部分物位测量及变送.ppt

第5部分 物位测量,检测技术与仪表,概述5.1 静压式液位测量5.2 浮力式液位测量5.3 电容式液位测量5.4 超声波物位测量5.5 微波法物位测量5.6 核辐射物位测量5.7 电导式及电感式物位传感器5.8 阻力式料位传感器5.9 应用实例,概 述,一、物位测量的定义 物位：统指液位、料位和相界面的位置。液位：容器、河道、水库等，相对于某指定位置液体的表面位置。料位：容器、堆场、仓库等所储固体颗粒、粉料等的堆积高度。相界面：同一容器中两种密度不同且互不相溶的介质间的分界面。有：液-液相界面、液-固相界面。测料位的仪表料位计；测液位的仪表液位计，测分界面的仪表界面仪。,二、目的和意义 1、为经济核算提供依据：确定原料、半成品或成品的数量，保证生产物料平衡。2、维持正常生产、保证产品的产量和质量、保证安全生产。例，火电厂锅炉汽包水位测量与控制，过高蒸汽带水品质降低 轻则加重管道和汽机的积垢，降低压力和效率；重则使汽机发生故障。过低不利与水循环可能使水冷壁管局部过热甚至爆炸。三、工艺特点及主要问题 1、传感器的安装位置 液体：液位水平，只对安装高度有要求，在等高处任选地点安装；粉粒物料：料面不水平，与进出料口位置及流量有关。,概 述,若进出料口都处于轴线上的圆筒形容器；进料量大于出料，料面呈圆锥状；出料流大于进料，呈漏斗坑；在距容器内壁1/3半径处安装料位计。2、盲区 浮子法，受容器底面、顶面限制，有盲区；超声波法，受距离太小无法分辨的限制，存在盲区。3、死角 容器的几何形状和传感器安装点不当死角。4、分粒体料位有滯留区 流动性差，堆积状态不滑坡的最大倾角“安息角”。与颗粒形状、表面粗糙度、潮湿度、带静电否、吸附气体否等有关。设计料仓要考虑这一特性，否则会有物料残留。,概 述,代表平均料位,四、物位计的分类,按测量原理分为:压力式 浮力式 电容式 电导式 阻力式 声波式 微波及射线式 等等,概 述,5.1 静压式液位测量,5.1.1 测量原理 测液柱高产生的静压实现液位测量。如图4.1，设PA密封容器中A点的静压(气相压力)，PBB点的静压，H液位高度，液体密度。则：,若为敞口容器，则PA大气压，PB B点的表压力。,图5.1 静压法液位测量原理,当为常数，压力或差压只与液位高有关。测出P或P可知液位。量程合适的压力或差压的仪表皆可用于液位测量。P或P乘以容器的截面积，可得到容器中液体的质量测总量。,5.1.2 压力式液位计 测压表所测压力来反映液位，如图5.2。,图5.2 测压仪表测液位,1、用测压表测量,如图5.2(a)，引压管把压力计与容器底部连通，仪表示值反映液位高低。测压基准点与最低液位一致。若不一致，要考虑附加液柱影响，进行修正。适合黏度较小、洁净液体液位测量。测量黏稠、易结晶或含有颗粒液体的液位，采用法兰式压力变送器，如图5.2(b)。,5.1 静压式液位测量,引压管易堵塞,2、吹气法 适于腐蚀性、高黏度或有悬浮颗粒液位测量，如图5.3。由液位变化范围，调节减压阀2，使压缩空气压力为P1；调节流元件3，使压力为P2，保证最高液位仍有微量气泡从导管下端口逸出；P1变化不大，当满足P20.528 P1时，气源流量恒定不变。,吹气流量约：20Lh；液位管内压力从导管下端逸出的气量。管内压力与液体静压约相等，表5示值即反映液位高H。,5.1 静压式液位测量,5.3 吹气法测量图,压缩空气,5.1.3 差压式液位计容器下部的压力与液位高度及液面上部介质压力有关；差压值还受液体密度和仪表安装位置影响。1、零点迁移问题压力、差压检测要求：取压口(零液位)与压力/差压仪表的入口在同一水平面，否则有附加静压差；实际安装时不能保证满足该要求。如测地下储槽，仪表安在地面；法兰式差压变送器，导压管中充满硅油，安装在任何高度，均有附加静压。