自動檢測技術(shù)7物位測量課件

第七章物位測量

7.1浮力式液位測量7.2靜壓式液位測量7.3電容式液位測量7.4超聲波物位測量7.5雷達物位測量7.6磁致伸縮液位測量提綱7.1.1測量原理（1）恒浮力法液位測量W：浮子重力；F：浮子所受浮力；G：平衡物重力。7.1.1測量原理（1）恒浮力法液位測量凱泰克KM26磁耦合液位計應(yīng)用原理圖凱泰克KC99磁耦合液位計防漏防磁指示型遠傳型密封殼體保護附近不可有強磁場舌簧管7.1.1測量原理（1）恒浮力法液位測量磁浮子式液位計——磁浮子舌簧管液位變送器

干簧管鐵片7.1.1測量原理（1）恒浮力法液位測量初態(tài)：末態(tài)：7.1.1測量原理(2)變浮力法液位測量——浮筒液位計上兩式相減：目的：測出較小的Δx，得到較大的液位變化ΔHc——彈性剛度系數(shù)，N/m；x——彈簧拉伸位移，m；A——浮筒的截面積，m2；H——浮筒被液體浸沒的高度,m，ρ——被測液體的密度，kg/m3;g——重力加速度，m/s2。其中：液位變化力的變化機械位移位移傳感器電信號初態(tài)：末態(tài)：7.1.1測量原理(2)變浮力法液位測量——浮筒液位計液位變化扭力矩變化扭轉(zhuǎn)角變化角位移傳感器電信號7.1浮力式液位測量7.2靜壓式液位測量7.3電容式液位測量7.4超聲波物位測量7.5雷達物位測量7.6磁致伸縮液位測量提綱根據(jù)流體靜力學(xué)原理：通過測得容器內(nèi)液柱高度產(chǎn)生的靜壓實現(xiàn)液位測量。7.2.1測量原理零點遷移：液面高度為零時，即便受附加靜壓差，輸出仍為“零”。三種情況:無遷移、負遷移和正遷移（a）無遷移。差壓變送器正、負壓室分別與容器下部和上部的取壓點相連通，并保證正壓室與零液位等高。差壓變送器作用是將輸入差壓4~20mA：Ｈ=0ΔP=0I＝4mA;Ｈ=ＨmaxΔP=ΔPmaxＩ＝20mA(1)零點遷移問題P＋＝P０＋Ｈρ１gΔｐ＝ｐ＋－ｐ－＝Ｈρ１gP-＝P０7.2.3差壓式液位計（b）負遷移ｐ＋＝ｈ１ρ２ｇ＋Ｈρ１ｇ＋ｐ０ｐ－＝ｈ２ρ２ｇ＋ｐ０Δｐ＝ｐ＋－ｐ－

＝Ｈρ1ｇ＋ｈ1ρ2ｇ－ｈ2ρ2ｇ＝Ｈρ1ｇ－ＢＢ＝(h2-h1)ρ2g>07.2.3差壓式液位計(1)零點遷移問題當(dāng)Ｈ＝０時△P＝－Β＜０Ｉ＜4ｍＡ調(diào)節(jié)變送器上的遷移機構(gòu)，實現(xiàn)

△P＝－ＢＩ＝4ｍＡH=0當(dāng)Ｈ＝Ｈmax時

△

P＝Ｈmaxρ1ｇ－ＢＩ＝20ｍＡ說明:調(diào)整的壓差Δｐ是作用于負壓室且附加靜壓<0負遷移?。╞）負遷移7.2.3差壓式液位計(1)零點遷移問題Ｂ＝(h2-h1)ρg△P=Hρ1g－Ｂ求解界位密閉容器7.2.3差壓式液位計注：負壓室要處于上層介質(zhì)中，且不高于上表面7.1浮力式液位測量7.2靜壓式液位測量7.3電容式液位測量7.4超聲波物位測量7.5雷達物位測量7.6磁致伸縮液位測量提綱D0>>D，且ε＞ε0′液位由0增加到H，傳感器電容變化量△C為：補充：射頻導(dǎo)納液位計(去除掛料影響的電容式液位傳感器)通過分析傳輸電流的波動方程，得（射頻導(dǎo)納定理）：射頻導(dǎo)納液位計掛料的等效阻抗為：7.1浮力式液位測量7.2靜壓式液位測量7.3電容式液位測量7.4超聲波物位測量7.5雷達物位測量7.6磁致伸縮液位測量提綱凱泰克（K-Tek）超聲波液位/料位計7.4.1測量原理聲波遇到兩相界面時會發(fā)生反射單探頭氣介式氣介聲速高出最高液位（1）基本測量方法7.4.2測量方法測量盲區(qū)約1m（２）設(shè)置聲速校正具方法聲波在介質(zhì)中的傳播速度與介質(zhì)的密度有關(guān)，而密度是溫度和壓力的函數(shù)v——ρ——（P,T）eg.空氣

