓力有關(guān)；差壓值還受液體密

10、度和儀表安裝位置影響。差壓值還受液體密度和儀表安裝位置影響。1 、零點(diǎn)遷移問題、零點(diǎn)遷移問題壓力、差壓檢測壓力、差壓檢測要求：取壓口要求：取壓口(零液位零液位)與壓力與壓力/差壓儀差壓儀表的入口在同一水平面表的入口在同一水平面，否則有附加靜壓差否則有附加靜壓差；實(shí)際安裝時不能保證滿足該要求。實(shí)際安裝時不能保證滿足該要求。v如測地下儲槽，儀表安在如測地下儲槽，儀表安在地面地面；v法蘭式差壓變送器，導(dǎo)壓管中充滿硅油，安裝在任何高法蘭式差壓變送器，導(dǎo)壓管中充滿硅油，安裝在任何高度，均有附加靜壓。度，均有附加靜壓。5.1 靜壓式液位測量靜壓式液位測量gHPPPAB讀數(shù)和維護(hù)的方便讀數(shù)和維護(hù)的方便 無遷

11、移無遷移 圖圖5.4 (a) 差壓變送器正、負(fù)壓室分別與容器下部和上部的取差壓變送器正、負(fù)壓室分別與容器下部和上部的取壓點(diǎn)相連通，正壓室與零液位等高；壓力分別為壓點(diǎn)相連通，正壓室與零液位等高；壓力分別為P+ 和和P- ，則：，則：00PP,gHPP gHPPP H0，P 0，無需，無需遷移。遷移。 5.1 靜壓式液位測量靜壓式液位測量 負(fù)遷移負(fù)遷移 圖圖5.4(b)上方氣體可凝；上方氣體可凝；或介質(zhì)有腐蝕性，為防腐，差變或介質(zhì)有腐蝕性，為防腐，差變正、負(fù)室與取壓點(diǎn)間裝有隔離罐，正、負(fù)室與取壓點(diǎn)間裝有隔離罐，并充滿隔離液。并充滿隔離液。其密度為其密度為 ，正、負(fù)壓室所受壓，正、負(fù)壓室所受壓力為：

12、力為：0121PgHghP022pghP45122121BgHghghgHPPPg)h(hB2125.1 靜壓式液位測量靜壓式液位測量2 當(dāng)當(dāng)0， B0，有一固定值（輸出，有一固定值（輸出I4mA）；）；要要H0，輸出，輸出I4mA，需消去，需消去B的作用的作用零點(diǎn)遷移。零點(diǎn)遷移。遷移的量為遷移的量為B，故為負(fù)遷移。，故為負(fù)遷移。 正遷移正遷移 5.4(c) 實(shí)際安裝時，常不能保證變送器和零液位在同一水平面。實(shí)際安裝時，常不能保證變送器和零液位在同一水平面。 p5.1 靜壓式液位測量靜壓式液位測量011PghgHP0PP 55111CgHghgHPPP H0， C，有一固定值，使輸出，有一固定

13、值，使輸出I4mA； 要要H0，I4mA，需消去，需消去C的作用。遷移量的作用。遷移量 C0，故需正遷移。方法與負(fù)遷移相似。故需正遷移。方法與負(fù)遷移相似。v零點(diǎn)遷移零點(diǎn)遷移僅改變了變送器測量范圍的上、下限，而量程大僅改變了變送器測量范圍的上、下限，而量程大小不會改變。小不會改變。 p5.1 靜壓式液位測量靜壓式液位測量 例例5.1 如圖如圖5.4(b) ，用差變測液位。，用差變測液位。 1200kgm3， 950kgm3，h11.0m，h25.0m，液位變化范圍：，液位變化范圍：03.Om。重力加速度。重力加速度g9.8ms2，求變送器的量程和遷移量。，求變送器的量程和遷移量。12 解解 ：

14、液位在液位在03.Om變化時，差壓的變化量：變化時，差壓的變化量： 可選差變的量程：可選差變的量程：040kPa。 H0，有：，有： 需負(fù)遷移，遷移量為需負(fù)遷移，遷移量為-34.24kPa。 遷移后測量范圍：遷移后測量范圍：34245.76kPa。 若選用若選用DDZ型儀表，則當(dāng)型儀表，則當(dāng)I4mA時，時，H0；當(dāng)；當(dāng)I20mA時，時，H403.035.283.4m，即實(shí)際可測液位：，即實(shí)際可測液位：03.4m。 若要求若要求H3.0m時，輸出時，輸出20mA，則還需量程遷移，使當(dāng)，則還需量程遷移，使當(dāng) 35.28-34.241.04kPa時，輸出時，輸出I=20mA。)(352808 . 9

