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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
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