V0℃=331m/s；V100℃=387m/s7.4.2測量方法帶溫度探頭的超聲波液位計帶有聲速校正桿的超聲波液位計tt0hh07.1浮力式液位測量7.2靜壓式液位測量7.3電容式液位測量7.4超聲波物位測量7.5雷達物位測量7.6磁致伸縮液位測量提綱7.5.1測量原理發(fā)射接收高頻電磁波，原理類似于超聲液位計。電磁波，波速與空氣溫度、濕度等無關(guān)。雷達液位計導(dǎo)波雷達液位計德國E+HFMR230雷達液位計用于液體、顆粒及漿料物位的連續(xù)非接觸測量。測量不受介質(zhì)變化、溫度變化、惰性氣體及蒸汽的影響；喇叭式天線，頻率6GHz；量程20m，精度±3mm；兩線制，HART協(xié)議；西門子SITRANSLR400雷達液位計適于測量高粉塵固體物料和低介電常數(shù)液體物位。連續(xù)波調(diào)頻工作方式；工作頻率24GHz；量程50m，精度±60mm；兩線制，HART協(xié)議；現(xiàn)場本安型的紅外手持編程器對儀表進行編程。德國科隆(KROHNE)BM70P雷達液位計液體和液化氣的液位測量。工作頻率8.9－9.9GHz；量程35m；精度:1~10m時，±1mm>10m時，±0.01%示值誤差具有改進信噪比的微波窗，高靈敏性，動態(tài)響應(yīng)達140dB。7.5.2計數(shù)法測時若計數(shù)時鐘頻率為f，從發(fā)射脈沖瞬間觸發(fā)計數(shù)到接收脈沖瞬間停止計數(shù)，共有N個計數(shù)脈沖，則傳播時間t為由得其中Δt－計數(shù)脈沖周期 f－計數(shù)脈沖頻率ΔH－液位分辨率電磁波速度（即光速）m/s，ΔH＝1.5mm

計數(shù)脈沖頻率為而當(dāng)前集成電路的運算速度為幾十MHz，相差幾個數(shù)量級，必須另尋出路！7.5.3等效時間采樣法測時被測信號是周期為T的周期性信號，采樣周期為T+Δt，每周期只采一個瞬時值，等效采樣周期為Δt。周期性重復(fù)的高頻信號均可采用此方法，降低采樣頻率。原理等效時間采樣法在時間量檢測中的應(yīng)用Δt（最小分辨時間）為發(fā)射與采樣信號周期差值，又稱等效采樣周期，只要滿足兩信號周期之差為Δt<10ps。舉例：發(fā)射時鐘采樣時鐘相應(yīng)的，前已述，分辨ΔH=1.5mm液位，等效采樣周期Δt<10ps故，若實測距離hD＝6.182m第n個采樣脈沖可測到反射波，求n？若取n=4294，則發(fā)射接收4294次完成測量，用計數(shù)器計數(shù)n，即可測出tD，進而求出hD。需時驗算n=4293n=4294今測得n=23654,求h:7.5.4連續(xù)波調(diào)頻法調(diào)頻連續(xù)波接收到的信號頻率與發(fā)出的信號頻率之差時間差液位高度7.5.4連續(xù)波調(diào)頻法7.1浮力式液位測量7.2靜壓式液位測量7.3電容式液位測量7.4超聲波物位測量7.5雷達物位測量7.6磁致伸縮液位測量提綱磁致伸縮效應(yīng)：鐵磁材料和亞鐵磁材料在居里點溫度以下，于磁場中被磁化時，會沿磁化方向發(fā)生微量伸長或縮短的現(xiàn)象。AT100

磁致伸縮液位計應(yīng)用原理圖AT500磁致伸縮液位計美國凱泰克(K-Tek)工作原理：磁浮子產(chǎn)生一個軸向磁場，電流脈沖產(chǎn)生一個脈沖周向磁場，兩磁場相遇時合成傾斜磁場，產(chǎn)生磁致伸縮效應(yīng)。波導(dǎo)管內(nèi)的敏感元件（由特殊磁