15、120031maxPagHp5.1 靜壓式液位測量靜壓式液位測量)(342408 . 9950) 15()(221PaghhP 2、 特殊液位測量特殊液位測量 腐蝕性、易結(jié)晶或高黏度介質(zhì)液位腐蝕性、易結(jié)晶或高黏度介質(zhì)液位測量。測量。 采用法蘭式差變：防引壓管腐蝕或堵采用法蘭式差變：防引壓管腐蝕或堵塞塞，如圖，如圖5.6。法蘭式有：法蘭式有：單法蘭、雙法蘭、插入式單法蘭、雙法蘭、插入式或平法蘭或平法蘭等結(jié)構(gòu)。等結(jié)構(gòu)。存在零點(diǎn)存在零點(diǎn)“遷移遷移”問題問題：650211ghghP 毛細(xì)管中硅油密度，毛細(xì)管中硅油密度，kgm3。0 正負(fù)壓側(cè)的毛細(xì)管中的介質(zhì)相同，正負(fù)壓側(cè)的毛細(xì)管中的介質(zhì)相同，遷移量與安

16、裝位置無關(guān)遷移量與安裝位置無關(guān)。5.1 靜壓式液位測量靜壓式液位測量圖圖5.6Hh3P0h45.1 靜壓式液位測量靜壓式液位測量 鍋爐汽包水位測量鍋爐汽包水位測量采取一些補(bǔ)償措施采取一些補(bǔ)償措施。關(guān)鍵環(huán)節(jié)關(guān)鍵環(huán)節(jié):平衡容器平衡容器。圖。圖5.7 雙室平雙室平衡容器衡容器 粗管，正壓容室與汽包連通，進(jìn)入平粗管，正壓容室與汽包連通，進(jìn)入平衡容器的蒸汽不斷凝結(jié)成水，因溢流而衡容器的蒸汽不斷凝結(jié)成水，因溢流而保持恒定水位。保持恒定水位。 細(xì)管，負(fù)壓容室與汽包水連通。細(xì)管，負(fù)壓容室與汽包水連通。 汽包為正常水位時，平衡容器差壓：汽包為正常水位時，平衡容器差壓： 相應(yīng)汽包壓力下的飽和蒸汽密度，相應(yīng)汽包壓力

17、下的飽和蒸汽密度，kgm3； 寬容器內(nèi)水的密度，寬容器內(nèi)水的密度，kgm3； 負(fù)壓管內(nèi)水的密度，負(fù)壓管內(nèi)水的密度，kgm3。)7 . 5()(02010gHLgHgLPss125.1 靜壓式液位測量靜壓式液位測量圖圖5.7受汽、水密度變化等受汽、水密度變化等影響，測量誤差較大影響，測量誤差較大 當(dāng)水位變化偏離正常水位時，設(shè)變化量當(dāng)水位變化偏離正常水位時，設(shè)變化量 H ，即，即HH0 土土 H 。平衡。平衡容器的差壓：容器的差壓： p)(21gHLgHgLs)()(0201gHHLgHHgLs)()()(20201ggHLgHgLss將式將式(5.7)代入得代入得p)()(20HgpsHHHHg

18、pHHHHgpss020020,)(,)(=(5.8) 可見：可見： 平衡容器輸出的差壓隨平衡容器輸出的差壓隨H變化；變化； 2 s ，水位增高，平衡容器的輸出差壓減?。?，水位增高，平衡容器的輸出差壓減小； 相反，當(dāng)汽包水位降低時，平衡容器的輸出差壓增大。相反，當(dāng)汽包水位降低時，平衡容器的輸出差壓增大。5.1 靜壓式液位測量靜壓式液位測量 誤差分析：誤差分析： 散熱的影響散熱的影響：平衡容器正、負(fù)壓室水溫從上至下逐漸降低，不易：平衡容器正、負(fù)壓室水溫從上至下逐漸降低，不易測定，密度測定，密度 1和和 2的數(shù)值也難以準(zhǔn)確確定。的數(shù)值也難以準(zhǔn)確確定。 消除法：對平衡容器保溫（消除法：對平衡容器保溫

