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1、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。,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
2、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
3、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
4、。,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 max1 20 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 = ma
5、x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
6、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
7、 = 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，H
8、ART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
9、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
10、.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？,
