传感器原理及应用第16章 物位传感器.ppt

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1、目录,16.1 概述,16.2 直读式液位传感器,16.3 静压式液位传感器,16.4 浮力式液位传感器,16.5 电气式物位传感器,16.6 超声波物位传感器,传感器原理及应用,目录,16.7 核辐射物位传感器,16.8 机械接触式物位传感器,16.9 雷达物位传感器,16.10 磁致伸缩式液位传感器,16.11 物位传感器的选用,传感器原理及应用,16.1 概述,16.1.1 物位的定义,物位是指设备或容器中液体或固体物料的表面位置,液位、料位和界面总称为物位,16.1.2 物位检测的意义及目的,一是通过对液位或料位的检测来确定容器中的原料、产品或半成品的数量，以保证连续生产或进行经济核算

2、；,二是通过物位检测，了解物位是否在规定的范围之内，这对确保产品质量和产量，实现安全、高效、正常生产具有重要意义,传感器原理及应用,16.1.3 物位检测仪表及其分类,用来检测液位的仪表称为液位检测仪表，检测固体料位的仪表称为料位检测仪表，检测分界面的仪表称为界面检测仪表，统称为物位检测仪表，也即物位计,物位检测仪表按检测方式可分为连续检测仪表和定点检测仪表两大类。连续检测仪表能连续检测物位的变化；定点检测仪表则只检测物位是否达到上限、下限或某个特定位置，定点检测仪表又被称为物位开关,传感器原理及应用,16.1.3 物位检测仪表及其分类,按工作原理可分为直读式、静压式、浮力式、机械接触式、电气

3、式、声学式、光学式及辐射式等,直读式物位计,它是利用连通器原理，通过与被测容器连通的玻璃管或玻璃板来直接显示容器内的液位高度,静压式物位计,基于流体静力学原理，适用于液位检测,传感器原理及应用,静压式物位计,容器内的液面高度与液柱重量所形成的静压力成比例关系，当被测介质的密度不变时，通过检测参考点的压力可知待测液位的高度。这类仪表有压力式、差压式和吹气式等,浮力式物位计,漂浮于液面上的浮子或浸没在液体中的浮筒，液面变化时其位置或所受浮力也会产生相应的变化，进而可检测液位,这类仪表有恒浮力式的浮子式液位计和变浮力式的浮筒式液位计等。,传感器原理及应用,机械接触式物位计,通过测量物位探头与物料面接

4、触时的机械力实现物位的测量。这类仪表有重锤式和音叉式等。,电气式物位计,将物位的变化转换为电量的变化，进而间接检测物位。,将电气式物位敏感元件置于被测介质中，当物位变化时其电阻、电容或电感等电气参数也将随之改变，通过检测这些电量的变化可知物位高度。可用于液位检测，料位检测，界面的检测。,传感器原理及应用,声学式物位计,利用超声波在介质中的传播速度及在不同相界面之间的反射特性来检测物位的。,分为气介式、液介式和固介式三种，气介式可检测液位和料位；液介式可检测液位和液-液相界面；固介式只能检测液位,光学式物位计,利用物位对光波的遮断和反射原理来检测物位的。主要有激光式物位计，可用于液位和料位检测。

5、,传感器原理及应用,辐射式物位计,放射性同位素所放出的射线(如射线、射线等)穿过被测介质(液体或固体颗粒)时，因被吸收而减弱，其衰减的程度与被测介质的厚度(物位)有关，利用这种方法可实现液位或料位的非接触式检测,除此之外，物位检测仪表还有微波式、称重式、磁滞伸缩式等多种类型,传感器原理及应用,16.2 直读式液位计,敞口容器的液位检测,密闭容器的液位检测,1-容器；2-待测液体；3-玻璃管；4-阀门,通过与容器连通的玻璃管或玻璃板来直接显示容器内的液位高度。,基于连通器原理而工作的,传感器原理及应用,16.3 静压式液位计,16.3.1 检测原理,通过检测液柱静压的方法来测量液位的,这就把液位

