自动检测技术7物位测量.ppt
第七章 物位测量郑丹丹,7.1 浮力式液位测量7.2 静压式液位测量7.3 电容式液位测量7.4 超声波物位测量7.5 雷达物位测量7.6 磁致伸缩液位测量,提 纲,7.1.1 测量原理,（1）恒浮力法液位测量,W：浮子重力；F：浮子所受浮力；G：平衡物重力。,由于仪表各部分具有摩擦，所以只有在浮力 达到一定数值，能克服摩擦时，浮子才能开始动作，这就是仪表产生不灵敏区的原因。,7.1.1 测量原理,（1）恒浮力法液位测量,表示不灵敏区,7.1.1 测量原理,（1）恒浮力法液位测量,凯泰克KM26磁耦合液位计,应用原理图,凯泰克KC99 磁耦合液位计,防漏,防磁,指示型,远传型,密封壳体保护,附近不可有强磁场,舌簧管,7.1.1 测量原理,（1）恒浮力法液位测量,磁浮子式液位计磁翻板,N,S,小磁针,罐外,红色,白色,10,水平轴,轻、薄,径向充磁,磁浮子式液位计磁浮子舌簧管液位变送器,干簧管,7.1.1 测量原理,（1）恒浮力法液位测量,初态：,末态：,7.1.1 测量原理,(2)变浮力法液位测量浮筒液位计,上两式相减：,目的：测出较小的x，得到较大的液位变化H,c弹性刚度系数，N/m；x弹簧拉伸位移，m；A浮筒的截面积，m2；H浮筒被液体浸没的高度,m，被测液体的密度，kg/m3;g 重力加速度，m/s2。,其中：,液位变化,力的变化,机械位移,位移传感器,电信号,初态：,末态：,7.1.1 测量原理,(2)变浮力法液位测量浮筒液位计,7.1.1 测量原理,(2)变浮力法液位测量浮筒液位计,液位变化,扭力矩变化,扭转角变化,角位移传感器,电信号,7.1 浮力式液位测量7.2 静压式液位测量7.3 电容式液位测量7.4 超声波物位测量7.5 雷达物位测量7.6 磁致伸缩液位测量,提 纲,根据流体静力学原理：,通过测得容器内液柱高度产生的静压实现液位测量。,7.2.1 测量原理,7.2.2 压力式液位计（1）测压仪表测量,注意：测压基准点与最低液位一致（a）适合粘度较小、洁净液体的液位测量。,敞口容器,（a）,（b）,零点迁移：液面高度为零时，即便受附加静压差，输出仍为“零”。三种情况:无迁移、负迁移和正迁移,（a）无迁移。差压变送器正、负压室分别与容器下部和上部的取压点相连通，并保证正压室与零液位等高。,差压变送器作用是将输入差压420 mA：=0 P=0 I4 mA;=max P=Pmax 20 mA,(1)零点迁移问题,PP g,g,P-P,7.2.3 差压式液位计,（b）负迁移,11222 1,(h2-h1)2g 0,7.2.3 差压式液位计,(1)零点迁移问题,当 时 P 4 调节变送器上的迁移机构，实现 P4H=0当max时 P max120说明:调整的压差 是作用于负压室 且附加静压0负迁移！,（b）负迁移,7.2.3 差压式液位计,(1)零点迁移问题,(h2-h1)g,P=H1g,1当=时P=C 调节迁移机构:当P=C时=0。当=max时P=max1+CI=20mA说明:调整的压差是作用于正压室 且 附加静压0正迁移！,（c）正迁移,=h1g,7.2.3 差压式液位计,(1)零点迁移问题,求解界位,密闭容器,7.2.3 差压式液位计,注：负压室要处于上层介质中，且不高于上表面,7.1 浮力式液位测量7.2 静压式液位测量7.3 电容式液位测量7.4 超声波物位测量7.5 雷达物位测量7.6 磁致伸缩液位测量,提 纲,当液位高度为0时，传感器电容量C0为,当液位高度为H时，传感器电容量CH 为,7.3.1 导电液体的液位测量,液位由0增加到H，传感器电容变化量C为：,补充：射频导纳液位计,(去除挂料影响的电容式液位传感器),通过分析传输电流的波动方程，得（射频导纳定理）：,射频导纳液位计,挂料的等效阻抗为：,当：,进行测量。