自動檢測技術(shù)7物位測量課件

第七章物位測量

7.1浮力式液位測量7.2靜壓式液位測量7.3電容式液位測量7.4超聲波物位測量7.5雷達(dá)物位測量7.6磁致伸縮液位測量提綱7.1.1測量原理（1）恒浮力法液位測量W：浮子重力；F：浮子所受浮力；G：平衡物重力。7.1.1測量原理（1）恒浮力法液位測量凱泰克KM26磁耦合液位計(jì)應(yīng)用原理圖凱泰克KC99磁耦合液位計(jì)防漏防磁指示型遠(yuǎn)傳型密封殼體保護(hù)附近不可有強(qiáng)磁場舌簧管7.1.1測量原理（1）恒浮力法液位測量磁浮子式液位計(jì)——磁浮子舌簧管液位變送器

干簧管鐵片7.1.1測量原理（1）恒浮力法液位測量初態(tài)：末態(tài)：7.1.1測量原理(2)變浮力法液位測量——浮筒液位計(jì)上兩式相減：目的：測出較小的Δx，得到較大的液位變化ΔHc——彈性剛度系數(shù)，N/m；x——彈簧拉伸位移，m；A——浮筒的截面積，m2；H——浮筒被液體浸沒的高度,m，ρ——被測液體的密度，kg/m3;g——重力加速度，m/s2。其中：液位變化力的變化機(jī)械位移位移傳感器電信號初態(tài)：末態(tài)：7.1.1測量原理(2)變浮力法液位測量——浮筒液位計(jì)液位變化扭力矩變化扭轉(zhuǎn)角變化角位移傳感器電信號7.1浮力式液位測量7.2靜壓式液位測量7.3電容式液位測量7.4超聲波物位測量7.5雷達(dá)物位測量7.6磁致伸縮液位測量提綱根據(jù)流體靜力學(xué)原理：通過測得容器內(nèi)液柱高度產(chǎn)生的靜壓實(shí)現(xiàn)液位測量。7.2.1測量原理零點(diǎn)遷移：液面高度為零時(shí)，即便受附加靜壓差，輸出仍為“零”。三種情況:無遷移、負(fù)遷移和正遷移（a）無遷移。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，并保證正壓室與零液位等高。差壓變送器作用是將輸入差壓4~20mA：Ｈ=0ΔP=0I＝4mA;Ｈ=ＨmaxΔP=ΔPmaxＩ＝20mA(1)零點(diǎn)遷移問題P＋＝P０＋Ｈρ１gΔｐ＝ｐ＋－ｐ－＝Ｈρ１gP-＝P０7.2.3差壓式液位計(jì)（b）負(fù)遷移ｐ＋＝ｈ１ρ２ｇ＋Ｈρ１ｇ＋ｐ０ｐ－＝ｈ２ρ２ｇ＋ｐ０Δｐ＝ｐ＋－ｐ－

＝Ｈρ1ｇ＋ｈ1ρ2ｇ－ｈ2ρ2ｇ＝Ｈρ1ｇ－ＢＢ＝(h2-h1)ρ2g>07.2.3差壓式液位計(jì)(1)零點(diǎn)遷移問題當(dāng)Ｈ＝０時(shí)△P＝－Β＜０Ｉ＜4ｍＡ調(diào)節(jié)變送器上的遷移機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)

△P＝－ＢＩ＝4ｍＡH=0當(dāng)Ｈ＝Ｈmax時(shí)

△

P＝Ｈmaxρ1ｇ－ＢＩ＝20ｍＡ說明:調(diào)整的壓差Δｐ是作用于負(fù)壓室且附加靜壓<0負(fù)遷移?。╞）負(fù)遷移7.2.3差壓式液位計(jì)(1)零點(diǎn)遷移問題Ｂ＝(h2-h1)ρg△P=Hρ1g－Ｂ求解界位密閉容器7.2.3差壓式液位計(jì)注：負(fù)壓室要處于上層介質(zhì)中，且不高于上表面7.1浮力式液位測量7.2靜壓式液位測量7.3電容式液位測量7.4超聲波物位測量7.5雷達(dá)物位測量7.6磁致伸縮液位測量提綱D0>>D，且ε＞ε0′液位由0增加到H，傳感器電容變化量△C為：補(bǔ)充：射頻導(dǎo)納液位計(jì)(去除掛料影響的電容式液位傳感器)通過分析傳輸電流的波動方程，得（射頻導(dǎo)納定理）：射頻導(dǎo)納液位計(jì)掛料的等效阻抗為：7.1浮力式液位測量7.2靜壓式液位測量7.3電容式液位測量7.4超聲波物位測量7.5雷達(dá)物位測量7.6磁致伸縮液位測量提綱凱泰克（K-Tek）超聲波液位/料位計(jì)7.4.1測量原理聲波遇到兩相界面時(shí)會發(fā)生反射單探頭氣介式氣介聲速高出最高液位（1）基本測量方法7.4.2測量方法測量盲區(qū)約1m（２）設(shè)置聲速校正具方法聲波在介質(zhì)中的傳播速度與介質(zhì)的密度有關(guān)，而密度是溫度和壓力的函數(shù)v——ρ——（P,T）eg.空氣