19、（ 1和和 2為汽包壓力下飽和水密度為汽包壓力下飽和水密度 W ，即即 2 1 W ）。則差壓與水位）。則差壓與水位H的關(guān)系：的關(guān)系：95)()(21gHLgHLgHgLPsws 上式表明：汽包工作壓力穩(wěn)定，轉(zhuǎn)換關(guān)系不變；上式表明：汽包工作壓力穩(wěn)定，轉(zhuǎn)換關(guān)系不變； 應(yīng)用工況不變，讀數(shù)才正確；應(yīng)用工況不變，讀數(shù)才正確； 汽包壓力發(fā)生變化汽包壓力發(fā)生變化（密度（密度 W和和 s隨之變化，讀數(shù)產(chǎn)生誤差）；隨之變化，讀數(shù)產(chǎn)生誤差）； 與水位與水位H和平衡容器結(jié)構(gòu)尺寸和平衡容器結(jié)構(gòu)尺寸L有關(guān)，有關(guān)，LH 越大，誤差也越大。越大，誤差也越大。 可見：可見：鍋爐起停過程中鍋爐起停過程中，汽包壓力低于額定工作

20、壓力，差壓式液位汽包壓力低于額定工作壓力，差壓式液位計的指示比實(shí)際低計的指示比實(shí)際低。 在中壓鍋爐中可達(dá)在中壓鍋爐中可達(dá)4050mm，在高壓鍋爐中可達(dá)，在高壓鍋爐中可達(dá)100150mm。5.1 靜壓式液位測量靜壓式液位測量消除或減小汽包壓力變動誤差法：消除或減小汽包壓力變動誤差法：中間抽頭平衡容器中間抽頭平衡容器，如圖，如圖5.8；同時測量汽包壓力，對差壓信號進(jìn)行修正，獲得準(zhǔn)確的水位測量值同時測量汽包壓力，對差壓信號進(jìn)行修正，獲得準(zhǔn)確的水位測量值。 圖圖5.8示平衡容器輸出差壓與示平衡容器輸出差壓與汽包水位之間的關(guān)系：汽包水位之間的關(guān)系：gHglgLpswwasw)()()(gpglgLHsw

21、wasw)()()(（5.10）式中式中: 汽包壓力下飽和水和汽包壓力下飽和水和 飽和蒸汽的密度差；飽和蒸汽的密度差； 室溫下水和飽和水的密度差；室溫下水和飽和水的密度差； 、 平衡容器的結(jié)構(gòu)尺寸。平衡容器的結(jié)構(gòu)尺寸。swwaLl 若將兩密度差近似為汽包壓力若將兩密度差近似為汽包壓力的線性函數(shù)：的線性函數(shù)：PKKgsw21)(PKKgwa43)(5.1 靜壓式液位測量靜壓式液位測量圖圖5.8 a sP0則：則：pKKppKKlpKKLH214321)()(pKKppKK2165=（5.11）式中：式中： 654321,KKKKKK 常數(shù)。常數(shù)。其中其中 ， 。315lKLKK426lKLKK

22、當(dāng)壓力補(bǔ)償范圍較大時當(dāng)壓力補(bǔ)償范圍較大時，可多段折線來逼近密度差與汽可多段折線來逼近密度差與汽包壓力的關(guān)系包壓力的關(guān)系。 由式由式(5.11)設(shè)計的差壓式設(shè)計的差壓式汽包水位測量系統(tǒng)方框圖如圖汽包水位測量系統(tǒng)方框圖如圖5.9。5.1 靜壓式液位測量靜壓式液位測量圖圖5.9現(xiàn)場安裝現(xiàn)場安裝5.1 靜壓式液位測量靜壓式液位測量 例題例題1、如圖示，用差壓變送器測密閉容器的液位。已知、如圖示，用差壓變送器測密閉容器的液位。已知h1=50cm，h2=200cm，h3=140cm，被測介質(zhì)的密度，被測介質(zhì)的密度1 = 0.85g /cm3，負(fù)壓管內(nèi)的隔，負(fù)壓管內(nèi)的隔離液為水，求變送器的調(diào)校范圍和遷移量。

23、離液為水，求變送器的調(diào)校范圍和遷移量。 解：儀表的量程解：儀表的量程P ：PaghP9 .1667110001007 .98085. 020012當(dāng)液位最低時，變送器正、負(fù)壓室的受力：當(dāng)液位最低時，變送器正、負(fù)壓室的受力：000133 .1167010001007 .98085. 0140PPaPPghP00003213 .3824710001007 .9801)14020050()(PPaPPghhhP 遷移量：遷移量：PaPPP265773 .382473 .11670因因 P 盲區(qū)距離。雙探頭方式，可大盲區(qū)距離。雙探頭方式，可大為減小盲區(qū)。為減小盲區(qū)。2、設(shè)置校正具、設(shè)置校正具回聲測距法