6、的检测转化为压力差或压力的检测，这样，只要选择合适的差压或压力检测仪表即可实现对液位的检测。,传感器原理及应用,16.3.2 压力式液位计,基于测压仪表所测压力与液位高度成正比而测量液位的,主要用于敞口容器的液位测量,16.3.2.1 普通型压力计式液位计,测压仪表(压力表、传感器或压力变送器等)通过引压导管与容器底部零液位处相连，由测压仪表的指示或输出信号的大小便可知液位的高度。若需要信号远传，则可以采用传感器或变送器,传感器原理及应用,16.3.2.2 法兰式压力液位计,压力计通过法兰安装于容器底部，作为敏感元件的金属感压膜盒安装在法兰中，并经毛细管与压力计（如变送器等）的测量室相连。,测

7、量粘稠、易结晶、易凝固或含有颗粒的液体液位,传感器原理及应用,16.3.2.3 投入式液位计,投入式液位计实际上就是差压变送器,传感器多采用压电材料,通气电缆将大气压力引入到传感器,它的突出优点是安装使用方便，只需将量程合适的投入式液位计从敞口容器顶部投入到液体中，并经零点调整、量程调整和电缆固定即可,传感器原理及应用,投入式液位计不适合含泥沙等杂质较多的液体液位测量，因为杂质可能会将导压孔堵塞，严重的还可能会使其无法正常工作。对于这类液体，可选择超声波液位计等来测量,16.3.2.3 投入式液位计,传感器原理及应用,16.3.3 差压式液位计,在测量密闭容器中的液位高度时，如果被测液面上部的

8、气相压力与大气压力不等,此时应采用差压式液位计。分为普通型差压式液位计和法兰式差压液位计两种。,16.3.3.1 普通型差压式液位计,系统结构及工作原理,1-容器；2-被测液体；3-阀门,4-差压变送器；5-正压室,6-负压室；16-导压管,传感器原理及应用,16.3.3.1 普通型差压式液位计,对于差压变送器与容器底部的取压点在同一水平线的情况，差压变送器的正压室所感受的压力为,正、负压室的压力差P为,传感器原理及应用,实际应用举例,双室平衡容器与DDZ-型差压变送器配套的汽包液位测量系统,双室平衡容器用来把被测液位高度H转换成差压信号p；差压变送器将此差压信号线性地转换成420mA DC信

9、号；,然后供显示、记录或控制之用,传感器原理及应用,16.3.3.2 法兰式差压液位计,当测量具有腐蚀性或含有结晶颗粒，以及粘度大、易凝固等介质的液位时，为避免引压导管腐蚀或堵塞问题的发生，可以采用法兰式差压液位计,传感器原理及应用,16.3.5 静压式液位计的选用,16.3.5.1 选型,16.3.5.2 安装,传感器原理及应用,16.4 浮力式液位计,16.4.1 浮子式液位计,利用漂浮于被测液面上的浮子的位置随液面变化而变化或利用沉浸在被测液体中的浮筒所受的浮力随液面位置的变化而变化来检测液位的。,传感器原理及应用,16.4 浮力式液位计,16.4.1 浮子式液位计,当液位变化时，前者产

10、生相应的位移，而所受到的浮力则维持不变，称为恒浮力式液位计，分为浮子重锤式、舌簧管式和磁翻板式等,后者则在液位变化时所受浮力也发生相应的变化，称为变浮力式液位计，也称为浮筒式液位计,传感器原理及应用,16.4.1.1 浮子漂浮原理,通过浮子把液位的变化转换成机械位移的变化,16.4.1.2 重锤式浮子液位计,敞口容器的重锤式浮子液位计,密闭容器的重锤式浮子液位计,1-浮球；2-滑轮；3-重锤；4-浮子；5-磁铁,6-导轮；16-铁芯；8-非导磁管；9-刻度,传感器原理及应用,16.4.1.3 舌簧管式液位计,1-不锈钢管；2-条形绝缘板；3-舌簧管,4-固定电阻；5-浮子；6-环形永磁体,随着