,5.1 静压式液位测量,读数和维护的方便,无迁移 图5.4(a)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，正压室与零液位等高；压力分别为P+和P-，则：,H0，P 0，无需迁移。,5.1 静压式液位测量,负迁移 图5.4(b)上方气体可凝；或介质有腐蚀性，为防腐，差变正、负室与取压点间装有隔离罐，并充满隔离液。其密度为，正、负压室所受压力为：,5.1 静压式液位测量,当0，B0，有一固定值（输出I4mA）；要H0，输出I4mA，需消去B的作用零点迁移。迁移的量为B，故为负迁移。正迁移 5.4(c)实际安装时，常不能保证变送器和零液位在同一水平面。,5.1 静压式液位测量,H0，C，有一固定值，使输出I4mA；要H0，I4mA，需消去C的作用。迁移量 C0，故需正迁移。方法与负迁移相似。零点迁移仅改变了变送器测量范围的上、下限，而量程大小不会改变。,5.1 静压式液位测量,例5.1 如图5.4(b)，用差变测液位。1200kgm3，950kgm3，h11.0m，h25.0m，液位变化范围：03.Om。重力加速度g9.8ms2，求变送器的量程和迁移量。,解：液位在03.Om变化时，差压的变化量：可选差变的量程：040kPa。H0，有：需负迁移，迁移量为-34.24kPa。迁移后测量范围：34245.76kPa。若选用DDZ型仪表，则当I4mA时，H0；当I20mA时，H403.035.283.4m，即实际可测液位：03.4m。若要求H3.0m时，输出20mA，则还需量程迁移，使当 1.04kPa时，输出I=20mA。,5.1 静压式液位测量,2、特殊液位测量 腐蚀性、易结晶或高黏度介质液位测量。采用法兰式差变：防引压管腐蚀或堵塞，如图5.6。法兰式有：单法兰、双法兰、插入式或平法兰等结构。存在零点“迁移”问题：,毛细管中硅油密度，kgm3。,正负压侧的毛细管中的介质相同，迁移量与安装位置无关。,5.1 静压式液位测量,图5.6,H,h3,P0,h4,锅炉汽包水位测量采取一些补偿措施。关键环节:平衡容器。图5.7 双室平衡容器 粗管，正压容室与汽包连通，进入平衡容器的蒸汽不断凝结成水，因溢流而保持恒定水位。细管，负压容室与汽包水连通。汽包为正常水位时，平衡容器差压：,相应汽包压力下的饱和蒸汽密度，kgm3；宽容器内水的密度，kgm3；负压管内水的密度，kgm3。,5.1 静压式液位测量,图5.7,受汽、水密度变化等影响，测量误差较大,当水位变化偏离正常水位时，设变化量H，即HH0 土H。平衡容器的差压：,将式(5.7)代入得,=,=,(5.8),可见：平衡容器输出的差压随H变化；2 s，水位增高，平衡容器的输出差压减小；相反，当汽包水位降低时，平衡容器的输出差压增大。,5.1 静压式液位测量,误差分析：散热的影响：平衡容器正、负压室水温从上至下逐渐降低，不易测定，密度1和2的数值也难以准确确定。消除法：对平衡容器保温（1和 2为汽包压力下饱和水密度W，即2 1 W）。则差压与水位H的关系：,上式表明：汽包工作压力稳定，转换关系不变；应用工况不变，读数才正确；汽包压力发生变化（密度W和s随之变化，读数产生误差）；与水位H和平衡容器结构尺寸L有关，LH 越大，误差也越大。可见：锅炉起停过程中，汽包压力低于额定工作压力，差压式液位计的指示比实际低。在中压锅炉中可达4050mm，在高压锅炉中可达100150mm。,5.1 静压式液位测量,消除或减小汽包压力变动误差法：中间抽头平衡容器，如图5.8；同时测量汽包压力，对差压信号进行修正，获得准确的水位测量值。,图5.8示平衡容器输出差压与汽包水位之间的关系：,（5.10）,式中:汽包压力下饱和水和 饱和蒸汽的密度差；室温下水和饱和水的密度差；、平衡容器的结构尺寸。