传感器原理及应用第16章 物位传感器

《传感器原理及应用第16章 物位传感器》由会员分享，可在线阅读，更多相关《传感器原理及应用第16章 物位传感器（106页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

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

2、算；,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

3、式、机械接触式、电气式、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,

4、 机械接触式物位计,通过测量物位探头与物料面接触时的机械力 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

5、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。,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

6、.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

7、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.

8、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 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

9、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

10、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； 1

11、6-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

12、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,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

13、，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， 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

14、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

15、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

16、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,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、绿双色显示电