11、液位的变化，不同舌簧管的导通使电路输出与液位相对应的电阻信号。,传感器原理及应用,16.4.1.4 磁翻转式液位计,磁翻板液位计,磁滚柱液位计,1-内装磁铁浮子；2-磁翻板或磁滚柱；3-磁翻板；4-磁滚柱,当浮子随着液位的升高而在翻板旁经过时，浮子上的磁铁就会迫使翻板转向，使液面下方翻板的红色朝外，上方翻板的白色仍朝外，观察起来色彩分明、显示直观。,传感器原理及应用,磁滚柱液位计,将上述磁翻板改用有水平轴的小柱（可以是圆柱，也可以是六角柱）代替，小柱的一侧涂红色，另一侧涂白色，也附有小磁铁，其显示原理与磁翻板液位计类似。,传感器原理及应用,16.4.1.5 浮球式液位开关,液位低于下限时的状态

12、,液位正常时的状态,液位高于上限时的状态,液位低于下限时，可动电极与下限固定电极接触，输出下限接点信号,液位处于正常范围时，可动电极不与任何固定电极接触，上、下限接点均为断开状态,液位高于上限时，可动电极与上限固定电极接触，输出上限接点信号,传感器原理及应用,16.4.2 浮筒式液位计,液位为H的初始状态,液位升高H时的状态,弹簧的变形与液位变化成比例关系,通过检测弹簧的变形即浮筒的位移，可求出相应液位高度,传感器原理及应用,16.4.3 浮力式液位计的选用,16.4.3.1 浮子式液位计,16.4.3.2 浮筒式液位计,传感器原理及应用,16.5 电气式物位计,将物位的变化转换为电量的变化，

13、进而间接测量物位的仪表。根据电量参数的不同，分为电容式、电阻式和电感式等,16.5.1 电容式物位计,以电容器作为敏感元件将被测物位（液位或料位）变化转换为电容容量变化，然后再经信号调理电路处理后进行液位（料位）显示或记录的测量系统,传感器原理及应用,16.5.1 电容式物位计,平行板电容传感器,圆筒型电容传感器,对于平行板电容传感器，如果不考虑边缘效应,其电容量为,传感器原理及应用,16.5.1 电容式物位计,显然，电容量 C 是 S，和d的函数。如果保持其中两个参数不变，只改变其中一个参数，就可把该参数的变化转换为电容量的变化。,把电容式传感器分为变极距型、变面积型和变介电常数型三类,变极

14、距型电容式传感器的电容量C 与极板间距d成双曲关系,用于测量微小位移,变面积型电容传感器有线位移和角位移两种,变介电常数型电容传感器的电容量C与被测介质的介电常数和厚度有关，如果已知材料的介电常数，可以制成测厚仪、液位（料位）计,传感器原理及应用,16.5.1 电容式物位计,对于圆筒型电容传感器,其电容量为,当圆筒形电容器的几何尺寸L，r1和r2保持不变，且介电常数也不变时，传感器的输出电容量与物位高度成线性关系,传感器原理及应用,16.5.1.1 电容式液位计,液位为H时电容量的变化量为,电容变化量与液位高度成正比，测出电容变化量，即可计算出液位高度,传感器原理及应用,16.5.1.2 电容

15、式料位计,16.5.1.3 电容式物位计的选型,传感器原理及应用,16.5.2 射频导纳物位计,采用100kHz的射频电源，测量阻抗的倒数导纳,被测物位为零时，高频正弦振荡器输出100kHz射频电源加在由电感和电容组成的电桥上，通过电桥的零位和相位平衡调整，使电桥达到平衡状态，送给解调器的电压为零,随着被测物位的上升，传感器的电容量将逐渐增大，电桥失去平衡，送给解调器的电压增大，电桥输出的不平衡电压经解调和放大等处理后，转换为与被测物位高度相对应的420mA标准电流信号输出，可供显示、记录或控制之用,传感器原理及应用,16.5.3 电极式液位计,16.5.3.1 测量原理,电接点水位计系统原理