,若将两密度差近似为汽包压力的线性函数：,5.1 静压式液位测量,图5.8,a,s,P0,则：,=,（5.11）,式中：,常数。,其中，。,当压力补偿范围较大时，可多段折线来逼近密度差与汽包压力的关系。由式(5.11)设计的差压式汽包水位测量系统方框图如图5.9。,5.1 静压式液位测量,图5.9,现场安装,5.1 静压式液位测量,例题1、如图示，用差压变送器测密闭容器的液位。已知h1=50cm，h2=200cm，h3=140cm，被测介质的密度1=0.85g/cm3，负压管内的隔离液为水，求变送器的调校范围和迁移量。,解：仪表的量程P：,当液位最低时，变送器正、负压室的受力：,迁移量：,因P 0，故为负迁移。,仪表的调校范围为：,-26577-9905.1Pa（-26577+16671.9）,5.1 静压式液位测量,P0,例题2、用双法兰式差压变送器测量某容器的液位，如图示。已知被测液位的变化范围为03m，被测介质密度900kg/m3，毛细管内工作介质密度0950kg/m3。变送器的安装尺寸为h1=1m,h2=4m。求变送器的测量范围，并判断零点迁移方向，计算迁移量。当法兰式差压变送器的安装升高或降低时，问对测量有何影响？,解：变送器的测量范围应根据液位的最大变化范围来计算，即液位为3米时，其压差为：,测量范围可选 0 30 kPa（实际可测03.4m)由图知：P=P+-P-=Hg-h20g 当H=0时，Pmin=-h20g 变送器需负迁移，迁移量为-h20g。当差压变送器安装的高度改变时，只要两个取压法兰间的尺寸不变，迁移量不变，对测量无影响。,Pmax=Hg=39009.81=26487(Pa)=26.487(kPa),5.1 静压式液位测量,特殊液位测量:,5.2 浮力式液位测量,浮力式液位计原理,力或力矩平衡原理。恒浮力法：浮子升降反映液位的变化；变浮力法：浮力随液位浸没高度变化。1、恒浮力法 图5.10a 浮子所受重力、浮力与平衡重物的重力相平衡，使浮子漂浮在液面上。关系为：,W F G（4.12）W 浮子所受重力，N；F 浮子所受浮力，N；G 平衡重物的重力，N。,图5.10,b,a,b,W,F,G,W、G常数；F也为常数（停留在任何高度），故称恒浮力法。实质：浮子把液位机械位移。图5.10b，设浮子扁圆柱形，直径D、高度b、重量W，浸没部分高度 h，介质密度，液面高H。当浮力F=W时，浮子停在某一位置，则：,5.2 浮力式液位测量,当H，浮子位置，h不变化（准确测量）。误差分析：温度或成分介质密度；黏性液体黏附，腐蚀液体浸蚀浮子的重量或直径。,不灵敏区（死区）当液位变化H时，沉浸体积变化；浮力变化，平衡被破坏，浮子升降；设浮力变化为 F：,由于仪表各部分有摩擦；只有当F 达到一定数值F，才能克服摩擦；浮子才开始升降；设F为浮子开始移动时的浮力；H/F 表示液位计的不灵敏区；,5.2 浮力式液位测量,D增大，不灵敏区减小，测量精度提。,三种不同形状的浮子，图5.11。,扁平形：空心大直径扁圆盘形，不灵敏区较小，测量精度高；可测重度较小的介质液位；抗波浪性好（对高频小变化的波浪）。但对液面的大波动比较敏感，易随之漂动。高圆柱形：高度大、直径小，抗波浪性好。但对液面变动不敏感，精度差，不灵敏区较大。扁圆柱形：抗波浪性和不灵敏区在上述两者之间，结构简单，易于加工制作，广泛应用。,5.2 浮力式液位测量,图5.11,c 弹簧刚度，Nm；x 弹簧压缩位移，m；A 浮筒的截面积，m；H 浮筒被液体浸没的高度，m；被测液体密度，kgm；g 重力加速度，ms。,5.2 浮力式液位测量,图5.12,2、变浮力法 图5.12 在弹簧上悬挂圆筒形金属，浮筒重力W与弹簧的弹性力平衡；当部分浮筒被浸没，浮力使浮筒上移，与弹性力平衡时，移动停止，满足关系：,(5.16)-(5.17)：,浮筒位移x H；在浮筒的连杆上安上差动变压器铁心，输出电信号，反映液位变化。