24、：聲波在介質(zhì)中的回聲測距法：聲波在介質(zhì)中的傳播速度傳播速度與介質(zhì)的密度有與介質(zhì)的密度有關(guān)，而密度是溫度和壓力的函數(shù)；關(guān)，而密度是溫度和壓力的函數(shù)；聲速變化，影響測距準(zhǔn)確性；聲速變化，影響測距準(zhǔn)確性；保證測量精度：對聲速進(jìn)行校正。保證測量精度：對聲速進(jìn)行校正。5.4 超聲波物位測量超聲波物位測量0時空氣中的聲速為時空氣中的聲速為331ms，100時空氣中的聲速時空氣中的聲速384ms 設(shè)液位設(shè)液位H，測量探頭發(fā)出聲波的傳，測量探頭發(fā)出聲波的傳播速度為播速度為v，往返時間為，往返時間為t，則：，則：5.4 超聲波物位測量超聲波物位測量tH21 校正探頭和測量探頭在同種介質(zhì)中，若校正探頭和測量探頭在

25、同種介質(zhì)中，若v v0，則：，則：35. 500ttLH (5.43) 固定校正具方法固定校正具方法 圖圖5.29。兩組探頭：測量探頭和。兩組探頭：測量探頭和校校正探頭正探頭。校正探頭到反射板的距離。校正探頭到反射板的距離L0。在介質(zhì)中的波速在介質(zhì)中的波速v0，往返時間，往返時間t0，則：，則：00021tvL 若使若使t0數(shù)值上等于數(shù)值上等于L，則，則t數(shù)值上就等于液位高數(shù)值上就等于液位高H。圖圖5.29 裝于傳聲介質(zhì)中，探頭與反射裝置裝于傳聲介質(zhì)中，探頭與反射裝置距離固定距離固定 5.4 超聲波物位測量超聲波物位測量問題：問題： 固定位置安裝校正具；許多情況下不能保證固定位置安裝校正具；許

26、多情況下不能保證v v0 ； 容器中溫度場和介質(zhì)密度上下不均勻，波速有差異；容器中溫度場和介質(zhì)密度上下不均勻，波速有差異； 活動校正具（活動校正具（如圖如圖5.30） 若密度分布不均勻，或介質(zhì)存在溫度梯度時，可采用浮若密度分布不均勻，或介質(zhì)存在溫度梯度時，可采用浮臂式傾斜校正具；臂式傾斜校正具； 精度高，但安裝不方便，要求容器的精度高，但安裝不方便，要求容器的直徑直徑(或高度或高度)要大于要大于Hmax。 圖圖5.305.4 超聲波物位測量超聲波物位測量 固定距離標(biāo)志方法固定距離標(biāo)志方法 圖圖5.31，在探頭上方，每隔固距離，在探頭上方，每隔固距離(如如1m)放一小反射體；放一小反射體； 每遇

27、一個反射體就有一個反射標(biāo)志波；每遇一個反射體就有一個反射標(biāo)志波； 當(dāng)聲脈沖傳到液面，仍有較強(qiáng)的液面反當(dāng)聲脈沖傳到液面，仍有較強(qiáng)的液面反射波；射波； 鑒別出各個標(biāo)志波和液面波鑒別出各個標(biāo)志波和液面波（圖（圖5.32），可得液位高：可得液位高：圖圖5.31將液位高度將液位高度H分為分為h1和和h2進(jìn)行測量，進(jìn)行測量，h1可準(zhǔn)確計量，可準(zhǔn)確計量， h2采用活動校正具法測量，測量精度較高。采用活動校正具法測量，測量精度較高。 如如H4582mm，因米標(biāo)志波不受介質(zhì)的聲速影響，因米標(biāo)志波不受介質(zhì)的聲速影響，只要小反射體安裝距離準(zhǔn)確，就可準(zhǔn)確確定米數(shù)，即只要小反射體安裝距離準(zhǔn)確，就可準(zhǔn)確確定米數(shù)，即h1

28、41000mm。測量測量h2 = 582mm即可，降低了精度要求。即可，降低了精度要求。5.4 超聲波物位測量超聲波物位測量44. 521hhH h1 以米為單位的液位數(shù)值；以米為單位的液位數(shù)值； h2 小于小于1m的零數(shù)段。的零數(shù)段。圖圖5.325.4 超聲波物位測量超聲波物位測量 5.4.3 氣介式超聲液位氣介式超聲液位 圖圖5.33帶聲速校正具的多能氣介式超聲波液帶聲速校正具的多能氣介式超聲波液位計原理框圖。位計原理框圖。Ac 、Bc：聲速校正，間距為：聲速校正，間距為 L ；Am 、Bm測量，間距測量，間距2D ，發(fā)射到接收，發(fā)射到接收，經(jīng)過的時間經(jīng)過的時間 tx ，到液面垂直距離，到