16、,饱和蒸汽与炉水中的导电介质含量差别很大,炉水的导电能力要比饱和蒸汽大得多,传感器原理及应用,锅炉汽包水位测量,测量时，浸没在炉水中的电接点通过水与测量筒构成回路，在电路中呈低阻状态，使显示仪表中对应的显示器发光（或发绿光），表示有水的状态,浸没在蒸汽中的电接点则由于蒸汽的电阻率很大，在电路中呈高阻（相当于断路）状态，对应的显示器不亮（或发红光）,通过观察显示器的发光状态，即可了解水位的高低，也可进行水位上、下限声光报警。,传感器原理及应用,16.5.3.2 电接点水位传感器的结构,1-电极芯；2-瓷封件；3-绝缘子；4-固定螺栓；5-芯杆绝缘套管,16.5.3.3 电接点水位计的显示仪表,红

17、、绿双色显示电路,双色显示是用红、绿两种颜色的灯光以光柱的形式表示水位的高低，红色表示蒸汽，绿色表示水,传感器原理及应用,当电接点处在水中时，回路接通，在R1上产生一交流电压，经二极管V1半波整流、电容C1滤波和电阻R2、R3分压后，加到晶体管V2的基极，使V2导通，射极电阻R4上产生的压降驱动V4导通，绿灯亮；V5基极为低电位而截止，红灯灭。当电接点处于蒸汽中时，相当于电路断开，Rl上无压降，即V2、V4截止，V5导通，这时绿灯灭，红灯亮。,双色显示仪表,传感器原理及应用,16.5.4 热电偶式液位计,对于具有一定温度的液体和金属熔融体（如钢水、铁水），在高温液体与其上方空气的相界面处，温度

18、场往往会发生剧烈变化，即温度梯度比较大。通过测量温度来间接测量液位，也可进行液位超限报警。例如连铸结晶器内钢水的液位，可采用热电偶式液位计进行测量。,传感器原理及应用,16.5.4 热电偶式液位计,热电偶安装示意图,温度分布曲线,液面上下附近的容器壁温度会发生急剧变化，根据温度发生突变的位置，即可得出高温液体的液位高度。,传感器原理及应用,16.6 超声波物位计,声波是一种能在气体、液体和固体中传播的机械波，它按频率不同可分为次声波、声波和超声波等,物位检测中常用超声波的工作频率范围为0.2520MHz,超声波在介质中传播时方向性好、能量损失小等特点。在气体、液体及固体中传播时，具有一定的传播

19、速度，,在穿过两种不同介质的分界面时会产生反射和折射，对于声阻抗(声速与介质密度的乘积)差别较大的相界面，几乎为全反射,按使用特点不同可分为：连续式超声波物位计和超声波物位开关两大类,传感器原理及应用,16.6 超声波物位计,16.6.1 连续式超声波物位计,采用压电晶体换能器（也叫超声波换能器）来发射和接收超声波，根据回声测距原理，利用超声波从发射到接收的时间间隔与物位高度成比例的关系，通过测量时间间隔进而求得物位高度,用于测量液位或料位的高度,根据供超声波传播的介质不同，工业生产中使用的超声波物位计可分为气介式、液介式和固介式三种，常用的是前两种,传感器原理及应用,16.6.1 连续式超声

20、波物位计,主要由超声波换能器和电子装置组成,超声波换能器完成电能与超声能的可逆转换，它可采用自发自收的单探头式或收发分开的双探头式，单探头式物位计使用一个换能器，由控制电路控制它分时交替作发射器和接收器，双探头式则使用两个换能器分别作发射器和接收器。,电子装置用于产生电信号，以激励超声波换能器发射超声波，同时接收并处理超声波换能器输出的电信号,动画演示,传感器原理及应用,16.6.1.1 气介式超声波物位计,单探头式,双探头式,单探头气介式超声波物位计,由于超声波换能器的作用可逆，在反射波回来时换能器又可起到接收器作用，将超声波变为电信号,用计时器测出超声波来回所经历的时间t，即可求得物位高度