变浮力法液位测量：把液位的变化力的变化机械位移，由位移传感器电信号。,液位升高H，则浮筒上移x，平衡式:,5.2 浮力式液位测量,5.2.2 恒浮力式液位计 1、浮球式液位计（图5.13）力矩平衡：浮球1连杆2与转动轴3相连，另一端与容器外侧的杠杆5（加有平衡重物4）相连组成。调整平衡重物的位置或质量实现系统力矩平衡。,5.2 浮力式液位测量,图5.13,平衡式:,W 浮球的重力；F 浮球所受的浮力；G 平衡重物的重力；l1 转动轴到浮球的垂距；l2 转动轴到重物中心的垂离。常测：温度、黏度较高而压力不大的密闭容器的液位；内浮式、外浮式；小直径的容器，用外浮式；测量范围受运行角限制(最大为35)，适于窄范围液位测量。,5.2 浮力式液位测量,易维修，不适于黏稠或易结晶、易凝固的液体，内浮式则相反,2、磁浮子式液位计 图5.14 用于中小容器和设备。,下端封闭的不锈钢管1内设条形绝缘板2，板上排列舌簧管3和电阻4；管外套内装环形永磁体6可上下滑动的浮子5，磁力线沿舌簧闭合；浮子中央的舌簧管吸合导通，其他断开图a；液位升降，AC或AB间的阻值改变；,5.2 浮力式液位测量,图5.14,液位信号连续性差；量程不能太大。,受舌簧管尺寸，电阻、舌簧管总数和排列密度所限,磁翻板液位计:就地指示，图5.15 a。不锈钢管内有带磁铁的浮子；管外有一排轻而薄的小磁铁翻板，可灵活转动，一面红色，另一面白色；总保持一种颜色朝外，当浮子经过时，磁铁迫使翻板转向，使液面上、下方的颜色不同。,磁滚柱液位计图5.15(b)。将磁翻板改为小柱。密封壳体保护：防止尘沙浸入；附近不可有强磁场。,5.2 浮力式液位测量,图5.15,a,b,3、浮子钢带式液位计 图5.16可自由伸缩钢带的一端吊浮子，对浮子施以恒拉力；导向机构：防止浮子受被测液体流动的影响；钢带2和滑轮3将液位钉轮4，将直线运动转动；指针5和计数器6指示液位；钉轮轴上安转角传感器，实现信号远传；收带轮7、恒力弹簧轮9、反绕在轴 8调整恒拉力；不适用于有压容器，用于常压液位测量；范围020m，精度0.03。,5.2 浮力式液位测量,图5.16,8,9,5.2.3 变浮力式液位计典型仪：扭力管浮筒液位计。图5.18。杠杆2的左端垂直悬挂浮筒1；扭力管3及芯轴4垂直紧固于2右端；另一端为自由端，输出角位移；当液位低于浮筒下端时，浮筒全重作用于杠杆：F0W(5.21)W 浮筒的重力。此时扭力矩最大，扭力管产生最大的扭角(约为4)；当浮筒整个浸没，扭力矩最小，扭力管产生最小扭角(约为2)。,5.2 浮力式液位测量,图5.18,当液位H，浮筒浸没深度Hx，作用在杠杆上的力:,A 浮筒的截面积m；x 浮筒上移的距离m；被测液体的密度kgm。,浮筒上移距离与液位高度成正比，即xKH，则：,浮筒受浮力变化量：,液位 H F；H浮力，作用于杠杆的力 FX，扭角；芯轴4输出，机械放大机构带动指针就地指示；也可将角位移气或电标准信号。,5.2 浮力式液位测量,CN214型浮子液位变送器,5.2 浮力式液位测量*,CN215型磁翻板液位计,CN222型电缆式浮球液位开关,由：液位传感器、测量、显示部分。5.3.1 导电液的液位测量 两电极覆盖面积随被测液位变化，引起电容量变化，图5.21。,圆柱形电容器：定电极：不锈钢棒3；动电极：被测导电液1；绝缘介质：套在不锈钢棒上的聚四氟乙烯套管4；液位，两电极覆盖面积，传感器的电容量；反之，电容量；测量传感器的电容量大小可知液位。,5.3 电容式液位测量,图5.21,当H0，即液位低于h(非测量区)，电容量C0：,聚四氟乙烯套管和容器内气体的等效介电常数Fm；L 液位测量范围(可变电容器两电极的最大覆盖长度)m；容器内径m；d 不锈钢棒直径m。