29、液面垂直距離X；聲波傳播的實(shí)際距離聲波傳播的實(shí)際距離 ；若把聲波經(jīng)過若把聲波經(jīng)過2X的垂直距離所需時間表的垂直距離所需時間表示為示為tx，則：，則：222XD 22/XDXttxx2122)1 (xxtXDt(5.45) 圖圖5.33BC5.4 超聲波物位測量超聲波物位測量/2122)1 ()1 (xxxttXDt當(dāng)當(dāng)XD時，近似地：時，近似地：46. 5212XD 若將測量點(diǎn)到容器底的距離取為若將測量點(diǎn)到容器底的距離取為nL（n1，2，3，），則），則H：47. 52110nttnLXnLHxLt 0 校正探頭的超聲脈沖從發(fā)射到接收的時間校正探頭的超聲脈沖從發(fā)射到接收的時間s； 超聲脈沖在氣

30、介質(zhì)中的傳播速度超聲脈沖在氣介質(zhì)中的傳播速度ms。0tnL和和 都是常數(shù)，測出都是常數(shù)，測出 可知液位高。可知液位高。 02ntxt5.4 超聲波物位測量超聲波物位測量5.4 超聲波物位測量超聲波物位測量USS-93B系列超聲波液位計、料位計系列超聲波液位計、料位計*特特 點(diǎn)點(diǎn):一體化設(shè)計，安裝方便；一體化設(shè)計，安裝方便；三線制；三線制；強(qiáng)勁聲波發(fā)射，測量穩(wěn)定可靠；強(qiáng)勁聲波發(fā)射，測量穩(wěn)定可靠；過壓過流保護(hù)；過壓過流保護(hù)；光電隔離光電隔離4-2OmA輸出；輸出；較大電流的雙繼電器輸出，用于較大電流的雙繼電器輸出，用于報警和控制泵；報警和控制泵；全塑料外殼，耐腐蝕，適應(yīng)任何全塑料外殼，耐腐蝕，適應(yīng)

31、任何現(xiàn)場環(huán)境；現(xiàn)場環(huán)境；靈活簡便的安裝方式靈活簡便的安裝方式:法蘭式或支法蘭式或支架式。架式。應(yīng)用場所應(yīng)用場所: 敞口池子敞口池子 水渠水渠 水井水井 化學(xué)品罐化學(xué)品罐 料槽料槽 糧倉糧倉 料倉料倉 儲罐儲罐被測介質(zhì)：被測介質(zhì)：清水清水 污水污水 灰漿灰漿 泥漿泥漿 酸堿液酸堿液 化學(xué)試劑化學(xué)試劑 化肥藥品化肥藥品 潤滑油潤滑油 重油重油 瀝青瀝青 礦石礦石 固體顆粒固體顆粒產(chǎn)品類型產(chǎn)品類型: USS-93B2、USS-93B4、USS-93B6、USS-93B16型型 USS-93B系列超聲波液位計、料位計系列超聲波液位計、料位計USS-93B2、USS-93B4、USS-93B6型型 由主

32、機(jī)與探頭構(gòu)成由主機(jī)與探頭構(gòu)成 耐強(qiáng)腐蝕耐強(qiáng)腐蝕 可應(yīng)用于壓力容器（特制）可應(yīng)用于壓力容器（特制） 適用于各種液壓介質(zhì)適用于各種液壓介質(zhì) 低盲區(qū)低盲區(qū) 精確溫度補(bǔ)償精確溫度補(bǔ)償 高出國外產(chǎn)品高出國外產(chǎn)品5倍以上的信號靈敏度倍以上的信號靈敏度 基本技術(shù)參數(shù)：基本技術(shù)參數(shù)： 量程：量程：0.30-2.00m USS-93B2型型 0.30-4.00m USS-93B4型型 0.30-6.00m USS-93B6型型 分辨率：分辨率：0.01m 測量精度：測量精度：0.5%（滿量程）（滿量程） 輸出信號：輸出信號：DC4-20mA 電流信號電流信號 允許環(huán)境溫度：允許環(huán)境溫度：-30+60 探頭耐壓強(qiáng)