21、为,传感器原理及应用,16.6.1.1 气介式超声波物位计,双探头气介式超声波物位计，被测物位高度可用下式表示,16.6.1.2 液介式超声波液位计,单探头式,双探头式,动画演示,传感器原理及应用,16.6.1.2 液介式超声波液位计,探头液介式超声波液位计，超声波换能器既可安装在被测液体的底部，也可安装在待侧容器的底部外侧，工作原理与气介式类似。不同之处：一是供超声波传播的介质不同，为被测液体；二是液位高度计算公式不同，为,双探头液介式超声波液位计，被测液位高度可用下式表示,传感器原理及应用,16.6.1.3 固介式超声波物位计,固介式超声波物位计,超声波被发射后沿固体棒向下传播，到达液面折

22、射后又沿液面传向另一根固体棒，然后被超声波换能器（接收器）接收，将超声波变为电信号。用计时器测出超声波来回所经历的时间t，即可求得液位高度,传感器原理及应用,16.6.1.4 超声波声速补偿,气介声速校正具,液介声速校正具,活动式液介声速校正具,1-检测探头；2-校正探头；3-反射板；4-旋转轴；5-浮子,温度补偿,设置校正具,介质温度、压力和成分等参数变化的影响,补偿,传感器原理及应用,16.6.2 超声波物位开关,用于判断被测物位是否达到预定的高度，并可发出相应的开关信号,16.6.2.1 气介穿透式超声波料位开关,物位升高到换能器高度时，超声波声路将会被阻断，接收换能器就接收不到超声波，

23、控制器即可发出相应的开关控制信号,料位正常时,料位达到报警限时,传感器原理及应用,16.6.2.2 液介穿透式超声波液位开关,料位正常时,料位达到报警限时,利用固体与液体和固体与气体的声阻抗差有差别特性而工作,传感器原理及应用,当液位升高到报警限时，间隙内充满液体，由于固体与液体的声阻抗接近，则超声波穿透固-液界面时的损耗就较小，大部分超声波能量可被接收换能器所接收。根据接收换能器所接收到的能量大小不同，可判断换能器间隙是液体还是气体，可判断液位是否达到预定的高度,16.6.2.2 液介穿透式超声波液位开关,当液位处于正常范围时，换能器之间的间隙（即小槽）内充满气体，由于固体与气体的声阻抗差别

24、很大，超声波的大部分将在固-气界面上被反射，接收换能器所接收到的能量很小。,传感器原理及应用,16.6.2.3 声阻式超声波液位开关,利用气体和液体对超声波振动的阻尼有显著差别这一特性而工作的,换能器的辐射面与气体接触时，气体对辐射面振动阻尼较小，换能器压电陶瓷的振幅就比较大；,辐射面与液体接触时，液体对辐射面振动的阻尼较大，换能器压电陶瓷的振幅就较小,配以合适的电路，可自动判断被测液位是否到达探头所在高度,传感器原理及应用,16.6.3 超声波物位计的选用,选型,安装,传感器原理及应用,16.7 核辐射式物位计,放射性同位素在衰变过程中会放出、和射线，称为放射性或核辐射,与和射线相比，射线被

25、物质吸收较少，在物质中穿透能力较强，射线物位计应用较广。,传感器原理及应用,16.7.1 基本原理,射线的透射强度与介质厚度有关，在入射强度一定的情况下，透射强度会随着介质厚度的增加按指数规律衰减，其关系式为,当放射源和被测介质确定后，I0和就都是常数，测出I即可求得被测介质厚度,传感器原理及应用,16.7.2 核辐射式物位计的结构、原理及特点,由放射源、接收器和显示仪表三大基本部分组成,放射源多选用穿透能力较强的射线源,接收器由探测器与前置放大器组成，探测器的作用是将接收到的射线强度转变成电信号，并送给前置放大器,用于检测射线的常用探测器有闪烁计数管、盖革计数管和电离室等,动画演示,传感器原