,5.3 电容式液位测量,当液位为 H 时，电容量 CH：,聚四氟乙烯的介电常数Fm；D 聚四氟乙烯套管外径m。,D0 D，且，忽略第二项。,当电极确，、D 和 d 定值，则：,5.3 电容式液位测量,式中:,只要、D 和 d 的数值稳定（不受压力、温度等因素的影响），即K为常数，电容变化与液位变化成线性。式(532)还表明：绝缘材料的介电常数较大，绝缘层厚度较薄，即 Dd 较小时，灵敏度较高。适于黏度小液体；底部约有10mm的非测量区(图521中的h)。,黏度大，液位下降，介质黏附在电极套管黏附层起外电极作用虚假电容虚假液位。,5.3 电容式液位测量,测非导电体液位 液位两电极间充填介质的介电常数电容量测液位。适合：轻油类、部分有机溶剂和液态气体。图5.22。内、外电极：两根相互绝缘的同轴不锈钢管，外管上有通孔，被测液可自由进出。当H0，介质是空气，初始电容：,0 空气的介电常数Fm；L 两电极的最大覆盖长度m；D 外电极的内径m；d 内电极的外径m。,图5.22,当H时，电容量:,被测液体的介电常数Fm。,因此，:,电极一定，、0、D 和 d 均为定值，电容变化量与液位 H 成线性。,5.3 电容式液位测量,5.3 电容式液位测量,5.3.3 环形二极管电桥充放电转换电路二极管 D1D4 组成环形电桥；A端加频率为 f 的矩形波电压；Cx电容物位传感器，C0可变电容，与传感器始分布电容Cx0平衡，调零；微安电流表接AC，并联电容Cm，滤波。二极管正向压降、起始截止区忽略；认为微安表内阻很小，且Cm很大。,当电压由低U1 跃变到高U2，Cx 和C0同时充电到 U2；充电时，D2、D4截止；充电结束，D1D4全截止；充电时由A流向C的电荷量为C0(U2U1)；当电压由U2降到U1时，Cx和C0 同时放电；放电过时，D1、D3截止；放电结束，D1D4又全截止；放电时由C流向A的电荷量为Cx(U2U1)。,图5.23,5.3 电容式液位测量,Cx和C0充放电过程中，流过微安表的平均电流I：,当H0，调整C0Cx，使 I0；当H时，C变化，I与C成正比I与H成正比；,图5.23微安表不接地，不便输出电流，且引线分布电容会带来误差；实用电路图5.24；微安表、电感L2接在C点与地之间；且A通过L1接地；直流分量I 通过微安表，交流分量仍从Cm上通过；有对地输出端，便于输出电流；电容Cd，隔断直流。,图5.24,UYB电容式物位变送器,5.3 电容式液位测量,ULDY型电容式物位开关,5.4 超声波物位测量,测量原理超声波测量物位：反射、透射和折射；另一特性：超声波在介质中传播的声学特性。在不同介质（气、液和固等）中声波以一定的速度传播，衰减程度不同，可分辨：固、液、气体。声波遇到两相界面会发生反射，反射声强与介质的特性阻抗有关。当垂直入射时，反射声强与入射声强间有：,1、2 两种不同介质的密度kgm；V1、V2 声波在不同介质中的传播速度ms。声波传波中，频率越高，声波扩散越小，方向性越好；而频率越低，则衰减越小，传输越远。,声速、声衰减和声阻抗等,5.4 超声波物位测量,压电元件：声波发射器和接收器(超声换能器)；利用逆压电效应：交变电场(电能)振动(声波)发射；正压电效应：振动交变电场，接收；压电晶体探头的结构形式如图5.25，图5.26。,原理图5.27，探头至物位的垂直距离H，发射到接收所经历的时间t，超声波在介质中传播的速度v，则：,介质一定，v已知，测得t即可知H。,图5.25,图5.26,图5.27 液位测量基本原理,5.4 超声波物位测量,5.4.2 测量方法1、基本测量方法 图5.28为超声波测量液位的基本方法：图 a液介式：探头固定在最低液位处，声波由探头传至液面，反射回到同一探头接收，H与t满足式(5.38)。