33、度：普通型探頭耐壓強(qiáng)度：普通型0-0.4bar 特制型特制型0-1.0Mpa 探頭波束角：探頭波束角：3度（度（-3dB） 供電電源：供電電源：DC24V 0.3A ；AC220V 0.3A 繼電器上下限報警繼電器上下限報警 電纜裝置：電纜裝置：PG7密封套密封套 外殼材料：外殼材料：ABS（主機(jī)）（主機(jī)）PVC（探頭（探頭12） 安裝方式：法蘭或支架安裝方式：法蘭或支架 USS-93B系列超聲波液位計、料位計系列超聲波液位計、料位計 量程：量程：0.60-20.00m 分辨率：分辨率：0.01m 測量精度：測量精度：0.5%（滿量程）（滿量程） 輸出信號：輸出信號：DC4-20mA 電流信號

34、電流信號 允許環(huán)境溫度：允許環(huán)境溫度：-30+60 探頭波束角：探頭波束角：3度（度（-3dB） 探頭耐壓強(qiáng)度：探頭耐壓強(qiáng)度： 普通型普通型 0-0.4bar 特制型特制型0-1.0Mpa 探頭外殼保護(hù)等級：探頭外殼保護(hù)等級：1P66 供電電源：供電電源：DC24V 0.3A ； AC220V 0.3A 繼電器上下限報警繼電器上下限報警 電纜裝置：電纜裝置：PG7密封套密封套 外殼材料：外殼材料：ABS（主機(jī)）（主機(jī)）PVC（探頭）（探頭） 安裝方式：法蘭或支架安裝方式：法蘭或支架 USS-93B16型型 由主機(jī)與探頭構(gòu)成由主機(jī)與探頭構(gòu)成 可用于液位、料位多種測量場所可用于液位、料位多種測量場

35、所 耐強(qiáng)腐蝕耐強(qiáng)腐蝕 適用于各種介質(zhì)適用于各種介質(zhì) 低盲區(qū)低盲區(qū) 極高靈敏度極高靈敏度 基本技術(shù)參數(shù)：基本技術(shù)參數(shù)：LMS型數(shù)顯表型數(shù)顯表 液位顯示液位顯示 表盤式安裝表盤式安裝 DC24V 0.5A輸出輸出 上下限報警，繼電器輸上下限報警，繼電器輸 出控制出控制 可與主機(jī)配套使用可與主機(jī)配套使用 波長在波長在1mm到到1m的電磁波稱為的電磁波稱為微波微波。 與無線電波比較，特點(diǎn)：與無線電波比較，特點(diǎn)： 良好的定向輻射性，良好的定向輻射性，良好的傳輸特性；良好的傳輸特性； 傳輸過程中受火焰、灰塵、煙霧傳輸過程中受火焰、灰塵、煙霧及強(qiáng)光的影響極??；介質(zhì)對微波的吸收與介質(zhì)的介及強(qiáng)光的影響極小；介質(zhì)

36、對微波的吸收與介質(zhì)的介電常數(shù)成比例，水對微波的吸收最大。電常數(shù)成比例，水對微波的吸收最大。雷達(dá)式物位計雷達(dá)式物位計微波技術(shù)的物位測量儀表。微波技術(shù)的物位測量儀表。無可動部件、不接觸介質(zhì)、無測量盲區(qū)；無可動部件、不接觸介質(zhì)、無測量盲區(qū)；可用于大型固定罐、浮頂罐內(nèi)腐蝕性液體、高黏度液可用于大型固定罐、浮頂罐內(nèi)腐蝕性液體、高黏度液體、有毒液體的液位測量；體、有毒液體的液位測量；精度幾乎不受被測介質(zhì)溫度、壓力、相對介電常數(shù)及精度幾乎不受被測介質(zhì)溫度、壓力、相對介電常數(shù)及其易燃易爆等惡劣工況的限制。其易燃易爆等惡劣工況的限制。 5.5 微波法物位測量微波法物位測量-雷達(dá)式物位計雷達(dá)式物位計 5.5.1測

37、量原理測量原理 雷達(dá)波往返的時間雷達(dá)波往返的時間（發(fā)射，抵達(dá)發(fā)射，抵達(dá)液面后反射），正比于天線到液面的液面后反射），正比于天線到液面的距離。圖距離。圖4.34cdt22tcd 48. 52tcLdLH C電磁波傳播速度，電磁波傳播速度，300000kms； d被測介質(zhì)與天線之間的距離，被測介質(zhì)與天線之間的距離，m； t 天線發(fā)射與接收到反射波的時間差，天線發(fā)射與接收到反射波的時間差，s； L天線距罐底高度，天線距罐底高度，m； H液位高度，液位高度，m。 兩種方式測量：微波脈沖法及連續(xù)波調(diào)頻法。兩種方式測量：微波脈沖法及連續(xù)波調(diào)頻法。脈沖測量法：常用脈沖測量法：常用56GHz輻射頻率，脈寬約輻