V0℃=331m/s；V100℃=387m/s7.4.2測量方法帶溫度探頭的超聲波液位計(jì)帶有聲速校正桿的超聲波液位計(jì)tt0hh07.1浮力式液位測量7.2靜壓式液位測量7.3電容式液位測量7.4超聲波物位測量7.5雷達(dá)物位測量7.6磁致伸縮液位測量提綱7.5.1測量原理發(fā)射接收高頻電磁波，原理類似于超聲液位計(jì)。電磁波，波速與空氣溫度、濕度等無關(guān)。雷達(dá)液位計(jì)導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)德國E+HFMR230雷達(dá)液位計(jì)用于液體、顆粒及漿料物位的連續(xù)非接觸測量。測量不受介質(zhì)變化、溫度變化、惰性氣體及蒸汽的影響；喇叭式天線，頻率6GHz；量程20m，精度±3mm；兩線制，HART協(xié)議；西門子SITRANSLR400雷達(dá)液位計(jì)適于測量高粉塵固體物料和低介電常數(shù)液體物位。連續(xù)波調(diào)頻工作方式；工作頻率24GHz；量程50m，精度±60mm；兩線制，HART協(xié)議；現(xiàn)場本安型的紅外手持編程器對儀表進(jìn)行編程。德國科隆(KROHNE)BM70P雷達(dá)液位計(jì)液體和液化氣的液位測量。工作頻率8.9－9.9GHz；量程35m；精度:1~10m時(shí)，±1mm>10m時(shí)，±0.01%示值誤差具有改進(jìn)信噪比的微波窗，高靈敏性，動態(tài)響應(yīng)達(dá)140dB。7.5.2計(jì)數(shù)法測時(shí)若計(jì)數(shù)時(shí)鐘頻率為f，從發(fā)射脈沖瞬間觸發(fā)計(jì)數(shù)到接收脈沖瞬間停止計(jì)數(shù)，共有N個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，則傳播時(shí)間t為由得其中Δt－計(jì)數(shù)脈沖周期 f－計(jì)數(shù)脈沖頻率ΔH－液位分辨率電磁波速度（即光速）m/s，ΔH＝1.5mm

計(jì)數(shù)脈沖頻率為而當(dāng)前集成電路的運(yùn)算速度為幾十MHz，相差幾個(gè)數(shù)量級，必須另尋出路！7.5.3等效時(shí)間采樣法測時(shí)被測信號是周期為T的周期性信號，采樣周期為T+Δt，每周期只采一個(gè)瞬時(shí)值，等效采樣周期為Δt。周期性重復(fù)的高頻信號均可采用此方法，降低采樣頻率。原理等效時(shí)間采樣法在時(shí)間量檢測中的應(yīng)用Δt（最小分辨時(shí)間）為發(fā)射與采樣信號周期差值，又稱等效采樣周期，只要滿足兩信號周期之差為Δt<10ps。舉例：發(fā)射時(shí)鐘采樣時(shí)鐘相應(yīng)的，前已述，分辨ΔH=1.5mm液位，等效采樣周期Δt<10ps故，若實(shí)測距離hD＝6.182m第n個(gè)采樣脈沖可測到反射波，求n？若取n=4294，則發(fā)射接收4294次完成測量，用計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)n，即可測出tD，進(jìn)而求出hD。需時(shí)驗(yàn)算n=4293n=4294今測得n=23654,求h:7.5.4連續(xù)波調(diào)頻法調(diào)頻連續(xù)波接收到的信號頻率與發(fā)出的信號頻率之差時(shí)間差液位高度7.5.4連續(xù)波調(diào)頻法7.1浮力式液位測量7.2靜壓式液位測量7.3電容式液位測量7.4超聲波物位測量7.5雷達(dá)物位測量7.6磁致伸縮液位測量提綱磁致伸縮效應(yīng)：鐵磁材料和亞鐵磁材料在居里點(diǎn)溫度以下，于磁場中被磁化時(shí)，會沿磁化方向發(fā)生微量伸長或縮短的現(xiàn)象。AT100

磁致伸縮液位計(jì)應(yīng)用原理圖AT500磁致伸縮液位計(jì)美國凱泰克(K-Tek)工作原理：磁浮子產(chǎn)生一個(gè)軸向磁場，電流脈沖產(chǎn)生一個(gè)脈沖周向磁場，兩磁場相遇時(shí)合成傾斜磁場，產(chǎn)生磁致伸縮效應(yīng)。波導(dǎo)管內(nèi)的敏感元件（由特殊磁