图b气介式：探头安装在最高液位之上的气体中，式(5.38)仍适用，v代表气体中的声速。,图5.28,v 固体中的声速ms；vH 液体中的声速ms；d 两根传声固体之间的距离m。当v、vH已知，两传声固体间距离d 固定，则测得t 可求得H。,图e双探头气介式：v气体中的声速，满足5.39式。图f双探头固介式：两根传声杆，声波从发射头经第一根杆至液面，经液体传给第二根杆，然后沿第二根杆传至接收探头，满足：,5.4 超声波物位测量,图c固介式：一根传声的固体棒或管，高出最高液位，探头安在上端，仍满足式(5.38)，v固体中的声速。图d、e、f为一发一收双探头方式。图d双探头液介式：探头中心间距2a，声波到液位的斜向路径S，探头至液位的垂直高度H，则,盲区：发/收需经一段时间，在该时间内回波和发射波不易区分。探头高出液面的距离 盲区距离。双探头方式，可大为减小盲区。2、设置校正具回声测距法：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；声速变化，影响测距准确性；保证测量精度：对声速进行校正。,5.4 超声波物位测量,0时空气中的声速为331ms，100时空气中的声速384ms,设液位H，测量探头发出声波的传播速度为v，往返时间为t，则：,5.4 超声波物位测量,校正探头和测量探头在同种介质中，若v v0，则：,(5.43),固定校正具方法 图5.29。两组探头：测量探头和校正探头。校正探头到反射板的距离L0。在介质中的波速v0，往返时间t0，则：,若使t0数值上等于L，则t数值上就等于液位高H。,图5.29,装于传声介质中，探头与反射装置距离固定,5.4 超声波物位测量,问题：固定位置安装校正具；许多情况下不能保证v v0；容器中温度场和介质密度上下不均匀，波速有差异；活动校正具（如图5.30）若密度分布不均匀，或介质存在温度梯度时，可采用浮臂式倾斜校正具；精度高，但安装不方便，要求容器的直径(或高度)要大于Hmax。,图5.30,5.4 超声波物位测量,固定距离标志方法 图5.31，在探头上方，每隔固距离(如1m)放一小反射体；每遇一个反射体就有一个反射标志波；当声脉冲传到液面，仍有较强的液面反射波；鉴别出各个标志波和液面波（图5.32），可得液位高：,图5.31,将液位高度H分为h1和h2进行测量，h1可准确计量，h2采用活动校正具法测量，测量精度较高。如H4582mm，因米标志波不受介质的声速影响，只要小反射体安装距离准确，就可准确确定米数，即h1 41000mm。测量h2=582mm即可，降低了精度要求。,5.4 超声波物位测量,h1 以米为单位的液位数值；h2 小于1m的零数段。,图5.32,5.4 超声波物位测量,5.4.3 气介式超声液位 图5.33带声速校正具的多能气介式超声波液位计原理框图。Ac、Bc：声速校正，间距为 L；Am、Bm测量，间距2D，发射到接收，经过的时间 tx，到液面垂直距离X；声波传播的实际距离；若把声波经过2X的垂直距离所需时间表示为tx，则：,(5.45),图5.33,BC,5.4 超声波物位测量,当XD时，近似地：,若将测量点到容器底的距离取为nL（n1，2，3，），则H：,校正探头的超声脉冲从发射到接收的时间s；超声脉冲在气介质中的传播速度ms。,nL和 都是常数，测出 可知液位高。,USS-93B系列超声波液位计、料位计*,特 点:,一体化设计，安装方便；三线制；强劲声波发射，测量稳定可靠；过压过流保护；光电隔离4-2OmA输出；较大电流的双继电器输出，用于报警和控制泵；全塑料外壳，耐腐蚀，适应任何现场环境；灵活简便的安装方式:法兰式或支架式。