38、射頻率，脈寬約8ns； 連續(xù)波調(diào)頻法：常用連續(xù)波調(diào)頻法：常用10GH載波輻射頻率，鋸齒波，載波輻射頻率，鋸齒波，寬帶調(diào)頻。寬帶調(diào)頻。圖圖5.345.5 微波法物位測量微波法物位測量-雷達(dá)式物位計雷達(dá)式物位計5.5 微波法物位測量微波法物位測量-雷達(dá)式物位計雷達(dá)式物位計 1、微波脈沖法、微波脈沖法 原理圖原理圖5.35。脈沖由發(fā)送器通過天線發(fā)出；脈沖由發(fā)送器通過天線發(fā)出；經(jīng)液面反射后由接收器接收，并將信經(jīng)液面反射后由接收器接收，并將信號傳給計時器；號傳給計時器；計時器得到脈沖的往返時間；計時器得到脈沖的往返時間；難點(diǎn)：精確測量時間（雷達(dá)波速非常難點(diǎn)：精確測量時間（雷達(dá)波速非常快，直接測量難以滿精

39、度要求）?？?，直接測量難以滿精度要求）。解決法：采用合成脈沖雷達(dá)波，測量解決法：采用合成脈沖雷達(dá)波，測量發(fā)射波與反射波的頻率差，間接求得往發(fā)射波與反射波的頻率差，間接求得往返時間，圖返時間，圖5.36。圖圖5.35圖圖5.365.5 微波法物位測量微波法物位測量-雷達(dá)式物位計雷達(dá)式物位計 測量系統(tǒng)包括：天線頭、數(shù)據(jù)采集板測量系統(tǒng)包括：天線頭、數(shù)據(jù)采集板DAB、高頻信號發(fā)生板、高頻信號發(fā)生板HFB三部分。圖三部分。圖5.37。振蕩器：產(chǎn)生合成脈沖雷達(dá)波；振蕩器：產(chǎn)生合成脈沖雷達(dá)波；線性化：減少干擾帶來的波動；線性化：減少干擾帶來的波動；分配器：一束波分成互相隔離的兩束波；分配器：一束波分成互相隔

40、離的兩束波；B波：發(fā)射到基準(zhǔn)線波：發(fā)射到基準(zhǔn)線(帶溫度補(bǔ)償帶溫度補(bǔ)償)，提供，提供自校正參考；自校正參考；微處理器：計算得出微處理器：計算得出d。 設(shè)設(shè)B波基準(zhǔn)線長度波基準(zhǔn)線長度d0，液面到天線距離，液面到天線距離d反射計反射計A： sfd2由傳播介質(zhì)和實(shí)際安裝方式?jīng)Q定。由傳播介質(zhì)和實(shí)際安裝方式?jīng)Q定。 50. 5kc反射計反射計B B： 51. 5210sfcd52. 510ffkdd常數(shù)；常數(shù)； 的測量在密封殼內(nèi)，受外界影響很小。的測量在密封殼內(nèi)，受外界影響很小。f圖圖5.375.5 微波法物位測量微波法物位測量-雷達(dá)式物位計雷達(dá)式物位計* 2、連續(xù)波調(diào)頻法、連續(xù)波調(diào)頻法 原理框圖如圖原理框

41、圖如圖5.38。微波源：波段微波源：波段(10GH)的壓控振蕩器；的壓控振蕩器；從液面反射的信號經(jīng)環(huán)形器送往混頻器；從液面反射的信號經(jīng)環(huán)形器送往混頻器；混頻器：對輸入信號進(jìn)行混頻，產(chǎn)生差頻信號，并送往放大器；混頻器：對輸入信號進(jìn)行混頻，產(chǎn)生差頻信號，并送往放大器；放大器：將回波信號放大到規(guī)定的幅度后，送數(shù)字信號處理器；放大器：將回波信號放大到規(guī)定的幅度后，送數(shù)字信號處理器；數(shù)字信號處理器：對輸入信號進(jìn)行采樣和傅氏變換，獲得頻譜特性；數(shù)字信號處理器：對輸入信號進(jìn)行采樣和傅氏變換，獲得頻譜特性；計算輸出液位信號。計算輸出液位信號。圖圖5.385.5 微波法物位測量微波法物位測量-雷達(dá)式物位計雷達(dá)式