26、理及应用,16.7.2 核辐射式物位计的结构、原理及特点,显示仪表接收接收器输出的电脉冲信号并进行整形、计数等一系列处理后，显示被测物位值并可输出标准信号,16.7.3 核辐射式物位计的类型,有固定式和随动式之分，放射源有点源和线源之分，探测器也有单点探测器和线探测器之分,16.7.3.1 定点方式,（a）,（b）,（c）,2-接收器,1-放射源；,传感器原理及应用,（a）属于定点物位检测方法，将放射源和探测器相向安装在容器的同一水平面上，当物位超过和低于此平面时，接收器接收到的射线强度会发生急剧变化，显示仪表即可显示此时的物位高度并可发出上、下限报警信号，但不能进行物位的连续测量,16.7.

27、3.1 定点方式,（b）是放射源和探测器分别安装在容器的下部和上部，射线穿过容器中的被测介质和介质上方的气体后到达探测器。随着容器内物位的变化，射线的衰减程度也发生相应的变化，这种方法可对物位进行连续测量，测量范围较窄，测量准确度较低。,传感器原理及应用,16.7.3.1 定点方式,（c）放射源装于容器底部，探测器装于容器的顶部，射线穿过被测液体和液体上方的气体。这种方式可连续检测液位,传感器原理及应用,16.7.3.2 自动跟踪方式,1-放射源；2-接收器；3-导轨,当物位发生变化时，探测器接收到的射线强度与平衡状态时不同，此信号经放大等处理后，控制放射源和探测器沿导轨升降，直至到达平衡位置

28、为止，从而实现对物位的自动跟踪，同时将被测物位由显示仪表进行显示。,传感器原理及应用,16.7.3.3 多点组合方式,（a）多点放射源,（b）多点接收器,（c）多点放射源和多点接收器,1-放射源,2-接收器,（a）所示的放射源多点组合方式,（b）所示的探测器多点组合方式,（c）所示放射源和探测器多点组合方式,这三种方式都可以实现连续测量,16.7.4 核辐射式物位计的选型,传感器原理及应用,16.8 机械接触式物位计,重锤式料位计,当重锤下降到与料面接触时，使钢丝绳产生失重，力传感器发出脉冲信号。,此脉冲送入控制电路，使步进电机改变转动方向，将重锤提升，同时启动控制电路中的计数器，开始脉冲计数

29、。待重锤升至容器顶部并触及行程开关后，步进电机停止转动，同时计数器也停止计数,传感器原理及应用,重锤式料位计,计数器所计脉冲数即代表重锤行程H1，用H0减去H1即可得到料位的高度H。从时域角度考虑，采用这种方法所测得的料位值是不连续的。,音叉式料位计,传感器原理及应用,16.9 雷达物位计,16.9.1 概述,又称微波物位计,运用了微波的特性。微波是波长为0.0011m的电磁波，具有良好的定向辐射和传播特性，遇到各种障碍物都能够产生良好的反射，且反射率随介质的导电度或介电常数的增大而增大，具有很强的环境适应能力，传输过程中受粉尘、烟雾或强光的影响很小。,传感器原理及应用,16.9 雷达物位计,

30、利用雷达测距原理工作。物位计的天线向被测物料面发射出较短波段的微波脉冲，一部分微波穿过介质，而另外一部分则在被测物料面发生反射，并被天线所接收。发射波和接收波的时间差与物料面距天线之间的距离成正比，测出传播时间便可知距离，进而可求得物位高度。,传感器原理及应用,16.9 雷达物位计,位式雷达物位计,号角天线,棒状天线,雷达物位计天线,位式和连续式两种,位式是将发射器和接收器分别装在容器壁两侧的同一水平面上，当物位低于微波束的传播路径时，接收器可接收到信号，当物位升高到波束处时，微波被反射或吸收，接收器接收到的信号将会非常微弱，可进行物位的上下限报警。,传感器原理及应用,16.9 雷达物位计,连