,应用场所:,敞口池子 水渠 水井 化学品罐 料槽 粮仓 料仓 储罐,被测介质：,清水 污水 灰浆 泥浆 酸碱液 化学试剂 化肥药品 润滑油 重油 沥青 矿石 固体颗粒,产品类型:,USS-93B2、USS-93B4、USS-93B6、USS-93B16型,USS-93B系列超声波液位计、料位计,USS-93B2、USS-93B4、USS-93B6型,由主机与探头构成 耐强腐蚀 可应用于压力容器（特制）适用于各种液压介质 低盲区 精确温度补偿 高出国外产品5倍以上的信号灵敏度,基本技术参数：,量程：0.30-2.00m USS-93B2型 0.30-4.00m USS-93B4型 0.30-6.00m USS-93B6型 分辨率：0.01m 测量精度：0.5%（满量程）输出信号：DC4-20mA 电流信号 允许环境温度：-30+60 探头耐压强度：普通型0-0.4bar 特制型0-1.0Mpa 探头波束角：3度（-3dB）供电电源：DC24V 0.3A；AC220V 0.3A 继电器上下限报警 电缆装置：PG7密封套 外壳材料：ABS（主机）PVC（探头12）安装方式：法兰或支架,USS-93B系列超声波液位计、料位计,量程：0.60-20.00m 分辨率：0.01m 测量精度：0.5%（满量程）输出信号：DC4-20mA 电流信号 允许环境温度：-30+60 探头波束角：3度（-3dB）探头耐压强度：普通型 0-0.4bar 特制型0-1.0Mpa 探头外壳保护等级：1P66 供电电源：DC24V 0.3A；AC220V 0.3A 继电器上下限报警 电缆装置：PG7密封套 外壳材料：ABS（主机）PVC（探头）安装方式：法兰或支架,USS-93B16型,由主机与探头构成 可用于液位、料位多种测量场所 耐强腐蚀 适用于各种介质 低盲区 极高灵敏度,基本技术参数：,LMS型数显表,液位显示 表盘式安装 DC24V 0.5A输出 上下限报警，继电器输 出控制 可与主机配套使用,5.5 微波法物位测量-雷达式物位计,波长在1mm到1m的电磁波称为微波。与无线电波比较，特点：良好的定向辐射性，良好的传输特性；传输过程中受火焰、灰尘、烟雾及强光的影响极小；介质对微波的吸收与介质的介电常数成比例，水对微波的吸收最大。雷达式物位计微波技术的物位测量仪表。无可动部件、不接触介质、无测量盲区；可用于大型固定罐、浮顶罐内腐蚀性液体、高黏度液体、有毒液体的液位测量；精度几乎不受被测介质温度、压力、相对介电常数及其易燃易爆等恶劣工况的限制。,5.5 微波法物位测量-雷达式物位计,测量原理 雷达波往返的时间（发射，抵达液面后反射），正比于天线到液面的距离。图4.34,C电磁波传播速度，300000kms；d被测介质与天线之间的距离，m；t 天线发射与接收到反射波的时间差，s；L天线距罐底高度，m；H液位高度，m。两种方式测量：微波脉冲法及连续波调频法。脉冲测量法：常用56GHz辐射频率，脉宽约8ns；连续波调频法：常用10GH载波辐射频率，锯齿波，宽带调频。,图5.34,5.5 微波法物位测量-雷达式物位计,1、微波脉冲法 原理图5.35。脉冲由发送器通过天线发出；经液面反射后由接收器接收，并将信号传给计时器；计时器得到脉冲的往返时间；难点：精确测量时间（雷达波速非常快，直接测量难以满精度要求）。解决法：采用合成脉冲雷达波，测量发射波与反射波的频率差，间接求得往返时间，图5.36。,图5.35,图5.36,5.5 微波法物位测量-雷达式物位计,测量系统包括：天线头、数据采集板DAB、高频信号发生板HFB三部分。图5.37。振荡器：产生合成脉冲雷达波；线性化：减少干扰带来的波动；分配器：一束波分成互相隔离的两束波；B波：发射到基准线(带温度补偿)，提供自校正参考；微处理器：计算得出d。设B波基准线长度d0，液面到天线距离d,反射计A：,由传播介质和实际安装方式决定。