42、物位計 5.5.2 雷達(dá)液位計的應(yīng)用問題雷達(dá)液位計的應(yīng)用問題 1、介質(zhì)的相對介電常數(shù)、介質(zhì)的相對介電常數(shù) 微波在液面產(chǎn)生反射和折射，強(qiáng)度被衰減，當(dāng)相對介電常數(shù)小到微波在液面產(chǎn)生反射和折射，強(qiáng)度被衰減，當(dāng)相對介電常數(shù)小到一定值時，微波信號衰減過大，液位計無法正常工作。一定值時，微波信號衰減過大，液位計無法正常工作。避免法：被測介質(zhì)相對介電常數(shù)大于產(chǎn)品所要求的最小值；用導(dǎo)波管。避免法：被測介質(zhì)相對介電常數(shù)大于產(chǎn)品所要求的最小值；用導(dǎo)波管。2、溫度和壓力、溫度和壓力微波的傳播微波的傳播速度速度不受溫度變化的影響；不受溫度變化的影響；在允許溫度范圍內(nèi)工作（采取冷卻措施）；在允許溫度范圍內(nèi)工作（采取冷卻

43、措施）；避免高溫介質(zhì)對天線的影響：與最高液面間留有一定的安全距離。避免高溫介質(zhì)對天線的影響：與最高液面間留有一定的安全距離?？稍谡婵栈蚴軌籂顟B(tài)下正常工作；可在真空或受壓狀態(tài)下正常工作；壓力高到一定程度時，對測量帶來誤差。壓力高到一定程度時，對測量帶來誤差。3、導(dǎo)波管、導(dǎo)波管(穩(wěn)態(tài)管穩(wěn)態(tài)管)消除多重回波所產(chǎn)生的干擾影響；消除多重回波所產(chǎn)生的干擾影響；提高反射回波能量（測量相對介電常數(shù)較小的液面）提高反射回波能量（測量相對介電常數(shù)較小的液面）。與傳播媒介的相對介電常數(shù)和磁導(dǎo)率有關(guān)與傳播媒介的相對介電常數(shù)和磁導(dǎo)率有關(guān)5.5 微波法物位測量微波法物位測量-雷達(dá)式物位計雷達(dá)式物位計 對魚雷罐鐵水的測量。

44、對魚雷罐鐵水的測量。鐵水溫度：鐵水溫度：1000以上。以上。解決高溫的問題。解決高溫的問題。 A、在加長的安裝立管上、在加長的安裝立管上安裝壓縮空氣通道，注入安裝壓縮空氣通道，注入壓縮空氣以降低雷達(dá)液位壓縮空氣以降低雷達(dá)液位計的喇叭天線口的溫度。計的喇叭天線口的溫度。 B、采用導(dǎo)波彎管的設(shè)計，、采用導(dǎo)波彎管的設(shè)計，避開由于輻射引起的超高避開由于輻射引起的超高溫。溫。 C、喇叭天線與安裝口保持、喇叭天線與安裝口保持一定的距離，以降溫。一定的距離，以降溫。 5.6.1基本原理基本原理 射源產(chǎn)生的射線穿透物質(zhì)，其射源產(chǎn)生的射線穿透物質(zhì)，其強(qiáng)度強(qiáng)度隨物質(zhì)的厚度而變化：隨物質(zhì)的厚度而變化：HeII0 分別為射入介質(zhì)前和通過介質(zhì)后的射線強(qiáng)度，分別為射入介質(zhì)前和通過介質(zhì)后的射線強(qiáng)度， 介質(zhì)對射線的吸收系數(shù)，介質(zhì)對射線的吸收系數(shù)， 介質(zhì)的厚度，介質(zhì)的厚度，介質(zhì)不同，吸收射線的能力也不同；介質(zhì)不同，吸收射線的能力也不同；當(dāng)放射源和被測介質(zhì)一定時，當(dāng)放射源和被測介質(zhì)一定時， 和和 都為常數(shù)；都為常數(shù)；則介質(zhì)厚度則介質(zhì)厚度H與射線強(qiáng)度與射線強(qiáng)度I的關(guān)系為：的關(guān)系為： 0,II0IIIIIH00ln1ln1ln1被吸收掉一部分被吸收掉一部分5.6 核輻射物位檢測技術(shù)核輻射物位檢