31、续式是将发射器和接收器安装在容器的顶部，可对物位进行连续检测。,16.9.2 反射式雷达液位计,测功率法,测时间法,利用微波反射原理制成的，可实现液位的连续检测或定点控制,传感器原理及应用,测功率法,16.9.2 反射式雷达液位计,k1为增益常数，与微波波长、发射功率及天线的增益等有关；k2为距离常数，与发射天线与接收天线之间的距离L及天线的安装位置和安装方法等有关,只要测出接收天线所接收到的微波功率，既可计算出天线距被测液位的高度H，进而可求得被测液位的高度。,传感器原理及应用,测时间法,16.9.2 反射式雷达液位计,发射器向被测液面发射较短波段的微波脉冲，在被测液面产生反射后，由接收器接

32、收，被测液位高度可用下式计算,传感器原理及应用,16.9.3 调频式雷达物位计,采用复合脉冲雷达技术，将一段经调制的脉冲信号由同一天线发射并接收,由于发射的信号是频率随一定时间间隔（即扫描频率）线性增加的调频连续波（FMCW），发射波与反射波的频率差值就与天线到被测介质表面的距离成正比，距离越大，频率差值也越大，通过对频率差值进行检测便可知被测液位的高度。,传感器原理及应用,16.9.4 导波式雷达物位计,微波脉冲沿杆或缆的外侧向下传播，在被测物料表面上被反射、回波被天线接收，由发射脉冲与回波脉冲的时间差即可计算出传播距离。,传感器原理及应用,雷达物位计的选用,16.9.5.1 选型,16.9

33、.5.2 雷达式物位计的安装,传感器原理及应用,16.10 磁致伸缩式液位计,利用磁致伸缩效应工作的,磁致伸缩效应，是指铁磁材料或亚铁磁材料由于其磁状态的变化而引起物质形状和尺寸发生变化的现象,1-测量头；2-固定件；,3-保护管；4-波导线,5-环形磁浮子,传感器原理及应用,16.10 磁致伸缩式液位计,工作时，测量头向波导线发出一个电流脉冲，在波导线附近又产生另一个新的磁场，两个磁场相互作用，使波导线扭动产生扭应力波脉冲,磁浮子的高度随着液位的变化而变化,此扭应力波脉冲以固定的速度从浮子的位置沿波导线向上传播，被测量头内的传感器所接收,由于传输速度恒定已知，根据测得的传播时间即可求得液位的

34、实际高度。,传感器原理及应用,16.11 物位检测仪表的选用,选型的一般规定,液位、界面、料位测量仪表选型推荐表,16.11.2 安装的一般规定,传感器原理及应用,物位是指各种容器设备中液体介质液面的高低,两种不同溶液体介质的分界面的高低,固体粉末状颗粒物料的堆积高度等。为液位、料位、界位传感器。,传感器原理及应用,按工作原理可分为下列几种类型:(1)直读式 根据流体的连通性原理测量液位。,传感器原理及应用,(2)浮力式 浮子高度随液位高低而改变或液体对浸沉在液体中的浮子（或称沉筒）的浮力随液位高度变化而变化的原理测量液位。(3)差压式 液柱或物料堆积高度变化对某点上产生的静（差）压力的变化的

35、原理测量物位。(4)电学式 把物位变化转换成各种电量变化而测量物位。,传感器原理及应用,(5)核辐射式 同位素射线的核辐射透过物料时,其强度随物质层的厚度变化而变化的原理测量液位。(6)声学式 物位变化引起声阻抗和反射距离变化而测量物位。(16)其它形式 如微波式、激光式、射流式、光纤维式传感器等等。,传感器原理及应用,浮力式液位传感器 是利用液体浮力测量液位。分为恒浮力式和变浮力式两大类型。,传感器原理及应用,1.恒浮力式液位传感器 将一个浮子置于液体中,它受到浮力的作用漂浮在液面上,当液面变化时,浮子随之同步移动,其位置就反映了液面的高低。,传感器原理及应用,传感器原理及应用,把浮子换成浮