,反射计B：,常数；的测量在密封壳内，受外界影响很小。,图5.37,5.5 微波法物位测量-雷达式物位计*,2、连续波调频法 原理框图如图5.38。微波源：波段(10GH)的压控振荡器；从液面反射的信号经环形器送往混频器；混频器：对输入信号进行混频，产生差频信号，并送往放大器；放大器：将回波信号放大到规定的幅度后，送数字信号处理器；数字信号处理器：对输入信号进行采样和傅氏变换，获得频谱特性；计算输出液位信号。,图5.38,5.5 微波法物位测量-雷达式物位计,5.5.2 雷达液位计的应用问题 1、介质的相对介电常数 微波在液面产生反射和折射，强度被衰减，当相对介电常数小到一定值时，微波信号衰减过大，液位计无法正常工作。避免法：被测介质相对介电常数大于产品所要求的最小值；用导波管。2、温度和压力微波的传播速度不受温度变化的影响；在允许温度范围内工作（采取冷却措施）；避免高温介质对天线的影响：与最高液面间留有一定的安全距离。可在真空或受压状态下正常工作；压力高到一定程度时，对测量带来误差。3、导波管(稳态管)消除多重回波所产生的干扰影响；提高反射回波能量（测量相对介电常数较小的液面）。,与传播媒介的相对介电常数和磁导率有关,5.5 微波法物位测量-雷达式物位计,对鱼雷罐铁水的测量。铁水温度：1000以上。解决高温的问题。,A、在加长的安装立管上安装压缩空气通道，注入压缩空气以降低雷达液位计的喇叭天线口的温度。,B、采用导波弯管的设计，避开由于辐射引起的超高温。,C、喇叭天线与安装口保持一定的距离，以降温。,5.6 核辐射物位检测技术,基本原理 射源产生的射线穿透物质，其强度随物质的厚度而变化：,分别为射入介质前和通过介质后的射线强度，介质对射线的吸收系数，介质的厚度，介质不同，吸收射线的能力也不同；当放射源和被测介质一定时，和 都为常数；则介质厚度H与射线强度I的关系为：,被吸收掉一部分,5.6 核辐射物位检测技术,放射源：Co-60(钴)和Cs-137(铯)。使用注意：(1)使用环境温度：-2070；(2)射源有半衰期，定时进行衰补偿或校验，否则影响测量精度；(3)采取严格的防护措施，确保人身和生产安全。,图.放射性物位计测量物位原理示意图,探测器闪烁晶体检测器：NaI晶体+光电管，NaI晶体受照射产生可见光，光强度与射线剂量成比例；光电管将此可见光转换成电信号。电离室检测器：金属管内充满氩气，管中有一电极，射线照射到氩气使电离而产生与射线强度成比例的电流。,一、ZXK阻旋式料位控制器、工作原理同步微电机经减速后，带动检测叶片旋转（每分钟转）；当物料上升至叶片受到阻时，检测机构产生旋转位移；一个微动开关动作，发出有料位信号；另一个微动开关动作，切断电源使停转；如此料位不变，状态保持；当料位下降，检测叶片失去阻挡，检测机构恢复原状，一个微动开关动作，接通电源使其旋转；另一个微动开关发出无料位信号。,5.7 其它物位传感器,、主要特点：过载保护：避免使用不当或非正常外力造成电机及减速器损坏；不同灵敏度和各种规格叶片：适应各种不同物料；具有耐腐蚀、无污染、防潮、防尘等特点；带散热装置，可在的物料环境下使用。、安装：叶片上方安装防护板防止使用中物料的砸击；顶置垂直安装时，在轴套外安装保护套，避免雨水的渗入。,二、射频导纳物位开关 适用于绝大多数应用场合；仪表由一个电路单元，一套防爆外壳和杆式或缆式传感元件组成；传感器有多种型号可选。防挂料：独特的电路设计和传感器结构，使其测量可以不受传感器挂料影响，无需定期清洁；免维护：无可动部件，无需维护；适应性强：可测量液位及料位，温度：-100 800；压力从真空到5MPa；可应用于腐蚀、冲击场合；稳定可靠：不受测量环境变化影响，稳定性高，使用寿命长。,UDZ-01S、-02S、03S型 双色电接点液位计,电接点液位计,UZYK系列音叉物位控制器,