,射频导纳液位计,7.1 浮力式液位测量7.2 静压式液位测量7.3 电容式液位测量7.4 超声波物位测量7.5 雷达物位测量7.6 磁致伸缩液位测量,提 纲,凯泰克（K-Tek）超声波液位/料位计,7.4.1 测量原理,声波遇到两相界面时会发生反射,单探头气介式,气介声速,高出最高液位,（1）基本测量方法,7.4.2 测量方法,测量盲区约1m,（）设置声速校正具方法 声波在介质中的传播速度与介质的密度有关，而密度是温度和压力的函数 v（P,T）eg.空气 V0=331 m/s；V100=387 m/s,7.4.2 测量方法,带温度探头的超声波液位计,带有声速校正杆的超声波液位计,t,t0,7.1 浮力式液位测量7.2 静压式液位测量7.3 电容式液位测量7.4 超声波物位测量7.5 雷达物位测量7.6 磁致伸缩液位测量,提 纲,7.5.1 测量原理 发射接收高频电磁波，原理类似于超声液位计。电磁波，波速与空气温度、湿度等无关。,德国E+H FMR230 雷达液位计用于液体、颗粒及浆料物位的连续非接触测量。测量不受介质变化、温度变化、惰性气体及蒸汽的影响；喇叭式天线，频率6 GHz；量程20 m，精度3mm；两线制，HART协议；,西门子SITRANS LR400 雷达液位计适于测量高粉尘固体物料和低介电常数液体物位。连续波调频工作方式；工作频率24 GHz；量程50 m，精度60 mm；两线制，HART协议；现场本安型的红外手持编程器对仪表进行编程。,德国科隆(KROHNE)BM70P 雷达液位计液体和液化气的液位测量。工作频率8.99.9 GHz；量程35 m；精度:110 m时，1mm 10 m时，0.01%示值误差具有改进信噪比的微波窗，高灵敏性，动态响应达 140 dB。,7.5.2 计数法测时,若计数时钟频率为f，从发射脉冲瞬间触发计数到接收脉冲瞬间停止计数，共有N个计数脉冲，,则传播时间t为,电磁波速度（即光速）m/s，H1.5 mm 计数脉冲频率为,而当前集成电路的运算速度为几十MHz，相差几个数量级，必须另寻出路！,7.5.3 等效时间采样法测时,被测信号是周期为T的周期性信号，采样周期为T+t，每周期只采一个瞬时值，等效采样周期为t。周期性重复的高频信号均可采用此方法，降低采样频率。,原理,等效时间采样法在时间量检测中的应用,t（最小分辨时间）为发射与采样信号周期差值，又称等效采样周期，只要满足两信号周期之差为t10ps。,举例：发射时钟,采样时钟,相应的，,前已述，分辨H=1.5mm液位，等效采样周期t10ps故，若实测距离 hD6.182m第n个采样脉冲可测到反射波，求n？,若取n=4294，则发射接收4294次完成测量，,用计数器计数n，即可测出tD，进而求出hD。,需时,验 算,7.5.4 连续波调频法,调频连续波,接收到的信号频率与发出的信号频率之差,时间差,液位高度,7.5.4 连续波调频法,7.1 浮力式液位测量7.2 静压式液位测量7.3 电容式液位测量7.4 超声波物位测量7.5 雷达物位测量7.6 磁致伸缩液位测量,提 纲,磁致伸缩效应：铁磁材料和亚铁磁材料在居里点温度以下，于磁场中被磁化时，会沿磁化方向发生微量伸长或缩短的现象。,AT100磁致伸缩液位计,应用原理图,AT500磁致伸缩液位计,美国凯泰克(K-Tek),工作原理：磁浮子产生一个轴向磁场，电流脉冲产生一个脉冲周向磁场，两磁场相遇时合成倾斜磁场，产生磁致伸缩效应。波导管内的敏感元件（由特殊磁致伸缩材料制成）出现扭曲变形（机械变形振动），应变脉冲的超声波信号向两端传播。,补充作业：,1、一台脉冲式雷达液位计，发射脉冲信号周期为499990ps,采样脉冲信号周期为500000ps,采用等效时间采样法进行雷达脉冲回波测量，等效采样周期为多少？液位分辨率是多少？今用计数器记得第13465个周期测得液位的反射波，问雷达液位计至液面距离是多少？,