36、球,测量从容器内移到容器外,用杠杆直接连接浮球,可直接显示罐内液位的变化。,传感器原理及应用,当液位高于（或低于）极限位置时,触点4与报警电路的上下限静触点接通,报警电路发出液位报警信号,若将浮球控制器输出与贮罐进料或出料的电磁阀门执行机构配合,可实现阀门的自动启停,进行液位的自动控制。,传感器原理及应用,4,传感器原理及应用,2.变浮力式液位传感器利用变浮力的原理测量液位。由液位传感器和霍尔变送器组成。圆柱形的沉筒沉浸在液体之中,当液面变化时,它被浸没的体积也有变化,浮筒受到的浮力就与原来不同,根据沉筒所受浮力大小判断液位的高低。,传感器原理及应用,扭力管的扭转角的变化量与液位H的变化量成比

37、例关系,把液位变化转换成角位移的变化,通过霍尔变送器将角位移变化量转换成相应标准电流信号输出。,传感器原理及应用,传感器原理及应用,沉筒式液位传感器是利用变浮力的原理来测量液位的。利用浮筒在被测液体中浸没高度不同以致所受的浮力不同来检测液位的变化。,传感器原理及应用,传感器原理及应用,将一横截面积为A，质量为m的空心金属圆筒(浮筒)悬挂在弹簧上，弹簧的下端被固定，当浮筒的重力与弹簧力达到平衡时，则有 mg=Cx0 C弹簧的刚度；x。弹簧由于浮筒重力产生的位移。,传感器原理及应用,当液位高度为H时，浮筒受到液体对它的浮力作用而向上移动，设浮筒实际浸没在液体中的长度为h，浮筒移动的距离即弹簧的位移

38、变化量为 x，即 Hh+x 当浮筒受到的浮力与弹簧力和浮筒的重力平衡时，有 Mg-Ah gC(x。-x)：为浸没浮筒的液体密度,传感器原理及应用,将式(1551)代入上式，整理后便得 Ah g C x 一般情况下，h x，所以H近似等于h，从而被测液位H可表示为,传感器原理及应用,当液位变化时，浮筒产生的位移变化量x与液位高度H成正比关系。变浮力式液位传感器实际上是将液位转化成敏感元件(浮筒)的位移。在浮筒的连杆上安装一铁芯，可随浮筒一起上下移动，通过差动变压器使输出电压与位移成正比关系.,传感器原理及应用,静压力式液位变送器利用压力或差压变送器可以测量液位,能输出标准电流信号.,传感器原理及

39、应用,对于上端与大气相通的敞口容器,利用压力传感器（或压力表）直接测量底部某点压力。通过引压导管把容器底部静压与测压仪表连接,当压力表与容器底部处在同一水平线时,由压力表的压力指示值可直接显示出液位的高度。压力与液位的关系为:,传感器原理及应用,H-为液位高度（m）;-为液体的密度（kg/m3）;g-为重力加速度（m/s2）;p-为容器底部的压力（Pa）压力传感器或压力变送器与容器底部不在相同高度处,导压管内的液柱压力必须零点迁移.,传感器原理及应用,上端与大气隔绝的闭口容器,容器上部空间与大气压力大多不等,在工业生产中普遍采用差压仪表或差压变送器测量液位.,传感器原理及应用,传感器原理及应用

40、,设容器上部空间的压力为p,则 p+=p+Hg p-=p可得正负室压差为:p=p+-p-=Hg,传感器原理及应用,被测液位H与差压p成正比。,传感器原理及应用,小 结,16.1 概述,16.2 直读式液位传感器,16.3 静压式液位传感器,16.4 浮力式液位传感器,16.5 电气式物位传感器,16.6 超声波物位传感器,传感器原理及应用,小 结,16.7 核辐射物位传感器,16.8 机械接触式物位传感器,16.9 雷达物位传感器,16.10 磁致伸缩式液位传感器,16.11 物位传感器的选用,传感器原理及应用,流量测 量体积流量 质量流量差压流量传感器 电磁流量传感器 涡轮流量传感器 物位测量浮力式液位传感器 压力式液位传感器变送器温度变送器 差压变送器,传感器原理及应用,